增压式脉冲水射流破岩效果评价方法及规律分析

汤积仁; 崔向东; 刘文川; 姚奇; 常帅康

中国石油大学学报（自然科学版） ›› 2025, Vol. 49 ›› Issue (04) : 77 -85.

汤积仁, 崔向东, 刘文川, 姚奇, 常帅康

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摘要

针对坚硬岩石难以破碎、射流破岩效果难以精确表征的问题，利用自主研发的增压式脉冲水射流试验系统，开展花岗岩的破碎试验，提出一种基于泊松盘采样的射流破岩效果宏观表征方法，据此进行增压式脉冲水射流破岩效果评价和规律分析。对冲蚀后的花岗岩试件进行三维扫描，获取冲蚀坑的点云数据，再通过泊松盘采样对点云数据进行重构，将拟合得到的曲面深度作为宏观表征参数，通过该参数分析射流压力和靶距对破岩效果的影响。利用该方法分析射流压力与靶距对非淹没条件下增压式脉冲射流垂直定点破岩的影响，并揭示射流压力-频率耦合作用下增压式脉冲水射流破岩性能参数阶跃机制。结果表明：三维扫描技术可以实现破岩效果宏观上的精确定量表征，泊松盘采样方法可以解决宏观表征结果离散性大的问题；增压式脉冲射流喷射压力与活塞往复频率存在耦合关系，输入压力的增加使喷射压力与活塞往复频率同时增大，岩石试件受到高压脉冲射流的高频冲击，从而导致射流破岩性能参数的跃升；提出的方法不仅适用于增压式脉冲水射流，还可拓展应用于其他射流形式，便于准确地分析射流参数对破岩效果的影响，有利于进一步优化射流。