激光照射岩石热裂特性与裂隙分布研究

激光辅助破岩是一种非接触式破岩技术,破岩效果主要受激光功率、照射时间和离焦距离等参数影响。选择石灰岩、砂岩和花岗岩3类岩石,开展了不同照射参数的破岩试验,分析了温度、射孔参数、比能、热裂效能、裂隙分布、矿物组分和微观结构等变化规律。结果表明,激光照射下3类岩石表面温度均超过2000℃、温度梯度最高可达1500℃/mm,相同位置处花岗岩表面温度和温度梯度最高、砂岩次之、石灰岩最低;3类岩石射孔直径、射孔深度和射孔速率均与照射参数密切相关,砂岩、石灰岩和花岗岩最大射孔速率分别为3.18,2.68,0.8 mm/s。相同照射参数下,比能较热裂效能高1~2个数量级,3类岩石比能排序为:花岗岩>石灰岩>砂岩。照射后岩样均存在数条主裂隙,沿径向延伸至试样边缘,石灰岩和花岗岩次生裂隙发育,砂岩未发现明显次生裂隙。照射后岩石矿物衍射强度和微观结构发生显著改变。

激光照射花岗岩抗拉强度及孔隙分布研究

激光辅助破岩技术有助于提高超硬、超深地层资源的开采效率。采用控制变量法开展了激光热裂花岗岩试验,分析了温度、射孔参数、比能、热裂效能、抗拉强度和孔隙分布等变化规律。结果表明,激光照射下花岗岩表面温度超过1000℃;花岗岩射孔直径、深度和射孔速率随照射参数呈非线性变化,最大射孔直径、深度和速率分别为10.0mm、12.0mm和2.70mm/s;花岗岩最大比能和热裂效能分别为87.8kJ/cm^(3)和39.5kJ/cm^(3)。激光照射后花岗岩单轴破坏模式为脆性破坏,抗拉强度最大降幅为74.11%。激光照射导致岩石内部中小孔隙连通形成大孔隙,并最终导致岩石断裂。

激光照射花岗岩热裂规律及力学性质试验研究

硬岩隧道掘进慢、成本高是传统机械破岩难以突破的瓶颈,亟需新型高效破岩技术.激光辅助破岩是一种非接触式破岩方法,激光功率、离焦距离和照射时间是影响破岩的重要参数.采用标准圆柱花岗岩试样进行了不同激光照射参数下的破岩试验,研究了温度、比能、热裂效能、强度、组分和裂隙等变化规律.结果表明,激光照射引起岩样表面温度骤升,且温度沿径向迅速衰减,光束附近岩石表面温度梯度高达1200℃/mm.激光照射岩石的射孔速率为0.1~0.7 mm/s,比能为38~151 kJ/cm^(3),热裂效能为459~2680 J/cm^(3).激光照射后岩样抗压强度最大降幅达69%,且岩样组分、矿物胶结及微观结构均发生显著变化,岩样内部裂隙发育、连通性好.激光辅助破岩有助于提高硬岩隧道的掘进效率.