高压泡沫涨裂装置结构参数设计及特性分析

为提高硬岩破碎能力,提出了一种高压泡沫涨裂装置。该装置利用高速活塞冲压泡沫,在岩石钻孔内施加载荷,实现岩石涨裂破碎。基于流体力学和能量守恒理论,建立高压泡沫涨裂装置动力学模型,分析装置动力参数与结构参数的关系,探究涨裂装置结构参数对涨裂压力的影响,揭示活塞冲压过程能量演化规律;构建高压泡沫涨裂试验系统,验证系统可行性和理论分析的合理性。结果表明:涨裂活塞经过200mm行程后,装置最大涨裂压力可达80MPa;活塞杆直径、泄油口面积对涨裂压力的影响显著;缓冲活塞直径对装置涨裂压力的影响微弱,对缓冲速度影响较为显著,当缓冲活塞直径从70 mm增到90 mm,缓冲后速度从4.8 m/s下降到1.5 m/s,缓冲效果提升3.2倍;试验实现了岩样的有效破碎,涨裂压力试验值的变化趋势与理论计算结果的吻合度较好。上述研究为硬岩破碎装置性能的改善提供了理论基础,同时为其他高压介质涨裂装置的研究提供了理论借鉴。