基于高頻微幅振動的巖石破壞效果分析

王選琳，李 鵬，郭臣業(yè)，周東平，田仲喜

(1.重慶市能源投資集團科技有限責任公司 瓦斯研究院，重慶 400061；2.河南城建學院 土木與交通工程學院，河南 平頂山 467036；3.中國礦業(yè)大學 礦業(yè)工程學院，江蘇 徐州 221116)

煤礦井下巖石工程施工已在深井等復雜條件下表現(xiàn)出破巖效率低、鉆進速度慢、機具損耗大等許多突出問題[1]，從源頭分析并解決問題，探索新型高效破巖技術已成為當前巖石破碎工程施工領域的發(fā)展方向。而當前，超聲波憑借其頻率高、波長短、方向集中、穿透能力強等特點已廣泛應用于醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領域，形成了相對完善的應用技術與裝備。隨著各種大功率超聲波裝備的成功研制，部分學者逐漸利用超聲波的高頻率進行巖石振動破碎試驗研究，代表性成果主要體現(xiàn)在地外天體鉆探取樣[2-3]和超聲波脆硬材料鉆孔加工[4-5]等方面，為利用高頻微幅振動破碎巖石指明了方向。

目前，利用高頻微幅振動(超聲波振動)巖石損傷的研究主要有：Bagde et al等[6]通過研究認為巖石的動疲勞強度、軸向剛度和動模量與荷載的頻率和振幅有關；Shi Qingmin等[7]研究了超聲波作用下煤體無圍壓作用時的裂紋擴展特征，證明了超聲波可以用來提高低滲透煤層的滲透率；Yin Songyu等[8]初步研究了超聲振動下巖石裂紋的形成及巖石強度的降低與超聲振動時間之間的關系，為超聲波振動鉆削提供了一定的理論指導；趙鑫等[9]通過CT實驗和滲透率測試實驗對超聲致裂煤巖進行了探究，分析了煤巖裂紋對聲波、有效聲壓的響應擴展規(guī)律；……