煤炭学报

作者：郭军, 米鑫程, 冯国瑞, 白锦文, 文晓泽, 朱林俊, 王子, 皇文博,

关键词：岩体致裂, 液电效应, 高压电脉冲, 围岩应力, LS-DYNA,

基于液电效应的高压电脉冲致裂技术是一种新型的岩体致裂技术，具有安全高效、绿色环保、能量可控等特点，在煤矿井下围岩应力调控方面拥有广阔的应用前景。由于井下岩体往往处在较为复杂的应力环境，为深入研究该技术在井下不同围岩应力环境下对坚硬岩体的致裂效果，通过LS-DYNA软件对基于RHT损伤本构模型建立的岩石试样进行高压电脉冲岩体致裂数值模拟试验，对岩体内部的损伤和有效应力演化过程进行采集，分析岩体的致裂特征及其裂缝扩展机理，通过数值模拟弥补在室内试验中因放电过程快、电磁干扰大而导致的致裂过程中岩体内部难以有效监测的问题。利用自主研发的高压电脉冲岩体致裂试验平台，开展了不同围岩应力条件下的高压电脉冲岩体致裂试验，通过获得的岩体表面破裂特征验证数值模拟结果的可靠性。获得以下结论：① 基于RHT本构模型建立了LS-DYNA高压电脉冲岩体致裂数值模型，根据炸药爆破与高压电脉冲的能量等效关系，构建了高压电脉冲数值模拟等效参数。通过实验室试验与数值模拟结果进行对比，验证了数值模型与等效参数的可靠性；② 对试样上表面裂纹扩展情况进行分析，发现裂纹会向最大压初始应力方向偏转。在此过程中，裂纹总长度先是逐渐减小。当所有裂纹与最大初始压应力夹角均小于45°时，裂纹总长度开始逐渐增大；③ 通过数值模拟，发现在致裂初期，高压电脉冲放电产生的动态应力远大于围岩应力，对试样的破坏起主导作用。随着动态应力在传播过程中的快速衰减，初始围岩应力与动态应力的大小逐渐接近，并最终由初始围岩应力主导裂纹的萌生与扩展。研究结果表明，围岩应力是决定岩体裂缝发育和扩展特征的重要因素，特别是对裂缝的扩展方向有显著影响，在采用高压电脉冲致裂技术对深部岩体进行致裂时，应考虑岩体所处应力状态，科学制定致裂方案，以实现对岩体的高效致裂。

来源：2024年第5期

《煤炭学报》期刊编辑部

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