煤田地质与勘探

作者：杨磊, 杨本高, 刘军军, 周雪敏, 谢晶, 王晨, 郭辰辰, 高明忠,

关键词：钻探破岩, 砂岩, 激光辅助破岩, 破岩效率,

目前浅部易开采煤炭资源逐渐枯竭，传统钻进技术在深层煤炭资源勘探开发时往往面临破岩效率低、钻进成本高和环境污染等问题。因此，亟需引入新型辅助钻井破岩技术破解此类难题。聚焦于新型激光辅助破岩技术，以坚硬砂岩为研究对象，系统开展了不同时长激光作用后砂岩的力学、可钻性试验，旨在探究激光作用下坚硬砂岩温度场时空演变特性、砂岩表面裂纹的扩展特征及力学参数和钻进效率。结果表明，随着激光作用时间的增加，砂岩表面裂纹由2条逐渐扩展为5条，裂纹面积由6.78 mm2增加到36.85 mm2；温度场的演化特征符合高斯分布规律，由热熔融区向低热区呈环状递减，激光照射15 s后达到热平衡，温度场演化趋于稳定；激光照射50 s后砂岩抗压强度、弹性模量降幅最高分别可达74.6%、92.7%，轴向峰值应变从0.52%不断增加到1.65%，表明岩石经激光作用后呈现由弹性状态向半塑性/塑性状态转变的趋势；激光作用50 s后砂岩进尺速率由0.09 mm/s增加到4.30 mm/s，失重比由2.73%增加到27.36%；合理设置激光参数有助于提高破岩效率与降低钻进成本，在照射20 s时砂岩进尺速率和失重比增幅最大，此时可达到更快更经济的破岩目的；研究初步论证了激光辅助破岩技术的高效性与可行性，为深部高效破岩钻进技术提供理论基础。

来源：2023年第8期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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