基于COMSOL的高壓放電破碎巖石仿真研究

馬 寧，金 博，周 鵬，錢 陽，薛啟龍*

（1.北京三一智造科技有限公司，北京 100000；2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083；3.自然資源部深部地質(zhì)鉆探技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

0 引言

在旋挖鉆機(jī)進(jìn)入國內(nèi)工程應(yīng)用的30多年時(shí)間里，旋挖鉆機(jī)主要用于對土層、砂礫層、軟巖層的鉆進(jìn)施工。隨著國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)生了越來越多的旋挖入巖要求。傳統(tǒng)旋挖鉆機(jī)難以應(yīng)對花崗巖、致密砂巖等堅(jiān)硬巖層，會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩不足、進(jìn)尺困難、設(shè)備消耗大等一系列問題［1-2］。近年來出現(xiàn)了一些新型施工方法與硬巖破碎技術(shù)［3-5］，其中，高壓放電破碎巖石技術(shù)是最近十幾年內(nèi)逐漸發(fā)展的一種新型的巖石破碎技術(shù)，該技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械式碎巖技術(shù)不同，是應(yīng)用高壓電脈沖放電導(dǎo)致巖石或者液相介質(zhì)發(fā)生電擊穿，產(chǎn)生等離子通道，通道中的電能與熱能釋放產(chǎn)生能量足夠大的沖擊波而導(dǎo)致巖石破碎［5-7］。該方法有著環(huán)保、對原巖擾動(dòng)小、可定向、易操控、對硬巖破碎效果良好等優(yōu)勢，在硬巖地層鉆進(jìn)施工中具有較大應(yīng)用前景。目前的高壓放電破碎巖石技術(shù)需要大型地面設(shè)備如儲(chǔ)能裝置與整流變壓裝置，在深井地層的應(yīng)用還需進(jìn)一步研究，而旋挖鉆進(jìn)主要應(yīng)用于樁基施工，有著孔徑大、深度淺的特點(diǎn)，容易解決該技術(shù)由于地面設(shè)備的問題對施工造成的影響。

近十幾年來，針對高壓放電破碎巖石技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者開展了許多相關(guān)研究。CHO等［8-9］分析了巖石電擊穿過程中的電壓、電流變化，并對放電后巖石進(jìn)行了X射線掃描，得到了巖石電擊穿規(guī)律；王志強(qiáng)等［10］通過對菱鎂礦石的高壓脈沖放電破碎實(shí)驗(yàn)得到了礦石區(qū)域沖擊波壓力范圍和放電能量轉(zhuǎn)化效率；孔二偉等［11］通過COMSOL軟件仿真模擬得到了不同礦物成分和孔隙率對巖石內(nèi)部電場強(qiáng)度分布的影響；梁麗等［12］研制了高壓電脈沖破巖實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了?60 mm口徑下的鉆進(jìn)碎巖。

目前對于高壓放電破碎巖石的機(jī)理認(rèn)識(shí)仍不明確，阻礙了該技術(shù)的參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，更阻礙了這項(xiàng)技術(shù)的工程應(yīng)用。本文利用COMSOL Multiphysics軟件對高壓放電破碎巖石技術(shù)進(jìn)行了仿真模擬研究，建立針-針電極結(jié)構(gòu)仿真模型，通過改變放電電壓、電極間距得到花崗巖與砂巖的破碎規(guī)律；在此基礎(chǔ)上通過改變液體介質(zhì)和電極分布探究破巖影響因素；并進(jìn)行了高壓放電破碎巖石的實(shí)驗(yàn)。最后通過上述仿真結(jié)果，為該技術(shù)的工程運(yùn)用提供一些理論基礎(chǔ)和參數(shù)優(yōu)化選擇。

1 高壓放電破碎巖石機(jī)理

目前關(guān)于氣體和固體介質(zhì)中的放電理論比較成熟，由于水中高壓脈沖放電破碎巖石是一個(gè)瞬時(shí)過程，且其中涉及到多種物理現(xiàn)象，目前還沒有公認(rèn)的數(shù)理模型來完整描述高壓脈沖放電破巖過程［5］。針對液相高壓脈沖放電破碎巖石的應(yīng)用，近年來國內(nèi)外學(xué)者研究表明［13-16］，高壓脈沖從放電電極向巖石傳輸后，若電壓上升沿小于500 ns，巖石先于水被擊穿，巖石中就會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，并在巖石內(nèi)部產(chǎn)生連接電極的等離子通道，等離子通道形成后，高壓電脈沖產(chǎn)生的能量釋放到等離子通道中，產(chǎn)生瞬時(shí)大量熱能，等離子通道受熱膨脹，產(chǎn)生作用在巖石上的張力，使巖石發(fā)生破碎。整個(gè)破碎過程可分為4個(gè)階段：第一階段，高壓電脈沖通過電極作用在巖石，由于水和巖石的介電常數(shù)相差較大，電場在巖石內(nèi)部集中；第二階段，巖石表面發(fā)生擊穿，巖石內(nèi)部通過放電電極形成多個(gè)分支放電先導(dǎo)；第三階段，主放電先導(dǎo)發(fā)展到接地電極，形成貫通的等離子通道，高壓電脈沖產(chǎn)生的能量迅速在等離子通道內(nèi)部釋放，能量對巖石做功；第四階段，巖石內(nèi)部等離子通道在極高熱能影響下迅速膨脹，對通道周圍巖石產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石發(fā)生破碎。在第二階段之前，整個(gè)高壓放電破碎巖石主要涉及到電破碎，而在第三階段之后則涉及到電、熱、力等多物理場耦合。祝效華等［17］對整個(gè)巖石電擊穿過程電壓、電流和等離子通道生成規(guī)律進(jìn)行了整合，得到如下公式：

式中：C——儲(chǔ)能電容，F(xiàn)；L——回路電感，H；Rz——回路電阻，Ω；Rch——主等離子通道電阻，Ω；Ed——通道壓降場強(qiáng)，V/m；h*——特征長度，表征每個(gè)時(shí)間步中等離子通道分支生長距離，其與網(wǎng)格尺寸和生長方向有關(guān)，m；τi——單位步長等離子通道生長時(shí)間，s；v（t）——分支生長速度，m/s；Ha——熔融巖體的活化焓，J/mol；K——?dú)怏w普適常數(shù)，8.314 J·mol/K；Lch（t）——t時(shí)刻的主等離子通道長度，m；σ0——前指因子，S/m；σB——黑體輻射常數(shù)，取5.67×10-8W/（m2·K4）。

2 高壓放電破碎巖石仿真模擬

2.1 仿真模擬研究方法

高壓放電破碎巖石的過程涉及多種物理場耦合，由于該過程是一個(gè)發(fā)生在巖石內(nèi)部的瞬時(shí)過程，且放電過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈磁場和強(qiáng)烈光線，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)難以測量破碎過程中的各種物理信息。因此本文采用仿真模擬的方法來研究高壓放電破碎巖石過程。

在本仿真模擬中，主要包含放電通道形成、能量傳導(dǎo)和熱-力耦合關(guān)系3個(gè)基本研究步驟。放電通道形成步驟主要采用電路模型與三維實(shí)體模型對接的方式實(shí)現(xiàn)；能量傳導(dǎo)主要采用傳熱模型；通過熱-力耦合作用下得到巖石破碎規(guī)律。綜上，本次仿真模擬主要采用電-熱-力三物理場耦合條件下進(jìn)行。

在本文中的仿真模擬主要采用COMSOL Multiphysics中的4個(gè)模塊：電路模塊、AC/DC模塊、傳熱模塊、固體力學(xué)模塊。在COMSOL Multiphysics軟件中，電路模塊為零維模型，通過組件節(jié)點(diǎn)相互連接實(shí)現(xiàn)假設(shè)的電路，無實(shí)體電路圖，進(jìn)行二維轉(zhuǎn)化后的電路模塊結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，Rch為外部三維巖樣模型電阻，整個(gè)電路通過COMSOL電路模塊中的“外部I vs.U”節(jié)點(diǎn)連接到三維模型中的電極端。其中電壓源設(shè)置為脈沖源，電壓上升時(shí)間為200 ns。根據(jù)相關(guān)研究表明［17］，考慮到能量轉(zhuǎn)換效率，電容C采用較大的5 μF，回路電感L選取較小的0.05 μH，減小電阻有利于能量轉(zhuǎn)換效率的提高，因此電阻R1取1 Ω。電路內(nèi)部電流規(guī)律滿足基爾霍夫定律［17］：

圖1 電路模塊結(jié)構(gòu)Fig.1 Circuit module structure

式中：U0——電壓源電壓，V；C——回路電容，F(xiàn)；L——回路電感，H；R1——回路電阻，Ω；Rch——外部電阻，Ω；i——電流，A；φd——回路電勢，V。

在三維仿真模型中，其電流分布滿足電流守恒，在COMSOL軟件電流模塊中，電流守恒表達(dá)式采用將電位移與電場相關(guān)聯(lián)的介電模型，該模型由電荷守恒定律與麥克斯韋方程推導(dǎo)得出，其基本表達(dá)式如下：

式中：J——電流密度，A/m2；Qj·v——電流源電流密度，A/m2；D——電位移，C/m2；E——電場強(qiáng)度，V/m；σ——電導(dǎo)率（由材料決定），S/m；U0——電壓初始值（自變量），V；ε0——絕對介電常數(shù)（真空），無量綱；εr——相對介電常數(shù)（由材料決定），無量綱。

高壓放電破碎巖石過程中，其內(nèi)部電勢分布關(guān)系為：

式中：φd——電場電勢（正極放電端電勢），V；ρi——電荷密度，C/m2。

在等離子體通道形成后，電流中的能量作用于等離子通道，并對通道加熱，使等離子通道受熱膨脹。在仿真模擬中，把這一過程看做3個(gè)步驟，首先是高壓電源的能量轉(zhuǎn)化為熱量，其次這部分熱量傳遞到放電通道，最后放電通道在熱能作用下產(chǎn)生熱膨脹，使放電通道巖石發(fā)生破碎。這是一個(gè)電-熱-力三物理場耦合過程，其中涉及到電磁熱（焦耳熱）、固體傳熱、熱膨脹等耦合模塊，數(shù)學(xué)關(guān)系如下［18］：

（1）電磁熱（焦耳熱）：

式中：ρ0——電極材料密度，kg/m3；Cp0——電極材料恒壓下的比熱容，J/（kg·K）；T——絕對溫度，K；q——熱通量，W/m2；k——導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；J——電流密度；E——電場強(qiáng)度，V/m。

（2）固體傳熱：

式中：ρ1——巖石密度，kg/m3；Cp0——巖石恒壓下的比熱容，J/（kg·K）；Q——巖石在環(huán)境中的溫度，K。

（3）熱膨脹：

式中：S——應(yīng)力張量，Pa；α——熱膨脹系數(shù)，1/K；εch——熱應(yīng)變，m。

通過以上數(shù)學(xué)物理關(guān)系，不僅能夠得到仿真模型的電流分布特點(diǎn)，還能對仿真模型在高壓放電作用后的力學(xué)特性進(jìn)行監(jiān)測研究。

2.2 仿真模型建立

電路仿真模型概念圖參照圖1。仿真模型的建立如圖2所示，圖中blk1正方體為巖樣，大小為0.5 m×0.5 m×0.5 m，以巖樣上表面中心對稱設(shè)置兩個(gè)電極，其中左側(cè)cyl1為放電電極，右側(cè)cyl2為接地電極，為簡化模型減小計(jì)算量，將針電極簡化為圓柱體，電極半徑為3 mm。巖樣上表面覆蓋液體介質(zhì)blk2，液體介質(zhì)和電極高度為0.1 m，電極與巖樣上表面接觸，在接觸面上設(shè)置復(fù)合表面，在巖樣底部和電極上端施加固定約束，巖樣四周為自由邊界。網(wǎng)格劃分采用自由四面體網(wǎng)格，劃分網(wǎng)格后的模型如圖3所示，研究求解方法為瞬態(tài)研究，時(shí)間步為200 ns。

圖2 數(shù)值模擬幾何模型Fig.2 Simulation geometrical model

圖3 網(wǎng)格劃分Fig.3 Mesh generation

電極材料采用COMSOL軟件材料庫中的銅，具體材料參數(shù)見表1。

表1 電極的材料參數(shù)Table 1 Material parameters of the electrode

巖樣采用COMSOL軟件材料庫中的花崗巖和砂巖，具體材料參數(shù)見表2。

表2 巖樣的材料參數(shù)Table 2 Material parameters of rock

由于實(shí)際情況下的巖石組成較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)組成、孔隙率等物理特性也會(huì)對高壓放電破碎產(chǎn)生影響［12］。進(jìn)行仿真模擬研究時(shí)，為了更直觀的觀察巖石受到高壓放電作用后的破碎區(qū)域變化，將仿真巖樣視為宏觀上連續(xù)、均勻的介質(zhì)，不考慮巖石的節(jié)理及孔隙。

3 仿真結(jié)果分析

3.1 破巖仿真過程分析

當(dāng)基本參數(shù)設(shè)置完成后，開始進(jìn)行仿真。初始電壓U0對回路儲(chǔ)能電容C充能，儲(chǔ)能電容中的能量經(jīng)過回路流向放電電極，并通過放電電極端注入到巖石內(nèi)部，此時(shí)等離子通道開始形成，并不斷向巖石內(nèi)部發(fā)展［19］。若初始電壓U0足夠高，則放電能量能夠傳至接地電極形成一條主要的放電通道，在等離子通道發(fā)展階段，放電能量會(huì)通過電極與主放電通道呈樹狀向巖石內(nèi)部隨機(jī)發(fā)展，放電能量在此過程中不斷向巖石內(nèi)部傳遞能量［7-9］，導(dǎo)致巖石內(nèi)部發(fā)生熱膨脹，產(chǎn)生應(yīng)力并對周圍巖石做功，當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力超過巖石自身的強(qiáng)度時(shí)，巖石就會(huì)產(chǎn)生損傷［17］。

3.2 放電電壓對破巖效果的影響規(guī)律

高壓放電破碎巖石過程中，初始電壓大小對巖石的破碎起著至關(guān)重要的作用。在針對改變初始電壓大小的模擬中，設(shè)定液體介質(zhì)為蒸餾水，電極間距固定為2 cm，電壓上升時(shí)間為200 ns，分別對初始電壓值從100 kV至300 kV［13，18］，每25 kV為一個(gè)間隔進(jìn)行仿真模擬分析，共9組仿真模擬。不同電壓放電后花崗巖的破碎區(qū)域分布云圖如圖4所示，砂巖破碎區(qū)域分布云圖如圖5所示，圖中顏色圖例表示巖石的損傷程度（%），顏色尺度從藍(lán)色到紅色表示巖石的破碎程度從小到大，無色區(qū)域?yàn)槲词艿礁邏悍烹娮饔糜绊憛^(qū)域。

圖4 不同初始電壓下花崗巖破碎區(qū)域分布Fig.4 Broken area distribution of granite at different initial voltage

圖5 不同初始電壓下砂巖破碎區(qū)域分布Fig.5 Broken area distribution of sandstone at different initial voltage

為了更加直觀地對比相同電壓下兩種巖石的破碎區(qū)域，圖6為不同初始電壓放電后兩種巖樣的上表面破碎程度大于60%的面積。

對于200 kV以上電壓，為了更加直觀看出破碎區(qū)域范圍，取巖樣上表面中心，平行于z軸做與x軸和y軸垂直的兩個(gè)切面，花崗巖和砂巖的破碎區(qū)域切面圖如圖7與圖8所示。圖9為兩種巖石在200～300 kV電壓下破碎程度大于60%的最深處深度。

圖7 花崗巖破碎區(qū)域切面Fig.7 Section of granite broken area

圖8 砂巖破碎區(qū)域切面Fig.8 Section of sandstone broken area

通過高壓放電破碎巖石電擊穿機(jī)理可得，巖樣能否順利被擊穿，產(chǎn)生有效破碎，與作用在巖石內(nèi)部的電場能量呈線性相關(guān)，隨著初始電壓的增大，巖石通過電極傳導(dǎo)的能量不斷增大，巖石擊穿概率越大，破碎效率與破碎程度就會(huì)越高。通過仿真結(jié)果可知，在單次高壓放電作用下，當(dāng)電極間距恒定時(shí)，隨著初始電壓值增大，巖樣破碎區(qū)域也不斷增大。當(dāng)電極間距為2 cm，初始電壓為200 kV以上時(shí)，花崗巖和砂巖兩種巖樣模型均能在電極間產(chǎn)生由于電擊穿形成的破碎區(qū)域。而當(dāng)電壓值＜200 kV時(shí)，砂巖和花崗巖巖樣均僅能夠在電極附近形成小范圍點(diǎn)蝕損傷。深藍(lán)色區(qū)域能夠表明巖石放電后受影響的區(qū)域，由于能量耗散未能形成有效破碎，但一定程度上能夠揭示放電通道的發(fā)展趨勢，隨著電壓的不斷增大，破碎區(qū)域呈現(xiàn)半球狀—橢球狀發(fā)展。通過圖6和圖9可直觀看出，在相同的初始電壓和電極間距下，由于砂巖的力學(xué)強(qiáng)度要小于花崗巖，砂巖模型放電后形成的破碎區(qū)域總是大于花崗巖模型。

圖6 初始電壓對巖石表面破碎區(qū)域的影響Fig.6 Influence of initial voltage on the surface broken area of rock

圖9 破碎區(qū)域深度Fig.9 Depth of broken area

3.3 電極間距對破巖效果的影響規(guī)律

高壓放電破碎巖石過程中，電極間距也同樣對破巖效果產(chǎn)生影響，為了得到不同電極間距下高壓放電破碎巖石的效果，分別對不同間距下的放電電極進(jìn)行仿真研究。本節(jié)的仿真模擬中，施加初始電壓225 kV，分別選擇2、3、4、5 cm間距的放電電極模型進(jìn)行計(jì)算，在建立好的仿真模型中，電極間距為變量，其余參數(shù)與3.1節(jié)的仿真參數(shù)設(shè)置保持一致。由于在3.1節(jié)中已經(jīng)對初始電壓225 kV、電極間距2 cm進(jìn)行了仿真，因此進(jìn)行其余3種電極間距下的仿真計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較。不同電極間距下的高壓放電后巖石的破碎區(qū)域如圖10與圖11所示，圖12為不同電極間距下兩種巖石模型破碎程度大于60%的面積。

圖12 電極間距對巖石表面破碎區(qū)域的影響Fig.12 Influence of electrode spacing on surface broken area of rock

隨著電極間距的增加，從電極放電端到接地端的等離子通道距離也在同時(shí)增加，電場能量在通道中的耗散更大，不利于巖石的擊穿破碎。通過仿真結(jié)果可知，固定初始放電電壓，隨著電極間距的增大，花崗巖和砂巖的主要破碎區(qū)域均在不斷減小。從圖10（c）可看出5 cm電極間距下花崗巖模型電極之間未能產(chǎn)生明顯擊穿破碎，破碎效果差，而砂巖模型在5 cm電極間距下仍然有較好的破碎效果（圖11c）。隨著電極間距增大，放電通道距離也在增加，放電能量未能使放電通道發(fā)生明顯擊穿，能量耗散到巖石內(nèi)部中，僅在電極附近產(chǎn)生部分破碎，巖樣未能形成完整破碎區(qū)域。若要使得巖石成功破碎，應(yīng)采用較小電極間距或增加放電次數(shù)。

圖10 不同電極間距下花崗巖的破碎區(qū)域分布Fig.10 Broken area distribution of granite at different electrode spacing

圖11 不同電極間距下砂巖的破碎區(qū)域分布Fig.11 Broken area distribution of sandstone at different electrode spacing

3.4 多組電極對破巖效果的影響規(guī)律

在實(shí)際應(yīng)用下的高壓放電碎巖裝置中［12，20］，通常放電端由多組正負(fù)極端組成。因此在3.1節(jié)的仿真模擬基礎(chǔ)上，研究多組電極對巖石破碎效果的影響。本節(jié)以花崗巖為例，設(shè)置3個(gè)電極與5個(gè)電極進(jìn)行仿真模擬。位于中心的電極為放電電極，其余電極均為接地電極，放電電極與所有接地電極的距離均為2 cm。為保證結(jié)果對照，消除其余參數(shù)帶來的影響，該仿真模型除電極數(shù)量有所變化外，其余幾何參數(shù)均參照第2章仿真模型設(shè)置。施加初始電壓值參數(shù)為200 kV，仿真模擬結(jié)果如圖13所示。

圖13 多組電極下的花崗巖破碎區(qū)域Fig.13 Granite Broken area with multiple electrodes

通過與3.1節(jié)的仿真結(jié)果對比，若單個(gè)電極對下的放電參數(shù)能夠?qū)r樣實(shí)現(xiàn)有效破碎，增加接地電極數(shù)量仍然能夠?qū)崿F(xiàn)對巖樣的有效破碎，并且能夠增大破碎區(qū)域表面積，但破碎深度會(huì)減小?；◢弾r模型在200 kV電壓，2 cm電極間距下能夠?qū)崿F(xiàn)有效破碎，通過與圖11對比，增加同等電極間距的電極后仍然能夠?qū)崿F(xiàn)有效的破碎，隨著電極增加，有效破碎面積顯著增大，但破碎深度相比于單個(gè)電極對略有降低，相比于2電極的12 mm深度，3電極為10 mm，5電極為9 mm。

4 高壓放電破碎巖石實(shí)驗(yàn)

為了研究高壓放電對巖石的影響，在仿真模擬的基礎(chǔ)上，對花崗巖及砂巖進(jìn)行了高電放電破碎實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置由直流電源、儲(chǔ)能單元、放電開關(guān)和輸出端組成（如圖14所示）。實(shí)驗(yàn)采用雙銅棒組成的針-針電極。將花崗巖和砂巖樣品放入絕緣容器內(nèi)，用自來水填充容器，將電極端部與巖石表面進(jìn)行接觸，在操作面板上設(shè)定初始電壓、放電頻率等參數(shù)后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖14 高壓放電破碎巖石實(shí)驗(yàn)裝置Fig.14 Experimental device for high voltage discharge rock breaking

實(shí)驗(yàn)中設(shè)定初始電壓值為300 kV，電極間距2 cm。在該條件下對兩種巖石單次放電的破碎結(jié)果如圖15所示。兩種巖石在放電過程中，能夠明顯觀察到水中放電現(xiàn)象，并伴隨較大響聲。砂巖放電破碎后產(chǎn)生粉末狀巖屑，破碎區(qū)域比較直觀可見；花崗巖放電破碎后產(chǎn)生點(diǎn)蝕凹坑和一些微小裂紋，破碎現(xiàn)象不明顯，但放電電極和接地電極附近均存在凹坑。

圖15 高壓放電破碎巖石實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.15 Experimental results of high voltage discharge rock breaking

5 結(jié)論與展望

（1）通過初始電壓值的不斷增加，模擬結(jié)果揭示了高壓放電作用于巖石的區(qū)域及放電通道變化趨勢。當(dāng)處于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用中，在不影響放電過程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備壽命、保證操作安全可靠的情況下，應(yīng)選擇較大初始放電電壓（＞200 kV）以保證巖石的破碎。

（2）電極間距對高壓放電破碎巖石有較大影響，若保證巖石的成功破碎，應(yīng)采用較小電極間距或增加放電次數(shù)。雖然電極間距的縮小有助于巖石的破碎，但隨著電極靠近，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用中可能會(huì)導(dǎo)致電極間放電導(dǎo)致電極燒蝕損壞，對破碎巖石產(chǎn)生不利影響，在保證巖石能夠形成有效破碎區(qū)域的情況下應(yīng)避免選擇較小的電極間距。

（3）在實(shí)際破巖裝置設(shè)計(jì)中，在固定的電極鉆頭直徑下，保證覆蓋破碎區(qū)域的同時(shí)應(yīng)盡量使用較少的接地電極，過多的接地電極數(shù)量會(huì)導(dǎo)致破巖裝置作業(yè)深度減小，也提高了裝置制造成本。

（4）通過對花崗巖和砂巖樣品進(jìn)行高壓放電實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了高壓放電可對巖石產(chǎn)生破碎效果。

（5）本次數(shù)值模擬研究方法也存在一些局限和不足之處。在本文仿真模擬研究中，僅考慮了熱能加載情況，實(shí)際高壓脈沖放電破碎巖石過程中，還包含了聲能、光能、機(jī)械能等能量轉(zhuǎn)化的情況；并且將巖石考慮為宏觀上均勻、連續(xù)的介質(zhì)，不含孔隙和節(jié)理。因此，后續(xù)需要對這一方法進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，增加參數(shù)和算法對仿真模擬進(jìn)行更加細(xì)致的研究，并進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)研究。