激光破岩，从本质上讲，就是强激光与岩石的相互作用。激光破岩是利用激光技术产生的高能激光聚焦到岩石表面，使岩石在局部高温作用下产生热爆裂并发生弱化、碎化、熔化和汽化,然后利用高速辅助气流将其清除，是一种非机械接触式破岩方法。激光照射岩石过程中,局部温度快速升高，岩石由固态瞬间相变到热熔和汽化状态,并形成气液固多相混合物，其相变规律如图1所示，而岩石在激光作用下的热破坏则可以概括为3种形式：热破碎、熔化及汽化,其中热破碎方式的破岩效率最高。

图1 激光破岩状态示意图

以激光钻井过程中热作用破岩的主要机理问题为研究对象，系统地开展了非均匀性岩石受激传热规律分析、不同岩性岩石热能破坏临界状态量化表征、考虑多影响因素的激光破岩参数优选模型等研究。

（1）考虑真实岩石受激过程中内部热能传递的非均匀性，将由岩石微元差异性引发的局部导热随机性表征为导热系数的“扰动”，基于摄动理论，建立了耦合导热非均匀性的传热模型，为精确描述激光能量在岩石内部的传递规律提供基础模型。

（2）针对具有工程意义的激光破岩热碎裂和烧蚀汽化阶段，分别建立了岩石热应力破裂准则和汽化相变破坏准则，绘制了对应于不同岩性、不同破岩阶段的系列激光破岩参数阈值判别图版，为评价岩石受激后能否发生有效破坏提供直观参照判据。

（3）以激光照射参数和岩石热物性配伍参数为决策变量，以激光破岩消耗比能最小化和破岩速度最大化为目标函数，考虑破岩体积限制、能量守恒、热破坏准则等实际约束，建立了激光破岩多影响因素配伍参数优化数学模型，为破除相当体积岩石的激光照射参数优选提供基础模型。

（4）针对多决策参数的最优化求解问题，将粒子群算法和萤火虫算法优势融合，提出了小生境遴优算子、邻域混沌吸引算子和密集度调整算子，创建了新型的混合粒子群-萤火虫群智能优化算法，为激光破岩模型有效求解提供了适用方法。

激光破岩模拟测试装置