Электрофизические процессы

Тепловые процессы

Использование термических воздействий на горные породы направлено на изменение агрегатного состояния вещества из неподвижной или малоподвижной формы в форму, удобную для доставки полезного ископаемого к скважине и на поверхность (жидкость, газ), а также физические свойства (например, уменьшение вязкости), улучшая условия фильтрации полезного ископаемого к добычным скважинам.

Указанные фазовые превращения обычно являются эндотермическими процессами и требуют подвода тепловой энергии. Нагрев горного массива может быть осуществлен передачей тепла с помощью различных видов теплоносителя (дымовые газы, пар, горячая вода и др.), воздействием на залежь электромагнитным полем, экзотермическими реакциями (путем окисления химически активных компонентов полезных ископаемых), а также за счет тепла, выделяющегося при ядерной реакции.

Выбор необходимого диапазона температурного воздействия на горный массив определяется в зависимости от свойств полезного ископаемого и вмещающих его горных пород, а также формы агрегатного состояния, необходимого для доставки его из скважины на поверхность. Например, температура плавления озокерита лежит в пределах 50—80 °С, серы 112,8—119 °С, бишофита 117 °С, сильвина 770 °С, реальгара 320°С, что должно быть использовано для добычи подземной выплавкой. Температурный диапазон воздействия на самородную серу ограничен температурой плавления 119 °С и температурой не более 160 °С, при которой происходит значительное увеличение вязкости жидкой серы. Сера горит в присутствии сернистого газа при температуре 300—465 °C с выделением большого количества тепла, что позволит осуществить ее подземное сжигание. Температура плавления киновари 1450°С. Однако, возможность ее добычи может быть основана на свойстве киновари почти полностью возгоняться в диапазоне температур 360—380 °С. В интервале температур 700—800°С и 900—1100 °С происходит тепловое разложение и коксование угля с максимальным выделением газообразного продукта. При нагревании сланцев от 350 до 1100°С происходят термохимические реакции с образованием газа, паров смолы и твердого остатка. Это может быть использовано для подземной газификации и сухой перегонки сланцев.

Горные породы отличаются чрезвычайно разнообразными электрическими и магнитными свойствами, которые зависят от большого числа факторов – минерального состава, пористости, влажности, температуры, давления и т.п. Эти свойства широко используются для поиска полезных ископаемых с использованием средств магнито и электроразведки. Воздействуют электромагнитными полями промышленной высокой и сверхвысокой частот на горную среду в целях получения теплового и термомеханического эффекта, интенсификации химических реакций и процессов диффузии и фильтрации. Прогрев горной массы определяется уровнем плотности вводимой в массив энергии, которая зависит от напряженности электрического поля. Электромагнитное поле в массиве создается с помощью электродов, опускаемых в скважины, расположенные по контуру подлежащего разогреву массива. Обладая большой проникающей способностью, электромагнитные поля способствуют ускорению химических процессов, протекающих внутри значительного объема среды более эффективно, чем химические катализаторы, действие которых возможно лишь при поверхностном контакте с горной средой. Разрушение массива может быть достигнуто за счет термоупругих напряжений, возникающих в локально разогретых областях. Кроме того, за счет возникновения высоких температур вокруг проводящих включений происходит интенсификация химических реакций. Все это приводит к значительному увеличению фильтрационной способности горной породы.

Нагрев залежи для плавления, возгонки полезного ископаемого, активации химических реакций или достижения термомеханических напряжений, вызывающих разрушение горной породы, можно осуществить либо за счет джоулевого тепла токов проводимости, либо за счет тепла диэлектрических потерь при высокочастотном воздействии на залежь. При осуществлении электропробоя породы, особенно влажной, возможно ее безвзрывное диспергирование на месте залегания (эффект Юткина). При подземной газификация угля с успехом применялась электросбойка скважин, то есть образование канала газификации при частичном коксовании угля, нагретого токами проводимости.

Дата добавления: 2014-01-04