Физико-химические способы разрушения. Tермический способ

Физико-химические способы разрушения основаны на использовании отдельных свойств горных пород или материалов, используя которые определенным образом, вызывают процессы, приводящие к локальным деформациям в среде и последующему возникновению трещин. Наибольшее распространение получили термический способ, дробление пород невзрывными разрушающими смесями и с использованием гидроксов.
Термический способ разрушения горных пород основан на неравномерном расширении тел при концентрированном нагреве. В общем случае величина тепловой деформации твердого тела пропорциональна температуре его нагрева и подчиняется закону:

где ε — величина относительной деформации; β — коэффициент теплового расширения, К-1; Т1 — начальная температура тела, К; Т2 — конечная температура тела, К.
Разрушение горных пород термическим способом происходит в результате температурного нагрева породы и возникновения в ней разности напряжений в отдельных слоях.
Если в возможная деформация, а εф — фактическая, то

будет характеризовать напряженность участка, т. е. величину тех внутренних сил, которые воздействуют на участок и разрушают его. Таков упрощенный механизм преобразования тепловой энергии в механическую при термическом способе разрушения. Максимальное значение силы имеют в том случае, если материал абсолютно упругий и плотный и не происходит релаксации возникающих напряжений.
Реальная горная порода имеет внутренние поры, трещины, которые при тепловом расширении участка смыкаются, уплотняя породу, и снижают термические напряжения. Отрицательно сказывается и наличие пластических свойств. Одновременный и равномерный нагрев всего объема разрушаемой горной породы не может вызвать значительных напряжений, так как в этом случае происходит равномерное расширение всех участков со свободным перемещением.
При нагреве внешним источником тепла максимальная температура будет на поверхности с постепенным снижением по глубине, в зависимости от коэффициента теплопроводности. Поэтому гарные породы с высоким коэффициентом теплопроводности относятся к трудно разрушаемым породам с использованием термического способа. В горном деле получил признание следующий показатель терморазрушаемости пород, м3/Дж

где Е — модуль Юнга, Па; σр — предел прочности при растяжении, Па; с — удельная теплоемкость породы, Дж/(м3-К); v — показатель термопластичности.
Для разрушения горных пород термическим способом показатель терморазрушаемости должен быть не ниже 0,2—0,3 см3/Дж. Нагрев горной породы может осуществляться химическим способом, путем сжигания топлива или электрическим способом.