Тепловые процессы (часть 1)

Термическое воздействие на горные породы изменяет агрегатное состояние вещества 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 может быть использовано для добычи подземной выплавкой. Температурный диапазон воздействия на самородную серу ограничен температурой плавления 112,8°С и температурой ~160°С, при которой происходит увеличение вязкости жидкой серы в 800 раз. Сера горит в присутствии сернистого газа при температуре 300—465°С 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 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, смолы и твердого остатка. Это может быть использовано для подземной газификации и сухой перегонки сланцев.
При воздействии тепла на горные породы в зависимости от их состава (минералогического и химического), строения (структуры, пористости) и естественного состояния происходят различные физические и химические процессы: переход вещества из одного фазового состояния в другое, полиморфные превращения, тепловое расширение, явления гидратации и дегидратации, реакции соединения, разложения, восстановления, окисления и др. Сведения об изменениях теплофизических и механических свойств горных пород с ростом температуры, а также использование происходящих при этом эффектов для терморазрушения, дробления и бурения горных пород достаточно широко изложены в курсах теплофизики и физики горных пород.

---