Электротермические методы разрушения и обработки горных пород
УДК 622. 23
Швоев Е.В.
Научный руководитель: канд. техн. наук, доц.
Лукьянов Г.Д.
Белгородский государственный технологический
университет им. В.Г. Шухова
Электротермические методы разрушения и обработки горных пород
Применение современных методов управления энергией взрыва не дают полной гарантии получения негабаритных кусков при первичном рыхлении. При вторичном дроблении возникают проблемы: увеличение опасности горных работ, загрязнение окружающей среды, ухудшение условия труда горняков. Поэтому разработка и применение невзрывных методов разрушения горных пород является актуальным.
При электротермических методах воздействия поглощаемая мощность различными породами зависит исключительно от ее электрических свойств, изменяющихся в широких пределах (от проводников до диэлектриков). Поэтому можно использовать низкочастотные методы, метод импульсного и высокочастотного теплового пробоя, диэлектрического нагрева и волновой метод разрушения.
В зависимости от способа передачи электрической энергии к породе различают бесконтактные и контактные методы.
Породы, которые имеют в составе компоненты, проводящие ток, разрушаются токами промышленной частоты (рис.1,а). Но при таком способе затрачивается очень много времени на отыскание проводящего слоя в породе и большие энергетические затраты.
Возможно применение одностороннего контактного метода (рис. 1,6). В этом случае разрушение происходит за счет теплопроводности материала, которая зависит от температуры и направления относительно слоистости горных пород. С увеличением плотности материала коэффициент теплопроводности горных пород возрастает, с повышением температуры он уменьшается, что благоприятствует разрушению горной породы.
Используя метод теплового пробоя, основанного на выделении энергии, результаты опытно-промышленных испытаний показали, что даже без учета технологических преимуществ такой метод в два раза дешевле буровзрывного (рис.1,в). В «канале» теплового пробоя горная порода становится хорошим проводником электричества, что позволяет вводить в него большую мощность. Интенсивный разогрев токопрово-
дящего канала электрическим током создает в породе термоупругие напряжения, приводящие к ее разрушению. Для полу проводящих пород используются частоты до 400кГц, для горных пород - диэлектриков -частота 5,28МГц. При разрушении горных пород - диэлектриков токами высокой частоты канала теплового пробоя не образуется, а происходит неравномерный диэлектрический нагрев материала, что приводит к созданию разрушающих напряжений. Они образуются по всей глубине проникновения электрического поля, параметрами которого можно влиять на происходящие процессы в зависимости от электрических свойств породы.