Физические основы термического бурения

Термическое разрушение горной породы происходит вследствие ее интенсивного одностороннего нагревания, ведущего к большему расширению поверхностных слоев нагреваемой по роды по сравнению с нижележащими. Неравномерное расширение создает механические напряжения в породе, и, когда они достигают величины временного сопротивления скалыванию, происходит хрупкое разрушение. Величина напряжений в по роде зависит от разности температур ее слоев, т. е. от температурного градиента.

В породах с низкой теплопроводностью отмечается более резкий перепад температур, чем в породах с более высокой теплопроводимостью. Следовательно, при прочих равных условиях температурный градиент в первом случае будет выше.

Температурный градиент зависит также от величины тепло вого потока, т. е. количества тепла, передаваемого газовой струей в единицу времени единице поверхности горной породы.

Удельный тепловой поток q Дж/(м²>с) при известном количестве тепла Q_n (Дж/с), сообщаемом газовыми струями в единицу времени поверхности F (м²), определяется по формуле

Величина удельного теплового потока зависит от скорости струи газов и возрастает с ее увеличением. Последнее возможно с помощью сопел Лаваля, проходя через которые струя достигает сверхзвуковой скорости. Температура газов ограничивается термической стойкостью горелки.

Тепловые потоки для термического бурения создаются в результате сжигания в камере сгорания высококалорийных смесей (кислород — керосин, бензин — сжатый воздух, соляровое масло — азотная кислота, а также керосин — сжатый воздух).

Скорость термобурения зависит от петрографических особенностей породы, а также скорости подачи и частоты вращения термобура. С увеличением подачи скорость бурения сначала растет, но, достигнув максимального значения, падает. С увеличением частоты вращения процесс разрушения породы, как правило, улучшается и до некоторого предела растет скорость бурения. Выше этого предела увеличение частоты вращения ведет к снижению скорости бурения.