11.2 Использование электрических магнитных свойств горных пород для горного производства

Все способы разрушения породс применением электрической энергии подразделяется на электротермические, обусловленные тепловым пробоем или нагревом породы электрическим током, и электрические, основанные на электрическом пробое горной породы.

К первой группе относится высокочастотный контактный метод разрушенияплохо проводящих пород. Электроэнергия частотой до 300 МГц проводится к породе по контактирующим с ней электродам. В зависимости от формы электродов и их взаимного расположения в породе возникает электрическое поле определенной конфигурации. Таким образом, можно создать направленное электрическое поле или концентрировать его на определенных участках породы. В результате этого процесса порода разогревается и откалывается в виде чешуек или кусков. При этом методе разрушения горных пород основную роль играют электрические свойства породы и слагающих ее минералов.

Электрические методыоснованы на электрическом пробое пород. Для разрушения пород электрическим пробоем используют импульсные напряжения. Величина этих напряжений зависит от электрической прочности разрушаемых пород и их размеров. Электрические пробой можно применять для раскалывания кусков породы, бурения и отбойки от массива. Однако для его осуществления требуются высокие напряжения, опасные для обслуживающего персонала.

Оттаивание породосуществляется пропусканием электрического тока по разогреваемому участку на площади, подлежащей оттаиванию, бурят шпуры, в которые помещают электроды, так, чтобы их концы находились в такой породе. При подключении напряжения образуется замкнутая электрическая цепь в такой породе, так как электропроводность такой породы во много раз выше, чем мерзлой.

Слой, по которому протекает ток, нагревается и передает тепло вышележащему слою, который после оттаивания сам начинает проводить так. Постепенно процесс оттаивания достигает поверхности.

При упрочнении породиспользуют электрохимические закрепление и электроплавление.

Электрохимическое закреплениеосуществляют путем пропускания постоянного электрического тока через влажные породы. В результате химических реакций калий и натрий замещаются водородом, алюминием или железом, и в породе образуются гидраты окиси металлов (например, боксит). Приэлектроплавленииводоносные пески нагреваются пропусканием электрического тока до температуры 1700-1800⁰С, в результате чего песок расплавляется. Остывшая масса образует стекловидное вещество высокой прочности, водонепроницаемое и не разрушаемое.

Сущность электрических методов обогащениязаключается в избирательном действии электрического поля на заряженные минеральные частицы. В электрическом сепараторе руда перемещается по электрическому полю. В зависимости от электрических свойств, крупности и формы минеральные частицы движутся по различным траекториям и могут быть разделены.

Для добычи серыприменяют высокочастотный электромагнитный нагрев серных руд. Под воздействием электромагнитного поля массив нагревается за счет диэлектрических потерь независимо от его проницаемости, трещиноватости и теплопроводности. Скорость нагрева, таким образом, определяется только электрическими свойствами и теплоемкостью нагреваемого объема.

Для разведки месторожденийполезных ископаемых широко применяются электромагнитные методы

Магнитный метод. Суть метода заключается в измерении величины напряженности магнитного поля. Напряженность магнитного поля в каждой точке поверхности Земли зависит от намагниченности находящихся под этой точкой геологических объектов. Этим методом можно исследовать породы, залегающие на глубине 1020 м. По результатам этой съемки можно судить о геолого-петрографических особенностях массива, трещиноватости пород, разломах и т.д.

Электрические свойства пород используются в методах электроразведки. Наиболее распространены следующие.

Метод естественного электрического поля, который заключается в последовательном замере потенциалов точек, расположенных на одной прямой линии относительно одной центральной точки. Выявленные аномалии потенциала обычно указывают на наличие какого-то источника локальных токов (соляные или каменноугольные месторождения).

Если хорошо проводящая залежь вскрыта хотя бы одной скважинной или горной выработкой, то ее контуры можно определить методом заряженного тела. Один из полюсов источника тока подсоединяют к залежи, другой – заземляют на расстоянии, превышающем размеры залежи в 1020 раз и более. В результате залежь заряжается и создает вокруг себя электрическое поле. Залежь оконтуривают эквипотенциальные линии. Это дает возможность, прослеживая их распределение на поверхности Земли, определить границы и конфигурацию изучаемого объекта.

Для шпурового метода определения трещиноватости массивавокруг горных выработок на кафедре горной геомеханики ДонНТУ был создан прибор радиоинтроскопии, состоящий из зонда, измерительного блока и досылочного устройства. Излучающая катушка зонда создает в породах вокруг шпура электромагнитное поле постоянной частоты 1МГц; величина тока в приемной катушке зонда зависит от относительной диэлектрической проницаемости среды вокруг зонда. Последнее обстоятельство и позволяет обнаруживать в массиве трещины (заполненные, как правило, воздухом) и устанавливать их параметры: величину раскрытия, их местоположение по длине шпура и их угол наклона к оси шпура.