Процесс термического разрушения горных пород представляет собой комплекс физико-химических явлений, инициируемых воздействием высоких температур. В основе этого процесса лежат два основных механизма, каждый из которых доминирует в зависимости от интенсивности и характера теплового воздействия.
Разрушение за счет теплового расширения и возникающих напряжений
Первый механизм связан с возникновением разрушающих механических напряжений внутри породы. Когда поверхностный слой породы подвергается интенсивному и быстрому разогреву (например, от пламени газовой горелки или потока раскаленных газов), он начинает расширяться. Однако внутренние, менее прогретые слои остаются холодными и препятствуют этому расширению. В результате в материале возникают значительные сжимающие напряжения в поверхностной зоне и растягивающие — в более глубоких слоях. Критическая величина этих напряжений, приводящая к растрескиванию и откалыванию кусков породы, напрямую зависит от градиента температуры, то есть от разницы в нагреве между слоями. Этот градиент, в свою очередь, определяется теплофизическими свойствами материала, прежде всего его теплопроводностью: чем она ниже, тем круче температурный градиент и тем эффективнее происходит разрушение.
Разрушение через фазовые превращения: плавление и испарение
Второй механизм реализуется при еще более мощном тепловом воздействии, когда температура контакта превышает точки плавления или сублимации минералов, составляющих породу. В этом случае высокотемпературная газовая струя не просто нагревает, а вызывает непосредственное фазовое превращение вещества — его переход в жидкое (расплав) или газообразное состояние. Этот принцип лежит в основе ряда промышленных технологий. Классическим примером является подземная перегонка (ретортирование) горючих сланцев, в результате которой органическое вещество породы превращается в жидкие углеводороды — синтетическую нефть. Другой важный пример — подземная газификация углей, когда в пласте инициируется контролируемое горение, а образующийся горючий газ (смесь CO, H₂, CH₄) отводится на поверхность для дальнейшего использования. В этом случае разрушение породы является не самоцелью, а необходимым этапом для извлечения энергетического сырья.
Таким образом, выбор доминирующего механизма термического разрушения — механического или фазового — определяется поставленной технологической задачей, требуемой скоростью работы и свойствами целевой породы.