fizika_gp

51

1.10.6.3 Подготовка к испытанию

6.3.1Для испытания изготовляют образцы-плитки в виде дисков. Допускается изготовлять образцы-плитки неправильного очертания в плане с необработанными боковыми поверхностями при условии, что контуры их торцов и боковых поверхностей позволяют вписать диск необходимого размера.

6.3.2Общие технологические требования к изготовлению образцов – по п.п. 5.3.2 и 5.3.3.

6.3.3Образцы должны иметь следующие размеры:

диаметр от 30 до 100 мм;

высота – от 10 до 12 мм (для пород с пределом прочности при одноосном сжатии не более 120 МПа) либо от 7,5 до 8,5 мм (для пород с пределом прочности при одноосном сжатии свыше 100 МПа).

Измерения производят штангенциркулем. Диаметр измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Допускае-

мая погрешность измерения 1 мм. За расчетный диаметр принимают меньший. Высоту измеряют в среднем сечении. Допускаемая погрешность измерения 0,1 мм.

6.3.4Торцевые поверхности образца должны быть плоскими и параллельными друг другу. Допускаемое отклонение от плоскостности 0,03 мм в пределах зоны контакта образца с пуансонами и 0,05 мм по всей поверхности. Зона контакта – круг радиусом 10 мм с центром на оси нагружения. Допускаемое отклонение от параллельности на диаметре образца – 0,1 мм.

Контроль производят в соответствии с п. 5.3.6.

6.3.5Количество образцов должно обеспечивать относительную погрешность результатов испытаний не более 30 % при надежности не ниже 0,8 и быть не менее 6.

1.10.6.4 Проведение испытания

6.4.1 Образец размещают между пуансонами нагрузочного устройства (см. рис. 2.5), установленного в центре опорной плиты испытательной машины (пресса), совмещая центр диска с осью нагружения.

52

6.4.2Образец нагружают через пуансоны равномерно до разрушения со скоростью 0,1–0,5 кН/с.

6.4.3Дальнейшие операции – по п.п. 5.4.2 и 5.4.3.

1.10.6.5 Обработка результатов

6.5.1 Значение предела прочности при одноосном сжатии σсж в МПа для каждого образца вычисляют по формуле

Р

σсж = Sу 10 ,

где Р – разрушающая образец сила, кН;

Sу – условная площадь поперечного сечения образца, см2, выбираемая по таблице 2.8.

Таблица 2.8 – Условная площадь поперечного сечения образца

Примечание. Условная площадь поперечного сечения образца получена экспериментально и в неявной форме отражает зависимость между пределом прочности породы при одноосном сжатии и прочностью породы в условиях всестороннего сжатия в объеме, заключенном непосредственно между пуансонами и окружающей этот объем породной матрицей.

6.5.2 Обработка результатов испытания образцов и точность вычислений – в соответствии с п.п. 5.5.2 и 5.5.3.

53

Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНОЙ МАССЫ И ОБЪЕМНОГО ВЕСА ГОРНЫХ ПОРОД

2.1 Цель работы

Изучение определения объемной массы горных пород и объемного веса горных пород волюмометрическим методов, проведение по опытным данным необходимых вычислений.

2.2 Теоретические основы работы

Объемным весом породы γ называется вес единицы объема породы, т.е. отношение веса породы к общему ее объему, состоящему из твердой, жидкой и газообразной фаз:

V – объем образца горной породы, м3; γ – объемный вес породы, Н/м3.

Объемный вес породы определяют либо при естественной влажности, либо в абсолютно сухом состоянии. Во втором случае образцы пород высушивают до постоянной массы при температуре 105–110 ºС и охлаждают в эксикаторе. Массу образцов определяют, взвешивая их на технических веса.

Объем образцов определяют объемомером.

При определении объема образцов методами гидростатического взвешивания измерения проводят с помощью жидкостного объемомера (волюмометрическим методом), образцы пород парафинируют. При этом их опускают на 1–2 с в сосуд с расплавленным и нагретым до температуры 80–90 ºС парафином. Более высокая температура не допускается, так как парафин становится настолько жидким, что проникает в поры образцов. При более

54

низкой температуре парафин загустевает и не прилипает к поверхности образцов. В случае образования на остывающей поверхности образцов пузырьков воздуха их удаляют нагретой мглой, а образовавшиеся отверстия закрывают, проводя иглой плашмя, расплавляющимся в этом месте парафином.

Волюмометрический метод позволяет определять объемный вес образцов пород без их парафинирования. В этом случае предварительно взвешенные сухие образцы пород насыщают водой и погружают в цилиндр объемомера.

Объемной массой ρ горной породы называется масса m еди-

ницы объема V породы в ее естественном состоянии, т.е.

где m – масса образца породы в естественном состоянии, Н; V – объем образца породы в естественном состоянии, м3.

Объемная масса большинства горных пород изменяется от 13 до 38 кН/м3. Большой объемной массой обладают руды, в особенности содержащие железо (ρ = 78,8 кН/м3), кобальт (ρ = 87 кН/м3), молибден (ρ = 101 кН/м3) и др.

Низкую объемную массу имеют гидрохимические осадки – гипс, каменная соль и др. Наиболее низкая объемная масса у торфа, бурого и каменного углей. Объемная масса углей существенно возрастает по мере увеличения степени их метаморфизма и зольности. Объемная масса наиболее распространенных горных пород, в том числе и Кузнецкого угольного бассейна, приведены

втабл. Г.1.

Влабораторной работе объемную массу породы определяют методом гидростатического взвешивания на денситометре. В качестве жидкости применяют дистиллированную воду.

Пределы измерения объемной массы на денситометре ДГП

– 1,2–7,5 г/см3, предельные величины массы испытуемых образ-

цов – 0,05–0,20 кг.

2.3 Оборудование, приборы, инструменты

1. Весы лабораторные.

55

2.Денситометр горной породы ДГП.

3.Образцы горных пород.

4.Объемомер.

5.Стакан.

6.Дистиллированная вода.

2.4 Подготовка образцов горной породы к испытанию

Метод измерения объемомером (волюмометрический метод) применяется для исследования образцов неправильной формы, не имеющих инородных включений, каверн и трещин.

2.5 Порядок выполнения работы

2.5.1 Определение объемного веса пород

1.Отобрать образцы неправильной формы массой 0,005– 0,008 кг из пород, не имеющих инородных включений и трещин, не свойственных данной породе.

2.Взвесить образец (P1) на технических весах.

3.Объемомер наполнить водой комнатной температуры, пока из трубки потечет вода. Когда в цилиндре установится уровень воды на высоте 250 мм и падение капель прекратится, под трубку поставить предварительно взвешенный (Рс) стакан.

4.Образец, подвешенный на тонкой проволоке, осторожно погрузить в цилиндр. Воду, вытесненную образцом и стекающую по трубке, собрать в стакан.

5.После прекращения падения капель взвесить стакан с во-

дой (Рс.в.).

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 3.1. 6. Сделать краткие выводы по результатам работы.

2.5.2 Определение объемной массы пород денситометром

7.Испытуемый образец породы подвесить при помощи нити

кправому плечу коромысла денситометра, а на левое плечо в специальный поднос положить гирьки для уравновешивания, пока стрелка денситометра не установится на и «И» измерительной

57

8.Сосуд с дистиллированной водой на подъемном механизме подвести под образец породы и осторожно поместить образец

вводу, вращая ручку подъемного механизма. Образец будет «всплывать», но его необходимо полностью погрузить в воду так, чтобы он не касался дна и стенок сосуда. Дождаться пока равновесие установится, и движение коромысла прекратится.

9.По стрелке на коромысле денситометра снять отчет на соответствующей шкале измерений: при навешивании подвеса на

штифт с отметкой ПЛ 1–5 отсчет показаний объемной массы производят по шкале с пределами 1–5 г/см3, с отметкой ПЛ 4–7,5

– по шкале с пределами измерений 4–7,5 г/см3.

Образцы слабых и рыхлых пород, обладающих большой проницаемостью и склонностью к размоканию, после установки стрелки на индекс «И» и перед погружением в воду необходимо парафинировать. В объемную массу запарафинированного образца следует вводить поправку.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 3.1. 10.Сделать краткие выводы по результатам работы.

2.6 Обработка результатов эксперимента, составление отчёта

1. По результатам непосредственных измерений линейных размеров вычислить объемный вес породы по формуле

P

γ = V .

2. Определить объемный вес образцов породы по формуле

P

γ = P1 ,

в

γв

где γв – объемный вес дистиллированной воды, Н/м3; Рв – вес воды, вытесненной образцом из объемомера,

58

Pв = Pсв - Pс .

3. Вычислить объемную массу горной породы по формуле

m

ρ = V .

2.7 Вопросы для самопроверки

1.Что называется объемным весом горных пород?

2.Какие методы определения объемного веса горных пород применяются на практике?

3.В чем заключается сущность волюмоиетрического метода?

4.Для чего производится парафинирование образцов?

5.Можно ли определить объемный вес породы без парафинирования образцов?

6.Что называется удельным весом или минералогической плотностью?

7.Что больше, удельный или объемный вес и почему?

8.Как связаны между собой удельный и объемный вес и коэффициент пористости?

9.Каковы порядки определения удельного веса волюмометрическим методом?

10.Как классифицируются минералы по удельному весу?

11.Что называют объемной массой горных пород?

12.Объясните, почему объемная масса испытанных пород изменяется в больших пределах?

13.Расскажите, как определить объемную массу горных пород? 14.Объясните устройство и принцип работы денситометра? 15.Какие факторы оказывают наибольшее влияние на объ-

емную массу горных пород?

59

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСЫПНОГО ВЕСА И КОЭФФИЦИЕНТА РАЗРЫХЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

3.1 Цель работы

Изучение методов определения насыпного веса и коэффициента разрыхления горных пород.

3.2 Теоретические основы работы

Насыпным весом раздробленной горной породы называется вес единицы объема породы в насыпном виде, включая объем пор и промежутков между ее отдельными кусками.

Величина насыпного веса зависит от удельного веса горной породы, крупности частиц, влажности, плотности укладки частиц или уплотнения.

В практике горного дела насыпной вес оценивают коэффициентом разрыхления, представляющим собой соотношение объема, занимаемого данной породой в разрыхленном (насыпном) состоянии, к объему этой породы в целике (массиве):

Коэффициент разрыхления можно определить по соотношению между объемным и насыпным весами. Объемный вес породы в массиве

Vм

где Рм – вес породы в разрыхленном состоянии, Н; Vм – объем породы в массиве, м3.

Насыпной вес породы

где Рн – вес породы в разрыхленном состоянии, Н;

Vн – объем породы в разрыхленном состоянии, м3.

В свою очередь, объемы породы в массиве и разрыхленном состоянии

Тогда

kp = Vн . Vм

Считая, что Рм = Рн, получим:

Для определения насыпного веса породы раздробленную горную породу насыпают в емкость (мерный сосуд) постоянного объема и затем взвешивают. Насыпной вес породы вычисляют по формуле

где Р – вес сосуда с засыпанным в него материалом, Н; Gс – собственный вес сосуда, Н;

V – объем сосуда, м3.

Размеры мерных сосудов для определения насыпного веса породы приведены в таблице 4.1.