Лабораторна робота №1 визначення густинних властивостей гірських порід

Мета роботи. Вивчення методики визначення відкритої та загальної пористості гірських порід, а також їх об'ємної та питомої маси.

1.1 Визначення загальної та відкритої пористості гірських порід

Пористість, поряд із шаруватістю, сланцюватістю і тріщинуватістю належить до текстурних ознак гірських порід.

Загальною (абсолютною) пористістю називають відношення сумарного об’єму пор v до загального об’єму зразка породи V_зр

П_заг= (v /V_зр) 100% (1.1)

Відкрита пористість – це відношення об’єму пор, з’єднаних між собою v₀, до загального об’єму зразка породи V_зр

П_відк= (v₀ /V_зр) 100% (1.2)

Відкрита пористість менша за загальну тому, що в породі завжди є замкнуті (ізольовані) пори.

Пористість порід залежить від їх петрографічного складу, глибини залягання та інших факторів. Як правило, уламкові гірські породи мають більшу пористість, ніж кристалічні. Пористість магматичних і метаморфічних порід дуже мала (в межах 0,8 – 1.2%) і пов’язана в основному з тріщинуватістю.

Пористість гірських порід зменшується із зростанням глибини їх залягання, що пояснюється ущільненням під дією ваги розташованих вище порід.

Загальну та відкриту пористість зразків гірських порід можна визначити за допомогою приладу СПВ-2. Пористість визначається за зміною тиску при стискуванні повітря в бюретці певного об’єму, котру з’єднано з камерою із зразком. Прилад дає змогу оцінити густину гірських порід.

Опис приладу спв-2

Прилад складається з герметичної камери 3 (рис.1.1), в яку кладуть досліджуваний зразок породи. Камера встановлюється на основі кернотримача 7, для чого потрібно відвести в сторону скобу 2, закріплену двома гвинтами 6.

До штуцера кернотримача в нижній його частині приєднана скляна бюретка 10, яка має розширення кулястої форми об’ємом близько 10 см³.

Б

Рисунок 1.1 – Схема приладу СПВ-2

юретка гумовою трубкою з’єднана з посудиною 14 і сильфоном 15. Посудина та сильфон заповнені водою.

Бюретка має мітки, відповідно верхню – 11 і нижню – 12. Для забезпечення плавної зміни рівня води в бюретці у гумову трубку, яка приєднана до нижньої частини бюретки, вмонтовано капіляр 13. Кран 9 з’єднує систему з атмосферою, для чого його повертають до упору за годинниковою стрілкою. Система гумовою трубкою з’єднана з манометром 17, покази якого відповідають величині тиску стиснутого повітря всередині камери 3.

Порядок виконання роботи на приладі спв-2

1. Для визначення відкритої пористості беруть зразок породи об’ємом 10–20 см³ . При використанні зразків менших розмірів зростають похибки вимірювань. Зразок породи сушать в сушильній шафі протягом 1–1,5 год. при температурі 100–105^оС, охолоджують і зважують на технічних вагах з точністю до 0,01 г.

Визначення загального об’єму зразка породи

а) При наявності зразка правильної форми визначення об’єму проводиться за його геометричними розмірами. Наприклад, для циліндричного зразка проводять вимір висоти і діаметра зразка. Їх значення визначають як середні з чотирьох вимірів. Загальний об’єм зразка розраховують за формулою

(1.3)

де d – середній діаметр зразка;

h – середня висота зразка.

б) При роботі з сипучими породами досліджуваний матеріал засипають доверху в склянку 4. В цьому випадку в розрахункову формулу (1.5) замість V_зр підставляють значення внутрішнього об’єму склянки V_ст.

в) При роботі зі зразками неправильної форми їх об’єм визначають так.

В склянку 4 засипають шар дрібного, добре просіяного і просушеного піску. Дослідний зразок поміщають в склянку поверх піску, після чого вільний простір, що залишився, заповнюють доверху тим же піском. Постукавши легко по краю склянки, ставлять його на підставку електромагнітного вібратора, котрий вмикають на 20 с в мережу змінного струму з напругою 220 В. Після цього склянку знову заповнюють до верху піском. Надлишок піску над рівнем країв склянки зсувають металевою лінійкою. Потім пісок з породою висипають на сито. При цьому зразок породи залишається на ситі, а пісок висипається на підкладений листок паперу. Пісок засипають в мірну ємність, кладуть на підставку включеного вібратора і через 20с визначають його об'єм V_п . Загальний об’єм зразка визначають як різницю між внутрішнім об’ємом склянки і об’ємом піску

V_зр=V_ст – V_п. (1.4)

2. Перевіряють прилад на герметичність. Для цього, помістивши в камеру певну кількість еталонів об’єму (кульок), ручкою 16 стискують повітря в камері 3 до 0.03 – 0.05 МПа. Якщо після 1–2 хв. тиск на манометрі не зменшується – прилад герметичний.

3. Кульки (об’ємом близько 5 см³) кладуть в склянку 4. Склянку ставлять в камеру 3 на підставку 8, яка має внизу пази для з’єднання камери з бюреткою. Гвинтом 1 герметизують камеру.

Після ущільнення камери ручкою 16 стискують сильфон 15 , підіймають рівень води в бюретці до нижньої мітки 12. При цьому кран 9 повинен бути відкритий – в системі зберігається атмосферний тиск.

Закривши кран 9, стискають сильфон , поки рівень води не досягне верхньої мітки 11. Через 10–15 с манометром 17 вимірюють тиск в системі. Швидкість стискання повинна бути по можливості постійною.

Далі, обертаючи ручку 16, опускають рівень води нижче мітки 12, роблять запис в журналі, відкривають кран 9, знімають камеру 3 для заміни зразка.

При виконанні досліду не можна підіймати рівень води вище верхньої мітки 11, а також допускати попадання повітря в систему.

4. Аналогічно п.3 повторюють досліди з еталонними кульками об’ємом близько 8см³, 11см³, 14см³, 17см³ .

5. Для визначення залежності між об’ємом та тиском в камері, на міліметровому папері будують калібрувальну криву. На осі абсцис відкладають об’єм еталонів, розрахований за їх геометричними розмірами, На осі ординат – значення тиску манометра.

6. Висушений і охолоджений зразок кладуть в склянку 4 приладу і проводять з ним дослід аналогічно п.3.

7. За отриманим значенням тиску на манометрі на калібрувальній кривій знаходять об’єм зразка породи, непроникного для повітря V_зр^*.

8. Оскільки об’єм пор, які з’єднані між собою V_{0 =} V_зр – V_зр^*, то згідно (1.2), відкриту пористість знаходять за формулою

П_відк= [(V_зр – V_зр^*)/V_зр] 100% . (1.5)

Загальну пористість визначають за формулою

П_заг= [(V_зр – V_ск) /V_зр]100% , (1.6)

де V_ск – об’єм скелету породи, який визначають аналогічно V_зр^* , попередньо ретельно подрібнивши зразок.