Лекция 5 экспериментальное определение физико-технических параметров пород

При измерении физико-технических параметров пород полученные данные должны обладать достаточной точностью, сопоставимостью и представительностью.

В настоящее время разработано большое количество различных методов определения физико-технических параметров пород. Они делятся на лабораторные и натурные.

Лабораторными методами определяют физико-технические параметры пород на образцах.

Лабораторный образец — это полностью подготовленный в соответствии с требованиями методики к испытаниям полированный кусок породы (или минерала) с минимальным Нарушением естественного состояния. В зависимости от размера выделяют образцы малые (объемом до I см³), средние (до '200 см³) и большие (свыше 200 см>^?). В зависимости от степени обработанности образцы бывают правильной, полуправильной и неправильной формы.

Натурные методы определения параметров пород применяют непосредственно в природных условиях, как правило, без полного отделения изучаемого объема породы от окружающего массива. Изучению может подвергаться либо отдельная горная порода в массиве, либо массив, состоящий из разных пород. Изучаемые объемы могут быть как небольшими (измеряемыми см³), так и превышающими десятки кубических метров.

Сравнение лабораторных методов с натурными показывает, что изучение свойств пород в образцах гарантирует большую стабильность измеренных величин, дает более достоверные данные для сравнения и классификации пород, позволяет более четко выявить зависимости свойств от различных факторов. Определение свойств на образцах, как правило, менее трудоемко и позволяет неоднократно производить измерения и уточнять результаты их.

Наряду с этим образец горной породы по объему часто соответствует объемам пород, подвергаемых физическому воздействию при различных производственных процессах (например, при дроблении), что позволяет свойства образца использовать непосредственно в технологических расчетах.

Для процессов, происходящих в большом объеме массива, можно использовать методы пересчета свойств образца горной породы на свойства породы в массиве с учетом факторов, обусловливающих отличие этих свойств.

Именно поэтому в настоящее время широкое распространение имеют лабораторные методы определения физико-технических параметров образцов пород, многие из которых стандартизированы.

Для того чтобы получить точные, сопоставимые и представительные данные о породе при изучении образцов, необходимо использовать математическую статистику и теорию вероятностей, в соответствии с которыми, в первую очередь, необходимо проведение измерений на достаточно большом количестве образцов. Для этого по определенной методике отбирают пробы таким образом, чтобы они представляли все возможные в данном массиве колебания минерального состава и строения изучаемой породы.

Затем, рассчитав необходимое количество образцов, из этой так называемой генеральной совокупности проб производят их случайную выборку. Например, из 200 проб, представляющих генеральную совокупность, отбирают методом случайного выбора 7—13 проб. Из каждой пробы изготовляют не менее 3—5 образцов максимально допустимых по данной методике размеров.

Породы часто, а кристаллы минералов всегда анизотропны, вследствие чего определение тензорных параметров производят на образцах в двух или трех взаимно перпендикулярных направлениях и вычисляют коэффициенты анизотропии:

(2.5)

где — значения параметров соответственно вдоль и перпендикулярно напластованию, слоистости или преимущественной ориентации минералов, пор и трещин в породе.

Результаты каждой группы измерений по всей случайной выборке проб подвергают статистической обработке с целью выявления, в первую очередь, среднего значения параметра, а затем его доверительного интервала.

Далее вычисляют:

среднее квадрат и чес кос отклонение (ошибку) единичного результата

Если какой-то параметр для одного типа породы или минерала определен на п образцах, то в случае нормального распределения результатов измерения наиболее близкое к истинному значению параметра будет среднее арифметическое X всех измерений Xi

коэффициент вариации (%), т. е. среднее относительное отклонение полученных результатов измерений от среднего арифметического,

доверительный интервал

Коэффициент t_na (коэффициент Стьюдента) учитывает отличие случайной выборки от генеральной совокупности и зависит от числа образцов п и требуемой доверительной вероятности а (чаще всего α = 0,85-0,95).