Лабораторная работа № 2

Тема: Определение плотности, объемного веса и

Коэффициента пористости горных пород

Цель работы. Экспериментальное определение плотностных параметров горных пород – плотности ,объемного веса и коэффициента пористости (Р), которые характеризуют количество горной массы и полезного ископаемого. Эти параметры широко используются при расчете запасов полезного ископаемого, производительности горных предприятий и оборудования, емкости транспортных средств, расхода взрывчатых веществ, объема отвалов, складов, а также при гравитационных методах обогащения и в разведочной геофизике. С некоторыми физическими свойствами горных пород удельный, объемный вес и пористость связаны корреляционными зависимостями.

Основные теоретические положения. Плотностью называется вес единицы объема вещества (твердой фазы горной породы):

(1)

где ρ- плотность породы;

Gт- вес породы;

Vт- объем твердой фазы.

Удельный вес минералов фактически равен их объемному весу, удельный вес горных пород всегда больше их объемного веса из-за присутствия некоторого количества пустот, трещин, пор ,заполненных газами или водой.

Удельный вес минералов всегда зависит от их химического состава и структуры. По удельному весу минералы делятся на легкие (2,5 г/см3) и тяжелые (4 г/см3)

Удельный вес горных пород зависит от удельного веса слагающих их минералов и может быть рассчитан по формуле:

(2)

где ᵞуд e- удельный вес каждого минерала, слагающего породу;

е – число минералов, слагающих породу;

Ve – доля объема, занимаемого каждым минералом.

Объемным весом называется вес единицы объема тела в естественном состоянии (с порами, трещинами и т.д.):

, Н/м 3 (г/см3, кг/м3) (3)

где ᵞo- объемный вес породы;

G – вес породы ( вес тела);

Vo – объем породы (тела в естественном состоянии).

Объемный вес большинства горных пород колеблется от 1,5 до 3,5 г/см3. Большой объемный вес имеют рудные полезные ископаемые (до 5,5 г/см3). Низким объемным весом обладают гидрохимические (гипс, каменная соль) и органические (торф, бурый уголь и др.) осадочные горные породы.

Если замерить не вес, а массу единицы объема породы, то получают соответствующую удельную “ “ и объемную “ “ массу (плотность) породы. Объемный вес породы и ее объемная масса связаны соотношением:

,

где g - ускорение силы тяжести, м/ с²;

Кроме объемного, удельного весов горной породы существует еще насыпной вес - вес единицы объема разрыхленной породы:

, Н/ м³ (г/см³ , кг/м³), (4)

где Gн – насыпной вес породы;

Vp – объем разрыхленной породы к объему той же породы в плотном состоянии.

, (5)

Коэффициент разрыхления породы всегда больше единицы, поскольку объем разрыхленной породы за счет дополнительного объема пустот больше объема плотной породы. Коэффициент разрыхления угля находится в пределах 1,2-1,5, осадочных пород (песчаников, алевролитов и аргиллитов) – 1,4-2,2, магматических пород – 1,8-2,5.

Пористость – относительный объем всех пустот (пор), заключенных в единице объема породы.

Коэффициент общей пористости:

, (6)

где: К – пористость горной породы;

Vпор- объем всех пор и трещин в породе.

Коэффициент приведенной пористости - К_пр - характеризует отношение объема пор породы к единице объема твердой фазы породы:

, (7)

Поры в горных породах по происхождению делятся на первичные, формирующихся при образовании горных пород и вторичные, появившихся в результате различных процессов метаморфизации, выветривания, выщелачивания и т.д.

По размеру поры подразделяются на три группы - сверх капиллярные диаметром пор 0,1 мм; капиллярные - 0,0002-0,1мм и субкапиллярные – 0,0002мм.

Поры бывают открытыми и закрытыми (изолированными). Открытые поры сообщаются друг с другом и атмосферой. Их суммарный относительный объем составляют открытую пористость (Кот) горной породы.

, (8)

Относительный объем веса закрытых пустот в теле называется закрытой пористостью;

, (9)

Пористость, при которой возможно течение в породе жидкостей и газов под действием обычных в природе градиентов, называется эффективной пористостью:

, (10)

Пористость горных пород колеблется в пределе от 0 до 90%.