1. Определение истинной плотности горной породы

Отбирают пробу горной породы и для ликвидации пор и других дефектов структуры ее дробят. а затем размалывают в фарфоровой или агатовой ступке до размера зерен менее 0,2 мм. Приготовленный порошкообразный материал высушивают в термостате при температуре 105…110 ^оС до постоянной массы, взвешивают с погрешностью 0,01 г, а затем охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры.

От подготовленной пробы берут навеску массой около 10 г, высыпают ее в чистый предварительно взвешенный пикнометр (рис. 3).

Рис. 3. Пикнометр

Пикнометр с навеской взвешивают с погрешностью 0,01 г, заливают на 2/3 объема дистиллированной водой и ставят на песчаную баню. Осторожным кипячением в течение 15…20 минут удаляют из навески материала воздух. После кипячения пикнометр с содержимым охлаждают до комнатной температуры в ванне с водой. Пикнометр тщательно вытирают снаружи, доливают до черты по нижнему мениску дистиллированную воду и взвешивают с погрешностью 0,01 г, определяя массу пикнометра с водой и навеской. Затем пикнометр освобождают от содержимого, промывают, заполняют до черты дистиллированной водой комнатной температуры и вновь взвешивают с погрешностью 0,01 г, определяя массу пикнометра с водой.

Истинная плотность вещества горной породы определяют по формуле

(m₂ – m₁) ρ_воды

ρ_в-ва = −−−−−−−−−−−−−− , (1)

m₄ + (m₂ – m₁) – m₃

где ρ_в-ва − истинная плотность вещества, г/см³; m₁ – масса сухого чистого пикнометра, г; ρ_воды − плотность воды, г/см³; m₂ − масса пикнометра с навеской, г; m₃ − масса пикнометра с водой и навеской, г; m₄ – масса пикнометра с водой, г.

Определение истинной плотности вещества горной породы проводят дважды, расхождение между двумя параллельными результатами не должно превышать 0,02 г/см³.

2. Определение средней плотности образцов горных пород

Для каждой горной породы отбирают по 3 образца неправильной формы. Образцы высушивают в термостате при температуре 105…110 ^оС до постоянной массы, и после остывания в эксикаторе взвешивают с погрешностью 0,01 г. Затем на каждый образец с помощью кисти наносят тонкий слой расплавленного парафина так, чтобы была покрыта вся поверхность. Дав парафину застыть, образцы снова взвешивают и перевязывают прочной нитью. Используя известные формулы, определяем массу парафина.

Объем образца, покрытого слоем парафина, определяют при помощи объемомера (рис. 4), который предварительно заполняют водой до уровня слива. Парафинированный образец на нитке опускают в объемомер, а вытесненная жидкость стекает в стакан 4 (мерный цилиндр 3). Водонепроницаемый слой парафина препятствует впитыванию воды, что превышает точность определения объема образца.

1

2

3

4

Рис. 4. Объемомер: 1 – объемомер; 2 – образец; 3 – мерный цилиндр; 4 − стакан

Из установленного таким образом объема образца с парафином необходимо вычесть объем, занимаемый парафином. Плотность парафина равна 0,93 г/см³.

Плотность образца горной породы подсчитывают как частное от деления массы образца в сухом состоянии на его объем

m₁ m₁

ρ_г.п = −−−−− = −−−−−−−−−−−−, (2)

V_обр m₂ – m₁ m₂ – m₁

−−−−− − −−−−−−

ρ_воды ρ_пар

где ρ_{г. п} − плотность горной породы, г/см³; m₁ – масса образца горной породы в сухом состоянии, г; V_обр − объем образца, см³; ρ_воды − плотность воды, г/см³; m₂ − масса образца горной породы, покрытого слоем парафина, г; m₃ − масса образца горной породы, покрытого слоем парафина в воде, г; ρ_пар − плотность парафина, г/см³.

Среднюю плотность горной породы вычисляют как среднее арифметическое испытаний 3 образцов.

Результаты определения истинной плотности и плотности горной породы в куске сравнивают с табличными данными (см. табл. 7–9). Резкие отклонения экспериментальных данных от табличных свидетельствуют о неправильном проведении лабораторных испытаний.