Лабораторна робота № 4 (вг) Визначення вологоємкості гірської породи

Вологоємкость визначається здатністю гірських порід утримувати у породах і тріщинах вологу і, оцінюється за відносним або загальним вмістом

(в %) вологи, шляхом зважування зразків породи, насичених водою і висушених до постійної ваги. За характером розподілу води у порожнинах породи розрізняють на гігроскопічну (характерну для поверхневих ґрунтів), молекулярну, капілярну і повну вологоємкость.

Гігроскопічна вологоємкість визначається кількістю вологи, яку порода здатна увібрати із повітря з відносною вологістю 94%.

Молекулярна вологоємкість – це кількість води, яка утримується у порожнинах за рахунок молекулярної взаємодії на поверхні зерен мінералів.

Капілярна вологоємкість визначається кількістю води, яка утримується у порожнинах за рахунок дії капілярних сил. Її величина зростає зі зменшенням середнього розміру порожнин.

Повна вологоємкість – це максимальна кількість води, яку здатна утримувати порода при повному водонасиченні у звичайних умовах її залягання. Граничне значення повної вологоємкості коливається у середньому від 0,5% до 60% (торфи, буре вугілля, глини, вапняки).

Вологоємкість враховується при розрахунках систем водонасичення, процесах вилуджування руд, підземній виплавці сірки, тампонажі, розробці методів боротьби із раптовими викидами газів, визначенні потреб ґрунтових вод.

Наявність води у гірських породах суттєво змінює їх найважливіші фізико-механічні властивості. Вода, як складова частина породи, збільшує електропровідність, теплоємкість. Вода є фізико-хімічним середовищем, яка впливає на мінеральну фазу і викликає розчин породи, розмивання, пониження стійкості, збільшення пластичності. Підвищена вологоємкість у масивах гірських порід призводить до деформування і руйнування бортів кар’єрів і виробок.

Так як гірські породи представляють собою трьохфазову систему, то вода значно впливає і на показники густості..

Кількісно вологоємкість характеризується процентним відношенням ваги води, яку увібрав зразок за певний час, до ваги висушеного зразка.

Зразок породи вважається сухим, коли різниця між двома послідовними зважуваннями не перевищує 0,2%. Насичення породи водою може бути вільним і примусовим.

Вільне насичення – пори і тріщини породи заповнюються рідиною під впливом атмосферного тиску.

Примусове насичення – заповнення порожнин у породі рідиною під впливом надлишкового тиску, який обумовлений утворенням вакуумного простору під ковпаком вакуумного насоса.

Порядок виконання експерименту

Для виконання експерименту необхідно:

- зразки гірських порід;

- ваги і рівноваги;

- посудина із водою;

- вакуумний насос;

- вакуумна тарілка із ковпаком і манометром (див. рис. 4.1).

1. Зразки гірських порід висушити у сушильній шафі при 100⁰С-110⁰С, а потім визначити їх масу – М₁, (кг).

2. Просушений зразок занурити у посудину з водою, яку встановлюють під ковпак вакуумного насоса.

3. Кран, який перекриває постачання повітря із атмосфери, встановити вістрям стрілки до шланга.

4. Увімкнути вакуумний насос у мережу і протягом 5-10 хвилин насичувати зразок водою.

5. Вимкнути насос.

Рис.4. Схема лабораторної установки

6. Кран вістрям стрілки повернути праворуч на 90⁰, утворивши цим доступ повітря під ковпак.

7. При встановленні стрілки манометра на «0» зняти ковпак, витягнути зразок гірської породи, насичений водою, визначити його масу – М₂.

Вологоємкість визначається за формулою:

, (4.1.)

де М₁ – маса сухого зразка, (кг); М₂ – маса зразка, насиченого водою, (кг).

8. По визначеній вологоємкості, за допомогою графіка, який наведений на рис.4.2, визначити ступінь впливу вологоємкості на стійкість гірської породи. Результати занести до таблиці 4.1.

Наприклад, при вологоємкості 8% стійкість породи складає 2350 кг/см², а при 28% – 500 кг/см². Потім побудувати графік залежності _сж=f(В_П).

Таблиця 4.1

№ зразка	Маса сухого зразка М110-3, кг	Маса зразка насиченого водою М210-3, кг	Величина вологоємкості, %	σ ст., кг/см2

Рис. 4.2. Вплив вологоємкості гірської породи на її стійкість