Определение плотности горных пород с естественной влажностью

Определение плотности горных пород с естественной влажностью

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южный федеральный университет»

Лабораторная работа №1

На тему: «Определение плотности горных пород с естественной влажностью»

Выполнила

студентка 3 курса 2 группы

Буслаева М.Г.

Проверил

профессор Фоменко Н.Е.

Ростов-на-Дону 2016 год

Цель работы

Изучить теории и методики измерения плотности горных пород способом гидростатического взвешивании. Выполнить метрологический контроль измерительного прибора. Определить плотность на образцах горных пород с естественной влажностью.

Материалы и принадлежности

Прибор для определения плотности и влажности горных пород (ПВГП); разновесы; емкость для погружения образцов; вода; эталоны плотности; образцы горных пород; микрокалькулятор.

Порядок проведения работы

1.  Сущность показателя плотности. Изучение устройства и принципа действия прибора

2.      Проверить техническое состояние и метрологический контроль прибора.

.        Измерения плотности образцов горных пород

.        Сформулировать вывод.

1.     
Сущность показателя плотности. Изучение устройства и принципа действия прибора

Плотность (δп) - физическое свойство тел, количественно оцениваемое величиной отношения их массы (m) к занимаемому ими объему(V). Плотность горных пород зависит от плотностей их твердой (δт), жидкой (δж), и газовой (δг) фаз, а также от соотношения их в единице объема породы. Единицей измерения плотности в системе единиц СИ служит 1кг/м3, а в системе единиц СГС- 1г/см3.

Плотность пород в естественном залегании (δп) измеряют на образцах горных пород. Наиболее распространенным является метод гидростатического взвешивания. Его сущность заключается в том, что вначале определяют массу образца в воздухе (m1), а затем в воде (m0). Объём образца при этом оценивается произведением плотности воды на разницу в весе образца в воздухе и в воде. Значение δп определяется путём деления массы образца в воздухе на потерю этой массы при взвешивании образца в воде (Р), с учетом, что плотность воды равна единице:

δп = m1/Vводы =m1/δводы (m1 - m0) = m1/(m1 - m0) = m1/Р

Для определения δп существует специальный прибор ПВГП (денсинтометр Самсонова). Этим прибором можно измерять δп образцов любой формы.

Прибор ПВГП представляет собой рычажные весы с циферблатным отсчетным устройством, крепящимся на стойке-кронштейне, которая в свою очередь жёстко устанавливается на плите-подставке (рисунок 1).

плотность горный порода взвешивание

Рисунок 1 Прибор ПВГП (денсинтометр)

Основной частью прибора является коромысло. К правому его плечу при помощи подвеса подвешивается образец, а к левому - чашка с уравновешивающим грузом. На коромысле жестко укреплен указатель-стрелка шкалы плотности прибора. В нерабочем состоянии коромысло фиксируется стопорным винтом. На плите-площадке устанавливается подъемный механизм с сосудом для воды.

. Проверка технического состояния и метрологический контроль прибора

Проверка технического состояния сводилась к визуальному осмотру прибора и наличию равновесия плеч коромысла.

Метрологический контроль сводится к измерениям плотности эталонных проб (δэтал) и определению погрешности прибора εδср, которая определяется по формуле:

εδср = (∑Δδi/δi)/n*100%                                                                (1)

где n - количество эталонных образцов, Δδi = δэтал. - δизм - относительная погрешность, определяемая как разность эталонного и измеренного значений.

Измерения δэтал выполнялись на расчётных пробах, где используется формула:

δэтал = mэтал./Р                                                                            (2)

где mэтал - масса эталона,

Р- потеря массы эталона, вычисленная для условий его опускания в воду и

Процесс измерений δэтал заключается в следующем:

а) на подвес правой части коромысла помещаются разновесы, масса которых вместе с подвесом должна составлять mэтал;

б) на чашку-противовес с левой стороны коромысла помещаются грузы до приведения стрелки коромысла на отметку «И» - индекс;

в) в диапазоне шкалы циферблата от 1 до 5 последовательно выбираются цифровые значения δэтал и по формуле (2) вычисляются значения P;

г) на подвесе правой части коромысла масса m1 уменьшается на вес P, в результате чего стрелка должна установиться на шкале деления против отметки δизмер.= δэтал ± Δδизмер.

Результаты измерений эталонных проб приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты метрологического контроля

где Р1 = (m1 - m0) - вес эталона в воде и, соответственно, m0= P, а m1 - масса эталона

По результатам измерений была вычислена погрешность прибора по формуле 1:

εδср = (0,0+0,0+0,005+0,008+0,006+0+0,002+0)/8*100% =0,26.

Этот показатель соответствует нормативным требованием, что дает основание для проведения массовых измерений.

3. Измерения плотности образцов горных пород

Массовые измерения плотности образцов горных пород включали следующие действия:

·   наливаем в сосуд подъемного механизма вода на уровень 15-20 мм ниже верхней кромки сосуда;

·        закрепляем исследуемый образец в петле нити на подвесной скобе;

·        приводим стрелку коромысла на отметку «И» с помощью гирь, или других грузов;

·        образец погружаем в воду с помощью подъемного механизма (при этом образец не должен касаться дна и стенок стакана);

·        после успокоения коромысла снимаем отсчет значения плотности по соответствующей шкале.

Были замерены образцы горных пород неправильной формы размером 5*6 см, представленные песчаником, гипсом, аргиллитом, гранитом, алевролитом, гранодиоритом, кальцитом, кварцитом, конгломератом и пемзой. Результаты измерений занесены в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты измерений плотности на образцах горных пород

. Формулирование выводов

В ходе проделанной работы я изучила теорию и методику измерения плотности горных пород способом гидростатического взвешивании. Научилась выполнять метрологический контроль измерительного прибора и определять плотность на образцах горных пород.

Сопоставление результатов полученных в ходе эксперимента с эталонной плотностью этих пород я выполнила в форме гистограммы. В приведенной гистограмме (рисунок 2) измеренное значения плотности на образцах горных пород сопоставлены со средними значениями плотности приведенными в литературных источниках: 1) Л.М. Горбунова, В.П Захаров, В.С. Музулев, Н.М. Онин. «Геофизические методы поисков и разведки. Под. ред. В.П Захарова. -Л.:Недра,1982.-304 с. 2) «В.Н. КОБРАНОВА Физические свойства горных пород». М.:ГОСТОПТЕХИЗДАТ, 1962 -482 с.

На основе литературных данных я составила таблицу эталонных значений плотности минералов.

Таблица 3

Рис. 2. Сравнение эталонных и измеренных значений плотности

По результатам проделанной работы видно, что измеренная плотность пород совпадает с эталонной, но имеются некоторые отклонения. Они вызваны погрешностью при измерениях.