Лабораторная работа № 1. Изучение теории и методики измерения плотности горных пород способом гидростатического взвешивании

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

С ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЛАЖНОСТЬЮ

Цель работы

Изучение теории и методики измерения плотности горных пород способом гидростатического взвешивании. Выполнение метрологического контроля измерительного прибора. Определение плотности 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. Изучение устройства и принципа действия прибора.

2. Проверка технического состояния и метрологический контроль прибора.

3. Выполнение измерений, оценка результатов.

4. Формулирование выводов.

Пояснение к работе

Плотность (δ _п) – физическое свойство тел, количественно оцениваемое величиной отношения их массы (m) к занимаемому ими объему(V). Плотность горных пород зависит от плотностей их твердой (δ_т), жидкой (δ_ж), и газовой (δ_г) 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 (δ _п) 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 δ _п определяется путём деления массы образца в воздухе на потерю этой массы при взвешивании образца в воде (Р), с учетом, что плотность воды равна единице:

δ _п = m₁/V_воды =m₁/δ_воды (m₁- m₀) = m₁/(m₁- m₀) = m₁/Р

Для определения δ _п существует специальный прибор ПВГП (денсинтометр Самсонова). Этим прибором можно измерять δ _п 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).

Рисунок1 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.

Экспериментальная часть лабораторной работы состоит из двух последовательных этапов:

I. Метрологический контроль прибора;

II. Массовые измерения плотности δ _п образцов.

I. Метрологический контроль сводится к измерениям плотности эталонных проб (δ_этал) и определению погрешности прибора ε_δ^ср, которая определяется по формуле:

ε_δ^ср = (∑_Δδ_i/δ_i)/n *100% (1),

где n – количество эталонных образцов, _Δδ_i = δ_этал. – δ_изм - относительная погрешность, определяемая как разность эталонного и измеренного значений.

Измерения δ_этал можно выполнять не только на материальных (натурных), но и расчётных пробах. Используется формула:

δ_этал = m_этал./Р (2),

где m_этал – масса эталона, Р = (m₁- m₀) – потеря массы эталона, вычисленная для условий его опускания в воду.

Процесс измерений δ_этал заключается в следующем:

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

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 δ_этал 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 δ_измер.= δ_этал± _Δδ_измер.

Результаты записывают в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты метрологического контроля

№	m₁ _,г	δ_этал, г/см³	P₁= m₁- m₀ _,г	δi, г/см³	_Δδi, г/см³	_Δδi/ δi
		1,5
		2,0
		2,5
		3,0
		3,5
		4,0
		5,0

II. Измерения плотности образцов горных пород включают следующие действия:

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

· закрепляется исследуемый образец в петле нити на подвесной скобе;

· приводится стрелка коромысла на отметку «И» с помощью гирь, или других грузов;

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

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

Результаты измерений заносятся в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты измерений плотности на образцах горных пород

№	Наименование породы	Наименование жидкости	δi, г/см³	_Δδi/δi	Примечание
		Вода			Наибольшая метрологическая погрешность по результатам эталонировки составляет _Δδi = ±_____
		Вода
		Вода
		Вода
		Вода
		Вода