Способ определения водопоглощения горных пород Советский патент 1991 года по МПК G01N5/02 

1

(21)4690513/25

(22) 10.03.89

(46) 15.12.91. Бюл. №46

(71)Кузбасский политехнический институт

(72)Г.Г.Штумпф и В.Е.Ануфриев

(53)622.8 807 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 834354, кл. G 01 N 5/00, 1979.

Борон Л.И., Логунцов Б.М., Позин Е.З. Определение свойств горных пород. М.: Гос- гортехиздат, 1962, с. 63-65.

(54)СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОПОГ- ЛОЩЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

(57)Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам определения водопоглощения горных пород. Целью изобретения является сокращение времени определения водопоглощения. Из отобранных от массива горных пород проб изготавливают образцы в виде дисков или пластин толщиной.5-6 мм с двумя параллельными поверхностями, ограничивающими толщину образца. Изготовленные образцы помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы. Затем возбуждают в каждом образце ультразвукоИзобретение относится к горной промышленности, в частности к способам определения водопоглощения горных пород.

Цель изобретения - сокращение времени определения водопоглощения.

Сущность изобретения заключается в определении водопоглощения по изменению амплитуды возбужденной в образце ультразвуковой волны при погружении в воду высушенного образца горной породы.

вые колебания, расположив его параллельными поверхностями перпендикулярно направлению распространения продольной волны, и определяют величину амплитуды волны в образце. После этого образец помещают в воду вертикально параллельными поверхностями и перпендикулярно направлению распространения продольной волны, возбуждают в нем таким же образом, что и в сухом состоянии, ультразвуковые колебания и наблюдают за ростом амплитуды волны до наступления момента полной стабилизации ее величины. При наступлении стабилизации амплитуды определяют ее величину и извлекают образец из воды. Степень водопоглощения породы определяют по формуле Wn а + b A A + сД А2, где WD - водопоглощение образца породы %; А Амин Аа - AI - разность величин амплитуды А2 ультразвуковой волны в образце на момент наступления стабилизации величины амплитуды волны перед извлечением его из воды и перед погружением его в воду - At; a, b, с - коэффициенты, определяемые предварительно для каждого типа породы. 1 табл.

Способ осуществляют следующим образом.

Из отобранных от массива горных пород проб в виде бурового керна или кусков изготавливают образцы в виде дисков или пластин толщиной 5-6 мм с двумя параллельными поверхностями, ограничивающими толщину образца. Изготовленные образцы помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при тем00

ON Ю 00 VJ

О

СО

пературе 105-110°С, Затем ультразвуковым импульсным прибором возбуждают в образце ультразвуковые колебания, расположив его параллельными поверхностями перпендикулярно направлению распространения продольной волны и определяют величину амплитуды волны в образце. После этого образец помещают в воду вертикально параллельными поверхностями и перпендику- лярно направлению распространения продольной волны, возбуждают в нем таким же образом, что и в сухом состоянии, ультразвуковые колебания и наблюдают за ростом амплитуды волны до наступления момента полной стабилизации ее величины. Степень водопоглощенмя породы Wn определяют по формуле

Wn a + bAA + cAA2

где Wn - водопоглощение образца, %;

Д А А2 - AI - разность величин амплитуд ультразвуковой волны в образце на момент -наступления стабилизации величины амплитуды А2 перед извлечением его из воды и перед погружением его в воду AI;

a, b, с - коэффициенты, определяемые опытным путем предварительно для каждого типа пород по результатам определения разности величин амплитуд ультразвуковой волны в погруженном в воду образце с известным водопоглощением на момент наступления полной стабилизации амплитуды и в высушенном образце, причем измерения проводят не менее чем с тремя образцами с различным водопоглощением. Выбор соотношения поперечного (толщины) и продольных (длины и ширины) размеров образца 1:10-12, причем поперечного размера в пределах 5-6 мм и размещение высу- шенных до постоянной массы образцов в воде вертикально параллельными поверхностями и перпендикулярно направлению распространения продольной волны обусловлен тем, что при таком соотношении толщины и сторон образца и размещении образца в воде вертикально параллельными поверхностями, ограничивающими толщину образца, не происходит образование воздушных мешков вследствие того, что создается градиент дав- лення воды, обеспечивающий движение воздуха и исключающий образование воздушных мешков. В результате процесс водопоглощения происходит интенсивно и равномерно по всему объему образца.

Испытания показали, что при толщине образца породы более 6 мм и толщине менее 5 мм и соотношении толщины, длины и ширины образца отличном от 1:(10-12):(10510 15

0

5

0 5 0 5 0 5

12) получаемые результаты водопоглощения породы неверные и ненадежные.

Толщина образца менее 5 мм неудовлетворительна по составу и размеру зерен, породы, в частности после обработки поверхности образцов существенно разнозерни- стых пород.

Существенное отличие водопоглощения пород по предлагаемому и известному способам при толщине образца более 6 мм и соотношениях размеров, отличных от 1:(10-12), объясняется тем, что при такой толщине не происходит полное водопоглощение пород и поэтому связь между величиной амплитуды волны и водопог/ющйние- является ненадежной и показатели водопоглощения меньше действительных.

При несоблюдении указанных размеров и условий испытания образца происходит образование воздушных мешков в средней части образца. По мере проникно вения воды в образец со всех его поверхностей в процессе водопоглощечия значительная часть воздуха под давлением воды перемещается по порам внутрь образца и вследствие этого оказывает сопротивление проникновению туда воды. Воздушные мешки, т.е. очаги, в которых скапливается воздух в образце, тем больше, чем больше, при прочих равных условиях толщина образца.

При соблюдении размеров и условий определения водопоглощения образцов породы боковое давление, т.е. давление водь- на параллельные поверхности образца (погруженного в воду вертикально параллельными поверхностями) достаточно для выдавливания воздуха из него (в направлении вертикального расположения образца) и предотвращения образования в нем воздушных мешков.

П р и м е р. В таблице приведены значения коэффициентов а, Ь, с, полученные для различных типов горных пород и средние величины водопоглощения пород. Из каждой разновидности пород- крупно-, средне- и мелкозернистых песчаников, алевролитов и переслаиваний песчаников и алевролитов полей, отобранных в виде кернов и кусков, на камнерезном станке было изготовлено по 15 образцов с двумя параллельными поверхностями, ограничивающими их толщину.

Изготовленные образцы высушивали до постоянной массы в сушильном шкафу при 110°С. Время высушивания образцов длилось от 70 до 90 мин. В каждом высушенном образце перед погружением его в воду методом ультразвукового прозвучивания определяли амплитуду Ai ультразвуковой волны. Затем образцы поочередно погружали в воду вертикально параллельными поверхностями, в каждом из них возбуждали ультразвуковые колебания таким же образом ив том же направлении, что и в высушенном образце и следили за ростом амплитуды. На момент полной стабилизации амплитуды волны А2, образец извлекали из воды и определяли величину водопоглощения по формуле

Wn a + b ДА + с Д А2,

где a. b и с эмпирические коэффициенты, определенные предварительно для каждой разновидности пород.

Стабилизация амплитуды первой вступившей волны в образцах крупнозернистых песчаников составляет 10 -18 мин, средне- зернистых песчаников и крупнозернистых алевролитов 20-25 мин, мелкозернис тых песчаников, алевролитов и переслаиваний 30-40 мин.

Длительность процесса определения водопоглощения по предлагаемому способу значительно меньше, чем в известных способах, надежность результатов определения величины водопоглощения по этому способу высокая и не уступает надежности результатов, полученных по другим способам.

Данный способ может найти широкое применение для определения водопоглощения горных пород угольных месторождений на стадиях разведки и доразведки месторождений угля, полей шахт и разре- зов, при ведении горно-строительных и эксплуатационных работ. На этих стадиях велики объемы испытания горных пород на водопоглощение, так как показатели водо- поглощения пород необходимы для реше- ния многих вопросов горного производства.

Формула изобретения

Способ определения водопоглощения горных пород, включающий изготовление и

высушивание образцов горных пород до постоянной массы, погружение высушенных образцов в воду и определение степени водопоглощения, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени определения водопоглощения, образцы изготавливают в виде дисков или пластин с двумя параллельными противоположными поверхностями, ограничивающими толщину с соотношением толщины,длины и ширины 1:(10-12) при толщине 5-6 мм. возбуждают в высушенном и погруженном в воду образце ультразвуковые колебания и определяют величину амплитуды ультразвуковой волны в высушенном образце при расположении его параллельными поверхностями перпендикулярно направлению распространения волны и в погруженном в воду вертикально параллельными поверхностями образца на момент прекращения ее роста и полной стабилизации, после чего степень водопоглощения породы определяют по изменению амплитуды ультразвуковой волны по формуле

Wn a+ b ДА + с ДА2,

где Wfl - водопоглощение образца породы. %;

А - разность величин амплитуд ультразвуковой волны в погруженном в воду образце на момент наступления полной стабилизации амплитуды и в высушенном образце;

а, Ь, с - коэффициенты, определяемые предварительно для каждого типа породы, по результатам определения разности величин амплитуд ультразвуковой волны в погруженном в воду образце с известным водопоглощением на момент наступления полной стабилизации амплитуды и в высушенном образце, причем измерения проводят не менее чем с тремя образцами с различным водопоглощением.