Способ определения водопоглощения горных пород

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 5/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с

l Ю

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4690513/25 (22) 10.03.89 (46) 15.12.91. Бюл, 1Ф 46 (71) Кузбасский политехнический институт (72) Г.Г.Штумпф и В.Е.Ануфриев (53) 622.8 807 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 834354, кл. G 01 N 5/00. 1979.

Борон Л.И., Логунцов Б.М., Позин Е,З.

Определение свойств горных пород. М.: Госгортехиздат, 1962, с. 63-65. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ 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.

„„ЯЦ„„1698703 А1 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 иэ воды.

Степень водопоглощения породы опреуеляют по формуле Ф4 = а + о ЛА+ сЛА, где

Wn — водопоглощение образца породы. ;

ЛАмин = Аг — А1 — разность величин амплитуды А2 ультразвуковой волны в образце на момент наступления стабилизаЦии величины амплитуды волны перед извлечением его иэ воды и перед погружением его в воду—

Ai; à, 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 тем1698703 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 перпендикулярно направлению распространения продольной волны, возбуждают в нем таким же образом, что и в сухом состоянии, ультоазвуковые колебания и наблюдают за ростом амплитуды волны до наступления момента полной стабилизации ее величины.

Степень водопоглощения породы Иlп определлют по формуле

W =а+ЬЛА+сЛА2 где Ю4 — водопоглощение образца, 7ь;

ЛА = A2 — A> — разность величин амплитуд ультразвуковой волны в образце на момент наступления стабилизации величины амплитуды Az перед извлечением его из воды и перед погружением его в воду А1; а, Ь, 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 высушенных 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 паоаллельными поверхностями, ограничивающими толщину образца, не происходит образование воздушных мешков вследствие того, что создается градиент давления 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):(10

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 разноэернистых 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 вали линой амплитуды волны и водопоглопение.. является ненадежной и показатели водопаглощения меньше действительных.

При несоблюдении указанных размеров и условий испытания образца происходит образование "воздушных мешков" в средней части образца. По мере проникнс вения воды в образец со всех его поверхностей в процессе водопоглощения значительная часть воздуха под давлением воды перемещается по порам внутрь образца и вследствие этого оказывае 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 воды 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".

Пример. В таблице приведены значения коэффициентов а, b, с, полученные для различных типов горных пород и средние величины водопоглощения пород, Из каждой разновидности пород — крупно-, среднеи 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 проэвучивания оп1698703 ределяли амплитуду А1 ультразвуковой волны. Затем образцы поочередно погружали в воду вертикально параллельными поверхностями, в каждом иэ них возбуждали ультразвуковые колебания таким же образом и в том же направлении, чта и в высушенном образце и следили эа.ростом амплитуды. На момент полной стабилизации амплитуды волны А2, образец извлекали иэ воды и определяли величину водопоглощения по формуле

W>--а+ b ЬА+сЛА, где а. b и с эмпирические коэффициенты, определенные предварительно для каждой разновидности -пород.

Стабилизация амплитуды первой вступившей волны в образцах крупнозернистых песчаников составляет 10 — 18 мин, средне2 зернистых песчаников и крупнозернистых алевролитов 20 — 25 мин, мелкозернистых 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 разрезов, при ведении гарно-строительных и эксплуатационных работ. На этих стадиях велики обьемы испытания горных пород на водопоглощение, так как показатели водопоглощения пород необходимы для решения 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, 5 что, с целью сокращения времени определения водопоглощения, образцы изготавливают в виде дисков или пластин с двумя параллельными противоположными поверхностями, ограничивающими толщину с со10 отношением 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

15 в высушенном образце при расположении его параллельными поверхностями перпендикулярно направлению распространения волны и в погруженном в воду вертикально параллельными поверхностя20 ми образца на момент прекращения ее роста и полной стабилизации, после чего степень водопоглощения породы определяют по изменению амплитуды ультразвуковой волны по формуле

Ф/о=а+ ЬhA+chA, где Wp — водопоглощение образца породы, ф„

30 А — разность величин амплитуд ультразвуковой волны в погруженном в воду о6разце на момент наступления полной стабилизации амплитуды и в высушенном образце:

35 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

40 водопоглощением на момент наступления полной стабилизации амплитуды и в высушенном образце, причем измерения проводят не менее чем с тремя образцами с различным водопоглощением, 45

1698703

Составитель С.Зуев

Редактор М.Недолуженко Техред М,Моргентал

Корректор T,Màëåö

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4388 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5