Сборник методических указаний к лабораторным работам по дисциплине «ФИЗИКА ГОРНЫХ ПОРОД»

Титульные данные

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»
Институт Горного дела и строительства
Кафедра «Геотехнологии и строительства подземных сооружений»

Сборник методических указаний к лабораторным работам по дисциплине «ФИЗИКА ГОРНЫХ ПОРОД»

Направление подготовки: 130400 «Горное дело»
Профиль подготовки: «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», «Открытые горные работы», «Горные машины и оборудование», «Шахтное и подземное строительство»
Форма обучения: очная
Тула 2019 г.

Целью предлагаемых лабораторных работ является закрепление у студентов навыков определения основных физических параметров горных пород. В учебном процессе используются виртуальные лабораторные работы, разработанные на кафедре ГиСПС, с использованием объектно-ориентированного языка программирования Delphi.

Лабораторная работа №3: Определение коэффициента пористости горных пород

Тула 2013 г. Цель работы: Изучение существующих методов определения пористости горных пород.

Основные теоретические положения

Под пористостью горной породы подразумевают совокупность пор и трещин, заполненных или незаполненных жидкой или газообразной фазой. Поры и трещины различаются по происхождению, форме, размеру и распределению в горной породе. Поры могут быть открытыми и закрытыми.

Общая пористость характеризуется объемом как открытых, так и закрытых пор. Суммарный относительный объем закрытых пор называется закрытой, или изолированной, пористостью. Пористость пород, при которой возможно прохождение в них жидкостей и газов под действием градиентов давления, называется эффективной пористостью.

Пористость пород оценивается коэффициентом пористости, который может быть определен как отношение объема всех пор к объему минералогического скелета породы. Количественной оценкой пористости является отношение разности удельного и объемного весов породы к удельному весу данной породы (метод Мельчера):

[Формула: отношение разности удельного и объемного весов к удельному весу]

Величину открытой пористости горной породы определяют по объему керосина, проникшего в поры образца. Объем образца определяется гидростатическим взвешиванием в керосине (метод Преображенского).

Порядок проведения опыта

1. Высушить образец породы в сушильном шкафу при температуре 102 — 105 °С.
2. Взвесить высушенный образец (P1).
3. Взвесить проволоку для подвешивания образца на чаше весов (P2).
4. Высушенный образец насытить в течение 30 мин чистым профильтрованным керосином. Для этого поместить сосуд под колпак вакуум-насоса и выкачать воздух из-под колпака до заметного уменьшения выделения пузырьков воздуха из образца.
5. После насыщения образца керосином подвесить его на проволоке к коромыслу весов и погрузить в установленный на штатив стакан с керосином.
6. Взвесить образец в керосине (P3).
7. Извлечь образец из керосина, высушить его фильтровальной бумагой и взвесить на воздухе (P4).

Обработка результатов опыта

1. Вычислить объем пор образца: [Формула], где γк — удельный вес керосина.
2. Вычислить объем образца: [Формула].
3. Вычислить коэффициент пористости: [Формула].

Для обработки полученных значений необходимо их скопировать в Microsoft Office Excel (нажать Ctrl+V), [IMAGE_1].

Статистическая обработка данных

1. Определение размаха (max и min): на инструментальной панели нажимается значок ∑, выбирается «Максимум», затем «Минимум», [IMAGE_2].
2. Определение среднего значения: через «Другие функции» выбирается «СРЧЗНАЧ», [IMAGE_3], [IMAGE_4], [IMAGE_5].
3. Квадратное, среднее и стандартное отклонение определяются через функции «КВАДРОТКЛ», «СРОТКЛ», «СТАНДОТКЛОН».
4. Коэффициент вариации: отношение среднего отклонения к среднему значению.
5. Доверительный интервал: функция «ДОВЕРИТ», [IMAGE_5].
6. Истинное значение: среднее ± доверительный интервал, [IMAGE_6].
7. Построение графика: «Мастер диаграмм» -> «Точечная», [IMAGE_7], [IMAGE_8].

Лабораторная работа №4: Определение насыпного веса и коэффициента разрыхления горных пород

Цель работы: Изучение методов определения насыпного веса и коэффициента разрыхления горных пород.

Основные теоретические положения

Насыпным весом раздробленной горной породы называется вес единицы объема породы в насыпном виде, включая объем пор и промежутков между ее отдельными кусками. Величина насыпного веса зависит от удельного веса горной породы, крупности частиц, влажности, плотности укладки частиц.

Коэффициент разрыхления (kр) — соотношение объема породы в разрыхленном состоянии к объему в целике. Формулы расчета: [Приведены формулы для объемного и насыпного веса].

Порядок проведения опыта

1. В мерный сосуд засыпать до верха разрыхленную породу.
2. Излишек породы сбросить линейкой.
3. Взвесить сосуд с породой (P).
4. Взвесить пустой сосуд (P0).
5. Повторить эксперимент 10 раз.
6. Насыпной вес определить как среднее арифметическое.

Обработка результатов проводится аналогично лабораторной работе №3 с использованием Excel, [IMAGE_9] — [IMAGE_16].

Лабораторная работа №5: Определение угла естественного откоса и коэффициента трения

Цель работы: Изучение методов определения угла естественного откоса, угла обрушения и коэффициента трения.

Основные теоретические положения

Угол естественного откоса φ — угол между свободной поверхностью рыхлой горной массы и горизонтальной плоскостью. Зависит от коэффициента трения, шероховатости, влажности и гранулометрического состава.

Методы определения: с помощью полого цилиндра [IMAGE_17], ящика с задвижкой [IMAGE_18], трибометра [IMAGE_19].

Порядок проведения опыта

Определение с помощью полого цилиндра:
1. Поставить цилиндр на платформу.
2. Насыпать породу.
3. Медленно поднять цилиндр.
4. Измерить высоту и диаметр конуса.
5. Вычислить угол по формуле: [Формула].

Определение с помощью ящика:
1. Засыпать породу до уровня H.
2. Вытянуть задвижку.
3. Замерить параметры образовавшейся воронки и конуса.

Определение коэффициента трения:
1. Использовать трибометр.
2. Поднимать плоскость до начала скольжения пробы.
3. Вычислить коэффициент по углу скольжения α: [Формула].

Статистическая обработка

Статистическая обработка результатов (max, min, среднее, отклонения, доверительный интервал, графики) выполняется по алгоритму, описанному в лабораторной работе №3, [IMAGE_20] — [IMAGE_64].