煤岩视密度简易测定方法

韩 森，许石青，杨 宇，卯 松

(贵州大学 矿业学院，贵州 贵阳 550025)

煤岩物理力学性质是认知煤岩或煤岩体基本构成和基本分类的重要内容，通过实验了解煤岩块的物理力学性质，为采矿、隧道、岩土工程相关物理试验、相似模拟试验和数值模拟计算提供了重要依据。煤岩视密度是煤岩体物理力学性质中的重要参数之一，其是指单位体积煤岩(含孔隙)的质量。通过视密度的测定可以计算出煤岩体容重，而容重的大小，在一定程度上反映了岩石力学性质的优劣。一般情况下，煤岩容重越大，其力学性质越好，反之，则越差[1]。另外通过测定煤岩体的干视密度和对应岩粉的真密度，可以计算出煤岩的总孔隙率，而孔隙率大小同样能反映煤岩的力学性能。因此，通过对煤岩体视密度的测定，可以间接反映煤岩体的力学性质，为工程地质评价和工程建筑物设计提供了基础数据支持[2]。

1 煤岩体视密度测定方法

煤岩体视密度的测定，对于规则形状煤岩试件，利用电子天平称取其质量m/g，通过游标卡尺量取其尺寸长度，计算出试件体积v/cm3，通过公式ρ=m/v求得其视密度。

而对于不规则试件，则通过蜡封法来测定其视密度。具体步骤如下：①检查、调整物理天平处于正常工作状态；②利用物理天平称量试件在空气中的质量g/g；③用丝线缚住试件，并将其置于刚过熔点的石蜡中1～2 s钟提出，检查试件上蜡膜有无气泡，若有，可用小电烙铁或热针将其刺破，并将孔眼重新涂平，之后在物理天平上称重得到蜡封后的试件质量g1/g；④将腊封后的试件挂在天平钩上，称出全浸入水中的质量g2/g，注意在称量过程中试件必须完全没入水中，且不能碰到杯壁和杯底；⑤将试件从水中取出，擦去表面水分，重新在天平上称重，以检查此时的质量与g2有无差别，若两者重量之差超过0.05 g，说明水已浸入试件，测定应重做；⑥按照式(1)计算视密度[3-5]。

(1)

其中ρ为试件的试密度，ρN为石蜡的视密度(ρN=890 kg/m3)；ρo为水在室温下的密度(ρo=1 000 kg/m3)。

由以上视密度测定方法步骤可以看出，不论是规则试件还是不规则试件，要得到其视密度，关键都是求得其体积，而上述两种方法相对都比较繁琐。规则试件需要进行煤岩块切割加工，再来进行尺寸量取；而蜡封法需要利用物理天平，还需要用熔蜡锅熔解石蜡，并在试件表面涂上蜡膜。

考虑到蜡封法通过石蜡封住试件表面孔隙，在进行试件水中称重时用来隔离水，而液体石蜡具有无色、透明、无毒、不易挥发、密度较小且稳定，粘度低、不溶于水、非极性、化学性质稳定等特点[6]，因此用液体石蜡代替水，通过排水法来测定煤岩体的体积，进而得到煤岩体视密度。具体步骤：①用电子天平称取煤岩块的质量m。②在量筒里倒入一定量的液体石蜡，记录初始液面刻度v1，将煤岩块沿量筒壁缓慢滑下，确保试件全部没入液体石蜡中，读取液面刻度v2。则可通过式ρ=m/(v2-v1)得到试件的视密度。

2 简易方法准确性分析

为了验证视密度简易测定方法准确性，考虑与传统蜡封法作比较试验。取8组煤岩样(如图1)，每组6块，前3块用蜡封法测定其视密度(如图2)，而后3块用简易方法测定其视密度(如图3)，分别求出平均视密度，如表1和表2。

图1 煤岩试样

图2 蜡封法测视密度

图3 简易方法测试密度

表1 蜡封法测视密度

续表

表2 岩石视密度简易测定记录表

3 实验数据处理

根据蜡封法和视密度简易测定方法得到的两组视密度数据绘制柱状图，如图4所示。

图4 两方法视密度对比柱状图

根据图4，两种方法测得煤岩体视密度大小基本一致，只有煤3差别较大，究其原因，可能是煤3试件本身均质性较差，导致最终结果差别较大。为了对两组数据的差异性进行分析，利用SPSS进行了两组数据T检验，检验结果如表3和表4。

表3 组统计表

表4 独立样本检验表

通过T-检验，蜡封法和试密度简易测定方法测得的均值分别为1 628.59 kg/m3和1 587.63 kg/m3，sig=0.865>0.05，说明通过简易方法得出煤岩样的试密度和蜡封法测定的没有明显差异，简易方法可以用于煤岩视密度的快速测定。

4 结 语

将煤岩试件放入盛有液体石蜡的量筒中，利用量筒液面的上升，读出试件的体积，能快速得到煤岩试件的视密度。此方法可用于不满足蜡封法实验条件但需要快速准确得到煤岩视密度的情况。