礦山地質勘查中礦石物理力學試驗用樣品采制樣方法簡介

叢 穩，張啟新

（甘肅省地礦局水文地質工程地質勘察院，甘肅 張掖 734000）

為了提高礦石物理力學試驗數據的準確性和樣品的代表性，根據本人幾年來從事礦石試驗的工作經驗，對礦石野外采樣情況給予一些建議，以供參考。礦石常規試驗主要有：含水率試驗、吸水率試驗、密度試驗（塊體、顆粒）、單軸抗壓強度試驗（天然、干燥、飽和）、抗拉強度試驗（天然、干燥、飽和）、抗剪強度試驗（天然、干燥、飽和）、凍融試驗（寒冷地區）等。下面分別對各種試驗方法和試件采制樣加工方法進行簡要介紹。

1 含水率試驗

含水率試驗是指試樣在105℃～110℃下烘干時所失水分的質量與烘干試樣質量之比，以質量分數表示。試件最小尺寸應大于組成礦石中最大礦物顆粒直徑的10倍，每個試件的質量為40g～200g，每組試驗試件的數量應為5個。含水率試驗可不單獨采取，和做力學試驗樣品一起采樣，但需注意密封，防止水分蒸發。

2 密度試驗

密度試驗分顆粒密度和塊體密度。顆粒密度是指礦石固體顆粒單位體積的質量。顆粒密度試驗是將礦石粉碎成細顆粒后用比重瓶法進行試驗，做顆粒密度的試樣可不單獨采樣，可用制備標準件的余料通過粉碎加工制得。

塊體密度分為天然塊體密度、干燥塊體密度和飽和塊體密度。天然塊體密度是指礦石在天然含水狀態下的密度；干燥塊體密度是指礦石經105℃～110℃溫度條件下烘干，冷卻至常溫后的密度；飽和塊體密度是指礦石在飽和狀態下的密度。塊體密度試驗也不單獨采樣，可用做力學試驗的樣品，通常采用量積法，也可采用蠟封法。測濕密度每組試驗試件數量應為5個，測干密度每組試驗試件數量應為3個。

3 吸水性試驗

礦石飽和吸水率采用煮沸法或真空抽氣法強制飽和后測定。吸水性試驗試件尺寸應大于礦石中最大顆粒直徑的10倍，最小尺寸不宜小于50mm。試件可采用圓柱體、方柱體或立方體。不規則試件宜采用邊長為40mm～60mm的渾圓狀礦石。每組試驗試件的數量應為3塊。試件可用抗壓、抗拉、抗剪等試件進行，不用單獨采樣。

4 單軸抗壓強度試驗

①單軸抗壓強度是指礦石試件在單向受壓至破壞時，單位面積上所承受的最大壓力。②試件加工要求：試件可用鉆孔巖芯或巖塊制備。試樣在采取、運輸和制備過程中應避免產生裂縫。試驗用圓柱體試件直徑宜為50mm±2mm。試件的直徑應大于礦石中最大顆粒直徑的10倍。試件高度與直徑之比宜為2.0～2.5。試驗的含水狀態，可根據需要選擇天然含水狀態、干燥狀態、飽和狀態或其它含水狀態。同一含水狀態和同一加載方向下，每組試驗試件的數量應為3塊。③圓柱體巖芯試件長度：抗壓強度試件數量每組3塊，累計長度為50mm×2mm×3mm=300mm。當需做天然、干燥、飽和三種狀態時，試件數量共9塊，累計長度為900mm。

圖1 抗壓強度標準試件

5 抗拉強度試驗

①礦石試樣在單向受拉條件下，受拉面上能夠承受的最大拉應力。抗拉強度試驗常采用劈裂法。②試件加工要求：試件可用鉆孔巖心或巖塊制備，試樣在采取、運輸和制備過程中應避免產生裂縫。圓柱體試件直徑宜為50mm±2mm。試件高度宜為直徑的0.5倍～1.0倍，并應大于礦石中最大顆粒直徑的10倍。試驗的含水狀態，可根據需要選擇天然含水狀態、烘干狀態、飽和狀態或其它含水狀態。同一含水狀態和同一加載方向下，每組試驗試件的數量應為3塊。③圓柱體巖芯試件長度：抗拉強度試件數量每組3塊，累計長度為50mm×1mm×3mm=150mm。當需做天然、干燥、飽和三種狀態時，試件數量共9塊，累計長度為450mm。

圖2 抗拉強度標準試件

6 直剪試驗

①礦石直剪試驗主要求礦石抗剪強度，是指礦石在剪切破壞時所能承受的最大應力。②試件加工要求：礦石直剪試驗試件的直徑或邊長不得小于50mm，試件高度應與直徑或邊長相等。混凝土與礦石接觸面直剪試驗試件宜為正方體，邊長不宜小于150mm。試驗的含水狀態，可根據需要選擇天然含水狀態、飽和狀態或其它含水狀態。每組試驗試件的數量應為5個。③圓柱體巖芯試件長度：抗剪強度試件數量每組5塊，累計長度為50mm×1mm×5mm=250mm。當需做天然、干燥、飽和三種狀態時，試件數量共15塊，累計長度為750mm。

7 凍融試驗

①礦石凍融試驗主要求抗凍系數，是指礦石凍融后干燥抗壓強度與凍融前干燥抗壓強度的比值。②試件加工要求：試樣在采取、運輸和制備過程中應避免產生裂縫。圓柱體試件直徑宜為50mm±2mm。試件的直徑應大于礦石中最大顆粒直徑的10倍。試件高度與直徑之比宜為2.0倍～2.5倍。同一加載方向下，每組試驗試件的數量應為6塊。③圓柱體巖芯試件長度：凍融試驗試件數量為6塊，累計長度為50×2×6=600mm。

8 結語

通過上述對各種試驗項目所需試件進行歸納，可以看出礦石試件必須保證足夠數量，才能得出符合實際的實驗數據，更好地反映巖體的物理力學性質，為設計提供可靠的數據支持。上述僅為試樣加工后進行試驗的標準試件的規格數量，野外采樣應為這些數量的1.5倍，主要考慮室內鉆切磨的加工損失。因此，為了保證試驗數據具有代表性，采樣方法要嚴格控制，采樣數量要有保證，只有這樣實驗室才能按規范要求進行試驗，試驗數據才有應用價值。而實際工作中經常遇到野外所采礦石樣品數量不足，只能保證一組試驗僅能加工1塊～2塊試件，數據沒有代表性。