一种尾砂沉降性能定量评价方法与流程

1.本发明涉及尾砂性能评价技术领域，尤其是涉及一种尾砂沉降性能定量评价方法。


背景技术：

2.作为矿山膏体充填工艺的核心环节，尾砂浓密处理过程常通过尾砂沉降试验来模拟表征。在传统的量筒静态沉降试验中，通常用自制搅拌棒在量筒内上下搅动，然后静置观察尾砂的沉降。因此传统尾砂沉降试验具有以下不足： 1、人工采集数据采集效率低、精确度低；2、无法定量、全面地评估尾砂静态沉降性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种尾砂沉降性能定量评价方法，具有采集效率以及精确度高等优点，可定量评估尾砂静态沉降性能，更为全面地呈现尾砂静态沉降性能特征。
4.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：本发明提供一种尾砂沉降性能定量评价方法，包括：a、将尾砂浆倒入流变仪的盛料筒内，记录所述流变仪在尾砂浆内转速恒定不变时的扭矩；b、对所测得的扭矩与时间建立对应关系，绘制扭矩与时间散点图；c、采用尾砂沉降性能拟合函数对b步骤中扭矩与时间散点进行拟合，求解所述尾砂沉降性能拟合函数中的参数的数值；d、根据求解的所述尾砂沉降性能拟合函数中的参数的数值和尾砂沉降速率函数，计算尾砂沉降速率与时间一一对应的数据；e、绘制尾砂沉降速率与时间散点图，并采用所述尾砂沉降速率函数对其拟合。
5.进一步地，所述尾砂沉降性能拟合函数为：式中：t为扭矩，t为时间，a1和b1为尾砂沉降性能拟合函数的参数，且a1＞0，b1＞0。
6.进一步地，所述尾砂沉降速率函数为：式中：v为尾砂沉降速率。
7.进一步地，所述尾砂沉降性能拟合函数为：式中：t为扭矩，t为时间，a2、b2、c2和k为尾砂沉降性能拟合函数的参数，且a2＞0，b2＞0，c2＞0，k＞0。
8.进一步地，所述尾砂沉降速率函数为：式中：v为尾砂沉降速率。
9.进一步地，所述扭矩与时间散点图、所述尾砂沉降速率与时间散点图、所述尾砂沉降性能拟合函数和所述尾砂沉降速率函数共同作为尾砂静态沉降性能评价结果。
10.进一步地，所述流变仪中的搅拌件与所述盛料筒的底部之间的距离不小于尾砂最大颗粒粒径，不大于尾砂最大颗粒粒径的5倍。
11.进一步地，所述流变仪在尾砂浆内转速恒定不变1/6h-3h。
12.进一步地，所述流变仪在尾砂浆内转速恒定不变表现为所述流变仪的转速为设定转速的0.98-1.02倍。
13.进一步地，所述尾砂浆包括尾砂和水，或者所述尾砂浆包括尾砂、水和絮凝剂。
14.本发明提供的尾砂沉降性能定量评价方法至少能产生如下有益效果：1、填补基于流变仪测试的尾砂静态沉降性能评价方法的缺失，具有采集效率以及精确度高的优点；2、可定量评估尾砂静态沉降性能；3、本发明提供的尾砂沉降性能定量评价方法中，扭矩与时间散点图、尾砂沉降速率与时间散点图、尾砂沉降性能拟合函数以及尾砂沉降速率函数均能够作为尾砂静态沉降性能评价结果，更为全面地呈现尾砂静态沉降性能特征。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例提供的尾砂的粒径分布图；图2为本发明实施例提供的测量制度图；图3为本发明实施例提供的转速恒定段转速与时间关系图；图4为本发明实施例提供的基于流变仪的尾砂静态沉降试验“扭矩-时间”数据特征图；图5为本发明实施例提供的尾砂沉降过程扭矩与时间关系图；图6为本发明实施例提供的扭矩与时间拟合关系图；图7为本发明实施例提供的沉降速率与时间关系图。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
21.本实施例在于提供一种尾砂沉降性能定量评价方法，包括：a、将尾砂浆倒入流变仪的盛料筒内，记录所述流变仪在尾砂浆内转速恒定不变时的扭矩；b、对所测得的扭矩与时间建立对应关系，绘制扭矩与时间散点图；c、采用尾砂沉降性能拟合函数对b步骤中扭矩与时间散点进行拟合，求解所述尾砂沉降性能拟合函数中的参数的数值；d、根据求解的所述尾砂沉降性能拟合函数中的参数的数值和尾砂沉降速率函数，计算尾砂沉降速率与时间一一对应的数据；e、绘制尾砂沉降速率与时间散点图，并采用所述尾砂沉降速率函数对其拟合。
22.上述实施例所提供的尾砂沉降性能定量评价方法相较于传统利用量筒开展的静态沉降实验方法来说，可借助于流变仪实现尾砂静态沉降试验过程中的数据高频自动采集功能，具有效率高、精确度高的特点，同时能够定量评估尾砂静态沉降性能，更为全面地呈现尾砂静态沉降性能特征。
23.在上述a步骤中，尾砂浆未接触流变仪转子时，随着时间的增长，采集的扭矩值为零；当流变仪转子处于尾砂浆中测量且尾砂在沉降过程中时，随着时间的增长，采集的扭矩值为正且不断增加，但扭矩值的增长率逐渐降低；当流变仪转子处于尾砂浆中测量且尾砂完成沉降过程后，随着时间的增长，采集的扭矩值为正且保持不变，此时扭矩值达到了整个尾砂静态沉降试验中扭矩的最大值；当试验结束转速从恒定值降为零的过程中，扭矩值不断降低，随着转速降为零，扭矩值也最终降为零。
24.可以理解的是，流变仪在尾砂浆内转速恒定不变表现为转速在极小的范围内来回震荡，具体地，震荡范围可以为设定转速的0.98-1.02倍。
25.在上述a步骤中，尾砂浆可以包括尾砂和水，可添加絮凝剂，也可以不添加絮凝剂。为保证评价结果的准确性，流变仪中的搅拌件要尽可能的贴近于流变仪中盛料筒的底部。在一些实施例中，流变仪中的搅拌件与盛料筒的底部之间的距离不小于尾砂最大颗粒粒径，不大于尾砂最大颗粒粒径的5倍。具体可以为尾砂最大颗粒粒径的1倍、2倍、3倍、4倍或5倍，而一般地，尾砂最大粒径不到1mm。因此搅拌件与盛料筒的底部之间的距离优选为1-3mm，例如搅拌件与盛料筒的底部之间的距离为1mm、2mm或3mm。
26.另外，在上述a步骤中，流变仪在尾砂浆内转速恒定不变1/6h-3h，具体可以为1/
6h、1/3h、1/2h、1h、2h或3h，以提供充分的试验数据。
27.上述实施例所提供的尾砂沉降性能定量评价方法中，尾砂沉降性能拟合函数的特点在于：该函数描述的扭矩与时间关系为单调增函数且存在水平渐近线，随着时间增长，扭矩值逐渐靠近渐近线但不能穿过渐近线。
28.尾砂沉降速率函数的特点在于：该函数为尾砂沉降性能拟合函数的导函数，该函数描述的尾砂沉降速率与时间关系为单调减函数，随着时间的增长，尾砂沉降速率逐渐接近于零但不能等于或小于零。
29.上述尾砂沉降性能拟合函数以及尾砂沉降速率函数均可以有多种，以下以两个实施例对上述尾砂沉降性能拟合函数进行具体说明：实施例一：在本实施例一中，尾砂沉降性能拟合函数为：式中：t为扭矩，t为时间，t＞0，a1和b1为尾砂沉降性能拟合函数的参数，且a1＞0，b1＞0。
30.在本实施例一中，尾砂沉降速率函数为：式中：v为尾砂沉降速率。
31.在上述实施例一的尾砂沉降性能拟合函数中，也可以采用线性拟合的方式，即将扭矩t与时间的倒数1/t进行线性拟合，进而求解尾砂沉降性能拟合函数的参数，上述实施例一中直接给出的是将扭矩t与时间t进行非线性拟合，这只是求解参数的拟合方式不同，理应在本实施例的保护范围内。
32.实施例二：在本实施例二中，尾砂沉降性能拟合函数为：式中：t为扭矩，t为时间，a2、b2、c2和k为尾砂沉降性能拟合函数的参数，且a2＞0，b2＞0，c2＞0，k＞0。
33.在本实施例二中，尾砂沉降速率函数为：式中：v为尾砂沉降速率。
34.需要说明的是，上述两个实施例中具体列举了两种尾砂沉降性能拟合函数以及两种尾砂沉降速率函数，如果有其他的不同于上述两个实施例的函数但符合两个实施例的函数特点描述，理应在本实施例的保护范围内。
35.在至少一个实施例中，扭矩与时间散点图、所述尾砂沉降速率与时间散点图、所述尾砂沉降性能拟合函数和所述尾砂沉降速率函数共同作为尾砂静态沉降性能评价结果。
36.以下以一个具体实施例对上述尾砂沉降性能定量评价方法进行具体说明：
所使用的原材料包括尾砂、水。未添加絮凝剂。其中所用尾砂密度为3.00g/cm3，容重为1.73g/cm3，孔隙率为42.3%，粒径分布如图1所示。
37.所使用的尾砂浆配比为：尾砂浓度28%。
38.所采用的测量制度为：转速从0升到恒定转速用时5s，恒定转速为9.55rpm，转速恒定阶段持续时间为10min，转速从恒定转速下降至0用时5s，具体请参考图2。
39.采集的转速恒定段转速与时间关系如图3所示。在流变仪中，恒定转速表现为在极小的范围内转速来回震荡，即当实际转速超过设定的恒定转速时，流变仪转速自动降低；当实际转速低于设定的恒定转速时，流变仪转速自动升高。精密的流变仪在于能缩小转速震荡的范围，但不能改变转速震荡的规律。
40.在上述恒定转速阶段，实际转速震荡的规律决定了随着时间的延长，扭矩的变化与图4所描述的不同。图4反映出扭矩的变化趋势，但采集的扭矩数据依然存在着围绕扭矩变化趋势来回震荡的特点，如图5所示。
41.选择作为尾砂沉降性能拟合函数，针对图5中采集的数据利用origin软件进行非线性拟合，拟合结果如图6所示。此过程也可利用matlab软件等具有非线性拟合功能的工具进行。
42.基于上述选定的尾砂沉降性能拟合函数计算参数b1为3.39981；根据尾砂沉降速率函数和参数b1、采集的时间t的数据，计算与时间t一一对应的尾砂沉降速率v的数据。
43.根据计算得到的时间t与尾砂沉降速率v的数据，绘制尾砂沉降速率与时间关系图像，如图7所示。
44.扭矩与时间散点拟合图(图6)、尾砂沉降速率与时间图(图7)、尾砂沉降性能拟合函数t=0.10089-3.39981/t和尾砂沉降速率函数v=3.39981/t2共同作为尾砂静态沉降性能评价结果。
45.以上所述，仅为本发明较佳的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
46.综上，上述实施例所提供的尾砂沉降性能定量评价方法具有以下优点：1、数据采用仪器自动采集。对采集频率低的流变仪，能实现每秒采集1次或更高的频率；对采集频率高的流变仪，每秒可采集上百次或更高频率，采集效率高。
47.2、数据为扭矩、转速等数据，精确度往往能够达到6-7位有效数据或更高，数据采集精准度高。
48.3、可定量评估尾砂静态沉降性能。
49.4、可函数描述、多指标图像显示，更为全面地呈现尾砂静态沉降性能特征。