CN109580922A - 一种全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统及测试方法，属于矿业工程技术领域。本发明全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统包括沉降柱、絮凝溶剂输送装置、低浓度全尾砂浆输送装置、砂浆收集桶、溢流水收集桶、数据采集仪、计算机和图像捕集系统。本发明的全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统具有动态配料、动态进料、动态浓密、动态监测和连续制备的特点，可提供不同进料浓度、不同尾砂类型和不同絮凝剂参数下的浓度分布形态、压力变化特征、沉降速率等关键数据，确保为大型工程化浓密系统提供精确的技术参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统及测试方法，属于矿业工程技术领域。
背景技术
全尾砂浓密是矿山膏体充填的关键技术，将低浓度全尾砂浆制备成高浓度全尾砂浆是保证膏体不分层、不离析的前提。由于全尾砂粒度粒度极细，铁尾砂中位粒度约为60 μm，铅锌尾砂约为74 μm，铜尾砂约为37 μm，超细颗粒在沉降过程中受流体曳力、静电作用力、摩擦力和絮凝力作用，颗粒呈悬浮或上升状态，无法深度沉降密实，浓度无法进一步提升。通过机械、化学和重力联合作用，床层内部水分被有效排出，可实现全尾砂浆浓度的大幅提高。
深锥浓密机高度约10~30 m，直径约10~20 m，工业试验工程量大、造价高、技术复杂。传统小型静态沉降实验往往通过一次加料，在重力作用下自然沉降，无法反映机械剪切在深度浓密中的作用过程，同时动态进料动态出料连续浓密过程无法在静态沉降实验中实现。因此，急需一种能够在少量物料条件下即可快速实现全尾砂动态剪切连续浓密过程，同时对细观结构和压力变化状态实时监测的微型测试系统。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统及测试方法，本发明的全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统具有动态配料、动态进料、动态浓密、动态监测和连续制备的特点，可提供不同进料浓度、不同尾砂类型和不同絮凝剂参数下的浓度分布形态、压力变化特征、沉降速率等关键数据，确保为大型工程化浓密系统提供精确的技术参数。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统，包括沉降柱1、絮凝溶剂输送装置、低浓度全尾砂浆输送装置、砂浆收集桶20、溢流水收集桶23、数据采集仪17、计算机18、图像捕集系统，沉降柱1的顶端固定设置有微电机3，微电机3上设置有扭矩传感器5，微电机3的输出轴向下且输出轴末端设置有耙架7，耙架7垂直向下延伸至沉降柱1的底部，耙架7的底端固定设置有水平的底部轴承6，底部轴承6上固定设置有竖直向上的导水杆2，沉降柱1侧壁的竖直方向均匀设有4个以上压力传感器4和4个以上的取样开关8且取样开关8与压力传感器4位于同一水平面；絮凝溶剂输送装置包括絮凝溶剂配制桶11、无级搅拌器Ⅰ9、橡胶软管Ⅰ，无级搅拌器Ⅰ9设置在絮凝溶剂配制桶11的顶端且无级搅拌器Ⅰ9的搅拌桨向下延伸至絮凝溶剂配制桶11的底部，絮凝溶剂配制桶11通过橡胶软管Ⅰ与沉降柱1的顶端连通，橡胶软管Ⅰ上设置有蠕动泵Ⅰ10；低浓度全尾砂浆输送装置包括低浓度全尾砂浆配制桶12、无级搅拌器Ⅱ15、橡胶软管Ⅱ13，无级搅拌器Ⅱ15设置在低浓度全尾砂浆配制桶12的顶端且无级搅拌器Ⅱ15的搅拌桨向下延伸至低浓度全尾砂浆配制桶12的底部，低浓度全尾砂浆配制桶12通过橡胶软管Ⅱ13与沉降柱1的顶端连通，橡胶软管Ⅱ13上设置有蠕动泵Ⅱ14；沉降柱1的底端的砂浆出口通过橡胶软管Ⅲ与砂浆收集桶20连通，橡胶软管Ⅲ上设置有蠕动泵Ⅲ19；沉降柱1的顶部水溢流口通过橡胶软管Ⅳ与溢流水收集桶23连通；
扭矩传感器5、压力传感器4分别通过数据线16与数据采集仪17连接，数据采集仪17通过数据线16与计算机18连接；
图像捕集系统包括细观显微镜21和高速摄影机22，细观显微镜21设置在沉降柱1与高速摄影机22之间，沉降柱1、细观显微镜21和高速摄影机22位于同一水平面上且高速摄影机22的摄像头正对细观显微镜21的中心，高速摄影机22通过数据线16与计算机18连接。
进一步地，所述沉降柱直径为100~500 mm，高为1000~2000 mm，导水杆24~8根，细观显微镜21放大倍数不低于80倍，高速摄影机22的图像采集速率为200 fps ~ 969 fps。
所述微电机3与耙架7采用锯齿型啮合方式连接，耙架7的扭矩大于800 mNm时，锯齿型啮合分离。
所述取样开关用于取样，检测不同沉降高度处砂浆浓度；压力传感器可对不同沉降高度和不同浓度的砂浆压力状态实时监测，并建立浓度-高度-压力响应关系。
低浓度全尾砂浆在絮凝沉降过程中通过耙架剪切作用，形成导水通道，迅速排出砂浆中包裹水，进一步提高砂浆浓度。
一种全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试方法，采用全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统，具体步骤如下：
（1）在低浓度全尾砂浆输送装置的低浓度全尾砂浆配制桶中配制预设浓度的全尾砂浆，并利用低浓度全尾砂浆配制桶顶端的无级搅拌器Ⅱ搅拌使砂浆不沉降；
（2）在絮凝溶剂输送装置的絮凝溶剂配制桶中配制絮凝剂溶液；
（3）分别通过橡胶软管Ⅰ上的蠕动泵Ⅰ和橡胶软管Ⅱ上的蠕动泵Ⅱ将低浓度全尾砂浆和絮凝剂溶液输送至沉降柱的顶部，全尾砂在重力和絮凝剂作用下形成絮团沉降，微电机控制耙架转速为0.1~15 r·min-1，耙架转动带动导水杆剪切全尾砂浆，全尾砂浆密度差引导包裹水沿导水杆向上排出，在沉降柱底部形成高浓度全尾砂浆，溢流水通过橡胶软管Ⅳ排放至溢流水收集桶中，高浓度全尾砂浆通过橡胶软管Ⅲ上的与蠕动泵Ⅲ排放至砂浆收集桶中；同时压力传感器将沉降柱的不同沉降高度的压力数据传送给数据采集仪，扭矩传感器将微电机的扭矩数据传送给数据采集仪，数据采集仪再将采集到的不同沉降高度的压力数据和微电机的扭矩数据通过数据线传输给计算机进行分析和保存；高速摄影机通过细观显微镜拍摄沉降柱中全尾砂浆的实时图像并将实时图像传输给计算机进行图像处理，以判断全尾砂浓密效果。
所述低浓度全尾砂浆的流量为10~600 mL·min-1，絮凝剂与干全尾砂的质量比g:t为(10~50 ):1，絮凝剂溶液的质量浓度为0.01%~0.05 %。
进一步地，所述全尾砂浓密效果判断方法为：
（1）对沉降柱中全尾砂浆的图像进行二值化处理，区分固液形态：以固液图像灰度均值建立阈值分割：
式中， 处二值化后颜色值，1代表黑色，0代表白色，T为阈值灰度，黑色区域代表颗粒固相，白色区域代表液相；
（2）对二值化图像进行分形特征分析：利用计盒维数构建絮团结构特征定量表达方法：
式中，；
絮团结构的计盒维数值越大，则絮团结构越密实，孔隙水不发育，絮团沉降速度越大，浓密效果越好。
通过高速摄影机动态拍摄沉降柱中全尾砂浆的实时图像，通过Image ProAnalyzer v7.0图像分析软件、ImageJ2x和FractalFox等软件对图像进行分析，可体现出不同沉降时间和不同沉降浓度下砂浆密实状态变化。
本发明的有益效果：
本发明的全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统具有动态配料、动态进料、动态浓密、动态监测和连续制备的特点，可提供不同进料浓度、不同尾砂类型和不同絮凝剂参数下的浓度分布形态、压力变化特征、沉降速率等关键数据，确保为大型工程化浓密系统提供精确的技术参数。
附图说明
图1为全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统的结构示意图；
图中：1-沉降柱、2-导水杆、3-微电机、4-压力传感器、5-扭矩传感器、6-底部轴承、7-耙架、8-取样开关、9-无级搅拌器Ⅰ、10-蠕动泵Ⅰ、11-絮凝溶剂配制桶、12-低浓度全尾砂浆配制桶、13-橡胶软管Ⅱ、14-蠕动泵Ⅱ、15-无级搅拌器Ⅱ、16-数据线、17-数据采集仪、18-计算机、19-蠕动泵Ⅲ、20-砂浆收集桶、21-细观显微镜、22-高速摄影机、23-溢流水收集桶；
图2为实施例2泥层高度-沉降时间曲线；
图3为实施例3泥层高度-沉降时间曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，包括沉降柱1、絮凝溶剂输送装置、低浓度全尾砂浆输送装置、砂浆收集桶20、溢流水收集桶23、数据采集仪17、计算机18、图像捕集系统，沉降柱1的顶端固定设置有微电机3，微电机3上设置有扭矩传感器5，微电机3的输出轴向下且输出轴末端设置有耙架7，耙架7垂直向下延伸至沉降柱1的底部，耙架7的底端固定设置有水平的底部轴承6，底部轴承6上固定设置有竖直向上的导水杆2，沉降柱1侧壁的竖直方向均匀设有4个以上压力传感器4和4个以上的取样开关8且取样开关8与压力传感器4位于同一水平面；絮凝溶剂输送装置包括絮凝溶剂配制桶11、无级搅拌器Ⅰ9、橡胶软管Ⅰ，无级搅拌器Ⅰ9设置在絮凝溶剂配制桶11的顶端且无级搅拌器Ⅰ9的搅拌桨向下延伸至絮凝溶剂配制桶11的底部，絮凝溶剂配制桶11通过橡胶软管Ⅰ与沉降柱1的顶端连通，橡胶软管Ⅰ上设置有蠕动泵Ⅰ10；低浓度全尾砂浆输送装置包括低浓度全尾砂浆配制桶12、无级搅拌器Ⅱ15、橡胶软管Ⅱ13，无级搅拌器Ⅱ15设置在低浓度全尾砂浆配制桶12的顶端且无级搅拌器Ⅱ15的搅拌桨向下延伸至低浓度全尾砂浆配制桶12的底部，低浓度全尾砂浆配制桶12通过橡胶软管Ⅱ13与沉降柱1的顶端连通，橡胶软管Ⅱ13上设置有蠕动泵Ⅱ14；沉降柱1的底端的砂浆出口通过橡胶软管Ⅲ与砂浆收集桶20连通，橡胶软管Ⅲ上设置有蠕动泵Ⅲ19；沉降柱1的顶部水溢流口通过橡胶软管Ⅳ与溢流水收集桶23连通；
扭矩传感器5、压力传感器4分别通过数据线16与数据采集仪17连接，数据采集仪17通过数据线16与计算机18连接；
图像捕集系统包括细观显微镜21和高速摄影机22，细观显微镜21设置在沉降柱1与高速摄影机22之间，沉降柱1、细观显微镜21和高速摄影机22位于同一水平面上且高速摄影机22的摄像头正对细观显微镜21的中心，高速摄影机22通过数据线16与计算机18连接；
沉降柱直径为100~500 mm，高为1000~2000 mm，导水杆24~8根，细观显微镜21放大倍数不低于80倍，高速摄影机22的图像采集速率为200 fps ~ 969 fps；
微电机3与耙架7采用锯齿型啮合方式连接，耙架7的扭矩大于800 mNm时，锯齿型啮合分离；
取样开关用于取样，检测不同沉降高度处砂浆浓度；压力传感器可对不同沉降高度和不同浓度的砂浆压力状态实时监测，并建立浓度-高度-压力响应关系；
低浓度全尾砂浆在絮凝沉降过程中通过耙架剪切作用，形成导水通道，迅速排出砂浆中包裹水，进一步提高砂浆浓度；
一种全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试方法，采用全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统，具体步骤如下：
（1）在低浓度全尾砂浆输送装置的低浓度全尾砂浆配制桶中配制预设浓度的全尾砂浆，并利用低浓度全尾砂浆配制桶顶端的无级搅拌器Ⅱ搅拌使砂浆不沉降；
（2）在絮凝溶剂输送装置的絮凝溶剂配制桶中配制絮凝剂溶液；
（3）分别通过橡胶软管Ⅰ上的蠕动泵Ⅰ和橡胶软管Ⅱ上的蠕动泵Ⅱ将低浓度全尾砂浆和絮凝剂溶液输送至沉降柱的顶部，全尾砂在重力和絮凝剂作用下形成絮团沉降，微电机控制耙架转速为0.1~15 r·min-1，耙架转动带动导水杆剪切全尾砂浆，全尾砂浆密度差引导包裹水沿导水杆向上排出，在沉降柱底部形成高浓度全尾砂浆，溢流水通过橡胶软管Ⅳ排放至溢流水收集桶中，高浓度全尾砂浆通过橡胶软管Ⅲ上的与蠕动泵Ⅲ排放至砂浆收集桶中；同时压力传感器将沉降柱的不同沉降高度的压力数据传送给数据采集仪，扭矩传感器将微电机的扭矩数据传送给数据采集仪，数据采集仪再将采集到的不同沉降高度的压力数据和微电机的扭矩数据通过数据线传输给计算机进行分析和保存；高速摄影机通过细观显微镜拍摄沉降柱中全尾砂浆的实时图像并将实时图像传输给计算机进行图像处理，以判断全尾砂浓密效果；
低浓度全尾砂浆的流量为10~600 mL·min-1，絮凝剂与干全尾砂的质量比g:t为(10~50 ):1，絮凝剂溶液的质量浓度为0.01%~0.05 %；
全尾砂浓密效果判断方法为：
（1）对沉降柱中全尾砂浆的图像进行二值化处理，区分固液形态：以固液图像灰度均值建立阈值分割：
式中， 处二值化后颜色值，1代表黑色，0代表白色，T为阈值灰度，黑色区域代表颗粒固相，白色区域代表液相；
（2）对二值化图像进行分形特征分析：利用计盒维数构建絮团结构特征定量表达方法：
式中， ；
絮团结构的计盒维数值越大，则絮团结构越密实，孔隙水不发育，絮团沉降速度越大，浓密效果越好；
通过高速摄影机动态拍摄沉降柱中全尾砂浆的实时图像，通过Image Pro Analyzerv7.0图像分析软件、ImageJ2x和FractalFox等软件对图像进行分析，可体现出不同沉降时间和不同沉降浓度下砂浆密实状态变化。
实施例2：一种全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试方法，采用全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统，具体步骤如下：
（1）在低浓度全尾砂浆输送装置的低浓度全尾砂浆配制桶中配制质量浓度为10%的某铜矿全尾砂浆，并利用低浓度全尾砂浆配制桶顶端的无级搅拌器Ⅱ搅拌使砂浆不沉降；其中无级搅拌器Ⅱ的转速为800 r·min-1；
（2）在絮凝溶剂输送装置的絮凝溶剂配制桶中配制絮凝剂溶液；其中絮凝剂与干全尾砂的质量比g:t为10:1，絮凝剂溶液的质量浓度为0.03%；
（3）分别通过橡胶软管Ⅰ上的蠕动泵Ⅰ和橡胶软管Ⅱ上的蠕动泵Ⅱ将低浓度全尾砂浆和絮凝剂溶液输送至沉降柱的顶部，其中低浓度全尾砂浆的流量为100 mL·min-1；泥层到达500 mm后停止进料，耙架系统继续工作，进行剪切沉降实验，记录泥层变化过程，如图2所示；全尾砂在重力和絮凝剂作用下形成絮团沉降，微电机控制耙架转速为0.4r·min-1，耙架转动带动导水杆剪切全尾砂浆，全尾砂浆密度差引导包裹水沿导水杆向上排出，在沉降柱底部形成高浓度全尾砂浆，溢流水通过橡胶软管Ⅳ排放至溢流水收集桶中，高浓度全尾砂浆通过橡胶软管Ⅲ上的与蠕动泵Ⅲ排放至砂浆收集桶中；同时压力传感器将沉降柱的不同沉降高度的压力数据传送给数据采集仪，扭矩传感器将微电机的扭矩数据传送给数据采集仪，数据采集仪再将采集到的不同沉降高度的压力数据和微电机的扭矩数据通过数据线传输给计算机进行分析和保存；高速摄影机通过细观显微镜拍摄沉降柱中全尾砂浆的实时图像并将实时图像传输给计算机进行图像处理，以判断全尾砂浓密效果；
全尾砂浓密效果判断方法为：
（1）对沉降柱中全尾砂浆的图像进行二值化处理，区分固液形态：以固液图像灰度均值建立阈值分割：
式中，处二值化后颜色值，1代表黑色，0代表白色，T为阈值灰度，黑色区域代表颗粒固相，白色区域代表液相；
（2）对二值化图像进行分形特征分析：利用计盒维数构建絮团结构特征定量表达方法：
式中， ；
絮团结构的计盒维数值越大，则絮团结构越密实，孔隙水不发育，絮团沉降速度越大，浓密效果越好；
通过高速摄影机动态拍摄沉降柱中全尾砂浆的实时图像，通过Image Pro Analyzerv7.0图像分析软件、ImageJ2x和FractalFox等软件对图像进行分析，可体现出不同沉降时间和不同沉降浓度下砂浆密实状态变化；
从图2中可知，在连续进料和动态剪切过程中，泥层高度随沉降时间持续增加，高浓度尾砂浆体积量不断积累；停止进料后，在耙架剪切作用下，孔隙水不断被排出，高浓度砂浆进入深度压密阶段，泥层高度逐渐降低，砂浆浓度进一步提高，可反映耙架剪切作用对浓密效果影响程度；
通过测试可得到耙架扭矩随沉降时间变化特征曲线，可通过取样口取样得到底流浓度随沉降时间变化特征曲线。同时可结合细观结构分形维数评价浓密效率和效果，为工业设计提供精准数据。
实施例3：一种全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试方法，采用全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统，具体步骤如下：
（1）在低浓度全尾砂浆输送装置的低浓度全尾砂浆配制桶中配制质量浓度为20%的某铁矿全尾砂浆，并利用低浓度全尾砂浆配制桶顶端的无级搅拌器Ⅱ搅拌使砂浆不沉降；其中无级搅拌器Ⅱ的转速为1200 r·min-1；
（2）在絮凝溶剂输送装置的絮凝溶剂配制桶中配制絮凝剂溶液；其中絮凝剂与干全尾砂的质量比g:t为20:1，絮凝剂溶液的质量浓度为0.05%；
（3）分别通过橡胶软管Ⅰ上的蠕动泵Ⅰ和橡胶软管Ⅱ上的蠕动泵Ⅱ将低浓度全尾砂浆和絮凝剂溶液输送至沉降柱的顶部，其中低浓度全尾砂浆的流量为500mL·min-1；泥层到达600 mm后启动蠕动泵Ⅲ进行高浓度全尾砂浆排料，耙架系统继续工作，进行动态进料动态出料剪切沉降实验，记录泥层变化过程，如图3所示；全尾砂在重力和絮凝剂作用下形成絮团沉降，微电机控制耙架转速为0.3r·min-1，耙架转动带动导水杆剪切全尾砂浆，全尾砂浆密度差引导包裹水沿导水杆向上排出，在沉降柱底部形成高浓度全尾砂浆，溢流水通过橡胶软管Ⅳ排放至溢流水收集桶中，高浓度全尾砂浆通过橡胶软管Ⅲ上的与蠕动泵Ⅲ排放至砂浆收集桶中；同时压力传感器将沉降柱的不同沉降高度的压力数据传送给数据采集仪，扭矩传感器将微电机的扭矩数据传送给数据采集仪，数据采集仪再将采集到的不同沉降高度的压力数据和微电机的扭矩数据通过数据线传输给计算机进行分析和保存；高速摄影机通过细观显微镜拍摄沉降柱中全尾砂浆的实时图像并将实时图像传输给计算机进行图像处理，以判断全尾砂浓密效果；
全尾砂浓密效果判断方法为：
（1）对沉降柱中全尾砂浆的图像进行二值化处理，区分固液形态：以固液图像灰度均值建立阈值分割：
式中， 处二值化后颜色值，1代表黑色，0代表白色，T为阈值灰度，黑色区域代表颗粒固相，白色区域代表液相；
（2）对二值化图像进行分形特征分析：利用计盒维数构建絮团结构特征定量表达方法：
式中， ；
絮团结构的计盒维数值越大，则絮团结构越密实，孔隙水不发育，絮团沉降速度越大，浓密效果越好；
通过高速摄影机动态拍摄沉降柱中全尾砂浆的实时图像，通过Image Pro Analyzerv7.0图像分析软件、ImageJ2x和FractalFox等软件对图像进行分析，可体现出不同沉降时间和不同沉降浓度下砂浆密实状态变化；
从图3中可知，在初始连续进料阶段，泥层高度逐渐增加，打开底流开关和蠕动泵进行排料后，在连续进料和连续出料复合工况下，泥层高度累计幅度显著减小并出现明显拐点。可结合底流浓度变化规律获取连续进料、连续出料和耙架连续剪切作用下砂浆入料浓度、入料流量、出料浓度、出料流量以及耙架转速之间的定量关系；
通过测试可得到耙架扭矩随沉降时间变化特征曲线，可通过取样口取样得到底流浓度随沉降时间变化特征曲线。同时可结合细观结构分形维数评价浓密效率和效果，为工业设计提供精准数据。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统，其特征在于：包括沉降柱（1）、絮凝溶剂输送装置、低浓度全尾砂浆输送装置、砂浆收集桶（20）、溢流水收集桶（23）、数据采集仪（17）、计算机（18）、图像捕集系统，沉降柱（1）的顶端固定设置有微电机（3），微电机（3）上设置有扭矩传感器（5），微电机（3）的输出轴向下且输出轴末端设置有耙架（7），耙架（7）垂直向下延伸至沉降柱（1）的底部，耙架（7）的底端固定设置有水平的底部轴承（6），底部轴承（6）上固定设置有竖直向上的导水杆（2），沉降柱（1）侧壁的竖直方向均匀设有4个以上压力传感器（4）和4个以上的取样开关（8）且取样开关（8）与压力传感器（4）位于同一水平面；絮凝溶剂输送装置包括絮凝溶剂配制桶（11）、无级搅拌器Ⅰ（9）、橡胶软管Ⅰ，无级搅拌器Ⅰ（9）设置在絮凝溶剂配制桶（11）的顶端且无级搅拌器Ⅰ（9）的搅拌桨向下延伸至絮凝溶剂配制桶（11）的底部，絮凝溶剂配制桶（11）通过橡胶软管Ⅰ与沉降柱（1）的顶端连通，橡胶软管Ⅰ上设置有蠕动泵Ⅰ（10）；低浓度全尾砂浆输送装置包括低浓度全尾砂浆配制桶（12）、无级搅拌器Ⅱ（15）、橡胶软管Ⅱ（13），无级搅拌器Ⅱ（15）设置在低浓度全尾砂浆配制桶（12）的顶端且无级搅拌器Ⅱ（15）的搅拌桨向下延伸至低浓度全尾砂浆配制桶（12）的底部，低浓度全尾砂浆配制桶（12）通过橡胶软管Ⅱ（13）与沉降柱（1）的顶端连通，橡胶软管Ⅱ（13）上设置有蠕动泵Ⅱ（14）；沉降柱（1）的底端的砂浆出口通过橡胶软管Ⅲ与砂浆收集桶（20）连通，橡胶软管Ⅲ上设置有蠕动泵Ⅲ（19）；沉降柱（1）的顶部水溢流口通过橡胶软管Ⅳ与溢流水收集桶（23）连通；
扭矩传感器（5）、压力传感器（4）分别通过数据线（16）与数据采集仪（17）连接，数据采集仪（17）通过数据线（16）与计算机（18）连接；
图像捕集系统包括细观显微镜（21）和高速摄影机（22），细观显微镜（21）设置在沉降柱（1）与高速摄影机（22）之间，沉降柱（1）、细观显微镜（21）和高速摄影机（22）位于同一水平面上且高速摄影机（22）的摄像头正对细观显微镜（21）的中心，高速摄影机（22）通过数据线（16）与计算机（18）连接。
2.根据权利要求1所述全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统，其特征在于：沉降柱直径为100~500 mm，高为1000~2000 mm，导水杆（2）4~8根，细观显微镜（21）放大倍数不低于80倍，高速摄影机（22）的图像采集速率为200 fps ~ 969 fps。
3.根据权利要求1所述全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统，其特征在于：微电机（3）与耙架（7）采用锯齿型啮合方式连接，耙架（7）的扭矩大于800 mNm时，锯齿型啮合分离。
4.一种全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试方法，其特征在于，采用全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试系统，具体步骤如下：
（1）在低浓度全尾砂浆输送装置的低浓度全尾砂浆配制桶中配制预设浓度的全尾砂浆，并利用低浓度全尾砂浆配制桶顶端的无级搅拌器Ⅱ搅拌使砂浆不沉降；
（2）在絮凝溶剂输送装置的絮凝溶剂配制桶中配制絮凝剂溶液；
（3）分别通过橡胶软管Ⅰ上的蠕动泵Ⅰ和橡胶软管Ⅱ上的蠕动泵Ⅱ将低浓度全尾砂浆和絮凝剂溶液输送至沉降柱的顶部，全尾砂在重力和絮凝剂作用下形成絮团沉降，微电机控制耙架转速为0.1~15 r·min-1，耙架转动带动导水杆剪切全尾砂浆，全尾砂浆密度差引导包裹水沿导水杆向上排出，在沉降柱底部形成高浓度全尾砂浆，溢流水通过橡胶软管Ⅳ排放至溢流水收集桶中，高浓度全尾砂浆通过橡胶软管Ⅲ上的与蠕动泵Ⅲ排放至砂浆收集桶中；同时压力传感器将沉降柱的不同沉降高度的压力数据传送给数据采集仪，扭矩传感器将微电机的扭矩数据传送给数据采集仪，数据采集仪再将采集到的不同沉降高度的压力数据和微电机的扭矩数据通过数据线传输给计算机进行分析和保存；高速摄影机通过细观显微镜拍摄沉降柱中全尾砂浆的实时图像并将实时图像传输给计算机进行图像处理，以判断全尾砂浓密效果。
5.权利要求4所述全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试方法，其特征在于：低浓度全尾砂浆的流量为10~600 mL·min-1，絮凝剂与干全尾砂的质量比g:t为(10~50 ):1，絮凝剂溶液的质量浓度为0.01%~0.05 %。
6.权利要求4所述全尾砂动态剪切作用下连续浓密测试方法，其特征在于，全尾砂浓密效果判断方法为：
（1）对沉降柱中全尾砂浆的图像进行二值化处理，区分固液形态：以固液图像灰度均值建立阈值分割：
式中，处二值化后颜色值，1代表黑色，0代表白色，T为阈值灰度，黑色区域代表颗粒固相，白色区域代表液相；
（2）对二值化图像进行分形特征分析：利用计盒维数构建絮团结构特征定量表达方法：
式中， ；
絮团结构的计盒维数值越大，则絮团结构越密实，孔隙水不发育，絮团沉降速度越大，浓密效果越好。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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