CN113419032A - 断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统，包括充灌管袋主体装置、外加剂溶液制备系统、尾矿搅拌系统、真空助滤系统和信息数据采集系统；充灌管袋主体装置用于实验现象观察以及数据监测，是整个实验的主要监测部分；外加剂溶液制备系统用于配制实验所需的外加剂溶液；尾矿搅拌系统用于配制实验所需浓度的尾矿；真空助滤系统用于充灌管袋主体装置后期的真空抽吸脱水研究；信息数据采集系统用于采集实验过程中充灌管袋主体装置内部的渗透压力分布情况、渗流速度分布情况数据。模拟充填超细尾矿后的土工管袋的过滤过程，能够观察土工织物内部渗透现象，探究滤饼的形成机理、滤饼的形成机理以及土工织物的淤堵及反滤性能演变过程。

Description

断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统

技术领域

本发明涉及一种土工充填管袋筑坝技术，尤其涉及一种断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统。

背景技术

土工充填管袋筑坝技术是河口、沿海等海岸防护工程、围海造陆工程中采用的一种重要的建筑技术，充填管袋堤坝建筑物也是水利、海岸工程中的一种重要建筑物型式。当前，利用土工织物作为滤料处理超细尾矿和淤泥废水的技术国内外行业的研究热点。

在利用土工织物处理超细尾矿的过程中，如何提高排水率与保土性能，从而获得高固体浓度的滤渣是技术的关键。土工织物的排水率和保土性能不仅与土工织物的物料性能，同时与脱水过程中滤饼的形成有关。滤饼的形成机理及反滤性能演变过程比较复杂，这一过程受到尾矿矿浆浓度、颗粒粒度、充灌次数以及充灌压力等多因素的影响。一方面滤饼的形成对使得土工织物的排水率明显下降，单位时间内得到的滤液体积明显减少，这是由于滤饼附着在土工织物的表面，造成过滤通道变窄造成的；另一方面滤饼的形成会提高反滤效果，使得滤液较还未形成滤饼之前更加清澈，这是由于，滤饼会在土工织物表面形成一个多孔介质层，阻碍大量的固体颗粒的通过，只允许水和少量的固体颗粒通过。

施工生产实践中在利用土工管袋处理超细尾矿时，往往会添加絮凝剂和助滤剂等外加药剂助滤，絮凝剂会加速尾矿中的固体颗粒沉降，使得水分更容易溢出土工织物；助滤剂能够改变滤饼的结构，促进形成疏松的滤饼，减少可压缩滤饼的流动阻力。

由于超细尾矿通过土工织物排水固结的过程发生在土工管袋内部，且这一过程比较复杂，受诸多因素的影响。因此，滤饼的形成机理，土工织物的淤堵及反滤性能演变过程尚不明确，工程实践中利用土工织物处理超细尾矿时，缺乏明确的理论指导和试验参考。在现实的实践生产中更多的是依靠经验对土工织物进行选型，根据现场实验确定生产参数。这在无形之中增加了工程施工的造价和难度。所以，探究滤饼的形成机理以及土工织物的淤堵及反滤性能演变过程，建立成熟的理论基础显得尤为重要。

现有技术中的相关技术：

土工管袋：如图1a、图1b所示，是由上下两面土工织物通过缝包机缝合而成的大型管袋及包裹体，其直径可根据需要变化，长度已超过长可达数十米。土工管袋最初用于围堤工程中，目前经过广大技术工作者的努力，已被应用到环境保护、尾矿处理、污水处理等领域。

土工管袋的施工方法：

第一步是充填，采用高强度且可渗透的土工织物制造成实际需要的袋体，然后充填泥浆进入袋体。第二步是排水，由于构成袋体的土工织物有细小孔洞它可截留泥浆中的固体物又可排出泥浆中的水分，这样可有效减少袋体中包容物的体积，袋体可重复进行充填，直至达到袋体材料容许高度，同时排出的水可回用。第三步是固结，在多次充填和排水后，袋体中留下来的细颗粒物体将由于干燥作用会逐渐固结。

滤饼：是由被截留于过滤介质之上的颗粒堆积而成的固定床层，内部的孔道细小曲折，且互相交联，形成不规则的网状结构。

土工织物对尾矿脱水过程：

第一阶段，土工织物不能截留土壤颗粒，并随溢出的水一起流出；第二阶段，土颗粒被困在土工布中，堵塞土工织物的过水通道；第三阶段，土颗粒堆积在土工织物表面形成一层固体(滤饼)。然后，滤饼土工布成为后续过滤的新系统。

真空絮凝助滤：

当利用土工织物对尾矿进行过滤脱水的过程中，在形成稳定的滤饼结构后，土工织物的排水效率会降低，提前加入絮凝剂，便可以使得尾矿中的多相颗粒聚集在一起，在重力的作用下加速尾矿固体颗粒沉降。同时在土工织物外部施加真空压力，导致渗透压力增加，促进尾矿排水固结。外加真空压力以及加入絮凝剂都属于利用土工织物对尾矿进行过滤脱水的辅助措施。

现有技术中，传统的土工管袋进行尾矿脱水处理，由上下两层土工织物制成的大面积连续袋，在袋内充填超细尾矿形成的土工管袋。充填后通过静置排水的方式让土工管袋内的尾矿自然固结，最终达到脱水的目的。

现有技术的缺点：

传统的土工管袋进行尾矿脱水处理，静置脱水时间较长，影响工期；而且无法观察到内部的滤饼形成过程，无法定量的掌握土工织物的排水性能和反滤性能与土工织物的关系；且如需借助絮凝剂等外加药剂进行助滤时，外加药剂很难和原矿混合均匀，影响外加剂的使用效率。在土工管袋施工后期，土工织物的排水率明显降低，管带内部的水分仍然无法排除，无法得到设计需要的固结尾矿。

发明内容

本发明的目的是提供一种断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统，包括充灌管袋主体装置01、外加剂溶液制备系统02、尾矿搅拌系统03、真空助滤系统04和信息数据采集系统05；

所述充灌管袋主体装置01用于实验现象观察以及数据监测，是整个实验的主要监测部分；

所述外加剂溶液制备系统02用于配制实验所需的外加剂溶液；

所述尾矿搅拌系统03用于配制实验所需浓度的尾矿；

所述真空助滤系统04用于充灌管袋主体装置01后期的真空抽吸脱水研究；

所述信息数据采集系统05用于采集实验过程中充灌管袋主体装置01内部的渗透压力分布情况、渗流速度分布情况数据。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统，模拟充填超细尾矿后的土工管袋的过滤过程，能够观察土工织物内部渗透现象，探究滤饼的形成机理。根据实验现象结合实验数据从宏细观两个层面去探究滤饼的形成机理以及土工织物的淤堵及反滤性能演变过程。解决了目前土工管袋的施工中遇到的问题。

附图说明

图1a图1b分别为现有技术中充填后的土工管袋及其剖切面示意图；

图2为本发明实施例提供的断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统结构示意图；

图3为本发明实施例的充灌管袋主体装置结构示意图；

图4为本发明实施例的外加剂溶液制备系统装置结构示意图；

图5为本发明实施例的真空助滤系统装置结构示意图；

图6为本发明实施例在断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验过程中的应用实例结构示意图。

图中：

01—充灌管袋主体装置；02—外加剂溶液制备系统；03—尾矿搅拌系统；04—真空助滤系统；05—信息数据采集系统；

1—阀门；2—小型渣浆泵；3—压力表；4—尾矿搅拌槽；5—定心搅拌机；6—放空阀；7—24通道数据采集箱；8—上位机；9—孔压计电缆；

10—高清数码摄像机；11—管袋土工织物；12—有机玻璃夹具；13—燕尾夹；14—有机玻璃板；15—角钢框架；16—孔压计；17—积液漏斗；18—滤纸；19—有机玻璃积液筒；

20—高精电子秤；21—IBC箱；22—焊接球阀；23—放空阀；24—箱体支架；25—集渗槽；26—压力表；27—加药泵；28—管道过滤器；29—球阀；

30—电磁管道流量计；31—尾矿充灌管；32—回转式管道混合器；33—逆止阀；34—流体流动方向；

41—真空泵；42—压力表；43—排气阀；44—真空压力舱；45—抽气真空管；46—真空釜；47—高精电子秤；48—抽液真空管；49—覆面吸盘；

111—管袋充填袖口；

311—回转式管道出口。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统，其较佳的具体实施方式是：

包括充灌管袋主体装置01、外加剂溶液制备系统02、尾矿搅拌系统03、真空助滤系统04和信息数据采集系统05；

所述充灌管袋主体装置01用于实验现象观察以及数据监测，是整个实验的主要监测部分；

所述外加剂溶液制备系统02用于配制实验所需的外加剂溶液；

所述尾矿搅拌系统03用于配制实验所需浓度的尾矿；

所述真空助滤系统04用于充灌管袋主体装置01后期的真空抽吸脱水研究；

所述信息数据采集系统05用于采集实验过程中充灌管袋主体装置01内部的渗透压力分布情况、渗流速度分布情况等数据。

所述充灌管袋主体装置01主要由管袋土工织物11、有机玻璃夹具12、燕尾夹13、有机玻璃板14、角钢框架15、孔压计16以及积液漏斗17构成；

所述角钢框架15为长方体框架结构，外部轮廓尺寸长×宽×高为2115mm×235mm×815mm，采用不等边角钢形状规格为40×25×3mm；

所述角钢框架15的顶面和另一个侧面用扁钢横条加固，扁钢横条尺寸长度×宽度×厚度为229mm×25mm×3mm，顶面按6等分加固5跟扁钢横条，另一个侧面在中间加固1跟扁钢横条；

所述充灌管袋主体装置01的底面、一个侧面、后面用有机玻璃板14封住，尺寸分别为：底面有机玻璃板14尺寸为长×宽×厚为2109mm×229mm×8mm，侧面有机玻璃板14尺寸为高×宽×厚为809mm×229mm×8mm，后面有机玻璃板14尺寸为长×高×厚2109mm×809mm×8mm；

所述充灌管袋主体装置01的前面为两块有机玻璃板14，两块有机玻璃板14合成尺寸为长×高×厚2109mm×809mm×8mm的矩形面板，两块有机玻璃板14之间的缝隙为一条闭合曲线，沿着这条缝隙设有有机玻璃夹具12，有机玻璃夹具12内设止水橡胶垫；

所述管袋土工织物11为土工织物制作的半截土工管袋，其制作方法为：

将两个尺寸长×宽为2000mm×200mm的土工布对齐，缝合三个边，预留一边不缝合；然后，将未缝合的一边沿着有机玻璃板14之间的缝隙扎进有机玻璃夹具12中，最后用燕尾夹13夹住有机玻璃夹具12和管袋土工织物11，此时管袋土工织物11就和有机玻璃板14形成了一个封闭的空间，通过有机玻璃板14能看清楚充填后管袋土工织物11内部的脱水现象；

有机玻璃板14上沿程设有3排孔压计16，总共有14个渗压计；

管袋土工织物11上设有管袋充填袖口111，接回转式管道混合器32，用于尾矿充填。

所述外加剂溶液制备系统02主要由两个IBC箱21、若干焊接球阀22、放空阀23、箱体支架24、集渗槽25、压力表26、加药泵27、管道过滤器28、球阀29、电磁管道流量计30、尾矿充灌管31、—回转式管道混合器32、逆止阀33组成；

所述两个IBC箱21为普通复合型中型散装容器，规格为1250L/个，两个IBC箱21放在箱体支架24上，箱体支架24上架设了加药泵27和管道；IBC箱21连同箱体支架24放在集渗槽25里面；IBC箱21用于盛放配置好的絮凝剂、助滤剂等外加药剂；两个IBC箱21下部接入管道并在接口处安装了焊接球阀22，当需要使用其中一个IBC箱21的药剂时，则打开其接口的焊接球阀22，同时关闭另一个IBC箱21的焊接球阀22，两个IBC箱21交替使用，避免因为配药影响实验过程；

所述加药泵27把管路中的药剂泵送至回转式管道混合器32，泵送压力通过压力表26观测到；

所述电磁管道流量计30监测管道内的泵送流量，根据电磁管道流量计30的读数同时调节球阀29开度，便能控制流入回转式管道混合器32外加剂的剂量；

所述管道过滤器28是直通管道过滤器安装在加药泵27和球阀29之间，其作用是过滤管道中外加药剂中混入的机械杂质、水和空气等杂质；

所述尾矿充灌管31为尾矿充灌口，回转式管道出口311为尾矿和外加剂的混合液出口；

所述回转式管道混合器32为旋转管道，由若干段弯管和短管组成，弯管和短管的管径都是25mm，弯管转弯半径为54mm，弯管转弯角度是90°或180°，短管长度为188mm，总共有6根短管，7处弯管，这种回旋式的管道延长了流动的距离，减缓了流动速度，使得尾矿和外加剂有足够的时间在这里混合均匀；

所述逆止阀33是单向流动控制阀，它的作用是只允许外加剂溶液制备系统02中的外加剂溶液流入回转式管道混合器32而不允许尾矿充灌管31中的尾矿流入外加剂溶液制备系统02。

试验系统的操作步骤如下：

1)将需要测试的两个尺寸长×宽为2000mm×200mm的管袋土工织物11上下叠合对齐，缝合三个边，预留一边不缝合，然后，将未缝合的一边沿着有机玻璃板14之间的缝隙扎进有机玻璃夹具12中，最后用燕尾夹13夹住有机玻璃夹具12和管袋土工织物11，此时管袋土工织物11就和有机玻璃板14形成了一个封闭的空间；

2)将回转式管道出口311与管袋充填袖口111通过管道连接起来，尾矿充灌管31与小型渣浆泵2用管道连接，小型渣浆泵2接尾矿搅拌系统03，外加剂溶液制备系统02通过管路接回转式管道混合器32的进口，在有机玻璃积液筒19进口放上新的叠好的滤纸18；

3)检查管路是否连接良好，可事先做密水实验，保证管路畅通不漏水；

4)连接好24通道数据采集箱7与充灌管袋主体装置01上面埋设的14个孔压计16之间的孔压计电缆9，同时连接24通道数据采集箱7与上位机8之间的线路并架设好高清数码摄像机10对准充灌管袋主体装置01；

5)将事先计算好质量的干尾矿和水缓缓加入到尾矿搅拌槽4中，此过程需保证定心搅拌机5工作，放空阀6和小型渣浆泵2关闭；

6)在进行第5部的同时将配置好的外加剂溶液注入两个IBC箱21中，此过程保证焊接球阀22关闭；

7)打开小型渣浆泵2、阀门1、一个焊接球阀22、加药泵27，同时观察压力表3、压力表26的读数，将泵送压力调节至设计范围之内；

8)观察电磁管道流量计30的读数，等管道满流的时候，根据电磁管道流量计30的读数调节球阀29的开度，从而控制进入回转式管道混合器32的药剂流量；

9)观察充灌管袋主体装置01内的现象，尾矿与外加剂溶液进入充灌管袋主体装置01后会沿着管袋土工织物11的表面渗透流出，同时在管袋土工织物11的表面会形成滤饼，滤饼会越来越厚，24通道数据采集箱7能够采集到流速、渗透压力等数据并传提给上位机8，滤液会从积液漏斗17流出并进入有机玻璃积液筒19，实时观察和记录有机玻璃积液筒19中的滤液体积变化；

10)等到进入机玻璃积液筒19的液体明显变少且24通道数据采集箱7采集的数据趋于稳定，则启动真空助滤系统05，将覆面吸盘49贴在管袋土工织物11面上，启动真空泵41便抽吸滤液进入真空釜46，真空釜46放置于高精电子秤47上便于实时监测滤液质量；

11)待充灌管袋主体装置01中的尾矿固结，不再有滤液进入真空釜46，24通道数据采集箱7采集的数据趋于新的平衡时，便以结束实验，将阀门1、焊接球阀29、小型渣浆泵2、加药泵27全部关闭，关闭高清数码摄像机10，取下管袋土工织物11，称量充灌管袋主体装置01中的尾矿重量，同时将有机玻璃积液筒19的滤液与真空釜46中过滤后的滤液分别称重，并做好记录；

12)清洗实验管路和装置；

13)换同样材质和大小的管袋土工织物11进行实验，此时保持两个焊接球阀22和加压泵27关闭，重复步骤1、3、4、5、7、9、10、11、12做一组没有外加药剂的超细尾矿充灌管袋试验，并做好实验记录；

14)处理实验影像资料和实验数据。

本发明的断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统，模拟充填超细尾矿后的土工管袋的过滤过程，能够观察土工织物内部渗透现象，探究滤饼的形成机理。根据实验现象结合实验数据从宏细观两个层面去探究滤饼的形成机理以及土工织物的淤堵及反滤性能演变过程。解决了目前土工管袋的施工中遇到的问题。

具体实施例：

如图2至图6所示，充灌管袋主体装置01、外加剂溶液制备系统02、尾矿搅拌系统03、真空助滤系统04与信息数据采集系统05五个组成部分。在实验系统中，充灌管袋主体装置01用于实验系统现象观察以及数据监测，是整个实验系统的监测主要部分。外加剂溶液制备系统02用于配制实验所需的外加剂溶液。尾矿搅拌系统03用于配制实验所需浓度的尾矿。真空助滤系统04用于充灌管袋主体装置01后期的真空抽吸助滤脱水。信息数据采集系统05用于采集实验过程中充灌管袋主体装置01内部的渗透压力分布情况、渗流速度分布情况等数据。

尾矿搅拌系统03产生的尾矿通过小型渣浆泵2泵送至尾矿充灌管31内然后进入回转式管道混合器32，同时外加剂溶液制备系统02产生的外加剂溶液也进入回转式管道混合器32，尾矿与外加剂经过回转式管道混合器32变混合均匀，便从回转式管道出口311出来，最后进入充灌管袋主体装置01内，流体流动方向34如图2所示。

当与外加剂混合均匀的尾矿溶液进入到充灌管袋主体装置01内，我们便可以观察充灌管袋主体装置01内的渗透和过滤现象，同时收集渗流数据。等到灌管袋主体装置01形成滤饼，滤饼厚度不断增大直至排水率明显下降，最后使用真空助滤系统04加压助滤。

如图3所示，充灌管袋主体装置01由管袋土工织物11；有机玻璃夹具12、燕尾夹13、有机玻璃板14、角钢框架15、孔压计16以及积液漏斗17等主要部分构成。其中角钢框架15为长方体框架结构，外部轮廓尺寸为长×宽×高为2115mm×235mm×815mm，材质采用形状规格为40×25×3的不等边角钢。充灌管袋主体装置01的底面、一个侧面、后面用有机玻璃板14封住。底面有机玻璃板14尺寸为长×宽×厚为2109mm×229mm×8mm，侧面有机玻璃板14尺寸为高×宽×厚为809mm×229mm×8mm，后面有机玻璃板14尺寸为长×高×厚2109mm×809mm×8mm。角钢框架15的顶面和另一个侧面不设有机玻璃板，用扁钢横条加固，扁钢横条尺寸长度×宽度×厚度为229mm×25mm×3mm。顶面按6等分加固5跟扁钢横条，另一个侧面在中间加固1跟扁钢横条。充灌管袋主体装置01的前面为两块有机玻璃板14，两块有机玻璃板14可以合成尺寸为长×高×厚2109mm×809mm×8mm的矩形面板。两块有机玻璃板14之间的缝隙为一条闭合曲线，这条曲线与土工管袋的剖切面的边线(图1b)相似。沿着这条缝隙设有有机玻璃夹具12将两块有机玻璃板14夹起来，有机玻璃夹具12内设止水橡胶垫。管袋土工织物11为土工织物制作的不封口土工管袋，其制作方法为，将两个尺寸长×宽为2000mm×200mm的土工布上下重叠，缝合三个边，预留一边不缝合。然后，将未缝合的一边撑开并沿着缝隙全部扎进有机玻璃夹具12中，最后用燕尾夹13夹住有机玻璃夹具12和管袋土工织物11。此时管袋土工织物11就和有机玻璃板14形成了一个封闭的空间，通过有机玻璃板14可以观察充填后管袋土工织物11内部的脱水现象。有机玻璃板14上沿程设有14个孔压计16，孔压计16可以监测渗透压力大小。管袋土工织物11上设有管袋充填袖口111，用于尾矿充填。充灌管袋主体装置01的底面端部设有一个积液漏斗17，积液漏斗17为无顶无底的倒梯形台漏斗，形状尺寸为上底面182mm×126mm的矩形，下底面100mm×69mm的矩形，高度为96mm，厚度为7mm。积液漏斗17下面放置一个有机玻璃积液筒19，有机玻璃积液筒19内有刻度，容量为5000mL，可以测量滤液体积。有机玻璃积液筒19的进口设置成圆锥状，进口放一张滤纸18，用于过滤滤液，有机玻璃积液筒19放在高精电子秤20上便可实时监测滤液质量的变化情况。

如图4所示，外加剂溶液制备系统02由两个IBC箱21、若干焊接球阀22、放空阀23、箱体支架24、集渗槽25、压力表26、加药泵27、管道过滤器28、球阀29、电磁管道流量计30、尾矿充灌管31、回转式管道混合器32、逆止阀33等主要部分组成。其中两个IBC箱21为普通复合型中型散装容器，规格为1250L/个。两个IBC箱21放在箱体支架24上，箱体支架24上架设了加药泵27和管道。IBC箱21连同箱体支架24放在集渗槽25里面。IBC箱21用于盛放配置好的絮凝剂、助滤剂等外加药剂。两个IBC箱21下部接入管道并在接口处安装了焊接球阀22，当需要使用其中一个IBC箱21的药剂时，则打开其中一个焊接球阀22，同时关闭另一个IBC箱21的焊接球阀22，两个IBC箱21交替使用，避免因为装药影响实验进程。加药泵27可以把管路中的药剂泵送至回转式管道混合器32，泵送压力可以通过压力表26观测到。电磁管道流量计30可以监测管道内的泵送流量，根据电磁管道流量计30的读数同时调节球阀29开度，便可以控制流入回转式管道混合器32外加剂的药量。管道过滤器28是直通管道过滤器安装在加药泵27和球阀29之间，其作用是过滤管道中外加药剂中混入的机械杂质和空气等杂质。尾矿充灌管31为尾矿进口，回转式管道出口311为尾矿和外加剂的混合液出口。回转式管道混合器32为旋转管道，如图3所示它是由若干段弯管和短管组成，弯管和短管的管径都是25mm，弯管转弯半径为54mm，弯管转弯角度是90°或180°，短管长度为188mm，总共有6根短管，7处弯管。这种回旋式的管道延长了流动的距离，减缓了流动速度，使得尾矿和外加剂有足够的时间在这里混合均匀。逆止阀33是单向流动控制阀，它的作用是只允许外加剂溶液制备系统02(如2所示)中的外加剂溶液流入回转式管道混合器32而不允许尾矿充灌管31中的尾矿流入外加剂溶液制备系统02，液体的流动方向如流体流动方向34所示。

如图5所示，真空助滤系统04由真空泵41、压力表42、排气阀43、真空压力舱44、抽气真空管45、真空釜46、高精电子秤47、抽液真空管48和覆面吸盘49等主要部分组成。其中真空釜46为收集真空抽吸的滤液容器。真空釜46上部接口用抽气真空管45连接至真空泵41，真空釜46下部接口用抽液真空管48连接至覆面吸盘49。覆面吸盘49为伞状橡胶材质吸盘，使用时贴在管袋土工织物11(图3)面上，启动真空泵41便可以抽吸滤液进入真空釜46。真空釜46放置于高精电子秤47上便于实时监测滤液质量。真空泵41、压力表42、排气阀43和真空压力舱44为一个设备的组成部分。在真空抽吸时，真空泵41提供抽吸动力，压力表42监测抽吸压力大小，排气阀43排出从真空釜46中抽出的气体，真空压力舱44用于保压。

以下结合现场实际应用(如图6所示)，对装置的实施方式开展进一步详细说明：

1、将需要测试的两个尺寸长×宽为2000mm×200mm的管袋土工织物11(图3)上下叠合对齐，缝合三个边，预留一边不缝合。然后，将未缝合的一边撑开后沿着有机玻璃板14(图3)之间的缝隙扎进有机玻璃夹具12(图3)中，最后用燕尾夹13(图3)夹住有机玻璃夹具12和管袋土工织物11。此时管袋土工织物11就和有机玻璃板14形成了一个封闭的空间；

2、将回转式管道出口311与管袋充填袖口111通过管道连接起来，尾矿充灌管31与小型渣浆泵2用管道连接，小型渣浆泵2接尾矿搅拌系统03(图2)，外加剂溶液制备系统02通过管路接回转式管道混合器32的进口，在有机玻璃积液筒19(图3)进口放上新的叠好的滤纸18(图3)；

3、检查管路是否连接良好，可事先做密水实验，保证管路畅通不漏水；

4、连接好24通道数据采集箱7与充灌管袋主体装置01上面埋设的14个孔压计16之间的孔压计电缆9，同时连接24通道数据采集箱7与上位机8之间的线路并架设好高清数码摄像机10对准充灌管袋主体装置01；

5、将事先称重好的干尾矿和水缓缓加入到尾矿搅拌槽4中，此过程需保证定心搅拌机5工作，放空阀6和小型渣浆泵2关闭；

6、在进行第5部的同时将配置好的外加剂溶液注入两个IBC箱21(图4)中，此过程保证焊接球阀22(图4)关闭；

7、打开小型渣浆泵2、阀门1、一个焊接球阀22、加药泵27(图4)。同时观察压力表3、压力表26(图4)的读数，将泵送压力调节至设计范围之内；

8、观察电磁管道流量计30的读数，等管道满流的时候，根据电磁管道流量计30的读数调节球阀29的开度，从而控制进入回转式管道混合器32的药剂流量；

9、观察充灌管袋主体装置01内的现象，尾矿与外加剂溶液进入充灌管袋主体装置01后会沿着管袋土工织物11的表面渗透流出，同时在管袋土工织物11的表面会形成滤饼，滤饼会越来越厚。24通道数据采集箱7能够采集到流速、渗透压力等数据并传提给上位机8。滤液会从积液漏斗17(图3)流出并进入有机玻璃积液筒19，实时观察和记录有机玻璃积液筒19中的滤液体积变化；

10、等到进入机玻璃积液筒19的液体明显变少且24通道数据采集箱7采集的数据趋于稳定，则启动真空助滤系统05。将覆面吸盘49(图5)贴在管袋土工织物11面上，启动真空泵41(图5)便可以抽吸滤液进入真空釜46(图5)。真空釜46放置于高精电子秤47(图5)上便于实时监测滤液质量；

11、待充灌管袋主体装置01中的尾矿固结，不再有滤液进入真空釜46，24通道数据采集箱7采集的数据趋于新的平衡时，便可以结束实验。将阀门1、焊接球阀29、小型渣浆泵2、加药泵27全部关闭，关闭高清数码摄像机10。取下管袋土工织物11，称量充灌管袋主体装置01中的尾矿重量，同时将有机玻璃积液筒19的滤液与真空釜46中过滤后的滤液分别称重(分别称湿重和干重)，并做好记录；

12、清洗实验管路和装置；

13、换同样材质和大小的管袋土工织物11进行实验，此时保持两个焊接球阀22和加压泵27关闭，重复步骤1、3、4、5、7、9、10、11、12做一组没有外加药剂的超细尾矿充灌管袋试验，并做好实验记录。

14、处理实验影像资料和实验数据。

本发明的有益效果为：

通过断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验将充灌管袋主体装置与外加剂溶液制备系统、尾矿搅拌系统、真空助滤系统与信息数据采集系统的协调运行，可以探究滤饼的形成机理以及土工织物的淤堵及反滤性能演变过程。充灌管袋主体装置模拟了土工管袋的横截面方向的渗流过程，通过土工织物和有机玻璃构成的超细尾矿充填结构，实现了超细尾矿在土工管袋中渗流的可视化。同时借助于通道数据采集箱和高清数码摄像机进行信息数据采集和视频现象分析，在宏观和微观上研究滤饼的形成机理对土工织物的排水性能和反滤性能的影响。本实验系统同时接入了外加剂溶液制备系统，其中回转式管道混合器的设置可以使得尾矿和外加剂能够充分混合均匀，提高的外加剂的使用效率。最后加入真空助滤系统，提供外部渗透压力，作用于土工织物表面，便可以抽吸土工织物内部中难以脱除的水分，从而得到高度固结的尾矿。本发明综合考虑了土工布的性能、工作参数、外加药剂以及真空抽吸等多种措施对超细尾矿的处理作用，为实际生产生活可以提供系统的理论依据，为施工生产提供指导和参考。本发明潜在的应用领域包括：造纸、印染、化工、制革、酒糟、矿山、泥浆、钻井、钢铁、煤尘、电镀、木业、玉米渣、人蓄粪类等工业污水及市政污水的处理及果汁、大豆蛋白的分离。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。

Claims (4)

1.一种断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统，其特征在于，包括充灌管袋主体装置(01)、外加剂溶液制备系统(02)、尾矿搅拌系统(03)、真空助滤系统(04)和信息数据采集系统(05)；

所述充灌管袋主体装置(01)用于实验现象观察以及数据监测，是整个实验的主要监测部分；

所述外加剂溶液制备系统(02)用于配制实验所需的外加剂溶液；

所述尾矿搅拌系统(03)用于配制实验所需浓度的尾矿；

所述真空助滤系统(04)用于充灌管袋主体装置(01)后期的真空抽吸脱水研究；

所述信息数据采集系统(05)用于采集实验过程中充灌管袋主体装置(01)内部的渗透压力分布情况、渗流速度分布情况数据。

2.根据权利要求1所述的断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统，其特征在于，所述充灌管袋主体装置(01)主要由管袋土工织物(11)、有机玻璃夹具(12)、燕尾夹(13)、有机玻璃板(14)、角钢框架(15)、孔压计(16)以及积液漏斗(17)构成；

所述角钢框架(15)为长方体框架结构，外部轮廓尺寸长×宽×高为2115mm×235mm×815mm，采用不等边角钢形状规格为40×25×3mm；

所述角钢框架(15)的顶面和另一个侧面用扁钢横条加固，扁钢横条尺寸长度×宽度×厚度为229mm×25mm×3mm，顶面按6等分加固5跟扁钢横条，另一个侧面在中间加固1跟扁钢横条；

所述充灌管袋主体装置(01)的底面、一个侧面、后面用有机玻璃板(14)封住，尺寸分别为：底面有机玻璃板(14)尺寸为长×宽×厚为2109mm×229mm×8mm，侧面有机玻璃板(14)尺寸为高×宽×厚为809mm×229mm×8mm，后面有机玻璃板(14)尺寸为长×高×厚2109mm×809mm×8mm；

所述充灌管袋主体装置(01)的前面为两块有机玻璃板(14)，两块有机玻璃板(14)合成尺寸为长×高×厚2109mm×809mm×8mm的矩形面板，两块有机玻璃板(14)之间的缝隙为一条闭合曲线，沿着这条缝隙设有有机玻璃夹具(12)，有机玻璃夹具(12)内设止水橡胶垫；

所述管袋土工织物(11)为土工织物制作的半截土工管袋，其制作方法为：

将两个尺寸长×宽为2000mm×200mm的土工布对齐，缝合三个边，预留一边不缝合；然后，将未缝合的一边沿着有机玻璃板(14)之间的缝隙扎进有机玻璃夹具(12)中，最后用燕尾夹(13)夹住有机玻璃夹具(12)和管袋土工织物(11)，此时管袋土工织物(11)就和有机玻璃板(14)形成了一个封闭的空间，通过有机玻璃板(14)能看清楚充填后管袋土工织物(11)内部的脱水现象；

有机玻璃板(14)上沿程设有3排孔压计(16)，总共有14个渗压计；

管袋土工织物(11)上设有管袋充填袖口(111)，接回转式管道混合器(32)，用于尾矿充填。

3.根据权利要求2所述的断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统，其特征在于，所述外加剂溶液制备系统(02)主要由两个IBC箱(21)、若干焊接球阀(22)、放空阀(23)、箱体支架(24)、集渗槽(25)、压力表(26)、加药泵(27)、管道过滤器(28)、球阀(29)、电磁管道流量计(30)、尾矿充灌管(31)、—回转式管道混合器(32)、逆止阀(33)组成；

所述两个IBC箱(21)为普通复合型中型散装容器，规格为1250L/个，两个IBC箱(21)放在箱体支架(24)上，箱体支架(24)上架设了加药泵(27)和管道；IBC箱(21)连同箱体支架(24)放在集渗槽(25)里面；IBC箱(21)用于盛放配置好的絮凝剂、助滤剂外加药剂；两个IBC箱(21)下部接入管道并在接口处安装了焊接球阀(22)，当需要使用其中一个IBC箱(21)的药剂时，则打开其接口的焊接球阀(22)，同时关闭另一个IBC箱(21)的焊接球阀(22)，两个IBC箱(21)交替使用，避免因为配药影响实验过程；

所述加药泵(27)把管路中的药剂泵送至回转式管道混合器(32)，泵送压力通过压力表(26)观测到；

所述电磁管道流量计(30)监测管道内的泵送流量，根据电磁管道流量计(30)的读数同时调节球阀(29)开度，便能控制流入回转式管道混合器(32)外加剂的剂量；

所述管道过滤器(28)是直通管道过滤器安装在加药泵(27)和球阀(29)之间，其作用是过滤管道中外加药剂中混入的机械杂质、水和空气杂质；

所述尾矿充灌管(31)为尾矿充灌口，回转式管道出口(311)为尾矿和外加剂的混合液出口；

所述回转式管道混合器(32)为旋转管道，由若干段弯管和短管组成，弯管和短管的管径都是25mm，弯管转弯半径为54mm，弯管转弯角度是90°或180°，短管长度为188mm，总共有6根短管，7处弯管，这种回旋式的管道延长了流动的距离，减缓了流动速度，使得尾矿和外加剂有足够的时间在这里混合均匀；

所述逆止阀(33)是单向流动控制阀，它的作用是只允许外加剂溶液制备系统(02)中的外加剂溶液流入回转式管道混合器(32)而不允许尾矿充灌管(31)中的尾矿流入外加剂溶液制备系统(02)。

4.根据权利要求3所述的断面视窗可视化超细尾矿充灌管袋试验系统，其特征在于，试验系统的操作步骤如下：

1)将需要测试的两个尺寸长×宽为2000mm×200mm的管袋土工织物(11)上下叠合对齐，缝合三个边，预留一边不缝合，然后，将未缝合的一边沿着有机玻璃板(14)之间的缝隙扎进有机玻璃夹具(12)中，最后用燕尾夹(13)夹住有机玻璃夹具(12)和管袋土工织物(11)，此时管袋土工织物(11)就和有机玻璃板(14)形成了一个封闭的空间；

2)将回转式管道出口(311)与管袋充填袖口(111)通过管道连接起来，尾矿充灌管(31)与小型渣浆泵(2)用管道连接，小型渣浆泵(2)接尾矿搅拌系统(03)，外加剂溶液制备系统(02)通过管路接回转式管道混合器(32)的进口，在有机玻璃积液筒(19)进口放上新的叠好的滤纸(18)；

3)检查管路是否连接良好，可事先做密水实验，保证管路畅通不漏水；

4)连接好24通道数据采集箱(7)与充灌管袋主体装置(01)上面埋设的14个孔压计(16)之间的孔压计电缆(9)，同时连接24通道数据采集箱(7)与上位机(8)之间的线路并架设好高清数码摄像机(10)对准充灌管袋主体装置(01)；

5)将事先计算好质量的干尾矿和水缓缓加入到尾矿搅拌槽(4)中，此过程需保证定心搅拌机(5)工作，放空阀(6)和小型渣浆泵(2)关闭；

6)在进行步骤5的同时将配置好的外加剂溶液注入两个IBC箱(21)中，此过程保证焊接球阀(22)关闭；

7)打开小型渣浆泵(2)、阀门(1)、一个焊接球阀(22)、加药泵(27)，同时观察压力表(3)、压力表(26)的读数，将泵送压力调节至设计范围之内；

8)观察电磁管道流量计(30)的读数，等管道满流的时候，根据电磁管道流量计(30)的读数调节球阀(29)的开度，从而控制进入回转式管道混合器(32)的药剂流量；

9)观察充灌管袋主体装置(01)内的现象，尾矿与外加剂溶液进入充灌管袋主体装置(01)后会沿着管袋土工织物(11)的表面渗透流出，同时在管袋土工织物(11)的表面会形成滤饼，滤饼会越来越厚，24通道数据采集箱(7)能够采集到流速、渗透压力数据并传提给上位机(8)，滤液会从积液漏斗(17)流出并进入有机玻璃积液筒(19)，实时观察和记录有机玻璃积液筒(19)中的滤液体积变化；

10)等到进入机玻璃积液筒(19)的液体明显变少且24通道数据采集箱(7)采集的数据趋于稳定，则启动真空助滤系统(04)，将覆面吸盘(49)贴在管袋土工织物(11)面上，启动真空泵(41)便抽吸滤液进入真空釜(46)，真空釜(46)放置于高精电子秤(47)上便于实时监测滤液质量；

11)待充灌管袋主体装置(01)中的尾矿固结，不再有滤液进入真空釜(46)，24通道数据采集箱(7)采集的数据趋于新的平衡时，便以结束实验，将阀门(1)、焊接球阀(29)、小型渣浆泵(2)、加药泵(27)全部关闭，关闭高清数码摄像机(10)，取下管袋土工织物(11)，称量充灌管袋主体装置(01)中的尾矿重量，同时将有机玻璃积液筒(19)的滤液与真空釜(46)中过滤后的滤液分别称重，并做好记录；

12)清洗实验管路和装置；

13)换同样材质和大小的管袋土工织物(11)进行实验，此时保持两个焊接球阀(22)和加药泵(27)关闭，重复步骤1、3、4、5、7、9、10、11、12做一组没有外加药剂的超细尾矿充灌管袋试验，并做好实验记录；

14)处理实验影像资料和实验数据。

Images