CN114216828B - 一种测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置及方法，属于溜井放矿实验技术领域。该装置包括固定架、测量装置和控水装置，测量装置由亚克力管、法兰和数个导流管组成，控水装置内的密封圆盘与测量装置下底法兰可拆连接，该装置应用时，首先装入并静置模拟矿岩的物料；然后通过控水装置控制水由测量装置底部进入测量装置，超过指定实验贮矿高度的水经过导流管进入量筒中，停止注水，记录进水量和量筒中水量；再封堵首个导流管，循环上一步，直至完成所有贮矿高度下空隙率的测量；最后根据实验结果计算矿岩空隙率。本发明实现了溜井内不同贮矿高度下物料空隙率的测量，可以重复实验，极大地提高了实验精度。
Description
技术领域
本发明涉及溜井放矿实验技术领域，特别是指一种测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置及方法。
背景技术
溜井系统是矿山重要的运输工程之一，其贮矿段同时承担着矿岩储存和下向运输任务。溜矿井贮矿段堵塞问题直接影响矿石运输的安全性和连续性。研究表明，溜井贮矿段中不同贮矿高度下储料空隙率分布是影响溜井贮矿段堵塞问题的关键因素，直接影响着溜井贮矿段堵塞可能性及其发生频率。因此，研究溜井贮矿段内储料空隙率分布，是揭示溜井储矿段中堵塞问题发生机理的重要研究基础。溜井贮矿段物料空隙率测量实验是分析溜矿井贮矿段物料空隙率分布的主要手段之一，目前尚没有针对溜井物料空隙率的测量装置与方法，这在一定程度上限制了溜井堵塞机理问题研究的发展。
在放矿实验中，传统的测量矿岩空隙率实验装置及方法是将水注入装满矿岩的容器装置中，利用水来置换矿岩堆积形成的空隙，通过测定注入水的体积间接计算出空隙率。这种装置及方法不能作为溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置，存在以下几点问题：
1.在实验装置方面，传统实验装置一般较小，结构形状与溜井结构极为不符，模拟不出溜井内储料的堆积状态，达不到相似实验要求；
2.使用传统装置时，实验操作者将水由容器上部注入容器装置，由于溜井内物料中的矿岩块极为干燥，一部分水被上部矿岩块表面吸附，到达容器下部的水量降低，导致观测时水线水位低于实际值，严重影响实验精度；
3.在方法上，溜井储料空隙率测量实验需要获取不同贮矿高度下矿岩的空隙率，但传统装置及方法仅能监测一定高度下矿岩空隙率，不能达到实验目的。
4.在方法上，在观测注水线时，由于水线上部矿岩将一部分水吸附在矿石表面，潮湿的矿岩与水线掺杂在一起，肉眼难以分辨实际注水线标高，导致实验误差较大。
发明内容
本发明为解决使用传统装置测量溜井内矿岩空隙率时存在的问题，提供一种测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置及方法。
该装置固定架、测量装置和控水装置，其中，测量装置包括亚克力管、中部法兰、下底法兰和导流管，控水装置包括进水管、出水管、水量计、进水阀门、出水阀门和密封圆盘，固定架包括带圆形通孔的模型支撑底座、量筒、量筒底座、接地立柱和支架；模型支撑底座固定在支架上，支架下部固定在接地立柱上，支架自上而下均匀布置量筒底座，量筒置于量筒底座上，位于导流管下端口下方，保证由导流管引流出的水全部进入量筒中，导流管安装在亚克力管外壁的通孔上，与亚克力管内部贯通，亚克力管通过中部法兰固定在固定架上，亚克力管底部通过下底法兰连接控水装置的密封圆盘，密封圆盘上设置进水通孔和出水通孔，水量计和进水阀门安装在进水管上，进水管一端连接在密封圆盘的进水通孔上，另一端连接水源；出水管上安装出水阀门，一端连接在密封圆盘的出水通孔上。
其中，中部法兰上留有螺孔和圆形通孔，中部法兰通过螺孔与固定架的模型支撑底座进行螺栓紧固，圆形通孔便于量筒穿过。
亚克力管底部为漏斗型，根据不同实验贮矿高度变量要求，其侧壁由上而下均匀分布多个侧壁通孔。
模型支撑底座中部有通孔，以便亚克力管穿过。
下底法兰和密封圆盘为可拆卸连接。
导流管和量筒数量相同，均不少于三个。
应用该实验室装置的方法，包括步骤如下：
S1：在测量装置内装满模拟矿岩的物料，静置一周以上；
S2：打开进水阀门，控制进水量，使水充满进水管、出水管且刚好进入测量装置底部，此时注水量记为V0；
S3：控制进水阀，持续向测量装置注水，使水即将到达亚克力管最下方的导流管，此时立即缓慢注水，超过该标高的水会由该导流管导流到对应的量筒中，直至水到达该量筒量程的一半，停止注水，待水不再流出后，木塞密封该导流管下端口，此时注水量记为V11，读取该量筒内水量记为V12，此时已经完成第一个贮矿高度下物料孔隙率的测量；
S4：继续控制进水阀向测量装置注水，水即将到达亚克力管下方第二个导流管，减慢注水速度，将水由该导流管导流到对应的量筒中，直至水到达该量筒量程的一半，停止注水，待水不再流出后，木塞密封该导流管下端口，此时注水量记为V21，读取量筒内水量记为V22，此时已经完成第二个贮矿高度下物料孔隙率的测量；
S5：循环上述S3、S4，直至完成所有贮矿高度下物料孔隙率的测量，停止注水，此时第n个导流管下注水量记为Vn1，量筒内水量记为Vn2，木塞密封后的导流管中可贮存水量计为Vt；
S6：打开出水阀门，卸出测量装置内的水，待水卸完后，将控水装置从测量装置下底法兰上拆卸下来，清空测量装置内矿岩，准备下次实验；
S7：计算溜井贮矿段物料空隙率。
其中，S7中，溜井贮矿段物料空隙率计算方法如下：
第一个标高h1下，该范围下物料空隙率p1，
第n个标高hn下，该范围下物料空隙率pn，
其中：Vhn为对应标高范围下溜井体积，依据溜井不同标高下几何形态(筒仓部分为圆柱体、放矿漏斗部分为圆台体)推导体积计算获得；n≥2；
以此类推计算其他范围下物料空隙率计算公式，根据实验结果代入上述公式，计算所得即为不同贮矿高度下物料空隙率。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，根据溜井结构尺寸设计的实验装置可以模拟溜井中物料堆积状态，满足实验相似性要求。通过控水装置将水由容器底部注入容器中，解决了因为上部矿岩吸附作用导致水线下降引起的实验误差较大的问题。结合数个导流管、量筒等，可严格控制各贮矿高度下的水线高度，即提高了观测水线时的精确度，又能测量不同贮矿高度下溜井贮矿段物料空隙率，为矿岩空隙率分布规律研究提供有效的实验数据。控水装置和贮矿装置采用可拆卸方式连接，可进行多次重复实验，提高实验速度，节约实验成本。
附图说明
图1为本发明的测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置结构示意图；
图2为本发明的测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置中测量装置的结构示意图；
图3为图2的A向视图；
图4为图2的俯视图；
图5为本发明的测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置中控水装置的结构示意图；
图6为本发明的测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置中固定架的结构示意图；
图7为图6的侧视图；
图8为图6的俯视图。
其中：1-固定架；2-测量装置；3-控水装置；11-模型支撑底座；12-量筒；13-量筒底座；14-接地立柱；15-支架；21-亚克力管；22-中部法兰；23-下底法兰；24-导流管；25-螺孔；26-圆形通孔；31-进水管；32-出水管；33-水量计；34-进水阀门；35-出水阀门；36-密封圆盘；37-进水通孔；38-出水通孔。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置及方法。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，该装置包括固定架1、测量装置2和控水装置3，其中，测量装置2包括亚克力管21、中部法兰22、下底法兰23和导流管24，控水装置3包括进水管31、出水管32、水量计33、进水阀门34、出水阀门35和密封圆盘36，固定架1包括带圆形通孔的模型支撑底座11、量筒12、量筒底座13、接地立柱14和支架15；模型支撑底座11固定在支架15上，支架15下部固定在接地立柱14上，支架15自上而下均匀布置量筒底座13，量筒12置于量筒底座13上，位于导流管24下端口下方，保证由导流管24引流出的水全部进入量筒12中，导流管24安装在亚克力管21外壁的通孔上，与亚克力管21内部贯通，亚克力管21通过中部法兰22固定在固定架1上，亚克力管21底部通过下底法兰23连接控水装置的密封圆盘36，密封圆盘36上设置进水通孔37和出水通孔38，水量计33和进水阀门34安装在进水管32上，进水管32一端连接在密封圆盘的进水通孔37上，另一端连接水源；出水管32上安装出水阀门35，一端连接在密封圆盘的出水通孔38上。
如图2所示，中部法兰22上留有螺孔25和圆形通孔26，中部法兰22通过螺孔25与固定架的模型支撑底座11进行螺栓紧固，圆形通孔26便于量筒12穿过。
亚克力管21底部为漏斗型，侧壁由上而下均匀分布侧壁通孔。
如图7所示，模型支撑底座11中部有通孔，以便亚克力管21穿过。
下底法兰23和密封圆盘36为可拆卸连接。
导流管24和量筒12数量相同，均不少于三个。
在实际设计中，如图2-图4所示，亚克力管21侧壁开有8个大小一致的圆形通孔，通孔位置根据实验贮矿高度变量确定；导流管24由亚克力材料制成，直接安装在测量装置的亚克力外壁通孔上；中部法兰22和下底法兰23上布置有螺孔，中部法兰在导流管24下方留有圆形通孔，用于量筒穿过。
固定架1为上下结构，如图6-图8所示，量筒12是带有水量刻度，放置于量筒底座13上，位于导流管24下端口下方，保证由导流管24引流出的水全部进入量筒12。
具体实验中，包括步骤如下：
S1：在测量装置2内装满模拟矿岩的物料，静置一周以上；
S2：打开进水阀门33，控制进水量，使水充满进水管32、出水管31且刚好进入测量装置2底部，此时注水量记为V0；
S3：控制进水阀33，持续向测量装置2注水，使之即将到达1号导流管①，此时立即缓慢注水，超过该标高的水会由1号导流管①导流到1号量筒①中，直至水到达1号量筒①量程的一半左右，停止注水，待水不再流出后，木塞密封1号导流管①下端口，此时注水量记为V11，读取该量筒①内水量记为V12，此时已经完成第一个贮矿高度下物料孔隙率的测量；
S4：继续控制进水阀33向测量装置2注水，水即将到达2号导流管②减慢注水速度，将水由2号导流管②导流到2号量筒②中，直至水到达2号量筒②量程的一半左右，停止注水，待水不再流出后，木塞密封2号导流管②下端口，此时注水量记为V21，读取量筒②内水量记为V22，此时已经完成第二个贮矿高度下物料孔隙率的测量；
S5：循环上述S3、S4，直至完成所有贮矿高度下物料孔隙率的测量，停止注水，此时第n个导流管下注水量记为Vn1，量筒内水量记为Vn2，木塞密封后的导流管中可贮存水量计为Vt；
S6：打开出水阀门34，卸出测量装置2内的水，待水卸完后，将控水装置3从测量装置下底法兰23上拆卸下来，清空测量装置2内矿岩，准备下次实验；
S7：计算溜井贮矿段物料空隙率。
具体计算方法如下：
第一个标高h1下，该范围下物料空隙率p1，
第二个标高h2下，该范围下物料空隙率p2：
第n个标高hn下，该范围下物料空隙率pn，
其中：Vhn为对应标高范围下溜井(容器)体积，依据溜井不同标高下几何形态(筒仓部分为圆柱体、放矿漏斗部分为圆台体)推导体积计算获得；以此类推计算其他范围下物料空隙率计算公式，根据实验结果代入上述公式，计算所得即为不同贮矿高度下物料空隙率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置，其特征在于，包括固定架、测量装置和控水装置，其中，测量装置包括亚克力管、中部法兰、下底法兰和导流管，控水装置包括进水管、出水管、水量计、进水阀门、出水阀门和密封圆盘，固定架包括带圆形通孔的模型支撑底座、量筒、量筒底座、接地立柱和支架；模型支撑底座固定在支架上，支架下部固定在接地立柱上，支架自上而下均匀布置量筒底座，量筒置于量筒底座上，位于导流管下端口下方，保证由导流管引流出的水全部进入量筒中，导流管安装在亚克力管外壁的通孔上，与亚克力管内部贯通，亚克力管通过中部法兰固定在固定架上，亚克力管底部通过下底法兰连接控水装置的密封圆盘，密封圆盘上设置进水通孔和出水通孔，水量计和进水阀门安装在进水管上，进水管一端连接在密封圆盘的进水通孔上，另一端连接水源；出水管上安装出水阀门，一端连接在密封圆盘的出水通孔上。
2.根据权利要求1所述的测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置，其特征在于，所述中部法兰上留有螺孔和圆形通孔，中部法兰通过螺孔与固定架的模型支撑底座进行螺栓紧固，圆形通孔便于量筒穿过。
3.根据权利要求1所述的测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置，其特征在于，所述亚克力管底部为漏斗型，侧壁由上而下均匀分布侧壁通孔。
4.根据权利要求1所述的测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置，其特征在于，所述模型支撑底座中部有通孔，以便亚克力管穿过。
5.根据权利要求1所述的测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置，其特征在于，所述下底法兰和密封圆盘为可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置，其特征在于，所述导流管和量筒数量相同，均不少于三个。
7.应用权利要求1所述的测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置的方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1：在测量装置内装满模拟矿岩的物料，静置一周以上；
S2：打开进水阀门，控制进水量，使水充满进水管和出水管且刚好进入测量装置底部，此时注水量记为V0；
S3：控制进水阀，持续向测量装置注水，使水即将到达亚克力管最下方的导流管，此时立即缓慢注水，超过该标高的水会由该导流管导流到对应的量筒中，直至水到达该量筒量程的一半，停止注水，待水不再流出后，木塞密封该导流管下端口，此时注水量记为V11，读取该量筒内水量记为V12，此时已经完成第一个贮矿高度下物料孔隙率的测量；
S4：继续控制进水阀向测量装置注水，水即将到达亚克力管下方第二个导流管，减慢注水速度，将水由该导流管导流到对应的量筒中，直至水到达该量筒量程的一半，停止注水，待水不再流出后，木塞密封该导流管下端口，此时注水量记为V21，读取量筒内水量记为V22，此时已经完成第二个贮矿高度下物料孔隙率的测量；
S5：循环上述S3、S4，直至完成所有贮矿高度下物料孔隙率的测量，停止注水，此时第n个导流管下注水量记为Vn1，量筒内水量记为Vn2，木塞密封后的导流管中可贮存水量计为Vt；
S6：打开出水阀门，卸出测量装置内的水，待水卸完后，将控水装置从测量装置下底法兰上拆卸下来，清空测量装置内矿岩，准备下次实验；
S7：计算溜井贮矿段物料空隙率。
8.根据权利要求7所述的测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置的应用方法，其特征在于，所述S7中，溜井贮矿段物料空隙率计算方法如下：
第一个标高h1下，该范围下物料空隙率ρ1，
第n个标高hn下，该范围下物料空隙率ρn，
其中：Vhn为对应标高范围下溜井体积，依据溜井不同标高下几何形态推导体积计算获得；n≥2；
以此类推计算其他范围下物料空隙率计算公式，根据实验结果代入上述公式，计算所得即为不同贮矿高度下物料空隙率。
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