CN115165688A - 一种尾砂沉降试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种尾砂沉降试验装置及方法，涉及尾砂性能评价技术领域，本发明提供的尾砂沉降试验装置包括流变仪本体、转子、试验瓶和密封盖，转子与流变仪本体连接以在流变仪本体的带动下自转，试验瓶具有第一使用状态和第二使用状态；当试验瓶处于第一使用状态时，试验瓶上扣合有密封盖或者试验瓶打开；当试验瓶处于第二使用状态时，试验瓶的瓶口与流变仪本体连接，转子伸入试验瓶内并与试验瓶同轴设置以在盛有尾砂浆的试验瓶内旋转测量。本发明提供的尾砂沉降试验装置可允许试验人员采用上下颠倒多次的方式对尾砂浆进行摇匀，从而使得尾砂浆的均匀性更好，另外具有采集试验数据频次高、精确度高、试验可重复性能好等优点。

Description

一种尾砂沉降试验装置及方法

技术领域

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试验装置及方法。

背景技术

尾砂沉降特性是矿山充填系统选择的关键要素之一。尾砂沉降特性受尾砂粒级组成、浓度、尾砂密度等属性影响，直接影响着矿山尾砂充填浓密效率。尾砂沉降特性通过尾砂沉降试验进行测量。根据尾砂浆能否在试验过程中连续供出料，可将尾砂沉降试验分为静态沉降试验与动态沉降试验。根据是否添加絮凝剂，可将尾砂静态沉降试验分为静态自然沉降试验和静态絮凝沉降试验。

现有的尾砂静态沉降试验过程中，可选择利用电机带动转子对尾砂浆进行搅动。尾砂静态沉降特性试验可根据需要选择是否添加絮凝剂。通过人工观察并经时记录尾砂浆在量筒中分层液面的位置进而判断尾砂的沉降效果：依据量筒上的刻度数值，经时记录尾砂浆在量筒沉降过程中分层液面的高度，汇总处理记录的分层液面高度与沉降时间的数据，分析尾砂的沉降效果。

然而现有技术的尾砂静态沉降实验装置及方法存在以下技术缺陷：

其一、试验前尾砂浆的均匀性较差。在尾砂沉降试验前将尾砂浆搅拌均匀是确保整个实验过程有效和数据可信的关键和前提，现有的实验装置及方法仅采用搅拌方式混合尾砂浆。不论搅拌棒形状如何，都无法让尾砂在试验量筒内均匀地分散，量筒底部总有部分尾砂沉积，这在分级粗尾砂制备的尾砂浆中更为明显。

其二、试验过程中无法高频获取数据。根据现有的尾砂沉降试验方法，需通过人工观察并记录量筒内尾砂浆分层液面的位置。限于试验人员的观察能力、头脑反应速度以及数据记录速度，无法高频地记录尾砂浆的沉降试验数据。在试验开始后的前2min内，尾砂的沉降速度很快，无法高频地获取尾砂浆的沉降试验数据就无法全面准确地分析尾砂浆的沉降性能。

其三、人工采集数据的精确度较低。人工记录的尾砂沉降数据精确度较低，这主要源于以下四点原因：1、尾砂静态自然沉降或静态絮凝沉降过程中分层液面模糊不清，难以短时间内判断清楚有效的分层液面，不同的试验人员可能对模糊不清的分层液面有不同的判断结果；2、尾砂静态沉降过程中分层液面的位置变化较快，尤其沉降试验开始后的前2min内，通过人工记录的方式经时准确记录量筒上的刻度数值对试验人员的观察能力、头脑反应速度、数据记录速度的要求很高，这也造成了数据记录的精确度低；3、量筒上的刻度数值的精确度一般为1mm，人工记录数据的方法下无法进一步提高该试验的精确度；4、对于有电机驱动式转子的尾砂静态沉降性能测量装置，因转子高度过高且其底部未与量筒底部固定而呈现悬空状况，试验过程中转子在量筒中的位置飘忽不定，这也是同一组尾砂浆开展多次静态沉降试验时数据差异的来源之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尾砂沉降试验装置，可允许试验人员采用上下颠倒多次的方式对尾砂浆进行摇匀，从而使得尾砂浆的均匀性更好，另外具有采集试验数据频次高、精确度高、试验可重复性能好等优点。另外提供一种使用上述尾砂沉降试验装置的尾砂沉降试验方法。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种尾砂沉降试验装置，包括流变仪本体、转子、试验瓶和密封盖，所述转子与所述流变仪本体连接以在所述流变仪本体的带动下自转，所述试验瓶具有第一使用状态和第二使用状态；

当所述试验瓶处于第一使用状态时，所述试验瓶上扣合有所述密封盖或者所述试验瓶打开；

当所述试验瓶处于第二使用状态时，所述试验瓶的瓶口与所述流变仪本体连接，所述转子伸入所述试验瓶内并与所述试验瓶同轴设置以在盛有尾砂浆的试验瓶内旋转测量。

进一步地，所述转子包括位于端部的测头；

所述测头的底端与所述试验瓶的底壁之间的距离不小于尾砂最大颗粒尺寸，不大于尾砂最大颗粒尺寸的5倍；

所述测头的侧边与所述试验瓶的侧壁之间的距离不小于尾砂最大颗粒尺寸，不大于尾砂最大颗粒尺寸的5倍。

进一步地，所述测头包括第一转轴和多个叶片，所述叶片包括外框和实心部；

多个所述外框均连接于所述第一转轴，且多个所述外框围绕所述第一转轴呈散射状分布；

所述实心部与所述外框连接并位于所述外框与所述第一转轴所包围的空间内，所述实心部与所述第一转轴之间形成有镂空结构。

进一步地，所述转子还包括连接头和第二转轴，所述第二转轴的两端分别与所述连接头和所述测头连接，所述连接头与所述流变仪本体连接。

进一步地，所述试验瓶的长度与内径的比值不低于5:1。

进一步地，还包括旋转座和驱动机构，所述旋转座用于承载处于第一使用状态时的所述试验瓶，所述驱动机构与所述旋转座连接，以带动所述旋转座往复转动。

第二方面，本发明还提供一种尾砂沉降试验方法，采用上述方案所述的尾砂沉降试验装置，包括：

制备待测量尾砂浆并混合：用所述试验瓶制备尾砂浆，用搅拌棒对所述尾砂浆进行搅拌后取出所述搅拌棒，拧紧所述密封盖，采用上下颠倒的方式进行混合后，搁置待用；

编录测量程序：将编写的尾砂静态沉降试验所需的测量制度录入所述流变仪本体的测量程序中，调试至可正常运行状态；

运行测量程序开始试验：安装所述转子，启动编录的所述测量程序，采用上下颠倒的方式混合所述试验瓶内的尾砂浆，打开所述密封盖，将所述试验瓶与所述流变仪本体连接；

待流变仪测量程序运行完毕后，导出试验数据，结束试验程序。

进一步地，所述测量制度包括：测量开始时所述转子的转速从0升至恒定转速，测量过程结束时所述转子的转速从恒定转速降至0，所述转子处于恒定转速时为尾砂的静态沉降性能试验有效数据的采集区域；

所述测量制度还包括设置数据采集频率。

进一步地，所述有效数据包括所述流变仪本体采集的所述转子处于恒定转速时的扭矩数据。

进一步地，还包括：

将时间与所测得的扭矩建立对应关系，绘制扭矩与时间散点图；

采用尾砂沉降性能拟合函数对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；

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；

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。

本发明提供的一种尾砂沉降试验装置及方法能产生如下有益效果：

在使用上述尾砂沉降试验装置时，可将尾砂与水放入试验瓶形成尾砂浆，视情况可加可不加絮凝剂；随后可用搅拌棒搅拌试验瓶内的尾砂浆；随后可将密封盖扣合在试验瓶上，采用上下颠倒的方式进行混合，上述过程中试验瓶处于第一使用状态；随后打开密封盖，将试验瓶与流变仪本体连接，此时转子与试验瓶同轴设置，试验瓶处于第二使用状态，流变仪本体启动后，转子转动搅拌试验瓶内的尾砂浆，进行试验。

当然，根据实际情况，上述试验过程也可以进行适当调整。

相对于现有技术来说，本发明第一方面提供的尾砂沉降试验装置配置有密封盖，相对于传统试验前仅使用搅拌棒对量筒内的尾砂浆进行搅拌来说，还可以允许试验人员采用上下颠倒多次的方式对尾砂浆进行摇匀，从而使得尾砂浆的均匀性更好。另外试验过程不需人工判断浆体分层液面位置与记录数据，基于流变仪本体所采集试到的验数据频次高，精确度高，试验可重复性能好。

相对于现有技术来说，本发明第二方面提供的尾砂沉降试验方法具有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等优点。

附图说明

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。

图1为本发明实施例提供的一种尾砂沉降试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种转子的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种试验瓶的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种密封盖的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的可采用上下颠倒多次的方式对尾砂浆进行摇匀的驱动装置的结构示意图；

图6为本发明实施例中需在流变仪内编入的测量制度示意图；

图7为本发明实施例提供的扭矩与时间拟合关系图；

图8为本发明实施例提供的沉降速率与时间关系图。

图标：1-流变仪本体；2-转子；21-测头；211-第一转轴；212-外框；213-实心部；22-连接头；23-第二转轴；3-试验瓶；4-密封盖；5-旋转座；6-驱动机构。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

本发明第一方面的实施例在于提供一种尾砂沉降试验装置，如图1至图4所示，包括流变仪本体1、转子2、试验瓶3和密封盖4，转子2与流变仪本体1连接以在流变仪本体1的带动下自转，试验瓶3具有第一使用状态和第二使用状态；当试验瓶3处于第一使用状态时，试验瓶3上扣合有密封盖4或者试验瓶3打开；当试验瓶3处于第二使用状态时，试验瓶3的瓶口与流变仪本体1连接，转子2伸入试验瓶3内并与试验瓶3同轴设置以在盛有尾砂浆的试验瓶3内旋转测量。

在试验前，试验瓶3处于第一使用状态，试验瓶3打开，使用搅拌棒对试验瓶3内的尾砂浆进行搅拌，为进一步使得尾砂浆混合的更加均匀，可以将密封盖4盖设于试验瓶3上，采用上下颠倒的方式进一步混合；随后将试验瓶3调整至第二使用状态，即取下试验瓶3上的密封盖4，将试验瓶3与流变仪本体1连接，此时转子2伸入试验瓶3内且其转动轴线与试验瓶3的轴线重合，对试验瓶3内的尾砂浆进行旋转测量，进行试验。

上述尾砂浆沉降试验装置是基于流变仪研发的适宜于测量尾砂静态沉降性能的试验装置，与传统的基于量筒测量尾砂浆静态沉降性能的试验装置来说，试验前尾砂浆混合后的均匀性更好，且试验过程中不需要人工判断浆体分层液面位置与记录数据，采集试验数据的频次高，精确度高，试验可重复性能好，适用于掺有絮凝剂或不掺加絮凝剂的尾砂静态沉降性能测试试验。

上述流变仪本体1可以为RST-SST型流变仪。当然，也可以选用其他型号的流变仪。

以下对转子2的结构进行具体说明：

在至少一个实施例中，上述转子2具有以下特性：在同一流体同转速下测得的扭矩值较高，以减小采集数据误差；转子2的有效测量高度较小，大小基本等于转子2的直径，以使转子2可在试验瓶尾砂浆底部旋转测量。

如图2所示，转子2包括位于端部的测头21；测头21的底端与试验瓶3的底壁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，具体可以不大于尾砂最大颗粒粒径的1、2、3、4或5倍。

进一步地，测头21的侧边与试验瓶3的侧壁之间的距离不小于尾砂最大颗粒尺寸，不大于尾砂最大颗粒尺寸的5倍，具体可以不大于尾砂最大颗粒尺寸的1、2、3、4或5倍。

而一般地，尾砂最大粒径不到1mm。因此测头21的底端与试验瓶3的底壁之间的距离以及测头21的侧边与试验瓶3的侧壁之间的距离优选为1-3mm，例如测头21的底端与试验瓶3的底壁之间的距离为1mm、2mm或3mm，测头21的侧边与试验瓶3的侧壁之间的距离为1mm、2mm或3mm。

在一些实施例中，如图2所示，测头21包括第一转轴211和多个叶片，叶片可以为两个、三个、四个等，叶片包括外框212和实心部213；多个外框212均连接于第一转轴211，且多个外框212围绕第一转轴211呈散射状分布；实心部213与外框212连接并位于外框212与第一转轴211所包围的空间内，实心部与第一转轴211之间形成有镂空结构，镂空结构能够使得尾砂顺利穿过。

上述测头21相比于传统仅具有边框来说，流变仪本体1采集的扭矩数据值更大，减小采集试验数据的误差。

在至少一个实施例中，外框212和实心部213采用一体式结构。

上述转子2可以是基于2叶、3叶或4叶Vane型部分镂空式转子的基础上加装实心部213所构成，每片叶片靠近转动轴线的部分呈镂空状态。

当然，转子2也可以为其他基于上述转子形状的其他改装型转子，即凡是满足上述转子2特性的转子结构，均在上述实施例的保护范围内。

具体地，如图2所示，转子2还包括连接头22和第二转轴23，第二转轴23为细长圆柱状，两端分别与连接头22和测头21中的第一转轴211连接，连接头22与流变仪本体1连接，以在流变仪本体1的带动下自转。

上述转子2的材料优选为304钢，转子2表面粗糙度参数Ra不大于3.2μm，硬度不低于18HRC。

以下对试验瓶3进行具体说明：

在一些实施例中，试验瓶3的形状为细长空心圆柱体，试验瓶3的长度与内径的比值不低于5:1，具体可以为5:1、6:1、7:1、8:1或9:1。

试验瓶3的高度可以为180mm-220mm，具体可以为180mm、190mm、200mm、210mm或220mm。

为便于观察尾砂的沉降过程，试验瓶3采用透明材质，如塑料、玻璃等。

另外，试验瓶3与流变仪本体1之间的连接可以为卡接，也可以为螺纹连接等，即凡是能够实现试验瓶3与流变仪本体1之间连接的结构均可，优选便于二者连接的结构，目的在于使得转子2伸入试验瓶3内且其转动轴线与试验瓶3的轴线重合。

试验瓶3与密封盖4之间也可以采用多种连接方式，例如螺纹连接、插接等，即凡是能够实现二者密封作用的结构都可以，优选便于二者拆装的连接结构。

在至少一个实施例中，试验瓶3的外壁上可以附加刻度尺以便于试验人员观察并人工记录尾砂浆在试验瓶3沉降过程中分层液面的位置，便于对比研究。

可以理解的是，简单的改变盛放尾砂浆的试验瓶3的形状、材质，颜色等要素，理应在上述实施例的保护范围内。

以下对尾砂沉降试验装置的另一类实施例进行具体说明：

在一些实施例中，如图5所示，尾砂沉降试验装置还包括旋转座5和驱动机构6，旋转座5用于承载处于第一使用状态时的试验瓶3，驱动机构6与旋转座5连接，以带动旋转座5往复转动。

当试验瓶3处于第一使用状态时，在试验前，可先通过驱动机构6驱动旋转座5往复转动，使得旋转座5上的试验瓶3能够同步往复转动，起到晃动试验瓶3的目的，从而使得试验前尾砂浆混合的更加的均匀，节省人力，避免晃动过程中造成试验人员手腕疲劳。

需要说明的是，凡是能够带动旋转座5往复转动的结构都可以是上述实施例所提及的驱动机构6，例如驱动机构6为转动电机等做旋转运动的结构，或者驱动机构6为液压缸、气压缸等做直线运动的机构与传动组件的组合，传动组件能够将直线运动机构的直线运动转化的旋转运动。

在使用时，每一个往复驱动机构6可带动旋转座5顺时针转动180°再逆时针转动180°，实现以上下颠倒的方式来混合试验瓶3内的尾砂浆。

本发明第二方面的实施例在于提供一种尾砂沉降试验方法，本发明第二方面的实施例提供的尾砂沉降试验方法采用上述尾砂沉降试验装置，包括：

制备待测量尾砂浆并混合：用试验瓶3制备尾砂浆，用搅拌棒对尾砂浆进行搅拌后取出搅拌棒，拧紧密封盖4，采用上下颠倒的方式进行混合后，搁置待用；

编录测量程序：将编写的尾砂静态沉降试验所需的测量制度录入流变仪本体1的测量程序中，调试至可正常运行状态；

运行测量程序开始试验：安装转子2，启动编录的测量程序，采用上下颠倒的方式混合试验瓶3内的尾砂浆，打开密封盖4，将试验瓶3与流变仪本体1连接；

待流变仪测量程序运行完毕后，导出试验数据，结束试验程序。

上述尾砂沉降试验方法具有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等优点。

需要说明的是，尾砂不同于水泥等胶凝材料，没有胶凝性能，不需要考虑试验过程中触变性能对静态沉降性能采集数据的影响。

另外，将测量制度录入流变仪本体1的测量程序中的教学内容可通过流变仪本体1的说明书获得，即本领域技术人员可通过观看说明书知晓如何进行测量制度的录入。

具体地，在制备待测量尾砂浆并混合步骤中，用试验瓶3称量尾砂和水来制备尾砂浆，或者用试验瓶3称量尾砂、水和絮凝剂来制备尾砂浆。

另外，尾砂浆充分搅拌的判断标准为：搅拌至尾砂浆颜色均匀一致。尾砂浆上下颠倒混合均匀的判断标准为：上下颠倒试验瓶3的过程中试验瓶3的底部和顶部没有尾砂沉积不动。

在运行测量程序开始试验步骤中，再次对尾砂浆进行上下颠倒混合，然后打开密封盖4后，再将试验瓶3与所述流变仪本体1连接；或者将试验瓶3与旋转座5连接，开启驱动机构6，上下颠倒混合尾砂浆后再打开密封盖4，再将试验瓶3与所述流变仪本体1连接，然后进行试验。尾砂浆充分搅拌的判断标准以及上下颠倒混合均匀的判断标准同制备待测量尾砂浆并混合步骤。

另外，在上述步骤中尾砂静态沉降试验可自动进行，流变仪本体1开始自动采集有效试验数据，通过程序界面可观察到流变仪采集数据过程。

在编录测量程序步骤中，如图6所示，测量制度的特点在于：测量开始时转子2的转速从0升至恒定转速，测量过程结束时转子2的转速从恒定转速降至0，转子2处于恒定转速时为尾砂的静态沉降性能试验有效数据的采集区域；测量制度还包括设置数据采集频率。

可以理解的是，上述恒定转速可理解为转子2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。

在上述实施例的基础上，上述数据包括转子2的扭矩数据。具体地，流变试验一旦启动，流变仪便开始采集扭矩数据。在后期数据处理时，通过采集到的完整版数据人工判断并摘取恒定转速下的扭矩、时间的数据作为有效数据，进行计算。

在上述实施例的基础上，尾砂沉降试验方法还包括：

将时间与所测得的扭矩建立对应关系，绘制扭矩与时间散点图；

采用尾砂沉降性能拟合函数对扭矩与时间散点进行拟合，求解尾砂沉降性能拟合函数中的参数的数值；

根据求解的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；

绘制尾砂沉降速率与时间散点图，并采用尾砂沉降速率函数对其拟合。

其中，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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以下以一个具体实施例对上述函数的求解过程进行具体说明：

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%。

所使用的尾砂浆配比为：尾砂浓度28%。

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。

在上述尾砂沉降试验装置中，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，转子2转速自动降低；当实际转速低于设定的恒定转速时，转子2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。

选择

作为尾砂沉降性能拟合函数，针对采集的扭矩数据利用Origin软件进行非线性拟合，拟合结果如图7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。

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。

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8所示。

扭矩与时间散点拟合图(图7)、尾砂沉降速率与时间图(图8)、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。

综上所述，上述实施例所提供的尾砂沉降试验装置及方法至少具有以下优点：

1、试验前尾砂浆混合的均匀性更好。上述实施例所使用的试验瓶3为透明细长空心圆柱型试验瓶，密封盖4密封性能良好。为使得尾砂浆的均匀性良好，上述实施例中先用搅拌棒进行搅拌，待搅拌至尾砂浆颜色均匀一致后，取出搅拌棒，拧紧密封盖4，上下颠倒多次将尾砂浆摇匀。这种方式操作要比仅利用搅拌棒搅拌尾砂浆的均匀性好得多。这可以从上下颠倒试验瓶3的过程中很明显地观察出来，即使搅拌棒搅拌的时间长，上下颠倒试验瓶3的前几次都能明显观察到试验瓶3的底部有尾砂沉积不动，需多次上下颠倒摇匀后，才能使得试验瓶3的底部和顶部没有尾砂沉积。

2、试验过程中可以高频自动采集尾砂沉降试验数据。通过人工记录的方式经时记录量筒上的刻度数值，即使每20秒记录一次实验数据，对试验人员的观察能力、头脑反应速度、数据记录速度的要求也很高。而上述实施例依靠流变仪本体1高频自动采集试验数据，即使配置很低的流变仪本体1也能每秒采集1次实验数据，高配置的流变仪本体1甚至能每秒采集百次以上的实验数据。因此上述实施例所提供的尾砂沉降试验装置及方法大大提升了实验数据的采集频率与采集能力，也降低了试验人员的工作量。

3、采集到的试验数据的精确度更高。尾砂静态沉降过程中分层液面经常模糊不清，难以短时间内判断清楚有效的分层液面，不同的试验人员往往对模糊不清的分层液面有不同的判断结果。即使能够快速清楚地分辨分层液面的位置，但限于量筒上最小刻度数值1mm的精确度，也无法进一步提高该试验的精确度。而流变仪本体1采集的扭矩、转速等数据，其有效数字位数可达五、六位，高配置的流变仪本体1能采集到的数据的精确度还会更高。因此，上述实施例所提供的尾砂沉降试验装置及方法极大地提升了采集的试验数据的精确度。

4、试验所用尾砂量少，试验准备过程更为便捷。上述实施例的试验瓶3比现有的尾砂静态沉降试验所用量筒体积可以小很多，试验所需要的尾砂与水的量会少很多，试验准备过程会更为便捷。

5、可定量评估尾砂静态沉降性能。

6、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。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种尾砂沉降试验装置，其特征在于，包括流变仪本体（1）、转子（2）、试验瓶（3）和密封盖（4），所述转子（2）与所述流变仪本体（1）连接以在所述流变仪本体（1）的带动下自转，所述试验瓶（3）具有第一使用状态和第二使用状态；

当所述试验瓶（3）处于第一使用状态时，所述试验瓶（3）上扣合有所述密封盖（4）或者所述试验瓶（3）打开；

当所述试验瓶（3）处于第二使用状态时，所述试验瓶（3）的瓶口与所述流变仪本体（1）连接，所述转子（2）伸入所述试验瓶（3）内并与所述试验瓶（3）同轴设置以在盛有尾砂浆的试验瓶（3）内旋转测量。

2.根据权利要求1所述的尾砂沉降试验装置，其特征在于，所述转子（2）包括位于端部的测头（21）；

所述测头（21）的底端与所述试验瓶（3）的底壁之间的距离不小于尾砂最大颗粒尺寸，不大于尾砂最大颗粒尺寸的5倍；

所述测头（21）的侧边与所述试验瓶（3）的侧壁之间的距离不小于尾砂最大颗粒尺寸，不大于尾砂最大颗粒尺寸的5倍。

3.根据权利要求2所述的尾砂沉降试验装置，其特征在于，所述测头（21）包括第一转轴（211）和多个叶片，所述叶片包括外框（212）和实心部（213）；

多个所述外框（212）均连接于所述第一转轴（211），且多个所述外框（212）围绕所述第一转轴（211）呈散射状分布；

所述实心部（213）与所述外框（212）连接并位于所述外框（212）与所述第一转轴（211）所包围的空间内，所述实心部与所述第一转轴（211）之间形成有镂空结构。

4.根据权利要求2所述的尾砂沉降试验装置，其特征在于，所述转子（2）还包括连接头（22）和第二转轴（23），所述第二转轴（23）的两端分别与所述连接头（22）和所述测头（21）连接，所述连接头（22）与所述流变仪本体（1）连接。

5.根据权利要求1所述的尾砂沉降试验装置，其特征在于，所述试验瓶（3）的长度与内径的比值不低于5:1。

6.根据权利要求1所述的尾砂沉降试验装置，其特征在于，还包括旋转座（5）和驱动机构（6），所述旋转座（5）用于承载处于第一使用状态时的所述试验瓶（3），所述驱动机构（6）与所述旋转座（5）连接，以带动所述旋转座（5）往复转动。

7.一种尾砂沉降试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的尾砂沉降试验装置，包括：

制备待测量尾砂浆并混合：用所述试验瓶（3）制备尾砂浆，用搅拌棒对所述尾砂浆进行搅拌后取出所述搅拌棒，拧紧所述密封盖（4），采用上下颠倒的方式进行混合后，搁置待用；

编录测量程序：将编写的尾砂静态沉降试验所需的测量制度录入所述流变仪本体（1）的测量程序中，调试至可正常运行状态；

运行测量程序开始试验：安装所述转子（2），启动编录的所述测量程序，采用上下颠倒的方式混合所述试验瓶（3）内的尾砂浆，打开所述密封盖（4），将所述试验瓶（3）与所述流变仪本体（1）连接；

待流变仪测量程序运行完毕后，导出试验数据，结束试验程序。

8.根据权利要求7所述的尾砂沉降试验方法，其特征在于，所述测量制度包括：测量开始时所述转子（2）的转速从0升至恒定转速，测量过程结束时所述转子（2）的转速从恒定转速降至0，所述转子（2）处于恒定转速时为尾砂的静态沉降性能试验有效数据的采集区域；

所述测量制度还包括设置数据采集频率。

9.根据权利要求8所述的尾砂沉降试验方法，其特征在于，所述有效数据包括所述流变仪本体（1）采集的所述转子（2）处于恒定转速时的扭矩数据。

10.根据权利要求9所述的尾砂沉降试验方法，其特征在于，还包括：

将时间与所测得的扭矩建立对应关系，绘制扭矩与时间散点图；

采用尾砂沉降性能拟合函数对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；

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；

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。

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