CN103389259A - 一套膏体充填料浆流变特性测试***及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一套膏体充填料浆流变特性测试***及其使用方法，该***由料浆制备***、管道输送***、控制***、数据采集***组成，在管道（9）上设置有压力变送器（10）和电磁流量计（7），在料浆制备***的搅拌罐（2）中设置有浓度传感器（12），将上述测试数据传输到数据采集器（6）中。该装置能够实现不同浓度膏体料浆输送过程中的管道压力梯度、流量的实时监测，能够充分考虑管道内径、粗糙度等因素对膏体料浆输送的影响。该发明填补了膏体充填领域中料浆流变测试试验装置的空白，可根据矿山现场尾矿颗粒实际尺寸，进行室内模拟试验和半工业规模中试试验，具有可移动性强、自动化程度高、测试准确的优点。

Description

一套膏体充填料浆流变特性测试***及其使用方法

技术领域

本发明属于膏体充填领域，特别涉及到一套膏体充填料浆流变特性环管测试***。

背景技术

膏体充填具有不易发生离析和沉淀、充填体力学性能良好，强度高，采场脱水量少，充填成本低，环境友好等优点，已经成为21世纪矿山充填技术的一个重要发展方向。

充填料浆管道输送参数的选择在膏体充填***设计、生产调试过程中具有举足轻重的作用。由于国内、外矿山充填材料的组分和粒级组成是千差万别的，大多数矿山不能完全参考其它矿山的运行参数，只能依据矿山充填材料实际情况进行流变试验来测定。目前充填料浆流变特性研究存在的主要问题：一是流变参数主要从室内流变仪测得，然后通过公式计算其输送参数，其实验方法局限性大，与工程实际差距大，直接导致充填料浆输送参数选择不准确；二是大型环管试验测试料浆流变特性最符合工程实际，但由于其消耗人力、物力、财力过大，需时过长，而且实验完成后需要拆除，这在很大程度上限制了其发展与应用。由此可见，研制一套可移动的、能够重复利用的膏体料浆流变特性测试装置，探明充填料浆浓度、粒级组成、水泥掺量、管道特性等对料浆流变特性的影响，建立合理的料浆流变模型及沿程阻力损失公式，为解决膏体充填***设计中由于流变参数测量不准确而造成的设备选型不当，输送过程中出现料浆堵管、不满管输送及管路磨损过快等诸多问题提供理论指导，推动膏体充填料浆输送技术的进一步发展具有重要的现实意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是，现有料浆流变测试仪使用不方便、测试参数不准确、测试不方便以及测试参数不全面等问题。本发明的目的是公开一种膏体填充料浆流变特性测试***及其使用方法，此***可用于研究膏体充填料浆输送过程的流变特性，可用于探明料浆浓度、颗粒粒径、管道直径、水泥掺量等因素对膏体料浆流变行为的影响规律，确定膏体料浆管道输送参数，建立管道输送沿程阻力模型，为膏体充填的料浆配合比设计、管网布置提供重要的数据支持。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一套膏体充填料浆流变特性测试***，其由料浆制备***、管道输送***、控制***、数据采集***组成，所述料浆制备***通过电机3及渣浆泵4与管道输送***相连，在管道9上设置有压力变送器10和电磁流量计7，在料浆制备***的搅拌罐2中设置有浓度传感器12，将上述测试数据传输到数据采集器6中；该***中还包括变频器控制柜5，其分别与料浆制备***中的搅拌器1和渣浆泵4相连；并且管道9末端置于搅拌罐2中，实现闭路循环，形成相应的进料管道和回料管道。

此测试***的优选方案为，所述管道为管径分别为40mm、50mm、65mm、80mm、100mm、120mm中的一种，管道由进料管和出料管两段组成，其长度均为10m，并且在管道上有1.5m长的透明有机玻璃管。

此测试***的优选方案为，所述压力变送器10为四个均匀地分布于进料管道和回料管道上。

此测试***的优选方案为，所述电磁流量计7置于进料管道上。

此测试***的优选方案为，所述控制***由变频器控制柜5、压力变送器10、电磁流量计7、浓度传感器12、通讯电缆11组成，可实现管道压力P、流量Q、料浆浓度C的在线自动监测。

此测试***的优选方案为，数据采集器6中记录的数据包括流程图、仪表盘、实时数据及曲线、反应操作、历史曲线、历史报表、报警处理和***退出。可显示整个测试***的工艺流程，实现***的显示和操作以及现场传感器数据的实时采集和存储。

一套膏体充填料浆流变特性测试***的使用方法，包括以下的使用步骤：

（1）***参数测试：选择一管径的管道9连接于渣浆泵4，将搅拌罐2中加入清水并生成水曲线，调试***使水曲线与标准水曲线吻合，记录管道壁的粗糙度；

（2）料浆准备：加入浓度较高的尾砂及水至搅拌罐2中，调节变频器5使搅拌器1以一定的转速运行，待料浆具有一定的流动性后，启动渣浆泵4，低速运行，使料浆开始在管道中循环5-8min以充分排除***中的气泡，此时从数据采集器6上读取料浆浓度。

（3）测试开始：调节渣浆泵4频率，使料浆在最大流速下运行，此时记录压力变送器的数值，然后再逐渐降低频率，直到管道中的料浆停止移动，然后重新提高频率使其达到最大流速，再次记录压力变送器的数值，在此过程中，每个频率持续测试20s，测试顺序从最高浓度向最低浓度进行，直到测试完成需要的料浆浓度。

本发明主要是测试膏体充填料浆在管道输送过程中的流变特性，可用于确定料浆的屈服应力、粘度系数、流动指数、料浆输送过程中的沿程阻力等参数。例如在管道上设置四个压力变送器，即可测量出进料管上的压力值P1、P2，回料管上的压力值P3、P4，以及流量值Q，则得出一定管道长度L两端的压差ΔP，即可算出管道输送的压力损失ΔP/l，单位Kpa·m^-1；通过上述参数就可计算出料浆的输送参数，例如：剪切速率：

剪切应力：

从而得到料浆的流变模型，流变参数就可以计算出来。

此发明的有益效果在于，通过该***可模拟充填过程中料浆在不同梯度下的流动行为，综合考察料浆浓度、物料级配、管道直径、水泥掺量等因素对膏体料浆流变特性的影响规律，最终可达到优化设计料浆配合比、改善管网布置结构、减少料浆输送过程中的堵管及管道磨损的目的。并且此测试***，便于组装，可用于现场测试、测试数据全面，具有良好的市场应用前景。

附图说明

图1为膏体充填料浆流变特性测试***的工作流程示意图。

1—搅拌器2—搅拌罐3—电动机4—渣浆泵5—变频器控制柜6—数据采集器7—电磁流量计8—取样口9—不同管径的管道10—压力变送器11—通讯电缆12—浓度传感器

具体实施方式

下面对本发明做进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于以下所描述具体实施方式的范围。

一套膏体充填料浆流变特性测试***，其由料浆制备***、管道输送***、控制***、数据采集***组成，料浆制备***通过电机3及渣浆泵4与管道输送***相连，在管道9上设置有压力变送器10和电磁流量计7，在料浆制备***的搅拌罐2中设置有浓度传感器12，将上述测试数据传输到数据采集器6中；该***中还包括变频器控制柜5，其分别与料浆制备***中的搅拌器1和渣浆泵4相连；并且管道9末端置于搅拌罐2中，实现闭路循环，形成相应的进料管道和回料管道。所述管道为管径为40mm，为进料管和出料管两段，其长度均为10m，并且回料管道上有1.5m长的透明有机玻璃管。在管道上设置四个压力变送器10，其间隔距离为2.5m，进料管道和回料管道上分别设置两个。所述电磁流量计7置于进料管道上。

所述控制***由变频器控制柜5、压力变送器10、电磁流量计7、浓度传感器12、通讯电缆11组成，可实现管道压力P、流量Q、料浆浓度C的在线自动监测。并在控制柜中安装有计算软件，可对上述数据进行处理，计算出料浆的屈服应力、粘度系数、流动指数、料浆输送过程中的沿程阻力、剪切速度、剪切应力等参数。

所述数据采集器6中记录的数据包括流程图、仪表盘、实时数据及曲线、反应操作、历史曲线、历史报表、报警处理和***退出等操作按钮。

上述膏体充填料浆流变特性测试***的使用方法为，取某矿膏体充填料浆作为试验样品，水泥掺量8%，浓度71%-65%，进行膏体料浆流变特性测试试验。

（1）***准备：连接管道40mm为进料管，50mm管道为回料管，在水平管道上打直径为10mm的孔，安装压力变送器10（E+HCerabarMPMC51），间距5m，进料管倒上安装2个分别为P₁、P₂，回料管道中安装2个P₃、P₄，电磁流量计（E+HPromag50250）安装在进料管道上，同时通过通讯电缆11与数据采集器6连接；将搅拌***与管道输送***及数据采集***进行连接。

（2）***参数测试：将搅拌罐（直径1200mm，高度1500mm）中加满清水并生成水曲线，确保每个仪器工作正常，例如：泵、电源、流量计、压力变送器、浓度传感器等，调试***使水曲线与标准水曲线吻合，记录管道壁的粗糙度。

（3）料浆准备：将管道中的清水排出，加入浓度较高的尾砂及水至搅拌罐2中，通过变频器控制柜5调节搅拌器1（DXJ65-7.5KW,100rpm/min）转速，待料浆具有一定的流动性后，启动渣浆泵4，通过变频器（Altivar6155kw-75HP380/480v）调节渣浆泵（WARMANC100）使其低速运行，使料浆开始在管道中循环5-8min以充分排除***中的气泡，此时从浓度传感器12上读出此时的料浆浓度。

（4）测试开始：调节渣浆泵4电机变频器，使料浆以最大流速下运行，此时压力变送器10达到量程的80%，然后再逐渐降低频率，直到管道9中的料浆停止移动，然后重新提高频率，达到压力变送器10量程的80%，每个频率持续测试20s，测试顺序从最高浓度向最低浓度进行，向搅拌罐中加入水稀释料浆，得到较低浓度料浆，直到料浆浓度达到65%。

（5）测试结束：一种料浆测试完成后，排净料浆并用水清洗***。

（6）数据读取：从数据采集器中读取，料浆的浓度为71%，管道上的压力达到量程80%时的值分别为P₁=471Kpa、P₂=339.2Kpa、P₃=167.6Kpa、P₄=129.1Kpa，流量值Q为35m3/h。通过上述数值可计算出：40mm管道压力损失△p/l=26.3kpa/m、50mm管道压力损失7.7kpa/m；40mm管道中料浆输送的剪切速率8V/D=15491/s、剪切应力△p·D/4l=263.5pa·s；50mm管道中料浆输送的剪切速率8V/D=793.81/s、剪切应力△p·D/4l96.4pa·s。

（7）料浆流变参数计算：按照方法（6）可计算出不同压力值下的剪切速率与剪切应力数据，基于此绘制剪切速率与剪切应力的关系曲线，与赫谢尔—布尔克莱Hershey-bulkley流变模型

相比较，调节Hershey-bulkley流变模型的参数值，包括流动指数n=0.75、初始屈服应力τ₀=37pa、粘性系数μ=1.36pa·s，与实验曲线相吻合，则参数值就为71%浓度料浆在40-50mm管道输送中的流变参数。

Claims (7)

1.一套膏体充填料浆流变特性测试***，其由料浆制备***、管道输送***、控制***、数据采集***组成，其特征在于：料浆制备***通过电机（3）及渣浆泵（4）与管道输送***相连，在管道（9）上设置有压力变送器（10）和电磁流量计（7），在料浆制备***的搅拌罐（2）中设置有浓度传感器（12），将上述测试数据传输到数据采集器（6）中；该***中还包括变频器控制柜（5），其分别与料浆制备***中的搅拌器（1）和渣浆泵（4）相连；并且管道（9）末端置于搅拌罐（2）中，实现闭路循环，形成相应的进料管道和回料管道。

2.根据权利要求1所述的一套膏体充填料浆流变特性测试***，其特征在于：所述管道为管径分别为40mm、50mm、65mm、80mm、100mm、120mm中的一种或两种组合，管道由进料管和出料管两段组成，其长度均为10m，并且在管道上设有1.5m长的透明有机玻璃管。

3.根据权利要求1所述的一套膏体充填料浆流变特性测试***，其特征在于：所述压力变送器（10）为四个均匀地分布于进料管道和回料管道上。

4.根据权利要求1所述的一套膏体充填料浆流变特性测试***，其特征在于：所述电磁流量计（7）置于进料管道上。

5.根据权利要求1所述的一套膏体充填料浆流变特性测试***，其特征在于：所述控制***由变频器控制柜（5）、压力变送器（10）、电磁流量计（7）、浓度传感器（12）、通讯电缆（11）组成，可实现管道压力P、流量Q、料浆浓度C的在线自动监测。

6.根据权利要求1所述的一套膏体充填料浆流变特性测试***，其特征在于：数据采集器（6）中记录的数据包括流程图、仪表盘、实时数据及曲线、反应操作、历史曲线、历史报表、报警处理和***退出。

7.一套膏体充填料浆流变特性测试***的使用方法，其特征在于：包括以下的使用步骤：

（1）***参数测试：选择一管径的管道（9）连接于渣浆泵（4），将搅拌罐（2）中加入清水并生成水曲线，调试***使水曲线与标准水曲线吻合，记录管道壁的粗糙度；

（2）料浆准备：加入浓度较高的尾砂及水至搅拌罐（2）中，调节变频器（5）使搅拌器（1）以一定的转速运行，待料浆具有一定的流动性后，启动渣浆泵（4），低速运行，使料浆开始在管道中循环5-8min以充分排除***中的气泡，此时从数据采集器（6）上读取料浆浓度；

（3）测试开始：调节渣浆泵（4）频率，使料浆在最大流速下运行，此时记录压力变送器的数值，然后再逐渐降低频率，直到管道中的料浆停止移动，然后重新提高频率使其达到最大流速，再次记录压力变送器的数值，在此过程中，每个频率持续测试20s，测试顺序从最高浓度向最低浓度进行，直到测试完成需要的料浆浓度。

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