CN112629621A - 一种测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置及方法，属于矿山尾矿膏体测量技术领域。该装置包括线轮、牵引绳和轻质容器，牵引绳一端缠绕在线轮上，牵引绳另一端连接轻质容器，轻质容器内盛放和膏体浓密机泥层界面尾砂浆浓度相同的尾砂浆。轻质容器通过线轮和带刻度的牵引绳升降，所述尾砂浆的浓度通过特定方法进行确定。本发明具有方法简单、成本低廉、易于操作和精度高的优点，克服了现有泥层高度测量方法精度低、装置结构复杂的缺陷。

Description

一种测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置及方法
技术领域
本发明涉及矿山尾矿膏体测量技术领域，特别是指一种测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置及方法。
背景技术
全尾砂膏体充填和膏体堆存具有安全、环保、经济和高效等优点，是矿山尾砂固废处置领域最有发展前景的两种技术。将选矿厂产生的低浓度尾砂浆浓缩成膏体状，是尾砂膏体处置技术的第一个关键环节，目前采用的主流设备是膏体浓密机。泥层高度是膏体浓密机运行的一个关键参数，对膏体浓密机的底流浓度有重要影响，直接决定膏体浓密机排放的底流能否达到膏体状态。因此，必须对膏体浓密机的泥层高度进行检测，以便对膏体浓密机运行参数进行动态调整。
传统的重锤法测量膏体浓密机泥层高度操作简单，但测量精度并不高，主要原因是重锤的密度与泥层的密度差异显著，导致重锤陷入泥层的深度过大。目前基于重锤法原理又开发出多种泥层高度检测装置，如一种用于重锤料位计在流动水中测量泥层高度的装置(CN210180501U)，一种泥层高度自动测量装置及测量方法(CN109357725A)，但这类装置结构较为复杂，并未从根本上提高泥层高度测量的精度。此外还有超声波泥层界面仪，但其受泥层浑浊度、底部泥层密度变化等因素影响，测量误差和波动性较大。因此，开发一种测量精度高、结构简单的膏体浓密机泥层高度测量方法，对确保矿山尾砂膏体处置技术的顺利应用具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置及方法。
该装置包括线轮、牵引绳、轻质容器和尾砂浆，牵引绳一端缠绕在线轮上，牵引绳另一端连接轻质容器，轻质容器内盛满尾砂浆；轻质容器置于泥层界面。
其中，牵引绳上带有刻度。轻质容器装满尾砂浆后密闭，轻质容器装满尾砂浆后的整体密度与膏体浓密机泥层界面尾砂浆的密度相同。
轻质容器所装尾砂浆与进入膏体浓密机的尾砂浆为同一种尾砂物料。
轻质容器装满尾砂浆后在膏体浓密机泥层界面处处于静止状态。
应用该装置的方法，包括步骤如下：
S1：将轻质容器牢固系在牵引绳的零刻度处，转动线轮将轻质容器轻轻下放至膏体浓密机泥层界面处，确保牵引绳稍稍收紧且垂直于膏体浓密机的溢流水面；
S2：读取牵引绳在溢流水面处的读数，根据膏体浓密机泥层底部到溢流水面的垂直高度，换算得到膏体浓密机的泥层高度。
其中，S2具体为：
S21：以膏体浓密机泥层界面为界限，将膏体浓密机沿竖直方向划分为沉降区和压密区(即泥层)；在沉降区内，尾砂浆浓度小于泥层界面尾砂浆浓度；在压密区内，尾砂浆浓度大于泥层界面尾砂浆浓度；
S22：定义膏体浓密机泥层界面处泥层压力为0，膏体浓密机底部泥层压力为：
P＝Δρgφ0h0
其中，P为膏体浓密机底部泥层压力，Pa；Δρ为尾砂与水的密度差，kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2；h0为固液分离初始高度，m；φ0为料浆初始体积浓度，％；
S23：根据物料质量守恒，尾砂浆平均浓度为：
Figure BDA0002810739240000021
其中，φav为平衡状态时的尾砂浆平均浓度，％；hf为固液分离最终高度，即泥层高度，m。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，为矿山提供一种检测精度高、成本低廉的膏体浓密机泥层高度测量方法，实际操作非常简单。
附图说明
图1为本发明的测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置结构示意图；
图2为本发明的膏体浓密机泥层界面尾砂浆浓度求解示意图。
其中：1-线轮；2-牵引绳；3-轻质容器；4-尾砂浆；5-沉降区；6-泥层界面；7-泥层；8-泥层底部；9-溢流水面。
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膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置及方法。
该方法使轻质容器装满尾砂浆后整体的密度与泥层界面尾砂浆的密度相同，确保轻质容器接触泥层后即停止下沉，提高膏体浓密机泥层高度测量的精度。
如图1所示，该装置包括线轮1、牵引绳2、轻质容器3和尾砂浆4，牵引绳2一端缠绕在线轮1上，牵引绳2另一端连接轻质容器3，轻质容器3内盛满尾砂浆4；轻质容器3置于泥层界面6。
其中，牵引绳2上带有刻度。
轻质容器3装满尾砂浆4后密闭，轻质容器3装满尾砂浆4后的整体密度与膏体浓密机泥层界面6尾砂浆的密度相同。
轻质容器3所装尾砂浆4与进入膏体浓密机的尾砂浆为同一种尾砂物料。
轻质容器3装满尾砂浆4后在膏体浓密机泥层界面6处处于静止状态。
应用该装置的方法，包括步骤如下：
S1：将轻质容器3牢固系在牵引绳2的零刻度处，转动线轮1将轻质容器3轻轻下放至膏体浓密机泥层界面6处，确保牵引绳2稍稍收紧且垂直于膏体浓密机的溢流水面9；
S2：读取牵引绳2在溢流水面9处的读数，根据膏体浓密机泥层底部8到溢流水面9的垂直高度，换算得到膏体浓密机的泥层7高度。
S2具体为：
S21：以膏体浓密机泥层界面6为界限，将膏体浓密机沿竖直方向划分为沉降区5和压密区(即泥层)；在沉降区5内，尾砂浆浓度小于泥层界面6尾砂浆浓度；在压密区内，尾砂浆浓度大于泥层界面6尾砂浆浓度；
S22：定义膏体浓密机泥层界面处泥层压力为0，膏体浓密机底部泥层压力为：
P＝Δρgφ0h0 (1)
其中，P为膏体浓密机底部泥层压力，Pa；Δρ为尾砂与水的密度差，kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2；h0为固液分离初始高度，m；φ0为料浆初始体积浓度，％；
S23：根据物料质量守恒，尾砂浆平均浓度为：
Figure BDA0002810739240000041
其中，φav为平衡状态时的尾砂浆平均浓度，％；hf为固液分离最终高度(在膏体浓密机中，hf即为浓密机泥层高度；在量筒沉降实验中，hf为量筒内泥层的最终高度)，m。
在实际试验中，在室内进行小型量筒沉降实验，尾砂浆初始体积浓度与膏体浓密机的入料浓度相同，变化初始沉降高度，得到至少2组(φav，P)数据。以底流浓度φav为纵轴，底部泥层压力P为横轴，采用线性拟合并延长至纵轴，纵轴的截距即为泥层压力为零时的尾砂浆浓度φ，也即膏体浓密机泥层界面尾砂浆浓度。
下面结合具体实施例予以说明：
使用与进入膏体浓密机的尾砂相同的干尾砂、水配置成与膏体浓密机入料浓度相同的尾砂浆，在容积为2000ml的量筒中进行4次沉降实验，4次实验装入的尾砂浆体积分别为500ml、1000ml、1500ml和2000ml，记录不同的初始沉降高度h0。待泥层高度不再变化后，记录不同的固液分离最终高度hf。絮凝剂对底流浓度基本无影响，因此沉降实验有无絮凝剂均可。
根据公式(1)和公式(2)计算得到4组(φav，P)数据，然后进行线性拟合(如图2)得到泥层压力P为零时的尾砂浆浓度φ，也即膏体浓密机泥层界面尾砂浆浓度。
使用与进入膏体浓密机的尾砂相同的干尾砂、水配置成浓度与膏体浓密机泥层界面尾砂浆浓度相同的尾砂浆4，用其将轻质容器3装满。轻质容器3的质量与所装尾砂浆4的质量相比可忽略，因而轻质容器3密度的影响可忽略。
将装满与膏体浓密机泥层界面尾砂浆浓度相同的尾砂浆4的轻质容器3牢固系在带刻度的牵引绳2的零刻度处，轻轻转动线轮1将轻质容器3缓慢下放。
轻质容器3中尾砂浆4的浓度与膏体浓密机泥层界面尾砂浆的浓度相同，因此轻质容器3到达泥层界面6后将不再下沉。此时稍微收紧带刻的牵引绳2并与溢流水面9垂直，读取牵引绳2在溢流水面9处的刻度，记为H1。
记膏体浓密机泥层底部8到溢流水面9的垂直高度为H，则膏体浓密机泥层7的高度H2＝H-H1。
安全起见，测试地点应选在膏体浓密机耙架前进方向之后。单次测试时间不超过5分钟，远小于耙架旋转一周所需时间，不存在牵引绳2与膏体浓密机耙架缠绕的风险。
精确起见，可选择多个点位进行泥层高度测试，取多次测试结果的平均值。
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 (7)

1.一种测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置，其特征在于：包括线轮(1)、牵引绳(2)、轻质容器(3)和尾砂浆(4)，牵引绳(2)一端缠绕在线轮(1)上，牵引绳(2)另一端连接轻质容器(3)，轻质容器(3)内盛满尾砂浆(4)；轻质容器(3)置于泥层界面(6)。
2.根据权利要求1所述的测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置，其特征在于：所述牵引绳(2)上带有刻度。
3.根据权利要求1所述的测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置，其特征在于：所述轻质容器(3)装满尾砂浆(4)后密闭，轻质容器(3)装满尾砂浆(4)后的整体密度与膏体浓密机泥层界面(6)尾砂浆的密度相同。
4.根据权利要求1所述的测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置，其特征在于：所述轻质容器(3)所装尾砂浆(4)与进入膏体浓密机的尾砂浆为同一种尾砂物料。
5.根据权利要求1所述的测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置，其特征在于：所述轻质容器(3)装满尾砂浆(4)后在膏体浓密机泥层界面(6)处处于静止状态。
6.应用权利要求1所述的测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置的方法，其特征在于：包括步骤如下：
S1：将轻质容器(3)牢固系在牵引绳(2)的零刻度处，转动线轮(1)将轻质容器(3)轻轻下放至膏体浓密机泥层界面(6)处，确保牵引绳(2)稍稍收紧且垂直于膏体浓密机的溢流水面(9)；
S2：读取牵引绳(2)在溢流水面(9)处的读数，根据膏体浓密机泥层底部(8)到溢流水面(9)的垂直高度，换算得到膏体浓密机的泥层(7)高度。
7.根据权利要求6所述的应用测量膏体浓密机泥层高度的简易高精度装置的方法，其特征在于：所述S2具体为：
S21：以膏体浓密机泥层界面(6)为界限，将膏体浓密机沿竖直方向划分为沉降区(5)和压密区；在沉降区(5)内，尾砂浆浓度小于泥层界面(6)尾砂浆浓度；在压密区内，尾砂浆浓度大于泥层界面(6)尾砂浆浓度；
S22：定义膏体浓密机泥层界面处泥层压力为0，膏体浓密机底部泥层压力为：
P＝Δρgφ0h0
其中，P为膏体浓密机底部泥层压力，Pa；Δρ为尾砂与水的密度差，kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2；h0为固液分离初始高度，m；φ0为料浆初始体积浓度，％；
S23：根据物料质量守恒，尾砂浆平均浓度为：
Figure FDA0002810739230000021
其中，φav为平衡状态时的尾砂浆平均浓度，％；hf为固液分离最终高度，即浓密机泥层高度，m。
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