剪切浓密床层孔隙网络模型与导水通道演化

论文摘要

剪切作用是膏体重力浓密制备的基础要素,本文研究了浓密床层孔隙和喉道的变化对导水通道的影响,揭示了水分排出的来源与比例.开展半工业实验并结合计算机断层扫描（CT）与孔隙网络模型（PNM）提取床层微观孔隙结构,利用最大球搜索算法识别并分析剪切前后孔隙与喉道的演化规律.结果表明,添加转速为2 r·min-1的剪切作用将尾砂底流浓度（即底流的固相质量分数）由55. 8%提升到58. 5%,孔隙率由43. 05%降低到36. 59%,孔隙率降低的比率为15%.通过PNM技术将孔隙空间划分为"球体"储水孔隙与"棍体"喉道;剪切后球体和棍体数量分别增加了16. 5%和22%,球体平均尺寸小幅下降,球体半径多集中在40～60μm之间.棍体平均半径由9. 83μm降低至8. 58μm,降低了12. 7%,棍体长度变化较小.剪切作用下的球体配位数在5～10的部分从25. 73%增加至44. 58%,配位明显增多,颗粒接触紧密.本文提出"球棍比"的概念用于孔隙结构的定量表征.剪切后球体体积占比由14. 14%降低至12. 75%,球体体积减少的比率达到9. 83%;棍的体积由28. 91%降低至23. 84%,棍体积减少的比率为17. 54%.球棍比由48. 91%增加至53. 48%,球棍比提升的比率达到了9. 34%,与球体体积减小相比,棍的体积减少的幅度更大,导致球棍比上升.本文从孔隙结构变化的角度揭示了全尾砂重力浓密剪切排水机理;剪排水过程中主要排出的是喉道中的水分,孔隙中的水分排出较少.

论文目录

• 1 实验
•   1.1 全尾砂动态连续浓密试验
•   1.2 工业CT扫描
•   1.3 三维重构与PNM模型建立
• 2 孔隙网络模型提取算法
•   2.1 最大球
•   2.2 聚类
•   2.3 建立最大球
•     2.3.1 确定搜索范围内的最大球
•     2.3.2 去除被包含球
•   2.4 PNM的建立
• 3 研究结果
•   3.1 浓密实验
•     3.1.1 底流浓度
•     3.1.2 流变学测试
•   3.2 剪切作用对“球体”孔隙的影响规律
•   3.3 剪切作用对“棍体”通道的影响规律
•   3.4 剪切作用对球体配位数的影响规律
• 4 高浓度层床剪切排水机理
•   4.1 剪切作用对导水通道的影响
•   4.2“球棍比”的剪切排水机理
•     4.2.1 球棍比
•     4.2.2 基于“球棍比”的排水机理分析
• 5 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 焦华喆,王树飞,吴爱祥,沈慧明,杨亦轩,阮竹恩

关键词: 膏体充填,重力浓密,剪切作用,孔隙率,导水通道,球棍比

来源: 工程科学学报 2019年08期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑,工程科技Ⅰ辑

专业: 矿业工程

单位: 河南理工大学土木工程学院,北京科技大学土木与资源工程学院,河南理工大学资源环境学院

基金: 国家自然科学基金资助项目(51704094,51834001,51574013),河南省高等学校重点科研项目(16A440003),国家安全生产重大事故防治关键技术项目(henan-0005-2016AQ)

分类号: TD853.34

DOI: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.004

页码: 987-996

总页数: 10

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