·1426 工程科学学报，第43卷，第11期 the laboratory;however,high shear rate has a degrading effect on the aggregate structure evolution.The aggregate diameter progressively decreases with the increase in the shear rate.The longer the aggregate growth period,the larger the maximum aggregate diameter,and a longer reconstruction period is observed at higher initial mud bed heights.Moreover,the aggregate diameter increases with the increase in the initial mud bed height.The fractal dimension of tailings aggregate reflects the change characteristics of the aggregate structure.According to the calculation of fractal dimension and porosity of the PVM image,the dynamic equilibrium relastionship between the breaking force and cohesive force of aggregates was analyzed,the influence on the aggregate breaking was analyzed.The aggregate densification rule in the tailings thickening process was revealed analyzed,based on the dynamic equilibrium relationship between the breaking force and cohesive force of aggregates. KEY WORDS dynamic densification;real-time and in-situ monitoring;share rate;initial mud bed height;aggregate densification;rate of aggregate structure breaking 尾矿是矿山最主要的固体废物，排放于地表 用而破碎阿在浓密过程中耙架剪切作用力和重力 尾矿库时存在堆存面积大、环境污染严重、安全 作用是尾矿絮团的主要原因，大尺寸絮团破碎生 隐患多等问题，是建设绿色矿山亟待解决的主要 成小尺寸絮团，封闭水分随之释放排出可.絮团破 问题之一，针对传统低浓度分级尾砂充填和尾矿 碎一定程度上减缓了絮团生成速率，使系统最终 库排放模式的，尾矿膏体处置以提高尾矿处置浓 会进入稳定平衡状态.絮团封闭水分随絮团破碎 度为主线，将从选矿厂产出的低浓度全尾砂料浆， 重列逐渐排出，最终絮团结构达到致密化的稳定 不经分级，直接输送至深锥推浓密机，添加絮凝剂并 状态 使用耙架进行搅拌，形成高浓度、牙膏状、无泌水 尾矿浓密过程中，絮团结构时刻变化，这是絮 的膏体料浆，再选择性添加粗骨料、细骨料以及其 团本身性质与水动力条件相互作用的结果.浓密 它外加剂，搅拌并通过柱塞泵输送至采空区充填 机的耙架剪切作用，以及絮团直径、密度、结构、 或者直接输送至尾矿库进行堆存.这样既解决了 强度等性质显著影响絮团密实化程度，决定了尾 地表尾矿库溃坝与环境污染的灾害问题，又解决 矿脱水性能.因此，研究絮团直径的测量（取样方 了井下采空区垮冒的灾害问题，具有“一废治两 式和观测技术)和水动力条件（把架剪切速率、初 害”的优势四 始泥层高度、料浆浓度等)对絮团直径的影响十 尾矿膏体浓密基于絮凝沉降技术，通过剪切 分关键 和重力耦合作用实现尾矿快速深度脱水，提高尾 絮团的基本形态随着生长而重复，属于典型 矿处置浓度，是实现尾矿膏体处置的关键技术之 的分形物体，因此基于图像分析技术的分形维数 一。 絮凝是尾矿膏体浓密工艺的关键环节，絮凝效 被作为描述絮团结构形态的主要参数之一)，在尾 果直接影响物料搅拌、膏体输送、井下充填和地 矿浓密过程中，料浆浑浊固体浓度高且絮团结构 表堆存等后续工艺质量，决定生产运行成本.浓密 细微，难以直接观测，传统研究方式采用高清相 过程中尾矿颗粒形成絮团并发育演化是一个复杂 机、光散射分析仪、显微镜和扫描电镜、电子计算 的动态演变过程，一般可分为颗粒碰撞一有效碰 机断层扫描等技术均是在取样后进行观测，再得 撞黏结一絮团重构一絮团破裂一絮团再形成等多 到絮团结构图像后通过图像处理获得絮团特征参 个阶段四对颗粒碰撞、凝聚黏结、絮团发育演化 数0然而，絮团结构具有易破碎性，如何确保提 过程的理解是研究尾矿浓密规律的基础 取絮团样品观测时不对絮团产生扰动而破坏絮团 絮凝作用是由线形的高分子化合物在微粒间 结构就显得十分重要.通常在采用移液管、负压 “架桥”联结而引起微粒的聚结.在絮凝过程中，多 抽取和蠕动泵抽取等常规絮团样品取样方法山， 个颗粒同时被同一高分子长链吸附，通过“架桥” 或者稀释制样时，均无法避免絮团原始结构的扰 方式将微粒联在一起，从而导致絮凝现象的发生) 动，造成检测结果失真.随着计算机技术的快速发 絮团是由发生絮凝的初始尾矿颗粒组成，在尾矿 展，数值仿真方法得到了大规模应用，研究者采用 颗粒通过架桥絮凝作用形成大尺寸絮团的过程 群体平衡模型描述絮团的聚集和破碎2-可，解释 中，絮团内部和絮团之间存在大量封闭的水分) 浓密机中的流体流动、固体分布和絮凝的聚集/破 结构疏松的大尺寸絮团、密度低、内部的颗粒间 碎动力学，为重力浓密机的性能和操作提供了重 黏结作用小、絮团强度低，容易受拉力和剪切力作 要的见解，但数值模拟偏重于理论研究，工业化全the  laboratory;  however,  high  shear  rate  has  a  degrading  effect  on  the  aggregate  structure  evolution.  The  aggregate  diameter progressively decreases with the increase in the shear rate. The longer the aggregate growth period, the larger the maximum aggregate diameter, and a longer reconstruction period is observed at higher initial mud bed heights. Moreover, the aggregate diameter increases with  the  increase  in  the  initial  mud  bed  height.  The  fractal  dimension  of  tailings  aggregate  reflects  the  change  characteristics  of  the aggregate  structure.  According  to  the  calculation  of  fractal  dimension  and  porosity  of  the  PVM  image,  the  dynamic  equilibrium relastionship between the breaking force and cohesive force of aggregates was analyzed, the influence on the aggregate breaking was analyzed. The aggregate densification rule in the tailings thickening process was revealed analyzed, based on the dynamic equilibrium relationship between the breaking force and cohesive force of aggregates. KEY WORDS    dynamic densification；real-time and in-situ monitoring；share rate；initial mud bed height；aggregate densification；rate of aggregate structure breaking 尾矿是矿山最主要的固体废物，排放于地表 尾矿库时存在堆存面积大、环境污染严重、安全 隐患多等问题，是建设绿色矿山亟待解决的主要 问题之一. 针对传统低浓度分级尾砂充填和尾矿 库排放模式的，尾矿膏体处置以提高尾矿处置浓 度为主线，将从选矿厂产出的低浓度全尾砂料浆， 不经分级，直接输送至深锥浓密机，添加絮凝剂并 使用耙架进行搅拌，形成高浓度、牙膏状、无泌水 的膏体料浆，再选择性添加粗骨料、细骨料以及其 它外加剂，搅拌并通过柱塞泵输送至采空区充填 或者直接输送至尾矿库进行堆存. 这样既解决了 地表尾矿库溃坝与环境污染的灾害问题，又解决 了井下采空区垮冒的灾害问题，具有“一废治两 害”的优势[1] . 尾矿膏体浓密基于絮凝沉降技术，通过剪切 和重力耦合作用实现尾矿快速深度脱水，提高尾 矿处置浓度，是实现尾矿膏体处置的关键技术之 一. 絮凝是尾矿膏体浓密工艺的关键环节，絮凝效 果直接影响物料搅拌、膏体输送、井下充填和地 表堆存等后续工艺质量，决定生产运行成本. 浓密 过程中尾矿颗粒形成絮团并发育演化是一个复杂 的动态演变过程，一般可分为颗粒碰撞—有效碰 撞黏结—絮团重构—絮团破裂—絮团再形成等多 个阶段[2] . 对颗粒碰撞、凝聚黏结、絮团发育演化 过程的理解是研究尾矿浓密规律的基础. 絮凝作用是由线形的高分子化合物在微粒间 “架桥”联结而引起微粒的聚结. 在絮凝过程中，多 个颗粒同时被同一高分子长链吸附，通过“架桥” 方式将微粒联在一起，从而导致絮凝现象的发生[3] . 絮团是由发生絮凝的初始尾矿颗粒组成，在尾矿 颗粒通过架桥絮凝作用形成大尺寸絮团的过程 中，絮团内部和絮团之间存在大量封闭的水分[4−5] . 结构疏松的大尺寸絮团、密度低、内部的颗粒间 黏结作用小、絮团强度低，容易受拉力和剪切力作 用而破碎[6] . 在浓密过程中耙架剪切作用力和重力 作用是尾矿絮团的主要原因，大尺寸絮团破碎生 成小尺寸絮团，封闭水分随之释放排出[7] . 絮团破 碎一定程度上减缓了絮团生成速率，使系统最终 会进入稳定平衡状态. 絮团封闭水分随絮团破碎 重列逐渐排出，最终絮团结构达到致密化的稳定 状态. 尾矿浓密过程中，絮团结构时刻变化，这是絮 团本身性质与水动力条件相互作用的结果. 浓密 机的耙架剪切作用，以及絮团直径、密度、结构、 强度等性质显著影响絮团密实化程度，决定了尾 矿脱水性能[8] . 因此，研究絮团直径的测量（取样方 式和观测技术）和水动力条件（耙架剪切速率、初 始泥层高度、料浆浓度等[9] ）对絮团直径的影响十 分关键. 絮团的基本形态随着生长而重复，属于典型 的分形物体，因此基于图像分析技术的分形维数 被作为描述絮团结构形态的主要参数之一[4] . 在尾 矿浓密过程中，料浆浑浊固体浓度高且絮团结构 细微，难以直接观测，传统研究方式采用高清相 机、光散射分析仪、显微镜和扫描电镜、电子计算 机断层扫描等技术均是在取样后进行观测，再得 到絮团结构图像后通过图像处理获得絮团特征参 数[10] . 然而，絮团结构具有易破碎性，如何确保提 取絮团样品观测时不对絮团产生扰动而破坏絮团 结构就显得十分重要. 通常在采用移液管、负压 抽取和蠕动泵抽取等常规絮团样品取样方法[11] ， 或者稀释制样时，均无法避免絮团原始结构的扰 动，造成检测结果失真. 随着计算机技术的快速发 展，数值仿真方法得到了大规模应用，研究者采用 群体平衡模型描述絮团的聚集和破碎[12−13] ，解释 浓密机中的流体流动、固体分布和絮凝的聚集/破 碎动力学，为重力浓密机的性能和操作提供了重 要的见解，但数值模拟偏重于理论研究，工业化全 · 1426 · 工程科学学报，第 43 卷，第 11 期