一种矿山尾矿膏体料浆环管测试系统及系统运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种金属尾矿膏体料浆环管测试系统及系统运行方法。测试系统包括料浆制备系统、料斗、泵送机构、管道和信号采集系统；料浆制备系统的出料口与料斗相通，分别用于向料斗中输送料浆和水；泵送机构用于将料斗中的物料泵送到管道中，管道包括弯管段和直管段，管道的出料口与料斗相通，以形成循环管路；信号采集系统包括下位机和安装在管道上且分别与下位机相连接的压力计、温度传感器、浓度计和流量计。本发明专利技术可以为后期数据分析处理提供可靠性高、完备、充足的数据。同时，本发明专利技术的运行算法还能及早识别出管道是否存在沉积并判断出沉积的位置，提醒维护，保证数据的可靠性，避免重复性工作。

A test system and operation method of slurry ring pipe of mine tailings paste

【技术实现步骤摘要】
一种矿山尾矿膏体料浆环管测试系统及系统运行方法
本专利技术涉及一种用于进行料浆阻力损失测试的系统，还涉及该系统的运行方法。
技术介绍
随着矿山开采深度的增加，浅部资源逐渐枯竭，资源开采逐步转入深部，采矿方法中充填法开采所占比重日益增加。充填采矿法不但能够最大程度地减少矿石的损失贫化，减少矿山地压，保证矿山生产安全，还能及时处理生产废石及尾砂，有效减少对生态的影响和保护地表不受破坏。由于充填料浆的复杂性，仅仅通过理论计算得出管道输送过程中摩擦阻力损失误差较大，无法确保数据的准确性，尤其对于高浓度料浆，在管道输送过程中摩擦阻力损失较大，如果不能准确了解其输送特性，对于充填系统设计和运营都存在较大风险。为了确保系统的稳定性和安全性，需要获得多种料浆的输送特性数据，进行分析处理。尽管现有技术中已经有较为成熟的分析理论，例如张亮、罗涛等人提出的《高浓度充填料浆流变特性及其管道输送阻力损失研究》(《中国矿业》，第23卷增刊2，2014年12月)等，但是这些研究所需的特性数据大多是在现场或固定的生产场合采集而来，其采集成本高，受到现场条件的约束较大，不确定因素较多，数据量少、不完备，可靠性较差。因此，亟需一种专用的测试系统，针对料浆的输送特性进行测试，实时地采集分析所需的数据。另一方面，测试过程中所用的管道与普通的输送管道一样，容易发生堵塞，影响测试的进行。而堵塞的发生，必然导致要采集的数据变化，使得测得的数据失去原有的意义。关于矿浆管道的堵塞原因，已经有很多的研究。赵利安等人在《矿浆管道堵管事故原因分析及防治措施》(辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，第28卷增刊，2009年9月)中指出，管道堵塞的原因主要有以下几种：矿浆流速太低引起固体颗粒的沉降、矿浆级配和最大颗粒尺寸发生改变、各种原因造成矿浆质量浓度过大而堵管、固体颗粒在管壁沉积结垢。而对于测试系统而言，由于不是工作在复杂多变的工作环境中，因此流速、浓度和颗粒大小都是可控的，只有固体颗粒在管壁的沉积是无法通过控制料浆的配比来避免的。并且沉积结垢的发展过程是非常缓慢的，并不能简单、直接地通过监测压力、流速等数值直接判断或者预判出来哪个位置发生沉积，只有在沉积发生很久、管路已经出现了明显堵塞之后才能发现。此时再采取措施尽管能够消除堵塞，但是前面已经采集的数据不再有效，数据采集和分析工作只能重新开展，浪费时间与精力。由此可见，如何及时发现管道沉积的趋势，避免采集和分析工作的不必要重复，是测试系统运行过程中必然面临的难题。
技术实现思路
本专利技术提出了一种矿山尾矿膏体料浆环管测试系统及系统运行方法，其目的是：(1)提供一种专用的测试系统，用于采集料浆在输送过程中的压力、流速、温度、浓度数据；(2)在运行过程中监测管道是否有发生沉积的趋势。本专利技术技术方案如下：一种矿山尾矿膏体料浆环管测试系统，包括料浆制备系统、料斗、泵送机构、管道和信号采集系统；料浆制备系统与给水系统的出料口与料斗相通，分别用于向料斗中输送需要检测的膏体料浆和水；所述泵送机构用于将料斗中的物料泵送到管道中，所述管道包括弯管段和直管段，管道的出料口与料斗相通，以形成循环管路；所述信号采集系统包括下位机和安装在管道上且分别与下位机相连接的压力计、温度传感器、浓度计和流量计。作为该测试系统的进一步改进：还包括与下位机通讯连接的上位机。作为该测试系统的进一步改进：所述料浆制备系统包括搅拌桶和安装在搅拌桶上的搅拌装置，所述搅拌装置包括电机和安装在电机输出轴上的搅拌叶片。作为该测试系统的进一步改进：所述料浆制备系统的出料口处设置有第一电动阀门。作为该测试系统的进一步改进：还包括给水系统，给水系统的出料口与料斗相通，所述给水系统的出料口处设置有第二电动阀门；所述管道上还安装有三通，所述三通的两端连接在管道中，第三端连接有冲洗管路。作为该测试系统的进一步改进：所述管道划分为多段，相邻段相接处分别设置有一个采集点用于检测压力值。上述金属尾矿膏体料浆环管测试系统的运行方法，特点在于通过以下方式判断管道中是否存在沉积：实时通过压力计测得各采集点的压力值，并通过间隔方式提取压力值：沿时间线交替地设定等待时段和提取时段，位于等待时段中的压力值不提取，只提取提取时段中的压力值；每个时段中的压力值数量相等，分别至少包括100个以上的压力数据；每完成一次压力值的提取之后，对于各采集点，分别将本次提取的压力值与上一次提取的压力值进行比较，判断是否有采集点具有压力值升高或降低的趋势，然后根据压力值的变化趋势判断沿管路中是否存在沉积。作为上述运行方法的进一步改进：将本次提取的压力值与上一次提取的压力值进行比较来判断压力值的变化趋势的具体方法为：(A)设本次提取的压力值的集合为A，上次提取的压力值的集合为B；(B)选择A和B中所有压力值的最大值和最小值，作为两个初始聚类中心C-max和C-min；(C)计算A和B中所有压力值各自与C-max和C-min的差值，得到Di-max和Di-min，Di-max表示第i个压力值与C-max值之间的差值，Di-min表示第i个压力值与C-min值之间的差值；对于第i个压力值，如果Di-max小于等于Di-min，则该压力值归类到C-max所在的H类，否则将该压力值归类到C-min所在的L类；(D)计算H类中所有压力值的均值，记为新的C-max；计算L类中所有压力值的均值，记为新的C-min；(E)返回步骤(C)，重新归类，并记录哪些压力值的归类出现了变动和归类出现变动的压力值的数量，直至满足步骤(F)中的条件时停止步骤(C)与(D)的循环；(F)每次完成步骤(D)后，判断是否满足以下条件之一，如果满足则结束循环进入步骤(G)，否则返回步骤(C)开始下一次循环：(i)近连续3次循环中，压力值的归类没有发生变化；(ii)近连续5次循环中，压力值的归类都发生变化，但发生变化的压力值都是固定的，且数量少于5个；(iii)近连续5次循环中，压力值的归类都发生变化，但发生变化的压力值都是固定的，且数量为5个以上；(G)将集合A中位于H类中的数量记为N_AH，集合B中位于H类中的数量记为N_BH，集合A中位于L类中的数量记为N_AL，集合B中位于L类中的数量记为N_BL；设每个提取时段所提取的压力值的数量为N，N小于等于1000；如果是由于上述条件(i)结束了循环，则进一步判断：设阈值S1＝Sin((N/1000)π/2)*20％+60％；如果N_AH/(N_AL+N_AH)≥S1且N_BL/(N_BL+N_BH)≥S1，则判定为当前该采集点压力值已具备上升趋势；如果N_AL/(N_AL+N_AH)≥S1且N_BH/(N_BL+N_BH)≥S1，则判定为当前该采集点压力值已具备下降趋势；否则判定为该采集点压力处于不变的状态；如果是由于上述条件(ii)结束了循环，则进一步判断：设阈值S2＝Sin((本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿山尾矿膏体料浆环管测试系统，其特征在于：包括料浆制备系统（1）、料斗（6）、泵送机构（7）、管道（3）和信号采集系统；/n所述料浆制备系统（1）的出料口与料斗（6）相通，分别用于向料斗（6）中输送料浆和水；所述泵送机构（7）用于将料斗（6）中的物料泵送到管道（3）中，所述管道（3）包括弯管段和直管段，管道（3）的出料口与料斗（6）相通，以形成循环管路；/n所述信号采集系统包括下位机（8）和安装在管道（3）上且分别与下位机（8）相连接的压力计（10）、温度传感器（11）、浓度计（12）和流量计（9）。/n

【技术特征摘要】
1.一种矿山尾矿膏体料浆环管测试系统，其特征在于：包括料浆制备系统（1）、料斗（6）、泵送机构（7）、管道（3）和信号采集系统；
所述料浆制备系统（1）的出料口与料斗（6）相通，分别用于向料斗（6）中输送料浆和水；所述泵送机构（7）用于将料斗（6）中的物料泵送到管道（3）中，所述管道（3）包括弯管段和直管段，管道（3）的出料口与料斗（6）相通，以形成循环管路；
所述信号采集系统包括下位机（8）和安装在管道（3）上且分别与下位机（8）相连接的压力计（10）、温度传感器（11）、浓度计（12）和流量计（9）。


2.如权利要求1所述的矿山尾矿膏体料浆环管测试系统，其特征在于：还包括与下位机（8）通讯连接的上位机（15）。


3.如权利要求1所述的矿山尾矿膏体料浆环管测试系统，其特征在于：所述料浆制备系统（1）包括搅拌桶和安装在搅拌桶上的搅拌装置（1-1），所述搅拌装置（1-1）包括电机和安装在电机输出轴上的搅拌叶片。


4.如权利要求1所述的矿山尾矿膏体料浆环管测试系统，其特征在于：所述料浆制备系统（1）的出料口处设置有第一电动阀门（4）。


5.如权利要求1所述的矿山尾矿膏体料浆环管测试系统，其特征在于：还包括给水系统（2），给水系统（2）的出料口与料斗（6）相通，所述给水系统（2）的出料口处设置有第二电动阀门（5）；
所述管道（3）上还安装有三通（13），所述三通（13）的两端连接在管道（3）中，第三端连接有冲洗管路（14）。


6.如权利要求1所述的金属尾矿膏体料浆环管测试系统，其特征在于：所述管道（3）划分为多段，相邻段相接处分别设置有一个采集点用于检测压力值。


7.如权利要求6所述的金属尾矿膏体料浆环管测试系统的运行方法，其特征在于通过以下方式判断管道（3）中是否存在沉积：
实时通过压力计（10）测得各采集点的压力值，并通过间隔方式提取压力值：沿时间线交替地设定等待时段和提取时段，位于等待时段中的压力值不提取，只提取提取时段中的压力值；每个时段中的压力值数量相等，分别至少包括100个以上的压力数据；
每完成一次压力值的提取之后，对于各采集点，分别将本次提取的压力值与上一次提取的压力值进行比较，判断是否有采集点具有压力值升高或降低的趋势，然后根据压力值的变化趋势判断沿管路中是否存在沉积。


8.如权利要求7所述的运行方法，其特征在于：将本次提取的压力值与上一次提取的压力值进行比较来判断压力值的变化趋势的具体方法为：
（A）设本次提取的压力值的集合为A，上次提取的压力值的集合为B；
（B）选择A和B中所有压力值的最大值和最小值，作为两个初始聚类中心C-max和C-min；
（C）计算A和B中所有压力值各自与C-max和C-min的差值，得到Di-max和Di-min，Di-max表示第i个压力值与C-max值之间的差值，Di-min表示第i个压力值与C-min值之间的差值；对于第i个压力值，如果Di-max小于等于Di-min，则该压力值归类到C-max所在的H类，否则将该压力值归类到C-min所在的L类；
（D）计算H类中所有压力值的均值，记为新的C-max；计算L类中所有压力值的均值，记为新的C-min；
（E）返回步骤（C），重新归类，并记录哪些压力值的归类出现了变动和归类出现变动的压力值的数量，直至满足步骤（F）中的条件时停止步骤（C）与（D）的循环；...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐兆军，寇云鹏，杨纪光，荆晓东，宋泽普，盛宇航，朱庚杰，李广波，郭加仁，栾黎明，吴再海，
申请(专利权)人：山东黄金矿业科技有限公司充填工程实验室分公司，
类型：发明
国别省市：山东;37