剪切浓密床层孔隙网络模型与导水通道演化

来源期刊：工程科学学报2019年第8期

论文作者：焦华喆 王树飞 吴爱祥 沈慧明 杨亦轩 阮竹恩

文章页码：987 - 996

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;

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.