全尾砂膏体充填是金属矿绿色开采的主要发展方向，尾矿浓密是实现膏体充填的关键工艺环节之一，直接影响系统运行状态及充填效果。本文围绕絮团结构演化特征和导水通道的形成和分布规律，开展了基于泥层渗透性和压缩性的全尾砂脱水性能的研究，完成的主要工作包括：

（1）开展了絮凝沉降性能影响因素研究，获取了沉降过程絮团的SEM图像，分析了絮团结构的分形特征。基于絮团SEM图像分析，建立了絮凝沉降过程絮团结构特征与絮团分形维数的关系，划分了絮网结构泥层中絮团间隙水、孔隙水、表面水和结合水的4种水分类型，建立了絮团孔隙率和絮团水分质量分数的指数函数关系。

（2）开展了絮团结构的FBRM和PVM实时在线原位监测实验，建立了全尾砂压缩浓密过程絮团结构演化阶段性特征与絮团破裂程度的直接联系。基于全尾砂压缩浓密过程絮团尺寸、数量分布以及实时显微图像，分析了剪切作用对絮团结构、絮团强度的影响，将全尾砂压缩浓密过程絮团结构演化分为生长期、重构期和破碎期3个阶段。

（3）探索了全尾砂压缩浓密过程导水通道的分布规律和持续时间特征，提出了基于固体体积分数的有效应力表征函数。建立了导水通道与超孔隙水压力的关联机制，定义了稳定和不稳定导水通道的结构特征，明确了导水通道在泥层的分布规律和持续时间特征。基于有效应力与超孔隙水压力的转化模式，建立了泥层脱水过程有效应力与料浆固体体积分数的幂函数关系。

（4）分析了絮团密实化程度，明确了剪切速率和初始泥层高度对全尾砂浓密性能的影响，建立了固体通量密度表征函数。形成了以有效干涉沉降系数和渗透性系数的泥层渗透性能表征体系，和以固体扩散系数和稠化系数的泥层压缩性能表征体系，建立了全尾砂浓密过程固体通量密度表征函数，量化分析了剪切速率和初始泥层高度对全尾砂浓密性能的影响程度。

（5）基于固体通量密度，分析了膏体浓密机稳态运行条件和脱水效率，建立了耙架扭矩和泥层料浆浓度的直接联系，提出了膏体浓密机合理的运行策略。以某铜矿膏体项目为背景，分析了膏体浓密机固体通量、稳态运行条件和单位面积处理能力。提出了考虑不同泥层高度料浆屈服应力的耙架计算模型，并通过CFD数值模拟建立了不同料浆浓度和剪切速率条件下耙架扭矩的数学模型，提出了膏体浓密机合理的运行策略。