一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置，屬于環境巖土工程領域，該裝置包括控制平臺、觀測裝置、降雨裝置、自然風模擬裝置和模擬裝置；該實驗系統能在考慮不同風速、風向影響下模擬不同降雨條件對具有不同坡面傾角、不同內部結構特征的采礦廢石堆體坡面所形成的侵蝕特性及入滲雨水在廢石堆體內部所形成的淋濾特性，有利于分析采礦廢石堆體在降雨條件下所產生的環境地質災害，并可通過改變模擬容器采礦廢石堆體的材料來對采礦廢石堆體生態修復技術的實施效果進行檢驗和論證，并且檢測過程中，所有的參數設置、數據監測、記錄和處理都可通過控制平臺集中控制處理完成，保證了試驗效果并極大提高了試驗效率。
【專利說明】一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于環境巖土工程領域，具體涉及一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著我國工業化的迅速發展，礦產資源的需求與日俱增。在對煤炭及金屬礦產的開發利用過程中，會產生大量含有重金屬元素及其它有毒有害物質的廢石、廢渣及尾礦等固體廢棄物。這些固體廢棄物隨開采活動被運至地表后，通常所采用的處置方式為露天集中堆存，形成體積龐大的采礦廢石堆體。在自然降水的長期淋濾作用下，廢石中的有毒有害物質會發生溶解、遷移、沉淀等地球化學作用，從而對附近的土壤-水環境產生污染。
[0003]目前，從實驗角度對降雨淋濾作用的模擬主要采用土柱淋溶，其主要是將原狀土或擾動土裝入具有一定長度的圓柱內，在圓柱頂部按照實際的降水條件設置不同的水頭高度來驅使水分通過圓柱體內的土壤，并通過在圓柱底部對淋溶液進行收集來研究水分對土壤所形成的淋濾作用。對于降雨在坡面上所形成的侵蝕作用的模擬主要采用坡面降雨侵蝕實驗裝置，其主要通過控制雨強和坡度來實現對各種坡度及雨強的降雨侵蝕實驗。
[0004]目前常用的土柱淋溶實驗裝置只能在垂直方向上模擬水分在介質中的入滲對廢石所產生的淋濾作用，無法模擬不同降雨條件對坡面所形成的侵蝕作用；而常用的坡面降雨侵蝕試驗系統只能模擬降水對坡面的侵蝕特性，無法對入滲至坡體內部的水分所形成的淋濾作用進行模擬分析。目前，針對降雨作用對采礦廢石堆體所產生的坡面侵蝕及坡體淋溶過程的本構關系還未真正建立起來，從而未能實現對降雨作用下采礦廢石堆體坡面產流、土壤侵蝕、坡體入滲及溶質遷移的過程進行有效的模擬和行為預測。
[0005]因此，研發能開展在不同降雨條件對具有不同坡面傾角、不同內部結構特征的采礦廢石堆體所產生的坡面侵蝕特性和淋濾特性的模擬系統，探討復雜工況下采礦廢石堆體所誘發的環境地質災害的發生機理和獲取相關試驗數據，為礦山企業對采礦廢石堆體進行生態修復提供必要的技術參數是亟待解決的問題。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的不足，本實用新型提出一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置，以實現在不同降雨強度、不同坡面傾角和不同坡體內部廢石結構特征情況下，模擬采礦廢石堆體降雨入滲的目的。
[0007]一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置，包括控制平臺、觀測裝置，還包括降雨裝置、自然風模擬裝置和模擬裝置，降雨裝置連接自然風模擬裝置，降雨裝置的下端設置有模擬裝置，模擬裝置的一側設置有觀測裝置，所述的控制平臺分別連接觀測裝置、降雨裝置、自然風模擬裝置和模擬裝置；其中，
[0008]所述的降雨裝置包括水箱、潛水泵、供水管網支架、水泵調壓裝置、噴嘴和降雨供水管網，其中，所述的潛水泵設置于水箱內，潛水泵通過供水管連接設置于水箱上方的水泵調壓裝置進水口，水泵調壓裝置的出水口連接設置于供水管網支架上的一個供水管，上述供水管連接設置于供水管網支架上端的降雨供水管網，所述的降雨供水管網上設置有噴嘴；
[0009]所述的自然風模擬裝置包括風扇支架、風扇、風速測定儀和風向測定儀，其中，所述的風扇通過風扇支架環繞設置于供水管網支架的上端；所述的風速測定儀和風向測定儀分別通過連接管連接于供水管網支架中心；
[0010]所述的模擬裝置包括模擬容器、徑流液收集器、徑流液貯存器、模擬容器支腿、淋溶液收集器、淋溶液收集管、液壓控制裝置、液壓升降桿支腿、雨滴動能測定儀托板、雨量筒托板、雨滴動能測定儀、雨量筒、模擬容器支架和液壓升降裝置，其中，所述的模擬容器下端一側設置有兩個模擬容器支腿，另一側設置有模擬容器支架，所述的模擬容器支架通過套筒與下端的液壓升降裝置連接，液壓升降裝置下端設置有液壓升降桿支腿，并且所述的液壓升降桿支腿通過液壓管與液壓控制裝置相連；所述的模擬容器底面上均勻設置有淋溶液收集孔，淋溶液收集孔通過淋溶液收集管連接淋溶液收集器；在所述的模擬容器上端的一側設置有用于固定雨量筒的雨量筒托板和用于固定滴動能測定儀的雨滴動能測定儀托板，另一側設置有徑流液收集器，所述的徑流液收集器通過徑流液收集管連接放置于模擬容器另一側的徑流液貯存器。
[0011]所述的模擬容器的一個側面上設置有傳感器導線孔，用于導出放置于模擬容器內部的傳感器的導線。
[0012]所述的設置于供水管網支架上的一個供水管上設置有水壓表，所述的水壓表的輸出端與控制平臺一路輸入端相連接；淋溶液收集管上還設置有流量測定器，流量測定器的輸出端與控制平臺另一路輸入端相連接；徑流液收集管上還設置有泥沙含量測定裝置和流量測定器，泥沙含量測定裝置的輸出端、流量測定器的輸出端分別與控制平臺兩路輸入端相連接；另外，風速測定儀的輸出端、風向測定儀的輸出端、雨量筒的輸出端、雨滴動能測定儀的輸出端依次連接控制平臺多路輸入端；風扇的輸入端、液壓控制裝置的輸入端分別連接控制平臺的多路輸出端。
[0013]所述的雨量筒托板通過鉸接的方式與模擬容器相連，使雨量筒始終保持水平狀態。
[0014]本實用新型優點:
[0015]本實用新型一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置，該模擬系統能在考慮不同風速、風向影響下模擬不同降雨條件對具有不同坡面傾角、不同內部結構特征的采礦廢石堆體坡面所形成的侵蝕特性及入滲雨水在廢石堆體內部所形成的淋濾特性，有利于分析采礦廢石堆體在降雨條件下所產生的環境地質災害，并可通過改變模擬容器采礦廢石堆體的材料來對采礦廢石堆體生態修復技術的實施效果進行檢驗和論證，并且檢測過程中，所有的參數設置、數據監測、記錄和處理都可通過控制平臺集中控制處理完成，保證了試驗效果并極大提高了試驗效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型一種實施例的整體結構框圖；[0017]圖2為本實用新型一種實施例的降雨裝置結構框圖；
[0018]圖3為本實用新型一種實施例的自然風模擬裝置結構框圖；
[0019]圖4為本實用新型一種實施例的模擬裝置結構框圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型一種實施例做進一步說明。
[0021]一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置，如圖1所示，包括控制平臺1、觀測裝置2，還包括降雨裝置3、自然風模擬裝置4和模擬裝置5，降雨裝置3連接自然風模擬裝置4，降雨裝置3的下端設置有模擬裝置5，模擬裝置5的一側設置有觀測裝置2，所述的控制平臺I分別連接觀測裝置2、降雨裝置3、自然風模擬裝置4和模擬裝置5 ;其中，
[0022]如圖2所示，所述的降雨裝置3包括水箱3-1、潛水泵3-2、供水管網支架3-3、水泵調壓裝置3-4、噴嘴3-5和降雨供水管網3-6，其中，所述的潛水泵3-2設置于水箱3_1內，潛水泵3-2通過供水管連接設置于水箱3-1上方的水泵調壓裝置3-4進水口，水泵調壓裝置3-4的出水口連接設置于供水管網支架3-3上的一個供水管，上述供水管連接設置于供水管網支架3-3上端的降雨供水管網3-6，所述的降雨供水管網3-6上設置有噴嘴3-5 ;所述的設置于供水管網支架3-3上的一個供水管上設置有水壓表3-7，所述的水壓表3-7的輸出端與控制平臺I一路輸入端相連接。
[0023]如圖3所示，所述的自然風模擬裝置4包括風扇支架4-1、風扇4-2、風速測定儀
4-3和風向測定儀4-4，其中，所述的風扇4-2通過風扇支架4-1環繞設置于供水管網支架3-3的上端；所述的風速測定儀4-3和風向測定儀4-4分別通過連接管連接于供水管網支架3-3的中心；本實用新型實施例中，采用8個風扇4-2，上述8個風扇設置高度相同，采取正八邊形的布設方式，八邊形的每條邊上均布設一個風扇4-2 ;風速測定儀4-3與風向測定儀4-4設置在模擬容器5-1中心的上方。
[0024]如圖4所示，所述的模擬裝置5包括模擬容器5-1、徑流液收集器5-3、徑流液貯存器5-4、模擬容器支腿5-5、淋溶液收集器5-7 (圓柱形或者長方體)、淋溶液收集管5-8、液壓控制裝置5-9、液壓升降桿支腿5-10、雨滴動能測定儀托板5-11、雨量筒托板5-12、雨滴動能測定儀5-13、雨量筒5-14、模擬容器支架5-15和液壓升降裝置5-16，其中，所述的模擬容器5-1下端一側設置有兩個模擬容器支腿5-5，另一側設置有模擬容器支架5-15，所述的模擬容器支架5-15通過套筒與下端的液壓升降裝置5-16連接，液壓升降裝置5-16下端設置有液壓升降桿支腿5-10，并且所述的液壓升降桿支腿5-10通過液壓管與液壓控制裝置
5-9相連；所述的模擬容器5-1底面上均勻設置有淋溶液收集孔，淋溶液收集孔通過收集管連接淋溶液收集器5-7 ;在所述的模擬容器5-1上端的一側設置有用于固定雨量筒5-14的雨量筒托板5-12和用于固定滴動能測定儀5-13的雨滴動能測定儀托板5-11(與模擬容器5-1焊接連接)，另一側設置有徑流液收集器5-3(與模擬容器5-1焊接連接)，所述的徑流液收集器5-3通過徑流液收集管連接放置于模擬容器5-1 —側的徑流液貯存器5-4 (長方體或圓柱體)，徑流液收集器5-3的下表面與模擬容器5-1的上表面在同一水平線上。所述的模擬容器5-1的一個側面上設置有傳感器導線孔，用于導出放置于模擬容器5-1內部的傳感器的導線。所述的收集管上還設置有LWGY型流量測定器5-6，流量測定器5-6的輸出端與控制平臺I另一路輸入端相連接；所述的徑流液收集管上還設置有MS2000型泥沙含量測定裝置5-2，泥沙含量測定裝置5-2的輸出端與控制平臺I又一路輸入端相連接。
[0025]本實用新型實施例中，觀測裝置2由三維攝像裝置和支撐桿構成。觀測裝置位于模擬裝置5-1的一側，三維攝像采用JVC-GS-TDl型3D立體攝像機，裝置安裝于支撐桿的上端。
[0026]本實用新型實施例中，雨量筒托板5-12通過鉸接的方式與模擬容器5-1相連，實現雨量筒5-14始終保持水平狀態。以鉸接形式與模擬容器5-1相連的雨量筒托板5-12可以變換其自身與水平方向之間的夾角，該夾角所變換的范圍為-90°?90°，當模擬容器
5-1在液壓升降桿支腿5-10的支撐作用下與水平方向形成一定角度時，可以調整雨量筒托板與水平方向保持一致，從而使得置于雨量筒托板5-12上的雨量筒5-14在對試驗過程中的降雨量進行實時監測時保持水平；
[0027]另外，風速測定儀4-3的輸出端、風向測定儀4-4的輸出端、雨量筒5_14的輸出端、雨滴動能測定儀5-13的輸出端依次連接控制平臺I的多路輸入端；風扇4-2的輸入端、液壓控制裝置5-9的輸入端分別連接控制平臺I的多路輸出端，本實用新型實施例中，控制平臺采用計算機，雨滴動能測定儀型號為Parsivel-1I型、風向測定儀型號為HYXC-2FX、風速測定儀型號為HS-FS01、雨量筒為RM Young52202型。
[0028]控制平臺I通過連接在供水管網上的水泵調壓裝置對水壓進行實時的控制，根據連接在模擬容器5-1上的雨量筒5-14及雨滴動能測定儀5-13在降雨過程中所反饋的測量信號隨時調整供水壓力的大小，從而使得降雨噴頭所形成的降雨參數達到不同的工況要求；
[0029]以焊接形式與模擬容器5-1相連的雨滴動能測定儀托板5-11與模擬容器5-1的上表面保持在同一水平線上，當模擬容器在液壓升降桿支腿5-10的支撐作用下與水平方向形成一定角度時，雨滴動能測定儀托板5-11與水平方向之間的夾角與模擬容器5-1上表面與水平方向之間的夾角保持一致，從而使得置于雨滴動能測定儀托板5-11上的雨滴動能測定儀5-13可以在試驗過程中對降落到模擬容器中廢石坡面上的雨滴動能進行實時監測；
[0030]所述的液壓升降桿支腿5-10可在液壓控制裝置5-9的控制下產生不同的高度變化，與模擬容器5-1底部另外一側鉸接的模擬容器支腿5-5聯合作用使模擬容器產生不同傾角，能有效模擬具有不同自然安息角的采礦廢石所形成的坡面角度；
[0031]設置于模擬容器5-1底部的淋溶液收集孔及與其相連的淋溶液收集管可對由坡面入滲至模擬容器5-1底部不同區域的淋溶液進行收集，連接在淋溶液收集管上的流量測定器5-2可以對不同時間內淋溶液收集管中的淋溶液流量進行定量化測量，淋溶液最終進入淋溶液收集器，方便隨時對淋溶液取樣進行化學成分分析；
[0032]所采用的正八邊形的風扇布設方式，可根據所設置的風速測定儀及風向測定儀所反饋的監測信號隨時對風扇的角度和轉數進行實時調整，從而實現對不同風向、不同風速的風進行模擬。
【權利要求】
1.一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置，包括控制平臺(I)、觀測裝置(2)，其特征在于:還包括降雨裝置(3)、自然風模擬裝置(4)和模擬裝置(5)，降雨裝置(3)連接自然風模擬裝置(4)，降雨裝置(3)的下端設置有模擬裝置(5)，模擬裝置(5)的一側設置有觀測裝置(2)，所述的控制平臺(I)分別連接觀測裝置(2)、降雨裝置(3)、自然風模擬裝置(4)和模擬裝置(5);其中， 所述的降雨裝置(3)包括水箱(3-1)、潛水泵(3-2)、供水管網支架(3-3)、水泵調壓裝置(3-4)、噴嘴(3-5)和降雨供水管網(3-6)，其中，所述的潛水泵(3-2)設置于水箱(3-1)內，潛水泵(3-2)通過供水管連接設置于水箱(1-1)上方的水泵調壓裝置(3-4)進水口，水泵調壓裝置(3-4)的出水口連接設置于供水管網支架(3-3)上的一個供水管，上述供水管連接設置于供水管網支架(3-3)上端的降雨供水管網(3-6)，所述的降雨供水管網(3-6)上設置有噴嘴(3-5)； 所述的自然風模擬裝置(4)包括風扇支架(4-1)、風扇(4-2)、風速測定儀(4-3)和風向測定儀(4-4)，其中，所述的風扇(4-2)通過風扇支架(4-1)環繞設置于供水管網支架(3-3)的上端；所述的風速測定儀(4-3)和風向測定儀(4-4)分別通過連接管連接于供水管網支架(3-3)中心，并位于模擬裝置(5)的上方； 所述的模擬裝置(5)包括模擬容器(5-1)、徑流液收集器(5-3)、徑流液貯存器(5-4)、模擬容器支腿(5-5)、淋溶液收集器(5-7)、淋溶液收集管(5-8)、液壓控制裝置(5-9)、液壓升降桿支腿(5-10)、雨滴動能測定儀托板(5-11)、雨量筒托板(5-12)、雨滴動能測定儀(5-13)、雨量筒(5-14)、模擬容器支架(5-15)和液壓升降裝置(5_16)，其中，所述的模擬容器(5-1)下端一側設置有兩個模擬容器支腿(5-5)，另一側設置有模擬容器支架(5-15)，所述的模擬容器支架(5-15)通 過套筒與下端的液壓升降裝置(5-16)連接，液壓升降裝置(5-16)下端設置有液壓升降桿支腿(5-10)，并且所述的液壓升降桿支腿(5-10)通過液壓管與液壓控制裝置(5-9)相連；所述的模擬容器(5-1)底面上均勻設置有淋溶液收集孔，淋溶液收集孔通過淋溶液收集管(5-8)連接淋溶液收集器(5-7);在所述的模擬容器(5-1)上端的一側設置有用于固定雨量筒(5-14)的雨量筒托板(5-12)和用于固定滴動能測定儀(5-13)的雨滴動能測定儀托板(5-11)，另一側設置有徑流液收集器(5-3)，所述的徑流液收集器(5-3)通過徑流液收集管連接放置于模擬容器(5-1)另一側的徑流液貯存器(5-4)。
2.根據權利要求1所述的采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置，其特征在于:所述的模擬容器(5-1)的一個側面上設置有傳感器導線孔，用于導出放置于模擬容器(5-1)內部的傳感器的導線。
3.根據權利要求1所述的采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置，其特征在于:所述的設置于供水管網支架(3-3)上的一個供水管上設置有水壓表(3-7)，所述的水壓表(3-7)的輸出端與控制平臺(I) 一路輸入端相連接；淋溶液收集管(5-8)上還設置有流量測定器(5-6)，流量測定器(5-6)的輸出端與控制平臺(I)另一路輸入端相連接；徑流液收集管上還設置有泥沙含量測定裝置(5-2)和流量測定器(5-17)，泥沙含量測定裝置(5-2)的輸出端、流量測定器(5-17)的輸出端分別與控制平臺(I)兩路輸入端相連接；另外，風速測定儀(4-3)的輸出端、風向測定儀(4-4)的輸出端、雨量筒(5-14)的輸出端、雨滴動能測定儀(5-13)的輸出端依次連接控制平臺(I)多路輸入端；風扇(4-2)的輸入端、液壓控制裝置(5-9)的輸入端分別連接控制平臺(I)的多路輸出端。
4.根據權利要求1所述的采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置，其特征在于:所述的雨量筒托板(5-12)通過鉸接的方式與模擬容器(5-1)相連，使雨量筒(5-14)始終保持水平狀 態。
【文檔編號】G01N17/00GK203519470SQ201320634542
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月15日 優先權日:2013年10月15日
【發明者】姜利國, 尹成薇, 梁冰, 董擎, 鄭澤, 趙穎, 陳億軍, 薛強, 譚曉引 申請人:遼寧工程技術大學, 中國科學院武漢巖土力學研究所