一种采矿废石堆体降雨入渗实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型一种采矿废石堆体降雨入渗实验装置，属于环境岩土工程领域，该装置包括控制平台、观测装置、降雨装置、自然风模拟装置和模拟装置；该实验系统能在考虑不同风速、风向影响下模拟不同降雨条件对具有不同坡面倾角、不同内部结构特征的采矿废石堆体坡面所形成的侵蚀特性及入渗雨水在废石堆体内部所形成的淋滤特性，有利于分析采矿废石堆体在降雨条件下所产生的环境地质灾害，并可通过改变模拟容器采矿废石堆体的材料来对采矿废石堆体生态修复技术的实施效果进行检验和论证，并且检测过程中，所有的参数设置、数据监测、记录和处理都可通过控制平台集中控制处理完成，保证了试验效果并极大提高了试验效率。
【专利说明】一种采矿废石堆体降雨入渗实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于环境岩土工程领域，具体涉及一种采矿废石堆体降雨入渗实验装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国工业化的迅速发展，矿产资源的需求与日俱增。在对煤炭及金属矿产的开发利用过程中，会产生大量含有重金属元素及其它有毒有害物质的废石、废渣及尾矿等固体废弃物。这些固体废弃物随开采活动被运至地表后，通常所采用的处置方式为露天集中堆存，形成体积庞大的采矿废石堆体。在自然降水的长期淋滤作用下，废石中的有毒有害物质会发生溶解、迁移、沉淀等地球化学作用，从而对附近的土壤-水环境产生污染。
[0003]目前，从实验角度对降雨淋滤作用的模拟主要采用土柱淋溶，其主要是将原状土或扰动土装入具有一定长度的圆柱内，在圆柱顶部按照实际的降水条件设置不同的水头高度来驱使水分通过圆柱体内的土壤，并通过在圆柱底部对淋溶液进行收集来研究水分对土壤所形成的淋滤作用。对于降雨在坡面上所形成的侵蚀作用的模拟主要采用坡面降雨侵蚀实验装置，其主要通过控制雨强和坡度来实现对各种坡度及雨强的降雨侵蚀实验。
[0004]目前常用的土柱淋溶实验装置只能在垂直方向上模拟水分在介质中的入渗对废石所产生的淋滤作用，无法模拟不同降雨条件对坡面所形成的侵蚀作用；而常用的坡面降雨侵蚀试验系统只能模拟降水对坡面的侵蚀特性，无法对入渗至坡体内部的水分所形成的淋滤作用进行模拟分析。目前，针对降雨作用对采矿废石堆体所产生的坡面侵蚀及坡体淋溶过程的本构关系还未真正建立起来，从而未能实现对降雨作用下采矿废石堆体坡面产流、土壤侵蚀、坡体入渗及溶质迁移的过程进行有效的模拟和行为预测。
[0005]因此，研发能开展在不同降雨条件对具有不同坡面倾角、不同内部结构特征的采矿废石堆体所产生的坡面侵蚀特性和淋滤特性的模拟系统，探讨复杂工况下采矿废石堆体所诱发的环境地质灾害的发生机理和获取相关试验数据，为矿山企业对采矿废石堆体进行生态修复提供必要的技术参数是亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本实用新型提出一种采矿废石堆体降雨入渗实验装置，以实现在不同降雨强度、不同坡面倾角和不同坡体内部废石结构特征情况下，模拟采矿废石堆体降雨入渗的目的。
[0007]一种采矿废石堆体降雨入渗实验装置，包括控制平台、观测装置，还包括降雨装置、自然风模拟装置和模拟装置，降雨装置连接自然风模拟装置，降雨装置的下端设置有模拟装置，模拟装置的一侧设置有观测装置，所述的控制平台分别连接观测装置、降雨装置、自然风模拟装置和模拟装置；其中，
[0008]所述的降雨装置包括水箱、潜水泵、供水管网支架、水泵调压装置、喷嘴和降雨供水管网，其中，所述的潜水泵设置于水箱内，潜水泵通过供水管连接设置于水箱上方的水泵调压装置进水口，水泵调压装置的出水口连接设置于供水管网支架上的一个供水管，上述供水管连接设置于供水管网支架上端的降雨供水管网，所述的降雨供水管网上设置有喷嘴；
[0009]所述的自然风模拟装置包括风扇支架、风扇、风速测定仪和风向测定仪，其中，所述的风扇通过风扇支架环绕设置于供水管网支架的上端；所述的风速测定仪和风向测定仪分别通过连接管连接于供水管网支架中心；
[0010]所述的模拟装置包括模拟容器、径流液收集器、径流液贮存器、模拟容器支腿、淋溶液收集器、淋溶液收集管、液压控制装置、液压升降杆支腿、雨滴动能测定仪托板、雨量筒托板、雨滴动能测定仪、雨量筒、模拟容器支架和液压升降装置，其中，所述的模拟容器下端一侧设置有两个模拟容器支腿，另一侧设置有模拟容器支架，所述的模拟容器支架通过套筒与下端的液压升降装置连接，液压升降装置下端设置有液压升降杆支腿，并且所述的液压升降杆支腿通过液压管与液压控制装置相连；所述的模拟容器底面上均匀设置有淋溶液收集孔，淋溶液收集孔通过淋溶液收集管连接淋溶液收集器；在所述的模拟容器上端的一侧设置有用于固定雨量筒的雨量筒托板和用于固定滴动能测定仪的雨滴动能测定仪托板，另一侧设置有径流液收集器，所述的径流液收集器通过径流液收集管连接放置于模拟容器另一侧的径流液贮存器。
[0011]所述的模拟容器的一个侧面上设置有传感器导线孔，用于导出放置于模拟容器内部的传感器的导线。
[0012]所述的设置于供水管网支架上的一个供水管上设置有水压表，所述的水压表的输出端与控制平台一路输入端相连接；淋溶液收集管上还设置有流量测定器，流量测定器的输出端与控制平台另一路输入端相连接；径流液收集管上还设置有泥沙含量测定装置和流量测定器，泥沙含量测定装置的输出端、流量测定器的输出端分别与控制平台两路输入端相连接；另外，风速测定仪的输出端、风向测定仪的输出端、雨量筒的输出端、雨滴动能测定仪的输出端依次连接控制平台多路输入端；风扇的输入端、液压控制装置的输入端分别连接控制平台的多路输出端。
[0013]所述的雨量筒托板通过铰接的方式与模拟容器相连，使雨量筒始终保持水平状态。
[0014]本实用新型优点:
[0015]本实用新型一种采矿废石堆体降雨入渗实验装置，该模拟系统能在考虑不同风速、风向影响下模拟不同降雨条件对具有不同坡面倾角、不同内部结构特征的采矿废石堆体坡面所形成的侵蚀特性及入渗雨水在废石堆体内部所形成的淋滤特性，有利于分析采矿废石堆体在降雨条件下所产生的环境地质灾害，并可通过改变模拟容器采矿废石堆体的材料来对采矿废石堆体生态修复技术的实施效果进行检验和论证，并且检测过程中，所有的参数设置、数据监测、记录和处理都可通过控制平台集中控制处理完成，保证了试验效果并极大提高了试验效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型一种实施例的整体结构框图；[0017]图2为本实用新型一种实施例的降雨装置结构框图；
[0018]图3为本实用新型一种实施例的自然风模拟装置结构框图；
[0019]图4为本实用新型一种实施例的模拟装置结构框图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。
[0021]一种采矿废石堆体降雨入渗实验装置，如图1所示，包括控制平台1、观测装置2，还包括降雨装置3、自然风模拟装置4和模拟装置5，降雨装置3连接自然风模拟装置4，降雨装置3的下端设置有模拟装置5，模拟装置5的一侧设置有观测装置2，所述的控制平台I分别连接观测装置2、降雨装置3、自然风模拟装置4和模拟装置5 ;其中，
[0022]如图2所示，所述的降雨装置3包括水箱3-1、潜水泵3-2、供水管网支架3-3、水泵调压装置3-4、喷嘴3-5和降雨供水管网3-6，其中，所述的潜水泵3-2设置于水箱3_1内，潜水泵3-2通过供水管连接设置于水箱3-1上方的水泵调压装置3-4进水口，水泵调压装置3-4的出水口连接设置于供水管网支架3-3上的一个供水管，上述供水管连接设置于供水管网支架3-3上端的降雨供水管网3-6，所述的降雨供水管网3-6上设置有喷嘴3-5 ;所述的设置于供水管网支架3-3上的一个供水管上设置有水压表3-7，所述的水压表3-7的输出端与控制平台I一路输入端相连接。
[0023]如图3所示，所述的自然风模拟装置4包括风扇支架4-1、风扇4-2、风速测定仪
4-3和风向测定仪4-4，其中，所述的风扇4-2通过风扇支架4-1环绕设置于供水管网支架3-3的上端；所述的风速测定仪4-3和风向测定仪4-4分别通过连接管连接于供水管网支架3-3的中心；本实用新型实施例中，采用8个风扇4-2，上述8个风扇设置高度相同，采取正八边形的布设方式，八边形的每条边上均布设一个风扇4-2 ;风速测定仪4-3与风向测定仪4-4设置在模拟容器5-1中心的上方。
[0024]如图4所示，所述的模拟装置5包括模拟容器5-1、径流液收集器5-3、径流液贮存器5-4、模拟容器支腿5-5、淋溶液收集器5-7 (圆柱形或者长方体)、淋溶液收集管5-8、液压控制装置5-9、液压升降杆支腿5-10、雨滴动能测定仪托板5-11、雨量筒托板5-12、雨滴动能测定仪5-13、雨量筒5-14、模拟容器支架5-15和液压升降装置5-16，其中，所述的模拟容器5-1下端一侧设置有两个模拟容器支腿5-5，另一侧设置有模拟容器支架5-15，所述的模拟容器支架5-15通过套筒与下端的液压升降装置5-16连接，液压升降装置5-16下端设置有液压升降杆支腿5-10，并且所述的液压升降杆支腿5-10通过液压管与液压控制装置
5-9相连；所述的模拟容器5-1底面上均匀设置有淋溶液收集孔，淋溶液收集孔通过收集管连接淋溶液收集器5-7 ;在所述的模拟容器5-1上端的一侧设置有用于固定雨量筒5-14的雨量筒托板5-12和用于固定滴动能测定仪5-13的雨滴动能测定仪托板5-11(与模拟容器5-1焊接连接)，另一侧设置有径流液收集器5-3(与模拟容器5-1焊接连接)，所述的径流液收集器5-3通过径流液收集管连接放置于模拟容器5-1 —侧的径流液贮存器5-4 (长方体或圆柱体)，径流液收集器5-3的下表面与模拟容器5-1的上表面在同一水平线上。所述的模拟容器5-1的一个侧面上设置有传感器导线孔，用于导出放置于模拟容器5-1内部的传感器的导线。所述的收集管上还设置有LWGY型流量测定器5-6，流量测定器5-6的输出端与控制平台I另一路输入端相连接；所述的径流液收集管上还设置有MS2000型泥沙含量测定装置5-2，泥沙含量测定装置5-2的输出端与控制平台I又一路输入端相连接。
[0025]本实用新型实施例中，观测装置2由三维摄像装置和支撑杆构成。观测装置位于模拟装置5-1的一侧，三维摄像采用JVC-GS-TDl型3D立体摄像机，装置安装于支撑杆的上端。
[0026]本实用新型实施例中，雨量筒托板5-12通过铰接的方式与模拟容器5-1相连，实现雨量筒5-14始终保持水平状态。以铰接形式与模拟容器5-1相连的雨量筒托板5-12可以变换其自身与水平方向之间的夹角，该夹角所变换的范围为-90°?90°，当模拟容器
5-1在液压升降杆支腿5-10的支撑作用下与水平方向形成一定角度时，可以调整雨量筒托板与水平方向保持一致，从而使得置于雨量筒托板5-12上的雨量筒5-14在对试验过程中的降雨量进行实时监测时保持水平；
[0027]另外，风速测定仪4-3的输出端、风向测定仪4-4的输出端、雨量筒5_14的输出端、雨滴动能测定仪5-13的输出端依次连接控制平台I的多路输入端；风扇4-2的输入端、液压控制装置5-9的输入端分别连接控制平台I的多路输出端，本实用新型实施例中，控制平台采用计算机，雨滴动能测定仪型号为Parsivel-1I型、风向测定仪型号为HYXC-2FX、风速测定仪型号为HS-FS01、雨量筒为RM Young52202型。
[0028]控制平台I通过连接在供水管网上的水泵调压装置对水压进行实时的控制，根据连接在模拟容器5-1上的雨量筒5-14及雨滴动能测定仪5-13在降雨过程中所反馈的测量信号随时调整供水压力的大小，从而使得降雨喷头所形成的降雨参数达到不同的工况要求；
[0029]以焊接形式与模拟容器5-1相连的雨滴动能测定仪托板5-11与模拟容器5-1的上表面保持在同一水平线上，当模拟容器在液压升降杆支腿5-10的支撑作用下与水平方向形成一定角度时，雨滴动能测定仪托板5-11与水平方向之间的夹角与模拟容器5-1上表面与水平方向之间的夹角保持一致，从而使得置于雨滴动能测定仪托板5-11上的雨滴动能测定仪5-13可以在试验过程中对降落到模拟容器中废石坡面上的雨滴动能进行实时监测；
[0030]所述的液压升降杆支腿5-10可在液压控制装置5-9的控制下产生不同的高度变化，与模拟容器5-1底部另外一侧铰接的模拟容器支腿5-5联合作用使模拟容器产生不同倾角，能有效模拟具有不同自然安息角的采矿废石所形成的坡面角度；
[0031]设置于模拟容器5-1底部的淋溶液收集孔及与其相连的淋溶液收集管可对由坡面入渗至模拟容器5-1底部不同区域的淋溶液进行收集，连接在淋溶液收集管上的流量测定器5-2可以对不同时间内淋溶液收集管中的淋溶液流量进行定量化测量，淋溶液最终进入淋溶液收集器，方便随时对淋溶液取样进行化学成分分析；
[0032]所采用的正八边形的风扇布设方式，可根据所设置的风速测定仪及风向测定仪所反馈的监测信号随时对风扇的角度和转数进行实时调整，从而实现对不同风向、不同风速的风进行模拟。
【权利要求】
1.一种采矿废石堆体降雨入渗实验装置，包括控制平台(I)、观测装置(2)，其特征在于:还包括降雨装置(3)、自然风模拟装置(4)和模拟装置(5)，降雨装置(3)连接自然风模拟装置(4)，降雨装置(3)的下端设置有模拟装置(5)，模拟装置(5)的一侧设置有观测装置(2)，所述的控制平台(I)分别连接观测装置(2)、降雨装置(3)、自然风模拟装置(4)和模拟装置(5);其中， 所述的降雨装置(3)包括水箱(3-1)、潜水泵(3-2)、供水管网支架(3-3)、水泵调压装置(3-4)、喷嘴(3-5)和降雨供水管网(3-6)，其中，所述的潜水泵(3-2)设置于水箱(3-1)内，潜水泵(3-2)通过供水管连接设置于水箱(1-1)上方的水泵调压装置(3-4)进水口，水泵调压装置(3-4)的出水口连接设置于供水管网支架(3-3)上的一个供水管，上述供水管连接设置于供水管网支架(3-3)上端的降雨供水管网(3-6)，所述的降雨供水管网(3-6)上设置有喷嘴(3-5)； 所述的自然风模拟装置(4)包括风扇支架(4-1)、风扇(4-2)、风速测定仪(4-3)和风向测定仪(4-4)，其中，所述的风扇(4-2)通过风扇支架(4-1)环绕设置于供水管网支架(3-3)的上端；所述的风速测定仪(4-3)和风向测定仪(4-4)分别通过连接管连接于供水管网支架(3-3)中心，并位于模拟装置(5)的上方； 所述的模拟装置(5)包括模拟容器(5-1)、径流液收集器(5-3)、径流液贮存器(5-4)、模拟容器支腿(5-5)、淋溶液收集器(5-7)、淋溶液收集管(5-8)、液压控制装置(5-9)、液压升降杆支腿(5-10)、雨滴动能测定仪托板(5-11)、雨量筒托板(5-12)、雨滴动能测定仪(5-13)、雨量筒(5-14)、模拟容器支架(5-15)和液压升降装置(5_16)，其中，所述的模拟容器(5-1)下端一侧设置有两个模拟容器支腿(5-5)，另一侧设置有模拟容器支架(5-15)，所述的模拟容器支架(5-15)通 过套筒与下端的液压升降装置(5-16)连接，液压升降装置(5-16)下端设置有液压升降杆支腿(5-10)，并且所述的液压升降杆支腿(5-10)通过液压管与液压控制装置(5-9)相连；所述的模拟容器(5-1)底面上均匀设置有淋溶液收集孔，淋溶液收集孔通过淋溶液收集管(5-8)连接淋溶液收集器(5-7);在所述的模拟容器(5-1)上端的一侧设置有用于固定雨量筒(5-14)的雨量筒托板(5-12)和用于固定滴动能测定仪(5-13)的雨滴动能测定仪托板(5-11)，另一侧设置有径流液收集器(5-3)，所述的径流液收集器(5-3)通过径流液收集管连接放置于模拟容器(5-1)另一侧的径流液贮存器(5-4)。
2.根据权利要求1所述的采矿废石堆体降雨入渗实验装置，其特征在于:所述的模拟容器(5-1)的一个侧面上设置有传感器导线孔，用于导出放置于模拟容器(5-1)内部的传感器的导线。
3.根据权利要求1所述的采矿废石堆体降雨入渗实验装置，其特征在于:所述的设置于供水管网支架(3-3)上的一个供水管上设置有水压表(3-7)，所述的水压表(3-7)的输出端与控制平台(I) 一路输入端相连接；淋溶液收集管(5-8)上还设置有流量测定器(5-6)，流量测定器(5-6)的输出端与控制平台(I)另一路输入端相连接；径流液收集管上还设置有泥沙含量测定装置(5-2)和流量测定器(5-17)，泥沙含量测定装置(5-2)的输出端、流量测定器(5-17)的输出端分别与控制平台(I)两路输入端相连接；另外，风速测定仪(4-3)的输出端、风向测定仪(4-4)的输出端、雨量筒(5-14)的输出端、雨滴动能测定仪(5-13)的输出端依次连接控制平台(I)多路输入端；风扇(4-2)的输入端、液压控制装置(5-9)的输入端分别连接控制平台(I)的多路输出端。
4.根据权利要求1所述的采矿废石堆体降雨入渗实验装置，其特征在于:所述的雨量筒托板(5-12)通过铰接的方式与模拟容器(5-1)相连，使雨量筒(5-14)始终保持水平状 态。
【文档编号】G01N17/00GK203519470SQ201320634542
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】姜利国, 尹成薇, 梁冰, 董擎, 郑泽, 赵颖, 陈亿军, 薛强, 谭晓引 申请人:辽宁工程技术大学, 中国科学院武汉岩土力学研究所