一种闭坑矿山污染物释放与运移模拟实验装置

本发明属于矿山模拟，涉及一种闭坑矿山污染物释放与运移模拟实验装置。

背景技术：

1、井工开采矿山闭坑后由于抽排水的停止，区域地下水位回升会对地下水环境造成污染，例如煤矿矿山闭坑后释放的酸性矿井水严重危害了周边的河流和地下水环境质量，造成区域水体ph降低、(类)重金属含量超标等，研究污染物释放及其运移扩散过程，开展闭坑矿山水生态修复成为研究热点。但由于闭坑后矿山难以进入、条件复杂，调查难度大、成本高，因此室内物理模型模拟实验是一种更加适宜的研究方法。

2、目前常见的一类模拟装置包括供水模拟系统、矿山模拟系统和排水模拟系统。这类装置的供水形式较为单一，只能用于研究污染物释放的一种情况；多数装置内部无法形成污染矿井水如酸性矿井水，只能通过外部注入，并监测其在装置中的运移变化规律，但人为注入污染水体与自然形成释放的情况仍有较大区别，在野外污染物的释放还受到上层土壤、含水层岩性、植物、降雨等的影响，所以模拟真实情况下污染物的释放规律具有一定难度。

3、另外一方面现有的实验装置没有重点针对“闭坑矿山”的情况和条件，所谓“全生命周期”类的模拟装置无法细化对闭坑矿山内部结构、污染物释放等方面的考量，而闭坑矿山与生产矿山存在显著的差异特征，无法简单用一个装置同时模拟，目前已有的类似装置如一种用于模拟废弃矿井地下水水位回升的实验装置的制作方法、矿山地下水污染的多场耦合模拟试验装置及方法等均存在类似问题。还有一类模拟装置侧重于治理及修复的研究，这类装置还增加了废水处理系统，可用于研究酸性矿井水的治理效果，但不能深入揭示其污染机理。

4、在目前已有的模拟实验装置中仍然存在一些弊端，首先是缺乏降雨器，闭坑矿山地下水补给系统不完善，传统装置往往只考虑地下水的侧向补给，忽视了降雨的影响，而不同雨强降雨对酸性矿井水释放的影响存在一定规律；其次是未做到智能实时监测。传统的闭坑矿山模拟装置未安装传感器，不能做到连续监测所释放的酸性矿井水的各项参数，而自然状态下酸性矿井水的ph、电导率、氧化还原电位等参数在释放与运移过程中是不断变化的，只有监测数据足够密集才能发现酸性矿井水的运移扩散规律；再次是污染物的释放形式单一。大多闭坑矿山模拟装置通过人为配制污染物如酸性矿井水注入模拟系统，不是由矿渣、机械设备释放形成，也不考虑各种形式降雨、上层岩石及土壤的影响，与实际情况存在较大差异；同时未考虑气体影响。传统模拟装置未安装气瓶，不能进行如碳酸盐岩含水层相关的开放-封闭系统模拟；并且水泵未设置或不合理，无法完整模拟矿山闭坑的全过程水动力场变化，矿山闭坑导致抽排水停止，从而导致酸性矿井水涌出，传统装置基本都忽视了这一过程中闭坑煤矿水质的变化。还有就是已有装置考虑了北方地区深部开采条件，但却无法模拟南方岩溶山区从降雨入渗、侧向补给等对闭坑矿山污染物释放与运移规律，也未考虑降雨从裂隙介质进入后的过程。

5、这些缺陷使得在实验中，难以控制降雨的起止，实验室常用的针头式降雨器无法在每一个针头安装阀门，难以控制降雨的起止，导致降雨装置供水开始与结束时雨强不稳定；其次是风向与不均匀降雨的情况鲜少考虑，传统降雨装置针头与喷头的位置固定，需要外力干预才能模拟风向与不均匀降雨；调节雨强的方法单一，传统降雨装置一般通过控制水箱内水位高度来调控雨强，这种方法费时费力，调节过后的雨强误差大；易造成水资源浪费，固定雨强时需要通过供水与排水保持水位基本不变，传统降雨装置缺少循环系统，直接排水造成水资源浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种闭坑矿山污染物释放与运移模拟实验装置。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种闭坑矿山污染物释放与运移模拟实验装置，包括降雨模拟系统，所述降雨模拟系统下方设置有闭坑矿山模拟系统；

4、所述降雨模拟系统连通第一水箱；

5、所述闭坑矿山模拟系统分别连通数据采集系统和供气供水系统；

6、所述闭坑矿山模拟系统包括模拟箱，所述模拟箱内由上至下间隔设置有若干个横向隔板，所述若干个横向隔板的两端设置均设置有竖向隔板，所述横向隔板和竖向隔板上均开设有若干个通孔，所述每个横向隔板用于放置对应的实验物质，所述每个横向隔板上均设置有测压管，所述测压管连通数据采集系统；

7、所述模拟箱连通供气供水系统，模拟箱上设置有传感器，所述传感器连接数据采集系统；

8、所述模拟箱的底部设置有水泵，所述水泵上连接水管，所述水管由下至上依次贯通每个横向隔板。

9、本发明的进一步改进在于：

10、所述每个横向隔板上均设置有透水反应箱，所述透水反应箱内放置有对应的实验物质。

11、所述模拟箱的侧壁上设置有第二控制阀，所述第二控制阀连通供气供水系统。

12、所述第二控制阀由上至下间隔分布，所述每层横向隔板处均对应一个第二控制阀，每个第二控制阀的一侧均设置有对应的传感器。

13、所述降水模拟系统包括伸缩支架，所述伸缩支架上设置有降水模拟箱，所述降水模拟箱上开设有进水口和出水口，所述进水口和出水口均连通第一水箱；

14、所述模拟水箱内部设置有若干降雨器，所述闭坑矿山模拟系统设置在降雨器出口的下方。

15、所述降雨模拟箱内部设置有隔板，所述隔板上开设有若干通孔，所述隔板将降雨模拟箱内部分隔成储水区和降雨区；

16、所述储水区顶部设置有橡胶塞，所述进水口设置在储水区的侧壁上，所述出水口设置在降雨区的侧壁上。

17、所述降雨模拟箱的进水口处设置有第一流量计。

18、所述伸缩支架一侧还设置有光电式雨量传感器。

19、所述供气供水系统包括第二水箱，所述第二水箱的进口端分别连通co气瓶和净水器的出口端，所述第二水箱的出口端连通闭坑矿山模拟系统的入口端。

20、所述第二水箱的出口端与闭坑矿山模拟系统的入口端之间设置有第二流量计。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、本发明公开了一种闭坑矿山污染物释放与运移模拟实验装置，降雨模拟系统的下方设置有闭坑矿山模拟系统，通过降雨模拟系统可以根据多种不同的实际情况对闭坑矿山模拟系统进行降雨模拟，闭坑矿山模拟系统的还连接供气供水系统，供气供水系统可以模拟地下水补给，更加符合野外情况，具体在闭坑矿山模拟系统内设置由上至下设置有若干个横向隔板，每层隔板上放置对应的实验物质，从而模拟多种水文地质结构，在模拟箱的底部设置有水泵，水泵通过水管依次贯通每个横向隔板，可以能够模拟从生产到闭坑过程、淹没再到重新稳定后的地下水流场，便于研究闭坑矿山污染物释放的完整过程，并且在隔板上设置有测压管，在模拟箱上设置有传感器，可以分别实时监测模拟闭坑矿山中的水质变化，水质参数以曲线形式和每层水压，并将参数传递至数据采集系统，能够实时分析模拟装置中的水质变化规律，做到连续监测所释放的酸性矿井水的各项参数，获取酸性矿井水的运移扩散规律，本发明公开了一种针对闭坑矿山实际情况的实验装置，考虑了多种客观因素的影响，该装置可以根据实际情况，对闭坑矿山进行实际的模拟实验，获取的实验数据更精确。

23、进一步的，本发明中，每个横向隔板上通过反应箱放置不同的实验物质，模拟降雨从入渗到闭坑矿山空间的整个过程，更加贴近天然条件。

24、进一步的，本发明中，每个控制阀的一侧均设置有传感器，可以精准实时监测每一层的水质，通过每一层的参数可以让酸性矿井水释放与运移中水化学场的变化更清晰直观。

25、进一步的，本发明中，降雨模拟箱中有进水口和出水口，且均连通水箱，实现降雨系统中水的循环利用，节约水资源。

26、进一步的，本发明中，降雨模拟箱内部分为储水区和降雨区，水源优先进入储水区，然后通过隔板上的通孔进入降雨区，保证水源能够均匀的进入装置，且可以使得雨水均匀流入降雨区，各部分的雨强更稳定。

27、进一步的，本发明中，供气供水系统中的第二水箱可以模拟侧向地下水补给，增加的co2气瓶与横向隔板上的反应物质配合，使得装置可开展“反应性污染物运移”模拟，通气装置不仅可观察固-液反应，还增加了固-液-气等多相反应模拟，结合闭坑矿山主体系统封闭设置还可实现南方岩溶山区碳酸盐岩含水层相关的开放-封闭系统模拟、深部结构中氧化还原环境模拟。