CN108169438A - 一种矿山采空区地下水净化试验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

一种矿山采空区地下水净化试验系统及试验方法，系统包括：注水单元、采空区模拟单元、支撑调节单元、以及水质测试单元，注水单元、采空区模拟单元、以及水质测试单元依次连通，采空区模拟单元由支撑调节单元承托；支撑调节单元调节采空区模拟单元的倾斜角度至试验倾斜角度；注水系统将试验用地下水抽采至采空区模拟单元；采空区模拟单元内设置有多种级配的净水材料，在试验倾斜角度下，对地下水进行净化后得到净化后地下水；水质测试单元对净化后地下水进行水质测试。本发明实现了采空区注水‑矸石净化同步长时间测试。同时，可调节采空区模拟单元的倾角，模拟不同倾斜采空区，从而实现模拟采矿区水岩体的耦合作用和净化机理。

Description

一种矿山采空区地下水净化试验系统及试验方法

技术领域

本发明涉及矿山采空区地下水相关技术领域，特别是一种矿山采空区地下水净化试验系统及试验方法。

背景技术

水净化试验是模拟水质变化的主要手段，其试验效果与试验装置和试验方法密切相关。室内试验装置是一种简便实用的监测方法，对分析水岩耦合作用的物理化学效应，研究合理利用和增强净化效果对提高矿井水资源的净化利用效率具有重要的指导意义。矿山采空区地下水赋存环境复杂，水质较差且差异性较大，而常规实验室装置主要目标是地表水，无法提供采矿区模拟装置，虽然可以通过砂粒或晶珠替代采矿区垮落岩块，但替代品无法分析水岩耦合作用下的岩体吸附、过滤和离子交换等物理化学效应的衰减特征。与此相比，也有部分试验装置采用细小岩块近似，但由于尺寸和结构原因无法实现级配组合和模拟真实的赋存环境，测试结果与实际出入很大。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术缺乏能模拟现场实际情况的试验系统的技术问题，提供一种矿山采空区地下水净化试验系统及试验方法。

本发明提供一种矿山采空区地下水净化试验系统，包括：注水单元、采空区模拟单元、支撑调节单元、以及水质测试单元，所述注水单元、所述采空区模拟单元、以及所述水质测试单元依次连通，所述采空区模拟单元由所述支撑调节单元承托；

所述支撑调节单元调节所述采空区模拟单元的倾斜角度至试验倾斜角度；

所述注水系统将试验用地下水抽采至采空区模拟单元；

所述采空区模拟单元内设置有多种级配的净水材料，在所述试验倾斜角度下，对所述地下水进行净化后得到净化后地下水；

所述水质测试单元对所述净化后地下水进行水质测试。

进一步的，所述采空区模拟单元包括：试验箱，所述试验箱包括顶板、底板、前端板、后端板以及两侧板，所述顶板、所述底板、所述前端板、所述后端板以及两所述侧板围出净水空间，多种级配的所述净水材料容置在所述净水空间内，所述支撑调节单元与所述底板连接；

所述顶板上部设置有注水管，所述注水管内设有多个与所述净水空间连通的进水通孔，设置在下方的前端板设有多个与所述净水空间连通的出水通孔，所述底板设置有至少一个能够与所述净水空间连通或关闭的取水口，所述取水口与所述水质测试单元连通。

更进一步的，所述采空区模拟单元还包括：设置在所述前端板下方的储水槽。

更进一步的，所述顶板、所述边框和所述前端板由透明树脂材料制成。

更进一步的，所述出水通孔的孔径小于所述净水材料的最小粒径。

进一步的，所述净水材料为矸石。

进一步的，所述注水单元包括地下水蓄水池、以及注水阀，所述地下水蓄水池的出水口通过所述注水阀与所述采空区模拟单元连通。

更进一步的，所述注水单元还包括水量控制装置，所述地下水蓄水池的出水口与所述水量控制装置的进水口连通，所述水量控制装置的出水口通过所述注水阀与所述采空区模拟单元连通。

进一步的，所述支撑调节单元包括多个与所述采空区模拟单元连接的液压支架。

本发明提供一种采用如前所述的矿山采空区地下水净化试验系统的试验方法，包括：

向所述采空区模拟单元装入不同级配的净水材料，通过所述支撑调节单元调节所述采空区模拟单元的倾斜角度至试验倾斜角度；

设定注水流量值，向所述采空区模拟单元内注入所述注水流量值的试验用地下水；

在多个时刻，从所述采空区模拟单元的不同位置取水至所述水质测试单元进行测试；

保存所述水质测试单元的测试数据并进行分析。

本发明实现了采空区注水-矸石净化同步长时间测试。同时，可调节采空区模拟单元的倾角，模拟不同倾斜采空区，从而实现模拟采矿区水岩体的耦合作用和净化机理。

附图说明

图1为本发明一种矿山采空区地下水净化试验系统的正视图；

图2为本发明一种矿山采空区地下水净化试验系统的侧面剖视图；

图3为本发明一种采用如前所述的矿山采空区地下水净化试验系统的试验方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1和图2所示为本发明一种矿山采空区地下水净化试验系统的结构示意图，包括：注水单元100、采空区模拟单元200、支撑调节单元300、以及水质测试单元400，所述注水单元100、所述采空区模拟单元200、以及所述水质测试单元400依次连通，所述采空区模拟单元200由所述支撑调节单元300承托；

所述支撑调节单元300调节所述采空区模拟单元200的倾斜角度至试验倾斜角度；

所述注水系统100将试验用地下水抽采至采空区模拟单元200；

所述采空区模拟单元200内设置有多种级配的净水材料6，在所述试验倾斜角度下，对所述地下水进行净化后得到净化后地下水；

所述水质测试单元400对所述净化后地下水进行水质测试。

具体来说，在采空区模拟单元200内设置好不同级配的净水材料6后，使用支撑调节单元300调节所述采空区模拟单元200的倾斜角度至试验倾斜角度后，然后通过注水系统100将试验用地下水抽采至采空区模拟单元200，等待采空区模拟单元200对所述地下水进行净化后得到净化后地下水，然后从采空区模拟单元200取水至水质测试单元400进行水质测试。

由于采空区模拟单元200内设置不同级配的净水材料6，因此，能实现级配组合和模拟真实的赋存环境。而支撑调节单元300调节所述采空区模拟单元200的倾斜角度至试验倾斜角度，则能够模拟不同倾斜采空区。

本发明实现了采空区注水-矸石净化同步长时间测试。同时，可调节采空区模拟单元的倾角，模拟不同倾斜采空区，从而实现模拟采矿区水岩体的耦合作用和净化机理。

在其中一个实施例中，所述采空区模拟单元包括：试验箱5，所述试验箱5包括顶板5b、底板5c、前端板5a、后端板5d以及两侧板，所述顶板5b、所述底板5c、所述前端板5a、所述后端板5d以及两所述侧板围出净水空间，多种级配的所述净水材料6容置在所述净水空间内，所述支撑调节单元300与所述底板5c连接；

所述顶板5b上部设置有注水管4，所述注水管4内设有多个与所述净水空间连通的进水通孔，设置在下方的前端板5a设有多个与所述净水空间连通的出水通孔，所述底板5c设置有至少一个能够与所述净水空间连通或关闭的取水口7，所述取水口与所述水质测试单元连通。

优选地，注水管4为四组，布置在采空区模拟装置5的顶板5b上端，注水管4底部布满注水通孔，底板5c处布置有四排、三列取水口7，取水口端口为小孔径筛网，取水口7通过取水管8与水质测试单元连通。

在其中一个实施例中，所述采空区模拟单元还包括：设置在所述前端板5a下方的储水槽10。

在其中一个实施例中，所述顶板5b、所述边框和所述前端板5a由透明树脂材料制成。

本实施例便于用户观察试验箱内的净水情况。

优选地，顶板5b和边框为透明树脂材料，前端板5a为布满出水通孔的透明树脂材料。

在其中一个实施例中，所述出水通孔的孔径小于所述净水材料的最小粒径。

本实施例能避免净水材料从出水通孔漏出。

在其中一个实施例中，所述净水材料6为矸石。

本实施例采用矸石，从而最大程度模拟现场实际情况，能模拟水岩耦合作用下的岩体吸附、过滤和离子交换等物理化学效应的衰减特征。

在其中一个实施例中，所述注水单元100包括地下水蓄水池1、以及注水阀3，所述地下水蓄水池1的出水口通过所述注水阀3与所述采空区模拟单元200连通。

本实施例通过注水阀3控制向采空区模拟单元200注水，注水阀3和注水管4为一组，优选为四组注水阀3和注水管4。

在其中一个实施例中，所述注水单元100还包括水量控制装置2，所述地下水蓄水池1的出水口与所述水量控制装置2的进水口连通，所述水量控制装置2的出水口通过所述注水阀3与所述采空区模拟单元200连通。

本实施例通过水量控制装置2调节与控制注水流量。

在其中一个实施例中，所述支撑调节单元300包括多个与所述采空区模拟单元200连接的液压支架11。

本实施例采用液压支架11调节采空模拟单元200的倾斜角度。

如图3所示，本发明一种采用如前所述的矿山采空区地下水净化试验系统的试验方法的工作流程图，包括：

步骤S301，向所述采空区模拟单元装入不同级配的净水材料，通过所述支撑调节单元调节所述采空区模拟单元的倾斜角度至试验倾斜角度；

步骤S302，设定注水流量值，向所述采空区模拟单元内注入所述注水流量值的试验用地下水；

步骤S303，在多个时刻，从所述采空区模拟单元的不同位置取水至所述水质测试单元进行测试；

步骤S304，保存所述水质测试单元的测试数据并进行分析。

作为本发明最佳实施例，一种矿山采空区地下水净化试验系统的结构示意图，包括：注水单元100、采空区模拟单元200、支撑调节单元300、以及水质测试单元400，所述注水单元100、所述采空区模拟单元200、以及所述水质测试单元400依次连通，所述采空区模拟单元200由所述支撑调节单元300承托；

所述支撑调节单元300调节所述采空区模拟单元200的倾斜角度至试验倾斜角度；

所述注水系统100将试验用地下水抽采至采空区模拟单元200；

所述采空区模拟单元200内设置有不同级配的矸石作为净水材料6，在所述试验倾斜角度下，对所述地下水进行净化后得到净化后地下水；

所述水质测试单元400对所述净化后地下水进行水质测试。

其中，所述注水单元100包括地下水蓄水池1、水量控制装置2、以及注水阀3，所述地下水蓄水池1的出水口与所述水量控制装置2的进水口连通，所述水量控制装置2的出水口通过所述注水阀3与所述采空区模拟单元200的试验箱内的净水空间连通。

所述采空区模拟单元包括：试验箱5，所述试验箱5包括顶板5b、底板5c、前端板5a、后端板5d以及两侧板，所述顶板5b、所述底板5c、所述前端板5a、所述后端板5d以及两所述侧板围出净水空间，多种级配的所述净水材料6容置在所述净水空间内，所述支撑调节单元300与所述底板5c连接,在所述前端板5a下方设置有储水槽10；

所述顶板5b上部设置有注水管4，注水管4与注水阀3配套，共四组注水阀3和注水管4，注水管4底部布满注水通孔，设置在下方的前端板5a设有多个与所述净水空间连通的出水通孔，所述出水通孔的孔径小于所述净水材料的最小粒径，所述底板5c设置有四排、三列能够与所述净水空间连通或关闭的取水口7，取水口端口为小孔径筛网，所述取水口7通过取水管8与所述水质测试单元的水质检测仪9连通，所述顶板5b、所述边框和所述前端板5a由透明树脂材料制成，便于用户观察试验箱内的净水情况。

所述支撑调节单元300包括在采空区模拟单元的底板5c四个角上安装的小型液压支架11，可对采空区倾斜角度进行调节，角度调节范围为0～60°。

所述水质测试单元400包括水质检测仪9，水质检测仪9为多参数在线水质检测仪，可实现水质实时检测与数据存储。

利用所述矿山采空区地下水净化试验装置的试验方法，其包括以下步骤：

第一步：布置采空区。打开采空区模拟单元200试验箱5的顶板5b，在试验箱5内装入不同级配的矸石6，盖好顶板5b。调整四个液压支柱11相对高度，使采空区倾斜预设角度。

第二步：设定水流控制系统流量值，按方案设计要求打开四个注水阀3，向采空区内注入地下水。

第三步：打开取水口7和水质检测仪9，对不同时刻、不同采空区位置处水质进行检测。

第四步：试验结束后，对水质检测仪9保存数据进行分析。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种矿山采空区地下水净化试验系统，其特征在于，包括：注水单元、采空区模拟单元、支撑调节单元、以及水质测试单元，所述注水单元、所述采空区模拟单元、以及所述水质测试单元依次连通，所述采空区模拟单元由所述支撑调节单元承托；

所述支撑调节单元调节所述采空区模拟单元的倾斜角度至试验倾斜角度；

所述注水系统将试验用地下水抽采至采空区模拟单元；

所述采空区模拟单元内设置有多种级配的净水材料，在所述试验倾斜角度下，对所述地下水进行净化后得到净化后地下水；

所述水质测试单元对所述净化后地下水进行水质测试。

2.根据权利要求1所述的矿山采空区地下水净化试验系统，其特征在于，所述采空区模拟单元包括：试验箱，所述试验箱包括顶板、底板、前端板、后端板以及两侧板，所述顶板、所述底板、所述前端板、所述后端板以及两所述侧板围出净水空间，多种级配的所述净水材料容置在所述净水空间内，所述支撑调节单元与所述底板连接；

所述顶板上部设置有注水管，所述注水管内设有多个与所述净水空间连通的进水通孔，设置在下方的前端板设有多个与所述净水空间连通的出水通孔，所述底板设置有至少一个能够与所述净水空间连通或关闭的取水口，所述取水口与所述水质测试单元连通。

3.根据权利要求2所述的矿山采空区地下水净化试验系统，其特征在于，所述采空区模拟单元还包括：设置在所述前端板下方的储水槽。

4.根据权利要求2所述的矿山采空区地下水净化试验系统，其特征在于，所述顶板、所述边框和所述前端板由透明树脂材料制成。

5.根据权利要求2所述的矿山采空区地下水净化试验系统，其特征在于，所述出水通孔的孔径小于所述净水材料的最小粒径。

6.根据权利要求1所述的矿山采空区地下水净化试验系统，其特征在于，所述净水材料为矸石。

7.根据权利要求1所述的矿山采空区地下水净化试验系统，其特征在于，所述注水单元包括地下水蓄水池、以及注水阀，所述地下水蓄水池的出水口通过所述注水阀与所述采空区模拟单元连通。

8.根据权利要求7所述的矿山采空区地下水净化试验系统，其特征在于，所述注水单元还包括水量控制装置，所述地下水蓄水池的出水口与所述水量控制装置的进水口连通，所述水量控制装置的出水口通过所述注水阀与所述采空区模拟单元连通。

9.根据权利要求1所述的矿山采空区地下水净化试验系统，其特征在于，所述支撑调节单元包括多个与所述采空区模拟单元连接的液压支架。

10.一种采用如权利要求1～9任一项所述的矿山采空区地下水净化试验系统的试验方法，其特征在于，包括：

向所述采空区模拟单元装入不同级配的净水材料，通过所述支撑调节单元调节所述采空区模拟单元的倾斜角度至试验倾斜角度；

设定注水流量值，向所述采空区模拟单元内注入所述注水流量值的试验用地下水；

在多个时刻，从所述采空区模拟单元的不同位置取水至所述水质测试单元进行测试；

保存所述水质测试单元的测试数据并进行分析。