CN110359417A - 一种多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，包括人工平台、水箱、水砂混合箱、水槽、水砂分离过滤装置和循环管道；水箱和水砂混合箱设置于人工平台上，水箱上设置有出水管，水槽上部敞口且设置有若干段，水砂混合箱底部设置有出料口，水槽设置于出料口和/或出水管下方并连接水砂分离过滤装置，水砂分离过滤装置分离出的水通过循环管道进入水箱和/或水砂混合箱中，水砂分离过滤装置分离出的尾砂进入水砂混合箱中。本发明的水槽可按照溃坝重复实验以及其他多种水动力实验要求进行拼装不同的实验组合水槽，极大提高了装置的适用范围，水砂分离装置可大大加速实验过程，提高实验效率和水资源的重复利用，具有显著的经济效益。

Description

一种多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置

技术领域

本发明涉及溃坝尾砂实验装置的技术领域，特别是涉及一种多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置。

背景技术

溃坝实验是研究流固耦合现象的一种重要方式，如坝体漫顶冲刷、波浪上爬与结构的相互作用，其结果可用来指导实际工程，同时也可用来校正以及检测数值模拟的结果。实验过程中，往往需要进行大量的重复实验来验证，且实验装置往往难以满足多功能要求。

室内模拟尾矿坝的溃败实验往往选择实验水槽作为主要实验装置，现有的实验装置中，仍存在以下不足和需要改进的地方：

1.实验用水槽结构固定，功能单一，实验者往往需要根据不同的实验要求分别建造不同的实验水槽，现有的一些多功能水槽装置也受限于固定的结构和单一的形状，使实验水槽装置的实验适用性难以进一步扩大。

2.溃坝实验中，水和尾砂等实验材料的装填和分离是否高效快捷是保证溃坝实验能否快速高效的关键。目前部分实验水槽中考虑了实验水槽中的水循环利用，这种装置在一定程度上加快了实验进程，避免了实验中琐碎的人工操作，但是当进行漫顶冲刷以及水砂耦合实验时，实验后的排水往往是水砂混合体，不能直接进行水循环利用，当进行大量重复实验时，也难以保证实验的准确性和高效性。

3.目前溃坝实验中的水槽大部分采用钢丝绳起吊调节坡度的方式，水槽在起吊过程中，吊点和支点间距离过大，往往造成中部弯矩过大，极易损坏水槽，且坡度不易控制。

因此，溃坝实验中迫切地需要一种多功能，高效便捷的溃坝实验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，以解决上述现有技术存在的问题，使溃坝、造波、造流、尾砂下泄、变形状流槽和水砂推移等一系列实验可以按要求进行，并使所用的水得以循环利用，水槽坡度可调节。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，包括人工平台、水箱、水砂混合箱、水槽、水砂分离过滤装置和循环管道；所述水箱和水砂混合箱设置于所述人工平台上，所述水箱上设置有出水管，所述水槽上部敞口且设置有若干段，所述水砂混合箱底部设置有出料口，所述水槽的一端设置于所述出料口和/或出水管下方，所述水槽的另一端连接所述水砂分离过滤装置，所述水砂分离过滤装置分离出的水通过所述循环管道进入所述水箱和/或所述水砂混合箱中，所述水砂分离过滤装置分离出的尾砂进入所述水砂混合箱中。

优选的，所述人工平台上设置有尾砂起吊装填机构，所述尾砂起吊装填机构位于所述水砂混合箱一侧，所述尾砂起吊装填机构包括起重电机、缆绳和填料斗，所述缆绳的一端绕于所述起重电机的转轴上，所述缆绳的一另端连接所述填料斗。

优选的，所述水箱外还设置有水位计，所述水箱的出水管上连接一喷淋装置，所述喷淋装置上设置有一相机支架，所述相机支架用于放置高速相机。

优选的，所述水槽包括若干个直道水槽、弯道水槽和闸门水槽，所述水槽之间能够根据实验需求相互拼接成不同的组合水槽。

优选的，所述水槽的两端均设置有橡胶密封条和紧固螺栓，所述水槽下设置水槽支架，所述水槽支架的四角上设置有能够调节所述水槽高度的螺栓，所述水槽支架能够通过设置千斤顶来调节所述组合水槽的坡度。

优选的，所述闸门水槽上设置有闸门和门型支架，所述门型支架上对称设置有棘轮电机，所述闸门上对称设置有齿条，所述棘轮电机的棘轮与所述齿条相匹配。

优选的，所述水槽上设置与所述闸门相匹配的滑槽，所述滑槽、所述闸门的两侧及底部均设置有防水密封条，所述闸门的顶部与所述门型支架之间设置有弹簧。

优选的，所述水砂分离过滤装置包括核心筒、过滤沉积筒和净水筒，所述核心筒内设置有螺旋板，所述过滤沉积筒有间隙地套设于所述核心筒的外部且所述过滤沉积筒和核心筒之间设置有滤砂网，所述过滤沉积筒的底部设置有尾砂排出口；所述净水筒套设于所述过滤沉积筒的外部，且所述净水筒与所述过滤沉积筒密封连接，所述净水筒与所述循环管道连接。

优选的，所述循环管道上设置水泵，所述循环管道和所述出水管上均设置电磁流量计和电磁阀。

优选的，所述水泵、所述电磁流量计和所述电磁阀分别与一控制器连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明采用可拆分拼装式水槽，可按照溃坝重复实验以及其他多种水动力实验要求进行拼装不同的实验组合水槽，可与水动力实验配合工作，极大提高了装置的适用范围，水砂分离装置的使用可大大加速实验过程，提高实验效率和水资源的重复利用，具有显著的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置的结构示意图一；

图2为本发明多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置的结构示意图二；

图3为本发明中闸门水槽的结构示意图；

图4为本发明中直道水槽的结构示意图一；

图5为本发明中闸门水槽的结构示意图二；

图6为本发明中闸门水槽侧面密封结构的示意图一；

图7为本发明中闸门水槽侧面密封结构的示意图二；

图8为本发明中闸门水槽底面密封结构的示意图；

图9为本发明中水砂分离过滤装置的结构示意图；

其中：1-起重电机，2-水砂分离过滤装置，3-缆绳，4-水砂混合箱，5-水砂输送池，6-弯道水槽，7-门型支架，8-弹簧，9-闸门，10-棘轮电机，11-水槽支架，12-闸门水槽，13-直道水槽，14-填料斗，15-喷淋装置，16-电磁流量计，17-过滤沉积筒，18-核心筒，19-滤砂网，20-净水筒，21-出水管，22-人工平台，23-水位计，24-水泵，25-相机支架，26-水箱，27-搅拌器，28-尾砂排出口，29-电磁阀，30-回水管道，31-给水管道，32-出料口，33-紧固螺栓，34-防水密封条，35-螺栓，36-齿条，37-弹性拔销，38-螺旋板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，以解决现有技术存在的问题，使溃坝、造波、造流、尾砂下泄、变形状流槽和水砂推移等一系列实验可以按要求进行，并使所用的水得以循环利用，水槽坡度可调节。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图9所示：本实施例提供了一种多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，包括人工平台22、水箱26、水砂混合箱4、水槽、水砂分离过滤装置2和循环管道；水箱26和水砂混合箱4设置于人工平台22上，水箱26上设置有出水管21，水槽上部敞口且设置有若干段，水砂混合箱4底部设置有出料口32，水槽的一端设置于出料口32和/或出水管21下方，水槽的另一端连接水砂分离过滤装置2，水砂分离过滤装置2分离出的水通过循环管道进入水箱26和/或水砂混合箱4中，水砂分离过滤装置2分离出的尾砂进入水砂混合箱4中，水砂混合箱4上设置有搅拌器27。

人工平台22上设置有尾砂起吊装填机构，尾砂起吊装填机构位于水砂混合箱4一侧，尾砂起吊装填机构包括起重电机1、缆绳3和填料斗14，缆绳3的一端绕于起重电机1的转轴上，缆绳3的一另端连接填料斗14。尾砂起吊装填机构利用起重电机1，可实现尾砂的快速起吊装填，利用搅拌器27混合水和尾砂，并通过出料口32将水砂混合物排放至水槽中，节省了大量人力；同时可实现尾砂量的准确控制，避免了人工装填过程中的误差以及对水槽的损耗。

水箱26外还设置有水位计23，水箱26的出水管21上连接一喷淋装置15，喷淋装置15上设置有一相机支架25，相机支架25用于放置高速相机。在水箱26排水管处连接喷淋装置15，将闸门水槽12和直道水槽13拼装，即可进行降雨条件下溃坝模拟实验。循环管道上设置水泵24，循环管道和出水管21上均设置电磁流量计16和电磁阀29。水泵24、电磁流量计16和电磁阀29分别与一控制器连接，控制器与一工程计算机连接。循环管道包括快回水管道30和给水管道31，可快速实现实验过程中的水循环利用和精确控制，更加方便快捷。

水槽包括若干个直道水槽13、弯道水槽6和闸门水槽12，水槽之间能够根据实验需求相互拼接成不同的组合水槽。通常，组合水槽的起始段连接有水砂输送池5，将水槽单元化采用可拆分拼装式水槽，针对不同的实验要求，灵活拼装出不同长度和不同功能的水槽单元，避免了传统水槽功能单一、适用性差的缺点，大大拓宽水槽的可使用范围，可满足溃坝、造波、造流、尾砂下泄、变形状流槽和水砂推移等一系列实验要求，实验装置使用效率提高，节省了不同实验设计不同装置的开销；同时，完成实验后可方便拆分并集中存放水槽，减少了水槽的占地面积。

水槽的两端均设置有橡胶密封条和紧固螺栓33，水槽下设置水槽支架11，水槽支架11的四角上设置有能够调节水槽高度的螺栓35，水槽支架11能够通过设置千斤顶来调节组合水槽的坡度。通过可调节的螺栓35配合千斤顶，能够调节水槽出现不同的坡度，该调节坡度的系统可以与各个实验配合进行，极大提高了适用范围。

闸门水槽12上设置有闸门和门型支架7，门型支架7上对称设置有棘轮电机10和弹性拔销37，闸门上对称设置有齿条36，棘轮电机10的棘轮与齿条36相匹配。水槽上设置与闸门相匹配的滑槽，滑槽内、闸门的两侧及底部均设置有防水密封条34，闸门的顶部与门型支架7之间设置有高强度的弹簧。闸门下方的水槽底部设有和闸门底部π型密封条相匹配的凹槽，充分保障闸门闭合后的密封性，在水压作用下可有效隔绝闸门两侧上下游的水体，起到良好的密封效果，此时密封条顶部和水槽底的上表面平齐。

水砂分离过滤装置2包括核心筒18、过滤沉积筒17和净水筒20，核心筒18内设置有螺旋板38，过滤沉积筒17有间隙地套设于核心筒18的外部且过滤沉积筒17和核心筒18之间设置有滤砂网19，过滤沉积筒17的底部设置有尾砂排出口28；净水筒20套设于过滤沉积筒17的外部，且净水筒20与过滤沉积筒17密封连接，净水筒20与循环管道连接。核心筒18配合螺旋板38，可实现沉积尾砂的快速排出，方便过滤沉积筒17的清洗，提高水砂分离过滤装置2的使用效率。水砂分离过滤装置2的蓄水量大于水槽的最大实验水量，实验后的尾水可快速排入过滤沉积筒17并流入净水筒20，配合大功率的循环水泵24，能够在极短的时间内实现尾水的过滤和回收；同时可利用水箱26中的水对实验后的水槽进行清洗，整个过程省时省力，减少了实验前期的准备时间以及试验后的清理时间，大大提高了重复实验的效率。

本实施的多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置用于溃坝重复实验时，主要实验过程如下：

实验开始之前，根据实验要求确定需要选择直道水槽13的数量，通过紧固螺栓33进行拼装紧固，水砂分离过滤装置2放置于水槽端部。工程计算机控制打开给水管道31电磁阀29，关闭回水管道30和出水管21上的电磁阀29，通过给水管道31向水箱26中注水。

实验开始后，关闭给水管道电磁阀29，停止向水箱26注水，打开回水管上的电磁阀29，开启水泵24，打开出水管21上的电磁阀29，水箱26中的水通过出水管21流入水槽中，开始溃坝；此时由工程计算机控制的电磁流量计16工作并自动记录实验数据。实验后的尾水通过过水砂分离过滤装置2过滤后，在水泵24的作用下，通过循环管道流回水箱26，实现水的循环利用。重复上述实验前的工作，即可开始第二次溃坝实验。通过调整可调节螺栓35，调整水槽坡度，即可进行不同坡度工况条件下的溃坝实验。

本实施的多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置用于水砂动力实验时，主要实验过程如下：

实验开始之前，根据实验要求确定需要选择闸门水槽12和直道水槽13的数量，通过紧固螺栓33进行拼装紧固，水砂分离过滤装置2放置于水槽端部。工程计算机控制打开给水管道电磁阀29，关闭回水管道30和出水管21上的电磁阀29，通过给水管道31向水箱26中注水。

开启起重电机1，吊升填料斗14向水砂混合箱4中填入实验砂；计算机控制并开启搅拌器27进行水砂混合搅拌。打开弹性拔销37并开启棘轮电机10，将闸门9平稳压入水槽中直到弹性拔销37将闸门卡住。

实验开始后，通过水砂混合箱4出料口32将水砂混合物排入水砂输送池5，并通过水砂输送池5送入水槽，当水槽中水砂混合物到达实验要求水位高度时，打开弹性拔销37，可活动闸门迅速弹起，水砂混合物流向下游，高速相机记录混合物的流动特性；实验后的水砂混合物通过水砂分离过滤装置2过滤后，在水泵24的作用下，通过循环管道流回水砂混合箱4，用于混合箱和水槽的清洗，实现实验水的多次循环利用。重复上述实验前的准备工作，即可进行下一次水砂动力实验。

将拼装后的水槽端部封堵，在闸门下游设置不同高度的清水水位，可进行下游积水对尾砂下泄运动影响的水砂动力实验。

将弯道水槽6进行拼装，弯曲转角处安装压力传感器，可进行弯道水槽6对下泄尾砂运动影响实验，以及下泄尾砂的动力学性质实验。

调整水槽的坡度以完成不同坡度工况条件下的水砂动力实验。

水箱26中的水通过出水管21流出，当模拟降水喷淋装置15连接出水管21时，即可进行模拟降雨条件下的溃坝实验。

实验完成后，若短期内不再进行相关实验，则可将水砂分离过滤装置2中的淤积尾砂排出，将水槽差分并分类存放，节省实验室场地。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，其特征在于：包括人工平台、水箱、水砂混合箱、水槽、水砂分离过滤装置和循环管道；所述水箱和水砂混合箱设置于所述人工平台上，所述水箱上设置有出水管，所述水槽上部敞口且设置有若干段，所述水砂混合箱底部设置有出料口，所述水槽的一端设置于所述出料口和/或出水管下方，所述水槽的另一端连接所述水砂分离过滤装置，所述水砂分离过滤装置分离出的水通过所述循环管道进入所述水箱和/或所述水砂混合箱中，所述水砂分离过滤装置分离出的尾砂进入所述水砂混合箱中。

2.根据权利要求1所述的多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，其特征在于：所述人工平台上设置有尾砂起吊装填机构，所述尾砂起吊装填机构位于所述水砂混合箱一侧，所述尾砂起吊装填机构包括起重电机、缆绳和填料斗，所述缆绳的一端绕于所述起重电机的转轴上，所述缆绳的一另端连接所述填料斗。

3.根据权利要求1所述的多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，其特征在于：所述水箱外还设置有水位计，所述水箱的出水管上连接一喷淋装置，所述喷淋装置上设置有一相机支架，所述相机支架用于放置高速相机。

4.根据权利要求1所述的多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，其特征在于：所述水槽包括若干个直道水槽、弯道水槽和闸门水槽，所述水槽之间能够根据实验需求相互拼接成不同的组合水槽。

5.根据权利要求4所述的多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，其特征在于：所述水槽的两端均设置有橡胶密封条和紧固螺栓，所述水槽下设置水槽支架，所述水槽支架的四角上设置有能够调节所述水槽高度的螺栓，所述水槽支架能够通过设置千斤顶来调节所述组合水槽的坡度。

6.根据权利要求4所述的多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，其特征在于：所述闸门水槽上设置有闸门和门型支架，所述门型支架上对称设置有棘轮电机，所述闸门上对称设置有齿条，所述棘轮电机的棘轮与所述齿条相匹配。

7.根据权利要求6所述的多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，其特征在于：所述水槽上设置与所述闸门相匹配的滑槽，所述滑槽、所述闸门的两侧及底部均设置有防水密封条，所述闸门的顶部与所述门型支架之间设置有弹簧。

8.根据权利要求1所述的多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，其特征在于：所述水砂分离过滤装置包括核心筒、过滤沉积筒和净水筒，所述核心筒内设置有螺旋板，所述过滤沉积筒有间隙地套设于所述核心筒的外部且所述过滤沉积筒和核心筒之间设置有滤砂网，所述过滤沉积筒的底部设置有尾砂排出口；所述净水筒套设于所述过滤沉积筒的外部，且所述净水筒与所述过滤沉积筒密封连接，所述净水筒与所述循环管道连接。

9.根据权利要求8所述的多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，其特征在于：所述循环管道上设置水泵，所述循环管道和所述出水管上均设置电磁流量计和电磁阀。

10.根据权利要求9所述的多功能便捷型尾矿库溃坝实验装置，其特征在于：所述水泵、所述电磁流量计和所述电磁阀分别与一控制器连接。