CN117780325B - 一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地下水运移相似模拟技术领域，提出了一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统及方法，包括模拟箱体和位于模拟箱体内部的含矿含水层；注液管件、抽液管件和监测管件，均具有若干个，且含矿含水层中竖向设置注液管件、抽液管件和监测管件；测压管设置在模拟箱体外，注液管件底端、抽液管件底端和监测管件底端均通过连接管与测压管一一连通；监测系统，用于检测注液管件注液量、抽液管件抽液量以及检测测压管内液体的水位；处理系统，与监测系统通信连接。通过上述技术方案，解决了现有技术中的直井注液、直井抽液的采铀方式没有对多种抽注液方案进行可视化评价，依照设计方案自动调控抽注液量和抽注方式的相似模拟实验系统的问题。
Description
技术领域
本发明涉及地下水运移相似模拟技术领域，具体的，涉及一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统及方法。
背景技术
地浸出采铀是一种安全、绿色、环保的铀矿采冶工艺，目前，地浸采铀产量已占全国天然铀总产量90%以上，而我国铀资源分布呈现隐蔽性高、赋存条件复杂、矿化不均匀、品位低等特点，近年来我国地浸采铀多表现为大埋深、矿体呈多层不连续产出等复杂地质条件，对铀资源开发方案和技术提出了更高要求。
钻孔抽注液量和浸出液铀浓度是影响地浸矿山产能的关键性因素，抽注液量直接影响溶浸范围和浸出效果，在地浸采铀过程中，抽注液流量不是固定值，需依据地下水流场分布及溶质运移特征随时调整抽注液的流量。目前，矿山生产中对抽注液管件中地下水位和铀浓度监测有限，无法实时掌握井场地下水流场和铀浓度变化情况，进而不能有效指导抽注液量调控。地浸矿山开采条件群井抽注会对地下水系统产生影响，形成了强烈的地下水渗流场，改变了原始的地下水流场状态；另一方面，地浸开采条件使得含矿含水层地下水化学场演化发生改变。实际情况下，揭示地浸开采条件下含矿含水层地下水动力场演化需要开展大量工作，随着矿山数字化转型，对矿山自动化及信息化提出了更高要求。因此，进行室内相似模拟实验是十分必要的。
虽然，采矿布井方式多采用直井注液、直井抽液的网格式（五点型或七点型等）或行列式（沿矿体走向布设），利用注液井向地下注液，利用抽液井抽出地下液体进而提取铀，同时设置多个监测井对地下进行检测，但是，仍然没有较为全面的相似模拟系统对其进行研究。三维含矿含水层模型可以模拟地浸开采条件下含矿含水层结构、渗透性、承压水头及溶质浓度等条件，但目前地浸铀矿山三维含矿含水层模型多是沙盘和小尺寸模型对地浸铀矿山实际生产指导意义有限。大尺度地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统可以真实地模拟地浸采铀过程中地下水和溶质运移规律，对多种抽注液方案进行可视化评价，实现抽注液量自动调控和数据实时统计分析，为现场试验和实际生产提供依据。因此，亟待提供一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统及方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明提出一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统及方法，解决了相关技术中的直井注液、直井抽液的采铀方式没有对多种抽注液方案进行可视化评价，依照设计方案自动调控抽注液量和抽注方式的相似模拟实验系统的问题。
本发明的技术方案如下：
一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统及方法，包括：
模拟箱体和位于所述模拟箱体内部的含矿含水层；
注液管件、抽液管件和监测管件，均具有若干个，且所述含矿含水层中竖向设置所述注液管件、所述抽液管件和所述监测管件，所述注液管件、所述抽液管件和所述监测管件分别用于模拟注液井注液、抽液井抽液和监测井；
测压管和连接管，均具有若干个，所述测压管设置在所述模拟箱体外，所述注液管件底端、所述抽液管件底端和所述监测管件底端均通过所述连接管与所述测压管一一连通；
监测系统，用于检测所述注液管件注液量、所述抽液管件抽液量以及检测所述测压管内液体的水位；
处理系统，与所述监测系统通信连接。
作为进一步的技术方案，所述检测系统包括若干个浮子流量计、若干个数字型流量计、若干个流量调节阀和若干个真空抽水泵；还包括：
调压注水箱，设置在所述模拟箱体上，所述调压注水箱内设置有溢流板，所述溢流板用于调控调压注水箱内水位；
示踪水箱，设置在所述模拟箱体上，用于容纳示踪液，且用于向所述注液管件中混入示踪液；
注水管路，具有若干个，所述调压注水箱通过所述注水管路与所述注液管件一一连通，所述注水管路上沿水流方向依次设置所述浮子流量计、所述数字型流量计、所述流量调节阀；
取样容器，具有若干个，设置在所述模拟箱体外，
抽液管路，具有若干个，所述抽液管件通过所述抽液管路与所述取样容器一一连通，所述抽液管路上沿水流方向依次设置所述浮子流量计、所述数字型流量计、所述流量调节阀、所述真空抽水泵。
作为进一步的技术方案，所述监测系统还包括若干个循环泵、若干个电导率仪；还包括：
监测管路，具有若干个，若干个所述监测管路一端与所有所述监测管件中的若干个所述监测管件一一连通，另一端与所述取样容器一一连通，所述监测管路上设置所述循环泵；
所述注液管件、所述抽液管件、所述监测管件和所述取样容器内设置所述电导率仪。
作为进一步的技术方案，所述含矿含水层由上至下依次铺设有：潜水含水层、第一隔水层、承压含水层、第二隔水层；所述注液管件、所述抽液管件和所述监测管件均具有过滤器，所述过滤器位于所述承压含水层。
作为进一步的技术方案，所述注液管件、所述抽液管件和所述监测管件与所述含矿含水层滑动连接，所述注液管件、所述抽液管件和所述监测管件的下部均滑动密封穿过所述模拟箱体下端，所述连接管位于所述模拟箱体下方；还包括：
第一连接件，具有若干个，所述注液管件、所述抽液管件和所述监测管件底端均设置有第一连接件；
第一对接件，具有若干个，所述注液管件、所述抽液管件和所述监测管件顶端均设置有所述第一对接件，所述第一对接件与所述第一连接件二者为可拆卸连接结构，所述第一连接件与所述第一对接件被构造为连接后能够密封穿过所述模拟箱体下端以及所述含矿含水层；
所述连接管上均设置有所述第一对接件，所述连接管通过所述第一对接件与所述第一连接件连通。
作为进一步的技术方案，所述模拟箱体一侧具有侧开口以及滑动密封设置在所述侧开口处的侧板；所述第二隔水层为一体结构，还包括：
外框架，设置在所述模拟箱体外侧；
升降螺杆，一端与所述第二隔水层转动连接，所述升降螺杆与所述外框架螺纹连接，用于驱动所述第二隔水层和所述潜水含水层升降。
作为进一步的技术方案，还包括：
定位板，升降设置在所述外框架上且位于所述含矿含水层上方，所述定位板具有若干个限位螺孔，所述注液管件、所述抽液管件和所述监测管件三者与所述限位螺孔位置对应；
若干个限位螺管，具有外螺纹和内螺纹，所述限位螺管通过所述外螺纹与所述限位螺孔螺纹连接，所述第一对接件为外螺纹管，所述内螺纹与所述外螺纹管螺纹连接。
作为进一步的技术方案，所述监测系统还包括若干个电磁阀；还包括：
进水管，具有多个，设置在所述模拟箱体一侧，一端与外部水源连通，另一端与所述承压含水层底部连通；
排水管，具有多个，设置在所述模拟箱体一侧，一端与所述承压含水层连通，另一端与外部连通；
排气管，具有多个，所述排气管具有进气端和出气端，所述进气端设置在所述第二隔水层下端，且与所述承压含水层上部连通，所述出气端位于所述含矿含水层外；
所述排气管、所述排水管，和所述进水管上均设置有所述电磁阀。
本发明还提出了一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟方法，利用地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统进行实验模拟，包括如下步骤：
S1、将所述调压注水箱内溢流位调至最高位，往所述调压注水箱内供水直至所述调压注水箱向外溢流；
S2、所述承压含水层排气注水，开启所述进水管向所述承压含水层内注水，开启排气管，将所述承压含水层内气体排出，所述注液管件、所述抽液管件和所述监测管件内完成排气，观察各个所述测压管内液位高度，若不一致，利用真空抽气泵对所述测压管抽真空，排出管内气体，加水排气完成后，关闭所述排气管；
S3、所述承压含水层压力调节，根据测试需求拟定实验方案，根据实验方案设定所述承压含水层水头压力，调节所述溢流板高度，达到预定水位完成水头压力调节；
S4、承压含水层径流流速、流量、流向设定，依据拟定的实验方案，在多个不同位置设置所述进水管和所述排气管，调节所述进水管和所述排水管开启部位以及开度大小，调节径流流速、流量、流向；
S5、投加示踪液，依据实验方案，往所述示踪水箱内注入示踪液，开启变液位恒压供水模式，利用所述流量调节阀调节各所述注液管件内注水（含示踪液）流量；
S6、抽液管件抽液，依据实验方案，分别开启各个所述真空抽水泵，分别调节各个所述抽液管件的抽液量；
S7、液体导电率测定，利用真空抽水泵抽取所述注液管件、所述抽液管件和所述监测管件内液体样品，接入所述取样容器，用电导率仪采集得到各处电导率值；
S8、数据采集，所述承压含水层流态、流场稳定后，设定采样频率，由所述监测系统开始收集数据，监测地下水质和溶质的动态变化，所述处理系统获取所述监测系统采集数据，利用获取的数据分析不同地浸开采条件下地下水动力场和溶质运移的分布特征。
作为进一步的技术方案，步骤S2中，所述进水管向所述承压含水层内注水时，需观察所述承压含水层内渗透情况，在没有出现包气带的前提下，加速注水。
本发明的工作原理及有益效果为：
本发明中，注液管件、抽液管件和监测管件均竖向设置，模拟直井注液、直井抽液的采铀模式中注液井注液、抽液井抽液和监测井，测压管设置在外部，方便于监测和观察注液管件、抽液管件和监测管件内的水压信息，若干个注液管件、抽液管件和监测管件可以按照需要在一定布局形式（比如五点式）、布局间隔下进行设置，监测管件布置位置可按照数据监测位置需求设定，以便于研究直井的采釉布局和不同开采模式对地下水流态等的影响。
附图说明
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。
图1为本发明平面结构示意图；
图2为图1中A处局部放大示意图；
图3为图1中B处局部放大示意图；
图4为本发明中侧板打开结构示意图；
图5为本发明中注液管件、抽液管件和监测管件布置示意图；
图中，1、模拟箱体；101、侧开口；102、侧板；2、含矿含水层；201、潜水含水层；202、第一隔水层；203、承压含水层；204、第二隔水层；3、注液管件；4、抽液管件；5、监测管件；6、测压管；7、连接管；8、浮子流量计；9、数字型流量计；10、流量调节阀；11、真空抽水泵；12、调压注水箱；13、溢流板；14、示踪水箱；15、注水管路；16、取样容器；17、抽液管路；18、循环泵；19、电导率仪；20、监测管路；21、过滤器；22、第一连接件；23、第一对接件；24、外框架；25、升降螺杆；26、定位板；2601、限位螺孔；27、限位螺管；28、进水管；29、排水管；30、排气管；31、工作栈桥。
具体实施方式
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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地示意了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形，“若干个”包括“两个”及“两个以上”。
在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
参照图1~图5，
本实施例中，提出了一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统，包括：模拟箱体1和位于所述模拟箱体1内部的含矿含水层2；注液管件3、抽液管件4和监测管件5，均具有若干个，且所述含矿含水层2中竖向设置所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5，所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5分别用于模拟注液井注液、抽液井抽液和监测井；测压管6和连接管7，均具有若干个，所述测压管6设置在所述模拟箱体1外，所述注液管件3底端、所述抽液管件4底端和所述监测管件5底端均通过所述连接管7与所述测压管6一一连通；监测系统，用于检测所述注液管件3注液量、所述抽液管件4抽液量以及检测所述测压管6内液体的水位；处理系统，与所述监测系统通信连接。
在使用时，注液管件3、抽液管件4和监测管件5分别模拟实际采铀过程中的注液井注液、抽液井抽液和监测井对地下进行数据采集监测，通过注液管件3向含矿含水层2内注入液体，通过抽液管件4向外部抽取含矿含水层2内的地下水，通过监测管件5布置不同的检测器件进行数据监测。注液管件3、抽液管件4可按照五点式分布，如图所示，注液管件3可设置25个，抽液管件4可设置16个，可在注液管件3和抽液管件4外围布置6个监测管件5，监测外围数据，在注液管件3和抽液管件4之间，以及围绕抽液管件4等位置布置若干个检测管件，用于对注液管件3和抽液管件4地下水进行监测，注液管件3、抽液管件4和监测管件5均可采用UPVC或有机玻璃透明管材制作，注液管件3、抽液管件4和监测管件5与含矿含水层2内部连通，可通过通孔或者过滤器21的形式进行连通。测压管6在模拟箱体1外部可分两排梅花形布置（图5所示中做了简化处理，不代表具体数量）。模拟箱体1可为透明玻璃件，方便观察内部含矿含水层2的侧面。
监测系统可包括数字型液位计，对测压管6内水位进行检测。监测系统还可以包括PH测量仪、电导仪等，用于测量注液管件3、抽液管件4、监测管件5和测压管6内的液体参数，判断溶质运移。
优选的，本实施例中进一步提出了，所述检测系统包括若干个浮子流量计8、若干个数字型流量计9、若干个流量调节阀10和若干个真空抽水泵11；还包括：调压注水箱12，设置在所述模拟箱体1上，所述调压注水箱12内设置有溢流板13，所述溢流板13用于调控调压注水箱12内水位；示踪水箱14，设置在所述模拟箱体1上，用于容纳示踪液，且用于向所述注液管件3中混入示踪液；注水管路15，具有若干个，所述调压注水箱12通过所述注水管路15与所述注液管件3一一连通，所述注水管路15上沿水流方向依次设置所述浮子流量计8、所述数字型流量计9、所述流量调节阀10；取样容器16，具有若干个，设置在所述模拟箱体1外，抽液管路17，具有若干个，所述抽液管件4通过所述抽液管路17与所述取样容器16一一连通，所述抽液管路17上沿水流方向依次设置所述浮子流量计8、所述数字型流量计9、所述流量调节阀10、所述真空抽水泵11。
在使用时，调压注水箱12通过注水管路15向注液管件3内注入液体并调控水头压力，溢流板13为现有技术，设置在调压注水箱12内调节溢流高度，进而控制水压，示踪水箱14内存入示踪液，将示踪液混入调压注水箱12内可使加入注液管件3的液体含有示踪液，方便于透过模拟箱体1从侧面观测含矿含水层2中水流的流动扩散路径。示踪液可通过恒压水泵实现变液位恒压模式，对调压水箱加注示踪液然后供入注液管件3，或者直接向注液管件3混入一定量的示踪液。调压注水箱12还可升降设置在模拟箱体1上方，以调控水压。
注水管路15上设置所述浮子流量计8、所述数字型流量计9、所述流量调节阀10，且可通过处理系统通信连接进行电控以及数据收集，监测调控注液管件3内的注水流量，以便于根据实验方案，单独调控不同位置的注液管件3的注液量；同理，抽液管路17上，设置所述浮子流量计8、所述数字型流量计9、所述流量调节阀10、所述真空抽水泵11，可单独调控不同位置的抽液管件4的抽液量，则可按照实验方案测得不同注液量抽液量方案下地下水的运移变化。抽液管件4中抽出的液体由取样容器16收集，方便于在取样容器16内进行数据监测，比如PH值以及导电率等，判断溶质变化。取样容器16内的示踪液浓度也可辅助判断地下水流动。
优选的，本实施例进一步提出了，所述监测系统还包括若干个循环泵18、若干个电导率仪19；还包括：监测管路20，具有若干个，若干个所述监测管路20一端与所有所述监测管件5中的若干个所述监测管件5一一连通，另一端与所述取样容器16一一连通，所述监测管路20上设置所述循环泵18；所述注液管件3、所述抽液管件4、所述监测管件5和所述取样容器16内设置所述电导率仪19。
在使用时，循环泵18将一部分监测管路20中地下水抽至取样容器16，可利用电导率仪19对其进行检测，同时注液管件3、所述抽液管件4、所述监测管件5内均可设置电导率仪19进行数据监测，分别获得实时地下数据，以及抽出后的样品数据。电导率仪19可包括原位电导率监测装置和可移动式数字型电导率仪19，在抽液管件4、注液管件3、监测管件5内设置原位电导率监测装置测得地下水电导率，利用可移动式数字型电导率仪19侧的取样容器16内的样品电导率，实现溶质电导率监测。
优选的，本实施例进一步提出了，所述含矿含水层2由上至下依次铺设有：潜水含水层201、第一隔水层202、承压含水层203、第二隔水层204；所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5均具有过滤器21，所述过滤器21位于所述承压含水层203。
在使用时，注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5均不是完整井结构，而是通过过滤器21与承压含水层203进行连通，以实现对承压含水层203注水或抽水，过滤器21起到过滤砂砾作用。含矿含水层2通过多层铺设模拟地下结构。
优选的，本实施例进一步提出了，所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5与所述含矿含水层2滑动连接，所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5的下部均滑动密封穿过所述模拟箱体1下端，所述连接管7位于所述模拟箱体1下方；还包括：第一连接件22，具有若干个，所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5底端均设置有第一连接件22；第一对接件23，具有若干个，所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5顶端均设置有所述第一对接件23，所述第一对接件23与所述第一连接件22二者为可拆卸连接结构，所述第一连接件22与所述第一对接件23被构造为连接后能够密封穿过所述模拟箱体1下端以及所述含矿含水层2；所述连接管7上均设置有所述第一对接件23，所述连接管7通过所述第一对接件23与所述第一连接件22连通。
在使用时，第一连接管7和第一连接件22为连通组件，所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5三者与连接管7的连通可依靠连通组件实现连接。由于过滤器21为过滤器件，长时间的模拟实验中，过滤器21可能出现堵塞，可从抽液流量小、注液不顺畅等形式表现出来，此时对数据的检测采集也会产生影响，对抽注液方案的模拟带来不确定影响，因此有必要对过滤器21进行更换，以注液管件3为例，直接抽出注液管件3的过程中，含矿含水层2中出现孔洞，容易造成含矿含水层2中不同层之间的混乱，进而影响地下水的流动。本实施例中，更换注液管件3前，将一个新的注液管件3从模拟箱体1下端，通过第一对接件23与坏的注液管件3下端的第一连接件22连接，两个注液管件3同轴状态，然后从下向上利用新的注液管件3将坏的注液管件3顶出，该过程中含矿含水层2中不会出现孔洞，能有效减少层与层之间的混乱以及坍塌，减少对后期实验的影响。完全顶出后，新的注液管件3与之前对应的连接管7通过第一连接管7和第一对接件23连通即可。同理，也可从上向下顶出旧的注液管件3。所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5通过过滤器21与承压含水层203连通，可按需封堵水下的末端或与测压管6连通等。
第一连接件22和第一对接件23可为快插连接结构。且为减少更换注液管件3时含矿含水层2的影响，第一连接件22和第以对接件连接后，外周与注液管件3可等圆设置。
优选的，本实施例进一步提出了，所述模拟箱体1一侧具有侧开口101以及滑动密封设置在所述侧开口101处的侧板102；所述第二隔水层204为一体结构，还包括：外框架24，设置在所述模拟箱体1外侧；升降螺杆25，一端与所述第二隔水层204转动连接，所述升降螺杆25与所述外框架24螺纹连接，用于驱动所述第二隔水层204和所述潜水含水层201升降。
在使用时，第二隔水层204可在模拟箱体1内升降，进而可便捷的调控承压含水层203的高度空间，有利于做出不同地质情况的模拟。外框架24可增强模拟箱体1的强度，同时可提供侧板102的滑动引导，侧板102向下滑动打开侧开口101漏出承压含水层203位置（模拟箱体1可架设在高位，后者地面设置下凹空间容纳侧板102，侧板102的升降可由常规升降结构实现），可按照地质模拟需要选择是否清空原有承压含水层203，第二隔水层204在升降螺杆25驱动下升降至预定位置，然后填充对应材料的承压含水层203，装填过程中，侧板102可逐渐上升，稳固已装填部位，可利用第二隔水层204下压装填的部位，以使装填紧实度达到要求。潜水含水层201可预先处理干净后者为一体模块结构，避免从打开的侧开口101出散乱。升降螺杆25可在四周进行布设，第二隔水层204升降更平稳。
优选的，本实施例进一步提出了，还包括：定位板26，升降设置在所述外框架24上且位于所述含矿含水层2上方，所述定位板26具有若干个限位螺孔2601，所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5三者与所述限位螺孔2601位置对应；若干个限位螺管27，具有外螺纹和内螺纹，所述限位螺管27通过所述外螺纹与所述限位螺孔2601螺纹连接，所述第一对接件23为外螺纹管，所述内螺纹与所述外螺纹管螺纹连接。
定位板26可对述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5进行定位，在第二隔水层204上下移动时，避免不同的注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5受到的力不同而出现高度不一，过滤器21位置随意改变的现象。通过限位螺管27的螺纹连接，定位更稳定，螺旋方向可根据需要设定，能起到连接稳定的作用即可。
定位板26的升降可由液压驱动件控制，便于调节注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5以及过滤器21在含矿含水层2中的位置，顶端高于含矿含水层2，底端露于模拟箱体1外下端长度，提供调整冗余量。本模拟系统为实验模拟系统，大小可根据实验需求而定，比如其总体高度可设置为两米左右，且外框架24上端可包括工作栈桥31，方便工人行走。
实施例2
参照图4，
相较于实施例1，进一步的，所述监测系统还包括若干个电磁阀；还包括：进水管28，具有多个，设置在所述模拟箱体1一侧，一端与外部水源连通，另一端与所述承压含水层203底部连通；排水管29，具有多个，设置在所述模拟箱体1一侧，一端与所述承压含水层203连通，另一端与外部连通；排气管30，具有多个，所述排气管30具有进气端和出气端，所述进气端设置在所述第二隔水层204下端，且与所述承压含水层203上部连通，所述出气端位于所述含矿含水层2外；所述排气管30、所述排水管29，和所述进水管28上均设置有所述电磁阀。
本实施例中，通过进水管28和排气管30的设置，可对装填后的承压含水层203内注水，以形成地下水状态，关闭排水管29，打开排气管30和进水管28，缓慢向承压含水层203注水，减少包气带的出现，完成注水后，关闭排气管30，打开进水管28和排水管29，则可使承压含水层203内水流动，且进水管28和排水管29可在模拟箱体1四周不同位置进行布设，则打开不同位置的进水管28和出水管以及控制水流量等，即可模拟改变地下水流向和流量等，以满足不同的实验项目需求。
第二隔水层204的升降设置，也可减少承压含水层203内的包气带的出现，便于对承压含水层203内是否含有包气带进行观察，承压含水层203注水基本完成时，可快速将第二隔水层204升起较小的高度，第二隔水层204与承压含水层203顶端之间存在间隔，在较多的进气口关闭的情况下，承压含水层203内部短暂产生负压情况，有助于承压含水层203内的包气带上升至间隔处，打开排气管30，继续向承压含水层203注水或者下降第二隔水层204到原为止，即可快速地将包气带排出。
本实施例还提出了一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟方法，对地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统进行实验模拟，包括如下步骤：
S1、将所述调压注水箱12内溢流位调至最高位，往所述调压注水箱12内供水直至所述调压注水箱12向外溢流；
S2、所述承压含水层203排气注水，开启所述进水管28向所述承压含水层203内注水，开启排气管30，将所述承压含水层203内气体排出，所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5内完成排气，观察各个所述测压管6内液位高度，若不一致，利用真空抽气泵对所述测压管6抽真空，排出管内气体，加水排气完成后，关闭所述排气管30；
S3、承压含水层203压力调节，根据测试需求拟定实验方案，根据实验方案设定所述承压含水层203水头压力，调节所述溢流板13高度，达到预定水位完成水头压力调节；
S4、承压含水层203径流流速、流量、流向设定，依据拟定的实验方案，在多个不同位置设置所述进水管28和所述排气管30，调节所述进水管28和所述排水管29开启部位以及开度大小，调节径流流速、流量、流向；
S5、投加示踪液，依据实验方案，往所述示踪水箱14内注入示踪液，开启变液位恒压供水模式，利用所述流量调节阀10调节各所述注液管件3内注水（含示踪液）流量；
S6、抽液管件4抽液，依据实验方案，分别开启各个所述真空抽水泵11，分别调节各个所述抽液管件4的抽液量；
S7、液体导电率测定，利用真空抽水泵11抽取所述注液管件3、所述抽液管件4和所述监测管件5内液体样品，接入所述取样容器16，用电导率仪19采集得到各处电导率值；
S8、数据采集，所述承压含含水层流态、流场稳定后，设定采样频率，由所述监测系统开始收集数据，监测地下水质和溶质的动态变化，所述处理系统获取所述检测系统采集数据，利用获取的数据分析不同地浸开采条件下地下水动力场和溶质运移的分布特征。
优选的，本实施例进一步提出了步骤S2中，所述进水管28向所述承压含水层203内注水时，需观察所述承压含水层203内渗透情况，避免出现包气带。可通过控制进水速度的方式减少包气带出现。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统，其特征在于，包括：
模拟箱体(1)和位于所述模拟箱体(1)内部的含矿含水层(2)；
注液管件(3)、抽液管件(4)和监测管件(5)，均具有若干个，且所述含矿含水层(2)中竖向设置所述注液管件(3)、所述抽液管件(4)和所述监测管件(5)，所述注液管件(3)、所述抽液管件(4)和所述监测管件(5)分别用于模拟注液井注液、抽液井抽液和监测井；
测压管(6)和连接管(7)，均具有若干个，所述测压管(6)设置在所述模拟箱体(1)外，所述注液管件(3)底端、所述抽液管件(4)底端和所述监测管件(5)底端均通过所述连接管(7)与所述测压管(6)一一连通；
监测系统，用于检测所述注液管件(3)注液量、所述抽液管件(4)抽液量以及检测所述测压管(6)内液体的水位；处理系统，与所述监测系统通信连接；所述监测系统包括若干个浮子流量计(8)、若干个数字型流量计(9)、若干个流量调节阀(10)和若干个真空抽水泵(11)；
调压注水箱(12)，设置在所述模拟箱体(1)上，所述调压注水箱(12)内设置有溢流板(13)，所述溢流板(13)用于调控调压注水箱(12)内水位；
示踪水箱(14)，设置在所述模拟箱体(1)上，用于容纳示踪液，且用于向所述注液管件(3)中混入示踪液；
注水管路(15)，具有若干个，所述调压注水箱(12)通过所述注水管路(15)与所述注液管件(3)一一连通，所述注水管路(15)上沿水流方向依次设置所述浮子流量计(8)、所述数字型流量计(9)、所述流量调节阀(10)；
取样容器(16)，具有若干个，设置在所述模拟箱体(1)外；
抽液管路(17)，具有若干个，所述抽液管件(4)通过所述抽液管路(17)与所述取样容器(16)一一连通，所述抽液管路(17)上沿水流方向依次设置所述浮子流量计(8)、所述数字型流量计(9)、所述流量调节阀(10)、所述真空抽水泵(11)；所述监测系统还包括若干个循环泵(18)、若干个电导率仪(19)；
监测管路(20)，具有若干个，若干个所述监测管路(20)一端与所有所述监测管件(5)中的若干个所述监测管件(5)一一连通，另一端与所述取样容器(16)一一连通，所述监测管路(20)上设置所述循环泵(18)；所述注液管件(3)、所述抽液管件(4)、所述监测管件(5)和所述取样容器(16)内设置所述电导率仪(19)；
所述含矿含水层(2)由上至下依次铺设有：潜水含水层(201)、第一隔水层(202)、承压含水层(203)、第二隔水层(204)；所述注液管件(3)、所述抽液管件(4)和所述监测管件(5)均具有过滤器(21)，所述过滤器(21)位于所述承压含水层(203)内；
所述注液管件(3)、所述抽液管件(4)和所述监测管件(5)与所述含矿含水层(2)滑动连接，所述注液管件(3)、所述抽液管件(4)和所述监测管件(5)的下部均滑动密封穿过所述模拟箱体(1)下端，所述连接管(7)位于所述模拟箱体(1)下方；
第一连接件(22)，具有若干个，所述注液管件(3)、所述抽液管件(4)和所述监测管件(5)底端均设置有第一连接件(22)；
第一对接件(23)，具有若干个，所述注液管件(3)、所述抽液管件(4)和所述监测管件(5)顶端均设置有所述第一对接件(23)，所述第一对接件(23)与所述第一连接件(22)二者为可拆卸连接结构，所述第一连接件(22)与所述第一对接件(23)被构造为连接后能够密封穿过所述模拟箱体(1)下端以及所述含矿含水层(2)；所述连接管(7)上均设置有所述第一对接件(23)，所述连接管(7)通过所述第一对接件(23)与所述第一连接件(22)连通。
2.根据权利要求1所述的一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统，其特征在于，所述模拟箱体(1)一侧具有侧开口(101)以及滑动密封设置在所述侧开口(101)处的侧板(102)；所述第二隔水层(204)为一体结构，还包括：
外框架(24)，设置在所述模拟箱体(1)外侧；
升降螺杆(25)，一端与所述第二隔水层(204)转动连接，所述升降螺杆(25)与所述外框架(24)螺纹连接，用于驱动所述第二隔水层(204)和所述潜水含水层(201)升降。
3.根据权利要求2所述的一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统，其特征在于，还包括：
定位板(26)，升降设置在所述外框架(24)上且位于所述含矿含水层(2)上方，所述定位板(26)具有若干个限位螺孔(2601)，所述注液管件(3)、所述抽液管件(4)和所述监测管件(5)三者与所述限位螺孔(2601)位置对应；
若干个限位螺管(27)，具有外螺纹和内螺纹，所述限位螺管(27)通过所述外螺纹与所述限位螺孔(2601)螺纹连接，所述第一对接件(23)为外螺纹管，所述内螺纹与所述外螺纹管螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统，其特征在于，所述监测系统还包括若干个电磁阀；还包括：
进水管(28)，具有多个，设置在所述模拟箱体(1)一侧，一端与外部水源连通，另一端与所述承压含水层(203)底部连通；
排水管(29)，具有多个，设置在所述模拟箱体(1)一侧，一端与所述承压含水层(203)连通，另一端与外部连通；
排气管(30)，具有多个，所述排气管(30)具有进气端和出气端，所述进气端设置在所述第二隔水层(204)下端，且与所述承压含水层(203)上部连通，所述出气端位于所述含矿含水层(2)外；
所述排气管(30)、所述排水管(29)，和所述进水管(28)上均设置有所述电磁阀。
5.一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟方法，其特征在于，利用权利要求4所述的一种地浸开采条件下地下水运移相似模拟系统进行实验模拟，包括如下步骤：
S1、将所述调压注水箱(12)内溢流位调至最高位，往所述调压注水箱(12)内供水直至所述调压注水箱(12)向外溢流；
S2、所述承压含水层(203)排气注水，开启所述进水管(28)向所述承压含水层(203)内注水，开启排气管(30)，将所述承压含水层(203)内气体排出，所述注液管件(3)、所述抽液管件(4)和所述监测管件(5)内完成排气，观察各个所述测压管(6)内液位高度，若不一致，利用真空抽气泵对所述测压管(6)抽真空，排出管内气体，加水排气完成后，关闭所述排气管(30)；
S3、所述承压含水层(203)压力调节，根据测试需求拟定实验方案，根据实验方案设定所述承压含水层(203)水头压力，调节所述溢流板(13)高度，达到预定水位完成水头压力调节；
S4、承压含水层(203)径流流速、流量、流向设定，依据拟定的实验方案，在多个不同位置设置所述进水管(28)和所述排气管(30)，调节所述进水管(28)和所述排水管(29)开启部位以及开度大小，调节径流流速、流量、流向；
S5、投加示踪液，依据实验方案，往所述示踪水箱(14)内注入示踪液，开启变液位恒压供水模式，利用所述流量调节阀(10)调节各所述注液管件(3)内注水流量；
S6、抽液管件(4)抽液，依据实验方案，分别开启各个所述真空抽水泵(11)，分别调节各个所述抽液管件(4)的抽液量；
S7、液体导电率测定，利用真空抽水泵(11)抽取所述注液管件(3)、所述抽液管件(4)和所述监测管件(5)内液体样品，接入所述取样容器(16)，用电导率仪(19)采集得到各处电导率值；
S8、数据采集，所述承压含水层(203)流态、流场稳定后，设定采样频率，由所述监测系统开始收集数据，监测地下水质和溶质的动态变化，所述处理系统获取所述监测系统采集数据，利用获取的数据分析不同地浸开采条件下地下水动力场和溶质运移的分布特征。
6.根据权利要求5所述的地浸开采条件下地下水运移相似模拟方法，其特征在于，步骤S2中，所述进水管(28)向所述承压含水层(203)内注水时，需观察所述承压含水层(203)内渗透情况，在没有出现包气带的前提下，加速注水。
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