CN210194531U - 一种模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置，属于矿山岩土工程技术领域。该模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置，包括支撑装置、供水装置、降雨装置、风力装置、升降装置、堆坝实验装置、气压装置、水处理装置和雨量元素调配装置。该模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置可以在室内进行相关的模型堆坝实验，并且可以根据现场具体的自然环境对堆坝实验进行高度拟合的模拟。

Description

一种模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置，属于矿山岩土工程技术领域。

背景技术

尾矿库是矿业工程中一个重要的构筑物，其尾矿坝的安全不仅关系到企业的生产和经济运营情况，还关系到下游人民群众的生命财产安全。在我国，随着经济的蓬勃发展，我国对矿产资源的需求激增，当今我国已成为一个矿业大国，12种大宗矿产每年尾矿排放量约3亿吨，但是由于我国尾矿库数量多、分布广，加之历史因素、管理与技术等方面的原因，使得我国成为尾矿坝事故高发的国家之一。据初步统计，从1960年开始，我国发生尾矿库事故约为100起，其中尾矿库溃坝事故为65起。特别是2008年山西襄汾新塔矿业公司“9·8”特别重大尾矿库溃坝事故，造成281人死亡，直接经济损失达9619.2万元。因此进行尾矿坝坝体稳定性分析，探索其稳定性影响因素，对尾矿库的安全运营有着重要的现实意义。

对于尾矿坝坝体稳定性分析，现阶段矿山岩土工程领域主要还是集中在现场勘探、数值模拟、室内堆坝实验等方面，但是由于现场勘探需要消耗众多的人力、物力、财力，所以是一种不经济的做法，数值模拟可以对模拟体进行理想化的分析，但需要设定相应的边界条件和数值，具有一定的局限性，因此，室内堆坝实验是一个可取的手段，室内堆坝实验可以根据现场实际条件模拟坝体出现失稳的状态，为实际构筑物进行稳定性分析提供可靠的数据支撑。本实用新型旨在发明一个尾矿库溃坝模型实验装置，可以在室内进行堆坝实验，并还原现场实际情况，控制降雨、风力、地震等不利因素，探索影响坝体失稳的内在规律。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供一种模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置。该模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置可以在室内进行相关的模型堆坝实验，并且可以根据现场具体的自然环境对堆坝实验进行高度拟合的模拟。本实用新型通过以下技术方案实现。

一种模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置，包括支撑装置、供水装置、降雨装置、风力装置、升降装置、堆坝实验装置、气压装置、水处理装置和雨量元素调配装置；

所述支撑装置包括“L”型支撑柱11、万向轮15和水平支撑厚钢板16，水平支撑厚钢板16顶部四个角分别设有四个“L”型支撑柱11，水平支撑厚钢板16底部四个角分别设有四个万向轮15；

所述供水装置包括水箱1、止水阀Ⅰ2、总进水口3、刻度线26、溢水口Ⅰ27、水泵箱29、抽水口Ⅰ30、止水阀Ⅲ31、出水口42、总进水管43和溢水管Ⅰ45，所述四个“L”型支撑柱11顶部设有水箱1，水箱1一侧设有总进水口3，总进水口3上设有止水阀Ⅰ2，总进水口3通过总进水管43连接水泵箱29的抽水口Ⅰ30，抽水口Ⅰ30上设有止水阀Ⅲ31，水箱1另一侧设有溢水口Ⅰ27，溢水口Ⅰ27连接溢水管Ⅰ45，水箱1表面设有刻度线26，水箱1底部设有出水口42；

所述降雨装置包括进水口7、挡水板9、密集降雨微孔10、三口支管20、溢水口Ⅱ21、降雨盒23、溢水管Ⅱ46、溢水管Ⅲ47和溢出水汇水口49，所述水箱1下方设置降雨盒23，降雨盒23为密封盒装，降雨盒23内部径向均匀设置若干排挡水板9，降雨盒23底部均匀设有若干的密集降雨微孔10，降雨盒23侧部设有进水口7，进水口7通过软管连接水箱1底部的出水口42，降雨盒23一侧设有溢水口Ⅱ21，溢水口Ⅱ21连接溢水管Ⅱ46，溢水管Ⅰ45和溢水管Ⅱ46通过三口支管20连接溢水管Ⅲ47，溢水管Ⅲ47通过溢出水汇水口49连接水泵箱29；

所述风力装置包括通风管道12、离心式高压式风机51和转动风叶52，降雨盒23下方的“L”型支撑柱11上分别设有四根均一端无端盖的通风管道12，四根通风管道12内侧均无侧实面，四根通风管道12内部设有转动风叶52，“L”型支撑柱11上设有离心式高压式风机51且离心式高压式风机51吹风口吹向无端盖的通风管道12，带动转动风叶52转动；

所述升降装置包括钢勾4、钢绳8、滑轮17、顶板钢环22和钢丝绳收绳机18，所述降雨盒23顶部四个角设有顶板钢环22，顶板钢环22通过钢绳8端部的钢勾4和安装在“L”型支撑柱11上的滑轮17连接钢丝绳收绳机18，在钢丝绳收绳机18收放下带动降雨盒23升降；

所述堆坝实验装置包括可拆卸筑坝模型箱13、液压杆19和液压装置63，降雨盒23下方设有可拆卸筑坝模型箱13，可拆卸筑坝模型箱13底部四个角通过液压装置63的液压杆19调整高度；

所述气压装置包括加压口24、止压阀Ⅱ25、出压口32、止压阀Ⅰ33、空气加压器36和压气管44，降雨盒23顶部设有加压口24，加压口24上设有止压阀Ⅱ25，加压口24通过压气管44与空气加压器36的出压口32连接，出压口32上设有止压阀Ⅰ33；

所述水处理装置包括污水出口14、污水净化器28、净化水汇水口48和污水进水管53，可拆卸筑坝模型箱13侧部设有污水出口14，污水出口14通过污水进水管53连接污水净化器28，污水净化器28的净水出水口62通过管道连接水泵箱29的净化水汇水口48；

所述雨量元素调配装置包括蒸馏水发生器37、蒸馏水杯38、装料口39、搅拌器40、放水口41和冷凝管64，蒸馏水发生器37蒸汽出口连接冷凝管64，冷凝管64冷凝水出口连接蒸馏水杯38，蒸馏水杯38底部通过管道连接搅拌器40，搅拌器40顶部设有装料口39，搅拌器40底部出水口连接水泵箱29。

所述水泵箱29设有外部水源进水口50。

所述空气加压器上设有进气口34和气压阀Ⅱ35。

所述污水净化器28内部依次设有滤网Ⅰ54、砾石55、滤网Ⅱ56、细沙57、滤网Ⅲ58、木炭59、滤网Ⅳ60和棉花61。

上述进水口7上设有止水阀Ⅱ5。

该模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置的工作原理为：

向可拆卸筑坝模型箱13中堆放尾矿坝堆坝，将雨量元素调配装置中的搅拌器40通过装料口39装入微量元素，与搅拌器40内部的蒸馏水混合均匀后进入到水泵箱29中，水泵箱29通过外部水源进水口50通入水源，然后泵入到水箱1中，根据水箱1上的刻度线26放到所需位置，然后关闭止水阀Ⅰ2，水箱1中的水通过出水口42流入到降雨盒23中，从密集降雨微孔10中落到可拆卸筑坝模型箱13中的尾矿坝堆坝进行溃坝试验，在此过程中，可以通过风力装置中的风力装置吹动转动风叶52产生风流模拟降雨过程中自然风流对降雨的影响，以至于对尾矿坝堆坝进行溃坝试验的影响；还可以通过气压装置中的空气加压器36对降雨盒23加压，压推动降雨盒23中的水以不同的速度与水量通过密集降雨微孔10来模拟自然降雨的雨量大小和雨量强度。最终从可拆卸筑坝模型箱13中流出的污水通过污水净化器28净化后又回到水泵箱29中。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型可以在实验室完成室外无法完成的堆坝实验，

（2）本实用新型可以模拟自然环境下的实验，

（3）本实用新型可以清晰观测各种实验条件下的现象，直观、具体，

（4）本实用新型可以实现水的循环利用，避免水资源的浪费，

（5）本实用新型可以模拟不同地形条件下的尾矿坝稳定性，

（6）本实用新型可以进行不同类型降雨情况下对坝体稳定性的影响，

（7）本实用新型可以模拟不同降雨强度、降雨面情况下降雨对坝体稳定性的影响。

附图说明

图1是本实用新型模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置结构示意图；

图2是本实用新型局部放大图；

图3是本实用新型提升系统结构示意图；

图4是本实用新型降雨装置结构示意图；

图5是本实用新型风力装置结构示意图；

图6是本实用新型污水净化装置结构示意图；

图7是本实用新型加压装置结构示意图；

图8是本实用新型水泵箱结构示意图；

图9是本实用新型雨量元素调配装置结构示意图。

图中：1-水箱，2-止水阀Ⅰ，3-总进水口，4-钢勾，5-止水阀Ⅱ，6-滑轮组，7-进水口，8-钢绳，9-挡水板，10-密集降雨微孔，11-“L”型支撑柱，12-通风管道，13-可拆卸筑坝模型箱，14-污水出口，15-万向轮，16-水平支撑厚钢板，17-滑轮，18-钢丝绳收绳机，19-液压杆，20-三口支管，21-溢水口Ⅱ，22-顶板钢环，23-降雨盒，24-加压口，25-止压阀Ⅱ，26-刻度线，27-溢水口Ⅰ，28-污水净化器，29-水泵箱，30-抽水口Ⅰ，31-止水阀Ⅲ，32-出压口，33-止压阀Ⅰ，34-进气口，35-气压阀Ⅱ，36-空气加压器，37-蒸馏水发生器，38-蒸馏水杯，39-装料口，40-搅拌器，41-放水口，42-出水口，43-总进水管，44-压气管，45-溢水管Ⅰ，46-溢水管Ⅱ，47-溢水管Ⅲ，48-净化水汇水口，49-溢出水汇水口，50-外部水源进水口，51-离心式高压式风机，52-转动风叶，53-污水进水管，54-滤网Ⅰ，55-砾石，56-滤网Ⅱ，57-细沙，58-滤网Ⅲ，59-木炭，60-滤网Ⅳ，61-棉花，62-净水出水口，63-液压装置，64-冷凝管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图1至9所示，该模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置，包括支撑装置、供水装置、降雨装置、风力装置、升降装置、堆坝实验装置、气压装置、水处理装置和雨量元素调配装置；

所述支撑装置包括“L”型支撑柱11、万向轮15和水平支撑厚钢板16，水平支撑厚钢板16顶部四个角分别设有四个“L”型支撑柱11，水平支撑厚钢板16底部四个角分别设有四个万向轮15；

所述供水装置包括水箱1、止水阀Ⅰ2、总进水口3、刻度线26、溢水口Ⅰ27、水泵箱29、抽水口Ⅰ30、止水阀Ⅲ31、出水口42、总进水管43和溢水管Ⅰ45，所述四个“L”型支撑柱11顶部设有水箱1，水箱1一侧设有总进水口3，总进水口3上设有止水阀Ⅰ2，总进水口3通过总进水管43连接水泵箱29的抽水口Ⅰ30，抽水口Ⅰ30上设有止水阀Ⅲ31，水箱1另一侧设有溢水口Ⅰ27，溢水口Ⅰ27连接溢水管Ⅰ45，水箱1表面设有刻度线26，水箱1底部设有出水口42；

所述降雨装置包括进水口7、挡水板9、密集降雨微孔10、三口支管20、溢水口Ⅱ21、降雨盒23、溢水管Ⅱ46、溢水管Ⅲ47和溢出水汇水口49，所述水箱1下方设置降雨盒23，降雨盒23为密封盒装，降雨盒23内部径向均匀设置若干排挡水板9，降雨盒23底部均匀设有若干的密集降雨微孔10，降雨盒23侧部设有进水口7，进水口7通过软管连接水箱1底部的出水口42，降雨盒23一侧设有溢水口Ⅱ21，溢水口Ⅱ21连接溢水管Ⅱ46，溢水管Ⅰ45和溢水管Ⅱ46通过三口支管20连接溢水管Ⅲ47，溢水管Ⅲ47通过溢出水汇水口49连接水泵箱29；

所述风力装置包括通风管道12、离心式高压式风机51和转动风叶52，降雨盒23下方的“L”型支撑柱11上分别设有四根均一端无端盖的通风管道12，四根通风管道12内侧均无侧实面，四根通风管道12内部设有转动风叶52，“L”型支撑柱11上设有离心式高压式风机51且离心式高压式风机51吹风口吹向无端盖的通风管道12，带动转动风叶52转动；

所述升降装置包括钢勾4、钢绳8、滑轮17、顶板钢环22和钢丝绳收绳机18，所述降雨盒23顶部四个角设有顶板钢环22，顶板钢环22通过钢绳8端部的钢勾4和安装在“L”型支撑柱11上的滑轮17连接钢丝绳收绳机18，在钢丝绳收绳机18收放下带动降雨盒23升降；

所述堆坝实验装置包括可拆卸筑坝模型箱13、液压杆19和液压装置63，降雨盒23下方设有可拆卸筑坝模型箱13，可拆卸筑坝模型箱13底部四个角通过液压装置63的液压杆19调整高度；

所述气压装置包括加压口24、止压阀Ⅱ25、出压口32、止压阀Ⅰ33、空气加压器36和压气管44，降雨盒23顶部设有加压口24，加压口24上设有止压阀Ⅱ25，加压口24通过压气管44与空气加压器36的出压口32连接，出压口32上设有止压阀Ⅰ33；

所述水处理装置包括污水出口14、污水净化器28、净化水汇水口48和污水进水管53，可拆卸筑坝模型箱13侧部设有污水出口14，污水出口14通过污水进水管53连接污水净化器28，污水净化器28的净水出水口62通过管道连接水泵箱29的净化水汇水口48；

所述雨量元素调配装置包括蒸馏水发生器37、蒸馏水杯38、装料口39、搅拌器40、放水口41和冷凝管64，蒸馏水发生器37蒸汽出口连接冷凝管64，冷凝管64冷凝水出口连接蒸馏水杯38，蒸馏水杯38底部通过管道连接搅拌器40，搅拌器40顶部设有装料口39，搅拌器40底部出水口连接水泵箱29。

其中水泵箱29设有外部水源进水口50；空气加压器上设有进气口34和气压阀Ⅱ35；污水净化器28内部依次设有滤网Ⅰ54、砾石55、滤网Ⅱ56、细沙57、滤网Ⅲ58、木炭59、滤网Ⅳ60和棉花61；进水口7上设有止水阀Ⅱ5。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置，其特征在于：包括支撑装置、供水装置、降雨装置、风力装置、升降装置、堆坝实验装置、气压装置、水处理装置和雨量元素调配装置；

所述支撑装置包括“L”型支撑柱（11）、万向轮（15）和水平支撑厚钢板（16），水平支撑厚钢板（16）顶部四个角分别设有四个“L”型支撑柱（11），水平支撑厚钢板（16）底部四个角分别设有四个万向轮（15）；

所述供水装置包括水箱（1）、止水阀Ⅰ（2）、总进水口（3）、刻度线（26）、溢水口Ⅰ（27）、水泵箱（29）、抽水口Ⅰ（30）、止水阀Ⅲ（31）、出水口（42）、总进水管（43）和溢水管Ⅰ（45），所述四个“L”型支撑柱（11）顶部设有水箱（1），水箱（1）一侧设有总进水口（3），总进水口（3）上设有止水阀Ⅰ（2），总进水口（3）通过总进水管（43）连接水泵箱（29）的抽水口Ⅰ（30），抽水口Ⅰ（30）上设有止水阀Ⅲ（31），水箱（1）另一侧设有溢水口Ⅰ（27），溢水口Ⅰ（27）连接溢水管Ⅰ（45），水箱（1）表面设有刻度线（26），水箱（1）底部设有出水口（42）；

所述降雨装置包括进水口（7）、挡水板（9）、密集降雨微孔（10）、三口支管（20）、溢水口Ⅱ（21）、降雨盒（23）、溢水管Ⅱ（46）、溢水管Ⅲ（47）和溢出水汇水口（49），所述水箱（1）下方设置降雨盒（23），降雨盒（23）为密封盒装，降雨盒（23）内部径向均匀设置若干排挡水板（9），降雨盒（23）底部均匀设有若干的密集降雨微孔（10），降雨盒（23）侧部设有进水口（7），进水口（7）通过软管连接水箱（1）底部的出水口（42），降雨盒（23）一侧设有溢水口Ⅱ（21），溢水口Ⅱ（21）连接溢水管Ⅱ（46），溢水管Ⅰ（45）和溢水管Ⅱ（46）通过三口支管（20）连接溢水管Ⅲ（47），溢水管Ⅲ（47）通过溢出水汇水口（49）连接水泵箱（29）；

所述风力装置包括通风管道（12）、离心式高压式风机（51）和转动风叶（52），降雨盒（23）下方的“L”型支撑柱（11）上分别设有四根均一端无端盖的通风管道（12），四根通风管道（12）内侧均无侧实面，四根通风管道（12）内部设有转动风叶（52），“L”型支撑柱（11）上设有离心式高压式风机（51）且离心式高压式风机（51）吹风口吹向无端盖的通风管道（12），带动转动风叶（52）转动；

所述升降装置包括钢勾（4）、钢绳（8）、滑轮（17）、顶板钢环（22）和钢丝绳收绳机（18），所述降雨盒（23）顶部四个角设有顶板钢环（22），顶板钢环（22）通过钢绳（8）端部的钢勾（4）和安装在“L”型支撑柱（11）上的滑轮（17）连接钢丝绳收绳机（18），在钢丝绳收绳机（18）收放下带动降雨盒（23）升降；

所述堆坝实验装置包括可拆卸筑坝模型箱（13）、液压杆（19）和液压装置（63），降雨盒（23）下方设有可拆卸筑坝模型箱（13），可拆卸筑坝模型箱（13）底部四个角通过液压装置（63）的液压杆（19）调整高度；

所述气压装置包括加压口（24）、止压阀Ⅱ（25）、出压口（32）、止压阀Ⅰ（33）、空气加压器（36）和压气管（44），降雨盒（23）顶部设有加压口（24），加压口（24）上设有止压阀Ⅱ（25），加压口（24）通过压气管（44）与空气加压器（36）的出压口（32）连接，出压口（32）上设有止压阀Ⅰ（33）；

所述水处理装置包括污水出口（14）、污水净化器（28）、净化水汇水口（48）和污水进水管（53），可拆卸筑坝模型箱（13）侧部设有污水出口（14），污水出口（14）通过污水进水管（53）连接污水净化器（28），污水净化器（28）的净水出水口（62）通过管道连接水泵箱（29）的净化水汇水口（48）；

所述雨量元素调配装置包括蒸馏水发生器（37）、蒸馏水杯（38）、装料口（39）、搅拌器（40）、放水口（41）和冷凝管（64），蒸馏水发生器（37）蒸汽出口连接冷凝管（64），冷凝管（64）冷凝水出口连接蒸馏水杯（38），蒸馏水杯（38）底部通过管道连接搅拌器（40），搅拌器（40）顶部设有装料口（39），搅拌器（40）底部出水口连接水泵箱（29）。

2.根据权利要求1所述的模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置，其特征在于：所述水泵箱（29）设有外部水源进水口（50）。

3.根据权利要求1所述的模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置，其特征在于：所述空气加压器上设有进气口（34）和气压阀Ⅱ（35）。

4.根据权利要求1所述的模拟复杂条件下尾矿库溃坝模型实验装置，其特征在于：所述污水净化器（28）内部依次设有滤网Ⅰ（54）、砾石（55）、滤网Ⅱ（56）、细沙（57）、滤网Ⅲ（58）、木炭（59）、滤网Ⅳ（60）和棉花（61）。

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