CN217332334U - 矿区地表生态模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种矿区地表生态模拟实验装置，包括：气候调节系统、植物根系图像监测分析系统以及支架(1)，所述支架(1)内容置植被覆盖层(2)，所述植被覆盖层(2)包括矿井模拟材料以及在所述矿井模拟材料上种植的植物，所述气候调节系统固定在所述支架(1)上，所述植物根系图像监测分析系统至少部分插入所述植被覆盖层(2)。本实用新型通过增加气候调节系统，可以对复杂气候条件下的地表生态进行更符合现实的模拟，实现了对下部矿山开挖，上部气候复杂多变情况下的地表生态系统观测，保证实验的科学性，达到研究目的。

Description

矿区地表生态模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及矿区实验装置相关技术领域，特别是一种矿区地表生态模拟实验装置。

背景技术

现有的地表生态模拟是模拟一般情况下的植被种植系统，在种植框内铺土壤，在土壤上种植植被，通过摄像头等手段监测植被的生长状态及特性。

然而，现有的地表生态模拟方法，只能模拟一般情况下的地表生态，对于复杂气候条件下的西部地区的矿井开采形成的沉陷区等条件无法有效的模拟，导致这些地区煤炭开采对岩土层的损伤机理和地表移动规律不清楚，影响了矿区的水资源保护与利用和矿山修复。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有技术存在未能模拟复杂气候条件的技术问题，提供一种矿区地表生态模拟实验装置。

本实用新型提供一种矿区地表生态模拟实验装置，包括：气候调节系统、植物根系图像监测分析系统以及支架，所述支架内容置植被覆盖层，所述植被覆盖层包括矿井模拟材料以及在所述矿井模拟材料上种植的植物，所述气候调节系统固定在所述支架上，所述植物根系图像监测分析系统至少部分插入所述植被覆盖层。

进一步地，所述植物根系图像监测分析系统包括：透明管、根系监测光源、根系摄像装置、以及根系监测控制装置，所述根系监测光源、以及所述根系摄像装置分别与所述根系监测控制装置通信连接，且所述根系监测光源、以及所述根系摄像装置容置在所述透明管内，所述透明管至少部分插入所述植被覆盖层。

更进一步地，所述植物根系图像监测分析系统还包括传动机构，所述透明管固定在所述传动机构上。

再进一步地，所述传动机构包括：固定平台以及齿条导轨，所述透明管固定在所述固定平台上，所述固定平台与所述齿条导轨啮合传动。

进一步地，所述气候调节系统包括降水调节系统、热风干燥系统、以及试验台温度监测器。

更进一步地，所述降水调节系统包括喷水器、以及水管，所述水管与所述喷水器连通，所述喷水器固定在所述支架上。

再进一步地，所述喷水器架设在所述支架的顶部，且所述喷水器的底部设置有喷头。

更进一步地，所述热风干燥系统包括：固定在所述支架外部的电暖风扇以及固定在所述支架顶部的支架灯光。

更进一步地，所述试验台温度监测器为固定在所述支架上的温度计。

再进一步地，还包括固定在所述支架的植物生长状态监测摄像装置。

本实用新型通过增加气候调节系统，可以对复杂气候条件下的地表生态进行更符合现实的模拟，实现了对下部矿山开挖，上部气候复杂多变情况下的地表生态系统观测，保证实验的科学性，达到研究目的。

附图说明

图1为本实用新型一种矿区地表生态模拟实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例植物根系图像监测分析系统的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例采用矿区地表生态模拟实验装置对地表生态进行模拟的方法的工作流程图。

标记说明

1-支架；2-植被覆盖层；3-透明管；4-根系监测光源；5-根系摄像装置；6-根系监测控制装置；7-固定平台；8-齿条导轨；9-喷水器；10- 水管；11-电暖风扇；12-支架灯光；13-温度计；14-植物根系。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本实用新型的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例一

如图1所示为本实用新型一种矿区地表生态模拟实验装置的结构示意图，包括：气候调节系统、植物根系图像监测分析系统以及支架1，所述支架1内容置植被覆盖层2，所述植被覆盖层2包括矿井模拟材料以及在所述矿井模拟材料上种植的植物，所述气候调节系统固定在所述支架1 上，所述植物根系图像监测分析系统至少部分插入所述植被覆盖层2。

具体来说，在支架1内按照矿井实际条件和比例铺设矿井模拟材料，然后在模拟材料上种植植被，得到容置在支架1内的植被覆盖层2，并通过气候调节系统模拟矿山地表实际条件，通过植物根系图像监测分析系统观察植被的根系发育及损伤情况，根据地表移动情况及植被状态分析得出规律。

若要模拟不同气候条件下的开采损害问题，只需改变气候调节系统即可。

本实用新型通过增加气候调节系统，可以对复杂气候条件下的地表生态进行更符合现实的模拟，实现了对下部矿山开挖，上部气候复杂多变情况下的地表生态系统观测，保证实验的科学性，达到研究目的。

实施例二

一种矿区地表生态模拟实验装置，包括：气候调节系统、植物根系图像监测分析系统、支架1、以及固定在所述支架1的植物生长状态监测摄像装置，所述支架1内容置植被覆盖层2，所述植被覆盖层2包括矿井模拟材料以及在所述矿井模拟材料上种植的植物，所述气候调节系统固定在所述支架1上，所述植物根系图像监测分析系统至少部分插入所述植被覆盖层2；

所述植物根系图像监测分析系统包括：透明管3、根系监测光源4、根系摄像装置5、以及根系监测控制装置6，所述根系监测光源4、以及所述根系摄像装置5分别与所述根系监测控制装置6通信连接，且所述根系监测光源4、以及所述根系摄像装置5容置在所述透明管3内，所述透明管3至少部分插入所述植被覆盖层2，所述植物根系图像监测分析系统还包括传动机构，所述透明管3固定在所述传动机构上，所述传动机构包括：固定平台7以及齿条导轨8，所述透明管3固定在所述固定平台 7上，所述固定平台7与所述齿条导轨8啮合传动；

所述气候调节系统包括降水调节系统、热风干燥系统、以及试验台温度监测器；

所述降水调节系统包括喷水器9、以及水管10，所述水管10与所述喷水器9连通，所述喷水器9固定在所述支架1上，所述喷水器9架设在所述支架1的顶部，且所述喷水器9的底部设置有喷头；

所述热风干燥系统包括：固定在所述支架1外部的电暖风扇11以及固定在所述支架1顶部的支架灯光12；

所述试验台温度监测器为固定在所述支架1上的温度计13。

具体来说，本实施例的矿区地表生态模拟实验装置设置了植物生长状态监测摄像装置和植物根系图像监测分析系统，对植被采用生长状态监测和根系监测相结合的全方位观测方法，同时增加了气候调节系统。气候调节系统包括降水调节系统、热风干燥系统和试验台温度监测器，用来更好的模拟出不同气候条件下西部复杂的地质条件。植物生长状态监测采用摄像头的方式，根系监测采用植物根系图像监测分析系统。如图2所示，植物根系图像监测分析系统由透明管3、根系监测光源4、根系摄像装置5、传动机构和作为根系监测控制装置6的计算机组成。其中透明管3优选为透明玻璃管，根系监测光源4为光源，根系摄像装置5 为摄像头。具体实现方法是：将透明管3埋在植被的根部,将根系监测光源4、以及所述根系摄像装置5置于透明管3内。利用摄像装置通过透明管拍摄根部即植物根系14的图像,并传输到根系监测控制装置6。由根系监测控制装置6通过相应的软件,将采集到的图像放大,进行数据分析,由此可以获得植物根系在实验过程中的生长变化过程。另外，透明管3通过现有的固定方式安装在固定平台7上，例如通过粘接等方式将透明管3 固定在固定平台7上。固定平台7与齿条导轨8啮合传动，固定平台7 沿齿条导轨8的延伸方向上下移动，从而拍摄根系的不同区域。固定平台7与齿条导轨8采用现有的啮合传动方式啮合。例如固定平台7上设置电机，电机上设置齿轮与齿条导轨8上的齿条啮合，通过电机旋转驱动固定平台7沿齿条导轨8移动。

矿区地表生态模拟实验装置整体位于密闭室内，采用支架1支撑结构，支架1优选为钢支架。降水调节系统包括喷水器9以及水管10。热风干燥系统包括电暖风扇11以及支架灯光12。试验台温度监测器为温度计13。其中，喷水器9和温度计13均固定在钢支架1上，支架灯光12 采用白炽灯，设置在支架1上部，即设置在试验台上部。热风器即电暖风扇11设置在支架1外部，即设置在实验台外部。降水控制器采用水管 10连接喷水器9，采用多根喷水器9保证降水覆盖率。喷水器9设置有喷头。水管10外接自来水水源，通过控制外接自来水水源的大小来控制喷水器9的水流大小，从而更真实的模拟自然降雨。热风干燥系统主要采用电暖风的方式，电暖风扇11主要组成为风扇加电热丝，温度控制通过调整电暖风扇11与支架1，即试验台距离的方式，并通过温度计13 测量温度。

其中，实验平台中喷水器可以采用埋入水管喷灌的方式；暖风系统可以采用外部空调，可随意更改温度风力更加方便。

如图3所示为采用本实施例的矿区地表生态模拟实验装置对地表生态进行模拟的方法的工作流程图，包括：

步骤S401，在实验台中按照矿井实际条件和比例铺设矿井模拟材料。

步骤S402，静置实验模拟材料72小时以上，待实验模拟材料风干成型。

步骤S403，模拟材料成型后种植植被，植被选择尽量以耐旱的禾本科草类为主。

步骤S404，浇水施肥进行植被养护，等待植被生长成型。

步骤S405,实验台进行加载模拟矿井采动影响。

步骤S406，进行实验台模型开挖，利用降水调节系统及热风干燥系统模拟矿山地表实际条件，利用温度调节器监测实验台温度达到实验要求。

步骤S407，观测植物的生长状态，同时利用根部监测系统观察植被的根系发育及损伤情况；

步骤S408，改变气候条件后重新执行步骤S405，或者结束实验。

具体来说，本实施例以开采-地表生态模拟实验平台为基础，植被采用生长状态监测和根系监测相结合的全方位观测方法，增加了气候调节系统，其中加入降水控制器和热风干燥系统，增加试验台温度监测器，用来更好的模拟出不同气候条件下西部复杂的地质条件。

气候调节系统中，降水控制器为采用水管连接喷头组成的喷水器，采用多根喷水器保证降水覆盖率，其中通过控制外接自来水水源的大小来控制喷水器水流大小。热风干燥系统主要采用电暖风的方式，主要组成为风扇加电热丝，温度控制通过调整电暖风与试验台距离的方式，通过温度计测量温度。

实验步骤中，进行实验台开挖后。a.利用降水调节系统及热风干燥系统模拟矿山地表实际条件，利用温度调节器监测实验台温度达到实验要求。b.观测植物的生长状态，同时利用根部监测系统观察植被的根系发育及损伤情况。c.根据地表移动情况及植被状态分析得出规律。

本实施例可以模拟复杂气候条件下的地表生态，通过增设降水系统，热风系统，光源等外部条件，可以更接近自然条件；通过增设植被根系监测系统，结合植被的外表观测，可以全方位的监测植被的生长情况；通过植被的选择，养护等，选择耐旱的禾本科植物，通过仿真系统进行养护，可以减少因植被人为养护原因死亡而造成实验误差。

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

Claims (10)

1.一种矿区地表生态模拟实验装置，其特征在于，包括：气候调节系统、植物根系图像监测分析系统以及支架(1)，所述支架(1)内容置植被覆盖层(2)，所述植被覆盖层(2)包括矿井模拟材料以及在所述矿井模拟材料上种植的植物，所述气候调节系统固定在所述支架(1)上，所述植物根系图像监测分析系统至少部分插入所述植被覆盖层(2)。

2.根据权利要求1所述的矿区地表生态模拟实验装置，其特征在于，所述植物根系图像监测分析系统包括：透明管(3)、根系监测光源(4)、根系摄像装置(5)、以及根系监测控制装置(6)，所述根系监测光源(4)、以及所述根系摄像装置(5)分别与所述根系监测控制装置(6)通信连接，且所述根系监测光源(4)、以及所述根系摄像装置(5)容置在所述透明管(3)内，所述透明管(3)至少部分插入所述植被覆盖层(2)。

3.根据权利要求2所述的矿区地表生态模拟实验装置，其特征在于，所述植物根系图像监测分析系统还包括传动机构，所述透明管(3)固定在所述传动机构上。

4.根据权利要求3所述的矿区地表生态模拟实验装置，其特征在于，所述传动机构包括：固定平台(7)以及齿条导轨(8)，所述透明管(3)固定在所述固定平台(7)上，所述固定平台(7)与所述齿条导轨(8)啮合传动。

5.根据权利要求1所述的矿区地表生态模拟实验装置，其特征在于，所述气候调节系统包括降水调节系统、热风干燥系统、以及试验台温度监测器。

6.根据权利要求5所述的矿区地表生态模拟实验装置，其特征在于，所述降水调节系统包括喷水器(9)、以及水管(10)，所述水管(10)与所述喷水器(9)连通，所述喷水器(9)固定在所述支架(1)上。

7.根据权利要求6所述的矿区地表生态模拟实验装置，其特征在于，所述喷水器(9)架设在所述支架(1)的顶部，且所述喷水器(9)的底部设置有喷头。

8.根据权利要求5所述的矿区地表生态模拟实验装置，其特征在于，所述热风干燥系统包括：固定在所述支架(1)外部的电暖风扇(11)以及固定在所述支架(1)顶部的支架灯光(12)。

9.根据权利要求5所述的矿区地表生态模拟实验装置，其特征在于，所述试验台温度监测器为固定在所述支架(1)上的温度计(13)。

10.根据权利要求1至9任一项所述的矿区地表生态模拟实验装置，其特征在于，还包括固定在所述支架(1)的植物生长状态监测摄像装置。

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