矿井水净化实验测试装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种矿井水净化实验测试装置及其测试方法。矿井水净化实验测试装置包括矿井蓄水池、水泵、缓冲水池、阶梯式实验平台和采空区模拟水槽；水泵通过供水管连接在矿井蓄水池和缓冲水池之间；阶梯式实验平台包括有至少两个台阶部，在每个台阶部上分别安装有采空区模拟水槽，任意相邻的两个采空区模拟水槽之间通过连接管路连通；在每个采空区模拟水槽中配置有模拟岩层，在每个采空区模拟水槽中还设置有加压装置；在每个采空区模拟水槽上都设置有水样采集口；缓冲水池位于阶梯式实验平台中最高的台阶部上，缓冲水池通过连接管路与采空区模拟水槽连通。本发明专利技术为充分利用采空区垮落矸石对矿井水进行自净化处理提供了试验基础。

【技术实现步骤摘要】
矿井水净化实验测试装置及其测试方法
本专利技术涉及污水处理
，尤其涉及一种矿井水净化实验测试装置及其测试方法。
技术介绍
水是人类生存、环境改善和经济发展的根本，我国水资源总量约为2.8万亿吨，但人均水资源量仅为世界平均水平的1/4，全国每年缺水量高达500亿吨。煤炭开采导致上覆含水层发生破坏，含水层中的水流入采空区形成矿井水。据不完全统计，我国煤炭开采每年产生的矿井水达到近百亿吨，矿井水利用率长期低于30％。矿井水大量外排不仅造成了大量的水资源浪费，而且对地表生态环境造成了严重破坏。矿井水作为一种宝贵的地下水资源，通过建立煤矿地下水库对矿井水进行回收、再利用，可以很好的缓解西部矿区煤炭开发与水资源、生态环境的矛盾，具有很好的技术、经济和社会效益。目前，煤矿地下水资源的处理、利用已经引起了高度重视，形成了一批关于矿井水处理、净化方面的研究成果，例如：西南交通大学专利技术了一体化矿井水净化系统、葫芦岛辉宏有色金属有限公司专利技术了煤矿井下废水净化处理的方法、山西清泽环境科技有限公司专利技术了一种煤矿井下废水净化处理方法等，上述成果主要是利用外部系统、装置、化学试剂对矿井水进行物理与化学反应，实现净化矿井水的目的，但这些成果均主要采用外部介质，没有充分利用采空区冒落矸石对矿井水的过滤、沉淀、吸附、离子交换等自净化作用。有鉴于此，提供一种对矿井水进行自净化处理的测试装置及其测试方法成为必要。
技术实现思路
本专利技术技术方案提供一种矿井水净化实验测试装置，包括矿井蓄水池、水泵、缓冲水池、阶梯式实验平台和采空区模拟水槽；其中，所述水泵通过供水管连接在所述矿井蓄水池和所述缓冲水池之间；所述阶梯式实验平台包括有至少两个台阶部，在每个所述台阶部上分别安装有所述采空区模拟水槽，任意相邻的两个所述采空区模拟水槽之间通过连接管路连通；在每个所述采空区模拟水槽中配置有模拟岩层，在每个所述采空区模拟水槽中还设置有用于向所述模拟岩层加压的加压装置；在每个所述采空区模拟水槽上都设置有水样采集口；所述缓冲水池位于所述阶梯式实验平台中最高的所述台阶部上，所述缓冲水池通过所述连接管路与位于最高的所述台阶部上的所述采空区模拟水槽连通。进一步地，所述模拟岩层包括有冒落带、位于所述冒落带上方的空隙带和位于所述空隙带上方的裂隙带。进一步地，所述加压装置包括加压气囊和用于向所述加压气囊充气的充气元件；所述采空区模拟水槽包括顶盖，所述加压气囊位于所述模拟岩层的顶部，并位于所述顶盖的下方；所述充气元件位于所述采空区模拟水槽的外侧，所述充气元件通过充气管与所述加压气囊连通。进一步地，在所述加压气囊处于展开状态时，所述加压气囊的底部完全覆盖住所述模拟岩层的顶面，所述加压气囊的上部与所述顶盖接触，所述加压气囊的侧部与所述采空区模拟水槽的侧板接触。进一步地，所述采空区模拟水槽包括有框架，所述采空区模拟水槽的侧板固定安装在所述框架的侧部，所述采空区模拟水槽的底板固定安装在所述框架的底部，所述顶盖可拆卸地安装在所述框架的顶部。进一步地，所述底板和所述侧板分别采用钢化玻璃。进一步地，所述采空区模拟水槽具有进水端部和与所述进水端部相对设置的出水端部；所述采空区模拟水槽的所述出水端部铰接在所述台阶部上；在所述台阶部上还设置有用于驱动所述采空区模拟水槽的所述进水端部升降的升降驱动组件。进一步地，所述升降驱动组件包括有至少一个驱动油缸，在所述采空区模拟水槽的所述进水端部上还向外延伸有支撑件；所述驱动油缸安装在所述台阶部上，所述驱动油缸的输出端与所述支撑件铰接。进一步地，所述连接管路包括主管路和用于向所述采空区模拟水槽中均匀布水的多条分支管路；在所述主管路的出水端上设置有锥形部，多条所述分支管路分别平行地连接在所述锥形部上；其中，在从所述主管路至所述分支管路的方向上，所述锥形部的半径逐渐增加。进一步地，在所述连接管路上设置有流量控制阀和流速监测元件。本专利技术技术方案还提供一种采用前述任一项所述的矿井水净化实验测试装置进行实验的测试方法，包括如下步骤：S001：将从煤矿现场采集的矿井水置于矿井蓄水池内；S002：通过加压装置向模拟岩层加压；S003：开启水泵，将矿井水从矿井蓄水池抽入缓冲水池内；S004：缓冲水池中的矿井水按照从高到低的顺序依次进入各台阶部上的采空区模拟水槽内；S005：从每个采空区模拟水槽的水样采集口中采集被模拟岩层净化后的预设量的净化水，然后分析各采空区模拟水槽中的模拟岩层对矿井水的净化效果。进一步地，还包括：在开启水泵之前，通过升降驱动组件驱动采空区模拟水槽的进水端部升起预设角度。进一步地，选择性地将预设数量的采空区模拟水槽的进水端部升起预设角度，或者，将所有的采空区模拟水槽的进水端部升起预设角度。进一步地，还包括：通过充气元件向加压气囊中注入气体；在加压气囊展开时，加压气囊的下部完全覆盖住模拟岩层的上表面，加压气囊的上部与采空区模拟水槽的顶盖接触，加压气囊的侧部与采空区模拟水槽的侧板接触。采用上述技术方案，具有如下有益效果：本专利技术基于煤层开挖后工作面采空区顶板岩层的垮落块度、岩性组合、分布特征的差异，提供一种对不同水头压力、不同流速、不同渗流距离下矿井水自净化机理进行实验的测试装置及测试方法，为充分利用采空区垮落矸石对矿井水进行自净化处理提供了试验基础。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的矿井水净化实验测试装置的结构示意图；图2为在台阶面上设置有采空区模拟水槽的放大示意图；图3为缓冲水池、采空区模拟水槽、模拟岩层和加压装置的布置示意图；图4为阶梯式实验平台的结构示意图；图5为图3沿着A-A向的剖视图；图6为在驱动油缸作用下，采空区模拟水槽的进水端部被提升的示意图；图7为连接管路的示意图。具体实施方式下面结合附图来进一步说明本专利技术的具体实施方式。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。本专利技术实施例提供的矿井水净化实验测试装置主要用于对矿井水在采空区流动过程中的自净化机理进行测试，以得出采空区冒落矸石对矿井水的过滤、沉淀、吸附、离子交换等自净化效果。如图1-4所示，本专利技术一实施例提供的矿井水净化实验测试装置，包括矿井蓄水池1、水泵2、缓冲水池3、阶梯式实验平台4和采空区模拟水槽5。其中，水泵2通过供水管6连接在矿井蓄水池1和缓冲水池3之间。阶梯式实验平台4包括有至少两个台阶部41，在每个台阶部41上分别安装有采空区模拟水槽5，任意相邻的两个采空区模拟水槽5之间通过连接管路9连通。在每个采空区模拟水槽5中配置有模拟岩层7，在每个采空区模拟水槽5中还设置有用于向模拟岩层7加压的加压装置8。在每个采空区模拟水槽5上都设置有水样采集口50。缓冲水池3位于阶梯式实验平台4中最高的台阶部41上，缓冲水池3通过连接管路9与位于最高的台阶部41上的采空区模拟水槽5连通。模拟岩层7是从煤矿工作面采空区采集的岩石样本按一定的相似比例，按照岩性、块度、层位厚度制作而成的相似岩层。由于相邻的台阶部41之间的高度不同，每个台阶部41上的采空区模拟水槽5都相似于采煤工作面中的一个采空区。不同高度的采空区模拟水槽5相似于不同采煤工作面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井水净化实验测试装置，其特征在于，包括矿井蓄水池、水泵、缓冲水池、阶梯式实验平台和采空区模拟水槽；其中，所述水泵通过供水管连接在所述矿井蓄水池和所述缓冲水池之间；所述阶梯式实验平台包括有至少两个台阶部，在每个所述台阶部上分别安装有所述采空区模拟水槽，任意相邻的两个所述采空区模拟水槽之间通过连接管路连通；在每个所述采空区模拟水槽中配置有模拟岩层，在每个所述采空区模拟水槽中还设置有用于向所述模拟岩层加压的加压装置；在每个所述采空区模拟水槽上都设置有水样采集口；所述缓冲水池位于所述阶梯式实验平台中最高的所述台阶部上，所述缓冲水池通过所述连接管路与位于最高的所述台阶部上的所述采空区模拟水槽连通。

【技术特征摘要】
1.一种矿井水净化实验测试装置，其特征在于，包括矿井蓄水池、水泵、缓冲水池、阶梯式实验平台和采空区模拟水槽；其中，所述水泵通过供水管连接在所述矿井蓄水池和所述缓冲水池之间；所述阶梯式实验平台包括有至少两个台阶部，在每个所述台阶部上分别安装有所述采空区模拟水槽，任意相邻的两个所述采空区模拟水槽之间通过连接管路连通；在每个所述采空区模拟水槽中配置有模拟岩层，在每个所述采空区模拟水槽中还设置有用于向所述模拟岩层加压的加压装置；在每个所述采空区模拟水槽上都设置有水样采集口；所述缓冲水池位于所述阶梯式实验平台中最高的所述台阶部上，所述缓冲水池通过所述连接管路与位于最高的所述台阶部上的所述采空区模拟水槽连通。2.根据权利要求1所述的矿井水净化实验测试装置，其特征在于，所述模拟岩层包括有冒落带、位于所述冒落带上方的空隙带和位于所述空隙带上方的裂隙带。3.根据权利要求1或2所述的矿井水净化实验测试装置，其特征在于，所述加压装置包括加压气囊和用于向所述加压气囊充气的充气元件；所述采空区模拟水槽包括顶盖，所述加压气囊位于所述模拟岩层的顶部，并位于所述顶盖的下方；所述充气元件位于所述采空区模拟水槽的外侧，所述充气元件通过充气管与所述加压气囊连通。4.根据权利要求3所述的矿井水净化实验测试装置，其特征在于，在所述加压气囊处于展开状态时，所述加压气囊的底部完全覆盖住所述模拟岩层的顶面，所述加压气囊的上部与所述顶盖接触，所述加压气囊的侧部与所述采空区模拟水槽的侧板接触。5.根据权利要求4所述的矿井水净化实验测试装置，其特征在于，所述采空区模拟水槽包括有框架，所述采空区模拟水槽的侧板固定安装在所述框架的侧部，所述采空区模拟水槽的底板固定安装在所述框架的底部，所述顶盖可拆卸地安装在所述框架的顶部。6.根据权利要求5所述的矿井水净化实验测试装置，其特征在于，所述底板和所述侧板分别采用钢化玻璃。7.根据权利要求1所述的矿井水净化实验测试装置，其特征在于，所述采空区模拟水槽具有进水端部和与所述进水端部相对设置的出水端部；所述采空区模拟水槽的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周保精，庞义辉，李井峰，郝兴辉，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，北京低碳清洁能源研究所，神华神东煤炭集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11