一种模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于矿区生态修复技术领域，公开了一种模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法与装置，包括无盖无底的长方形有机玻璃容器；钢制底座的卡槽；有机玻璃制活动面板等。通过将有机玻璃容器内部固定好的活动面板上方铺设石膏板、填充土壤；并在有机玻璃容器侧面上均匀开设的多个水盐监测孔中放置数据采集器与传感器。利用构建的开采沉陷装置进行浅埋煤层开采沉陷扰动下的开采沉陷过程模拟、土壤蒸发过程模拟、水盐数据监测、水盐数据分析，计算沉陷盆地不同应力区、不同深度、不同沉陷阶段的土壤蒸发量、脱盐率及其变化规律，确定浅埋煤层开采沉陷条件下的土壤水盐运移规律。满足了装置简单、操作便捷、数据采集可控、应用范围广等需要。广等需要。广等需要。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法与装置


[0001]本专利技术属于矿区生态修复
，尤其涉及一种模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法与装置。

技术介绍

[0002]目前，中国西部干旱半干旱地区广布浅埋煤层。浅埋煤层开采造成风积沙地、黄土覆盖区大面积沉陷，发育深度不等的地裂缝，很多开采裂缝直达地表。直通地表的开采裂缝增加土壤与大气的接触面积，蒸发作用增强。这在干旱少雨、光照强度大的西部地区成为地表生态损伤的重要因素。而部分地表水沿裂缝向沉陷区渗漏，进而影响沉陷区近地表土壤水盐运移规律。土壤水盐运移规律的改变，导致地表土壤盐碱化、植被生长所需水分和盐分以及土壤微生态等方面的扰动，最终造成采煤沉陷区地表生态损伤。综上，开采沉陷改变土壤水盐运移规律成为浅煤层开采沉陷区生态系统退化的重要原因之一。因此，研究浅煤层开采扰动下的土壤水盐运移规律是开采沉陷对地表生态系统的影响机制的重要理论组成，对科学开展开采沉陷区生态修复工程、提高生态自修复能力具有重要现实意义。
[0003]目前，广泛使用的开采沉陷区土壤水盐运移规律的研究方法主要采用物理模型和现场监测2大类方法。由于开采沉陷盆地的动态演替性，以及土壤水分监测深度受限、沉陷盆地面积大等客观限制因素，现场监测数据很难实现开采全过程的动态监测。因此，采用能够模拟开采沉陷过程的物理模型成为研究开采沉陷地土壤水盐运移的一种有效手段。现有的土壤水盐运移物理模型主要包括：
[0004](1)利用马里奥特瓶供水和维持固定水头的一维土柱模型。该类模型主要用于模拟定水头土壤水分入渗过程，描述随深度变化的土壤水分入渗特征。在此类模型中，部分学者添加了不同地下水埋深的装置，用以模拟不同地下水位条件下的土壤水盐运移。另外，该类土柱模型还可添加模拟降雨装置、进行不同土层结构的模拟等功能。
[0005](2)模拟开采裂缝发育的土壤水盐运移二维模型。目前，针对开采沉陷地土壤水盐运移规律的研究中，建立了二维土壤水盐运移物理模型。该类模型主要模拟沉陷裂缝，监测并描述距离沉陷裂缝不同远近的观测点土壤水盐变化规律。这类模型聚焦于沉陷裂缝对土壤水盐运移的有效影响距离这一科学问题。
[0006](3)开采沉陷相似模型。大部分开采沉陷相似模型以模拟深埋煤层覆岩变形为主要目的，在模型中添加多种精细位移测量装置。少数模拟土壤覆盖层的位移变形量，无土壤水盐运移规律的模拟功能。
[0007]通过上述分析，本专利技术能够实现的缺陷及问题为：本专利技术可以短时间内模拟开采沉陷随时间动态演替过程中土壤水盐运移规律，能避免因开采沉陷盆地的动态演替性、土壤水分监测深度受限、沉陷盆地面积大等客观限制因素导致的现场监测数据难以实现开采全过程的动态监测这一技术难题。
[0008]解决以上问题及缺陷的难度为：本专利技术通过依次调节螺丝高度控制活动面板下降高度，模拟开采高度与开采掘进过程，使上覆土层自然沉陷，形成开采沉陷断面。同时，利用
预先设置于利开采沉陷模型的数据采集器与感器进行土壤水分和电导率数据实时监测，可以很好模拟了沉陷断面浅部拉张区和挤压区分布规律。实现短时间内模拟开采沉陷随时间动态演替过程中土壤水盐运移规律。
[0009]解决以上问题及缺陷的意义为：浅煤层开采造成土壤裂缝发育、地表蒸发作用强烈、地表水沿裂缝向开采沉陷区渗漏，进而影响沉陷区近地表土壤水盐运移规律。这是浅煤层开采沉陷区生态系统退化的重要原因之一。因此，本专利技术通过模拟开采沉陷随时间动态演替过程中土壤水盐运移规律，为开采沉陷区生态修复提供理论依据，同时研究浅煤层开采扰动下的土壤水盐运移规律是开采沉陷对地表生态系统的影响机制的重要理论组成，对科学开展开采沉陷区生态修复工程、提高生态自修复能力具有重要现实意义。

技术实现思路

[0010]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法与装置。
[0011]本专利技术是这样实现的，一种模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法，所述模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法包括：
[0012]利用构建的开采沉陷装置进行浅埋煤层开采沉陷扰动下的开采沉陷过程模拟、土壤蒸发过程模拟、水盐数据监测、水盐数据分析，计算沉陷盆地不同应力区、不同深度、不同沉陷阶段的土壤蒸发量、脱盐率及其变化规律，确定浅埋煤层开采沉陷条件下的土壤水盐运移规律。
[0013]进一步，所述模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法包括以下步骤：
[0014]步骤一，开采沉陷模型的构建：通过将无盖无底透明的有机玻璃容器放置于带支架的钢制面板的凹槽中，作为装盛土壤的器皿；将活动面板并排放置于有机玻璃器皿的钢制面板上方，利用四个活动螺钉支撑每个活动面板，于固定好的活动面板上方铺设2cm石膏板，在顶板石膏板上填充与矿化度3g/L的水溶液(离子浓度比：Na
+
:Cl
‑
：CO
32
‑
:Ca
2+
:SO
42
‑
:Mg
2+
＝8:4:1:1:1:1)充分混合、饱和含水率为21％的土壤溶液，进行土壤装柱；
[0015]步骤二，数据采集：将数据采集器与传感器放置在有机玻璃器皿的与活动面板垂直侧面上均匀开设的25个水盐监测孔内，进行土壤水分和电导率数据实时监测；
[0016]步骤三，基于装柱后的开采沉陷模型进行开采沉陷模拟：待水分平衡后，依次调节活动面板高度，模拟开采掘进过程，使上覆土层自然沉陷，形成开采沉陷断面，进行开采沉陷模拟以及土壤蒸发模拟。
[0017]步骤四，样品采集：沉陷断面上按照土壤深度、沉陷盆地拉张区、挤压区进行分区、分层数据土壤样品采集；
[0018]步骤五，数据处理：利用智能终端对所述采集的数据进行处理，分别计算不同位置拉张区与挤压区土壤蒸发量与脱盐率；确定土壤蒸发量与脱盐率的变化规律，确定浅埋煤层开采沉陷条件下的土壤水盐运移规律。
[0019]进一步，步骤一中，所述开采沉陷模型的构建包括：
[0020]将无盖无底透明的有机玻璃容器放置于带支架的钢制面板的凹槽中，作为装盛土壤的器皿；于有机玻璃器皿的钢制面板上均匀开设60个螺丝口；
[0021]将15个活动面板并排放置于有机玻璃器皿的钢制面板上方，利用四个活动螺钉支
撑每个活动面板，且将每个平面的活动螺钉穿过对应的螺丝口，并利用平头螺丝进行固定；
[0022]于固定好的活动面板上方铺设2cm石膏板，后填充土壤，并于有机玻璃器皿的与所述活动面板垂直的一个侧面上均匀开设多个水盐监测孔，并于所述水盐监测孔中放置数据采集器与传感器，即可得到开采沉陷模型。
[0023]进一步，步骤一中，所述土壤装柱包括：
[0024]将土壤与矿化度3g/L的水溶液充分混合，得到最大饱和含水率为21％的土壤溶液；
[0025]向构建的开采沉陷模型中按照每10cm分层装土，控制土壤容重为1.6g/cm3静置24h。
[0026]进一步，所述矿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法，其特征在于，所述模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法包括：利用构建的开采沉陷装置进行浅埋煤层开采沉陷扰动下的开采沉陷过程模拟、土壤蒸发过程模拟、水盐数据监测、水盐数据分析，计算沉陷盆地不同应力区、不同深度、不同沉陷阶段的土壤蒸发量、脱盐率及其变化规律，确定浅埋煤层开采沉陷条件下的土壤水盐运移规律。2.如权利要求1所述模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法，其特征在于，所述模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法包括以下步骤：步骤一，开采沉陷模型的构建：通过将无盖无底透明的有机玻璃容器放置于带支架的钢制面板的凹槽中，作为装盛土壤的器皿；将活动面板并排放置于有机玻璃器皿的钢制面板上方，利用四个活动螺钉支撑每个活动面板，于固定好的活动面板上方铺设2cm石膏板，在顶板石膏板上填充与与矿化度3g/L的水溶液(离子浓度比：Na
+
:Cl
‑
：CO
32
‑
:Ca
2+
:SO
42
‑
:Mg
2+
＝8:4:1:1:1:1)充分混合、饱和含水率为21％的土壤溶液，进行土壤装柱；步骤二，数据采集：将数据采集器与传感器放置在有机玻璃器皿的与活动面板垂直侧面上均匀开设的25个水盐监测孔内，进行土壤水分和电导率数据实时监测；步骤三，基于装柱后的开采沉陷模型进行开采沉陷模拟：待水分平衡后，依次调节活动面板高度，模拟开采掘进过程，使上覆土层自然沉陷，形成开采沉陷断面，进行开采沉陷模拟以及土壤蒸发模拟。步骤四，样品采集：沉陷断面上按照土壤深度、沉陷盆地拉张区、挤压区进行分区、分层土壤样品采集；步骤五，数据处理：利用智能终端对所述采集的数据进行处理，分别计算不同位置拉张区与挤压区土壤蒸发量与脱盐率；确定土壤蒸发量与脱盐率的变化规律，确定浅埋煤层开采沉陷条件下的土壤水盐运移规律。3.如权利要求2所述模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法，其特征在于，步骤一中，所述构建开采沉陷模型包括：将无盖无底透明的有机玻璃容器放置于带支架的钢制面板的凹槽中，作为装盛土壤的器皿；于有机玻璃器皿的钢制面板上均匀开设60个螺丝口；将15个活动面板并排放置于有机玻璃器皿的钢制面板上方，利用四个活动螺钉支撑每个活动面板，且将每个平面的活动螺钉穿过对应的螺丝口，并利用平头螺丝进行固定；于固定好的活动面板上方铺设2cm石膏板，在顶板石膏板上填充土壤，并于有机玻璃器皿的与所述活动面板垂直的一个侧面上均匀开设多个水盐监测孔，并于所述水盐监测孔中放置数据采集器与传感器，即可得到开采沉陷模型。4.如权利要求2所述模拟开采沉陷对土壤水盐运移影响的方法，其特征在于，步骤一中，所述进行土壤装柱包括：将土壤与矿化度3g/L的水溶液充分混合，得到最大饱和含水率为21％的土壤溶液；向构建的开采沉陷模型中活动面板上预先铺设一层2cm石膏板作为顶板，后按照每10cm分层装土，控制土壤容重为1.6g/cm3静置24h。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚海丽，黄显武，朱雪峰，温欣，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：