本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)礦井水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種新型采空區(qū)污水凈化相似材料模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

（1）由于水資源的匱乏和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，現(xiàn)階段許多煤礦對井下生產(chǎn)污水的處理方法是將污水排送到地面污水廠經(jīng)過混凝、沉淀、過濾、消毒等工藝凈化再利用，但這種處理方法存在著周期長、占地面積大、污水處理成本高等缺點(diǎn)。（2）目前，對礦井污水井下采空區(qū)凈化方法有所研究，但對采空區(qū)凈水機(jī)理研究比較淺，僅是停留在對單個(gè)采空區(qū)凈水機(jī)理及能力的研究，沒有考慮到當(dāng)煤層間距較小時(shí)，由于受到采動(dòng)影響，煤層間的巖層已經(jīng)產(chǎn)生裂隙而將上下采空區(qū)貫通，當(dāng)井下污水經(jīng)過上采空區(qū)凈化的同時(shí)，污水也可能通過貫通裂隙由上采空區(qū)流到下采空區(qū)進(jìn)行凈化。（3）目前，對采空區(qū)凈化污水的能力研究較多，但對采空區(qū)凈水服務(wù)年限以及不同路徑凈水比例的研究較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種能夠預(yù)測污水流經(jīng)不同路徑的采空區(qū)凈水能力以及服務(wù)年限的一種新型采空區(qū)污水凈化相似材料模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利在實(shí)驗(yàn)室建立了具有可變水力坡度的采空區(qū)污水循環(huán)凈化模型，坡度可以通過坡度變化桿進(jìn)行調(diào)節(jié)，該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膬艋b置依據(jù)相似理論而構(gòu)建，充填筒直徑大小根據(jù)采空區(qū)實(shí)際允許通水?dāng)嗝娣e而決定的，凈化裝置長度可以根據(jù)采空區(qū)的長度而定，通過這種方法構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，產(chǎn)生的現(xiàn)象及數(shù)據(jù)更加切合實(shí)際，對實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。充填筒中濾料層有兩類，一類是采空區(qū)充填物用來模擬采空區(qū)，一類是細(xì)小顆粒充填體用來模擬上下兩采空區(qū)間貫通裂隙。采空區(qū)充填物與細(xì)小顆粒充填體用金屬網(wǎng)格或塑料實(shí)體板進(jìn)行隔離，濾料層的選取至關(guān)重要，能夠直接影響到實(shí)驗(yàn)的成敗以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸灿幸粋€(gè)進(jìn)水管和兩個(gè)出水管，水管上都安裝有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和閥門，閥門可以調(diào)節(jié)水流的速度，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以記錄水流量，實(shí)驗(yàn)室高濁度污水是采用礦井污水池里的沉淀泥按一定比例配制而成，污水經(jīng)進(jìn)水管泵送到凈化裝置上端入水口，通過過濾層后，分別從出水管流出，通過對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭醒h(huán)控制系統(tǒng)的合理調(diào)控，可以分別測出井下污水通過不同路徑的凈水能力、凈水服務(wù)年限、凈水比例，對實(shí)際生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。

有益效果：通過該采空區(qū)污水凈化相似材料模擬實(shí)驗(yàn)裝置，可以預(yù)測出污水經(jīng)過單一采空區(qū)、由上采空區(qū)經(jīng)貫通裂隙到下采空區(qū)兩種路徑的凈水能力和服務(wù)年限，并且可以預(yù)測出當(dāng)污水同時(shí)經(jīng)過以上兩種路徑進(jìn)行凈化時(shí)，兩種路徑的凈化污水量的比例，預(yù)測結(jié)果可以作為實(shí)際生產(chǎn)的重要指導(dǎo)。

附圖說明

圖1為采空區(qū)污水凈化相似材料模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

具體實(shí)施方式

采空區(qū)污水凈化相似材料模擬實(shí)驗(yàn)裝置主要由支撐裝置、凈化裝置、循環(huán)控制系統(tǒng)組成。支撐裝置由底座1、坡度變化桿2、承載體3組成，承載體3上設(shè)有承載槽4；凈化裝置由充填筒5、上采空區(qū)充填物6、下采空區(qū)充填物7、細(xì)小顆粒充填物8、金屬網(wǎng)格或塑料實(shí)體板9組成；循環(huán)控制系統(tǒng)由水箱10、攪拌器11、水泵時(shí)間控制器12、水泵13、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一14、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二15、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三16、閥門一17、閥門二18、閥門三19、進(jìn)水管20、出水管一21、出水管二22組成。承載體3由鋼材焊接而成，上端面留有承載槽4用于固定凈化裝置，承載體3的坡度可以通過坡度變化桿2的伸縮進(jìn)行調(diào)節(jié)。該凈化裝置依據(jù)相似理論而構(gòu)建，充填筒5由高性能樹脂材料做成，充填筒5直徑大小根據(jù)采空區(qū)實(shí)際允許通水?dāng)嗝娣e而決定的，由于考慮到室內(nèi)模型長度與實(shí)地真實(shí)采空區(qū)可利用長度相差甚遠(yuǎn)，即使通過相似理論也很難一次性滿足要求，為此給模型建立循環(huán)管路，經(jīng)濾料層過濾后的水通過出水管流回到水箱10內(nèi)，水泵13由水泵時(shí)間控制器12控制，在循環(huán)過濾過程中，應(yīng)合理設(shè)定水泵時(shí)間控制器12對水泵13的啟動(dòng)間隔以及一次運(yùn)行時(shí)長的調(diào)控，保證進(jìn)水量與出水量保持基本平衡，保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。污水反復(fù)多次流過過濾層，延長了污水在凈水裝置中的過濾時(shí)間，增加了污水在巖層中的過濾次數(shù)，相當(dāng)于加長過濾層的長度，根據(jù)實(shí)際工程實(shí)例，計(jì)算出污水處理應(yīng)該循環(huán)的次數(shù)，次數(shù)達(dá)到后即可關(guān)閉水泵電源。

實(shí)驗(yàn)一：將閥門一17、閥門二18打開，閥門三19關(guān)閉，上采空區(qū)充填物6與細(xì)小顆粒充填物8之間用塑料實(shí)體板9進(jìn)行隔離，塑料實(shí)體板9用來阻止污水下流，開動(dòng)攪拌器11將污水?dāng)嚢杈鶆蚝?，啟?dòng)水泵時(shí)間控制器12和水泵13將污水輸送到凈化裝置入水口，污水經(jīng)過上采空區(qū)充填物6后，經(jīng)出水管一21回流到水箱10中，污水循環(huán)系統(tǒng)由水泵時(shí)間控制器12和水泵13調(diào)控，在循環(huán)過濾過程中，應(yīng)合理控制水泵13的啟動(dòng)間隔以及一次運(yùn)行時(shí)長，保證進(jìn)水量與出水量保持基本平衡，保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一14能夠記錄下進(jìn)水管20的水流量，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二15能夠記錄下出水管一21的水流量當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到與通過相似理論計(jì)算出污水處理應(yīng)該循環(huán)的次數(shù)時(shí)，即可關(guān)閉水泵電源，在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)定時(shí)的對出水管一21流出的水進(jìn)行水質(zhì)檢驗(yàn)，通過本次實(shí)驗(yàn)我們知道單一采空區(qū)對污水處理的能力，監(jiān)測出單一采空區(qū)凈水能力后，可以繼續(xù)進(jìn)行水循環(huán)處理，并且定時(shí)對水質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)水質(zhì)有變差的趨勢時(shí)，即為該采空區(qū)的凈水服務(wù)年限。

實(shí)驗(yàn)二：將閥門一17、閥門三19打開，閥門二18關(guān)閉，采空區(qū)充填物與細(xì)小顆粒充填物8之間用金屬網(wǎng)格9進(jìn)行隔離，金屬網(wǎng)格9具有將兩充填物隔開的作用，同時(shí)允許污水經(jīng)過金屬網(wǎng)格9流向下采空區(qū)充填物7，開動(dòng)攪拌器11將污水?dāng)嚢杈鶆蚝?，啟?dòng)水泵時(shí)間控制器12和水泵13將污水輸送到凈化裝置入水口，污水經(jīng)過上采空區(qū)充填物6后，經(jīng)出水管二22回流到水箱10中，污水循環(huán)系統(tǒng)由水泵時(shí)間控制器12和水泵13調(diào)控，在循環(huán)過濾過程中，應(yīng)合理控制水泵13的啟動(dòng)間隔以及一次運(yùn)行時(shí)長，保證進(jìn)水量與出水量保持基本平衡，保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一14能夠記錄下進(jìn)水管20的水流量，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三16能夠記錄下出水管二22的水流量，當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到與通過相似理論計(jì)算出污水處理應(yīng)該循環(huán)的次數(shù)時(shí)，即可關(guān)閉水泵電源，在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)定時(shí)的對出水管二22流出的水進(jìn)行水質(zhì)檢驗(yàn)，通過本次實(shí)驗(yàn)我們知道污水流過上采空區(qū)充填物6經(jīng)細(xì)小顆粒充填物8到下采空區(qū)充填物7這一路徑的污水處理的能力，監(jiān)測出這一路徑采空區(qū)凈水能力后，可以繼續(xù)進(jìn)行水循環(huán)處理，并且定時(shí)對水質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)水質(zhì)有變差的趨勢時(shí)，即為這一路徑采空區(qū)的凈水服務(wù)年限。

實(shí)驗(yàn)三：將閥門一17、閥門二18、閥門三19都打開，采空區(qū)充填物與細(xì)小顆粒充填物8之間用金屬網(wǎng)格9進(jìn)行隔離，金屬網(wǎng)格9具有將兩充填物隔開的作用，同時(shí)允許污水經(jīng)過金屬網(wǎng)格9流向下采空區(qū)充填物7，開動(dòng)攪拌器11將污水?dāng)嚢杈鶆蚝螅瑔?dòng)水泵時(shí)間控制器12和水泵13將污水輸送到凈化裝置入水口，污水經(jīng)過上采空區(qū)充填物6、細(xì)小顆粒充填體8、下采空區(qū)充填物7，最后通過出水管一21、出水管二22回流到水箱10中，污水循環(huán)系統(tǒng)由水泵時(shí)間控制器12和水泵13調(diào)控，在循環(huán)過濾過程中，應(yīng)合理控制水泵13的啟動(dòng)間隔以及一次運(yùn)行時(shí)長，保證進(jìn)水量與出水量保持基本平衡，保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠記錄下進(jìn)出水管的水流量，當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到與通過相似理論計(jì)算出污水處理應(yīng)該循環(huán)的次數(shù)時(shí)，即可關(guān)閉水泵電源，在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)定時(shí)的對出水管一21、出水管二22流出的水進(jìn)行水質(zhì)檢驗(yàn)，通過本次實(shí)驗(yàn)我們知道當(dāng)實(shí)驗(yàn)一與實(shí)驗(yàn)二中兩種污水處理路徑同時(shí)進(jìn)行時(shí)的污水處理的能力，通過數(shù)據(jù)采集器一14記錄下總?cè)胨浚ㄟ^數(shù)據(jù)采集器二15、數(shù)據(jù)采集器三16分別記錄下流經(jīng)出水管一21和出水管二22的水流量，通過簡單的計(jì)算，可以計(jì)算出以上兩種路徑的凈水比例。

本發(fā)明通過具體實(shí)施過程進(jìn)行說明的，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對本發(fā)明專利進(jìn)行各種變換及等同代替，因此，本發(fā)明專利不局限于所公開的具體實(shí)施過程，而應(yīng)當(dāng)包括落入本發(fā)明專利權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方案。