一種煤矸石井下充填污染物釋放模擬裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤矸石井下充填污染物釋放模擬裝置及方法，適用于模擬煤矸石井下污染物釋放規(guī)律的研究。裝置包括底座，底座上設(shè)有內(nèi)裝煤矸石的樣品容器，樣品容器的外部套裝有與樣品容器同軸的控溫罩，控溫罩上方設(shè)有穿過控溫罩進(jìn)入樣品容器內(nèi)的傳壓棒。采用經(jīng)驗公式估算不同深度地下溫度和壓力，然后通過該裝置通過控制加熱棒控制水溫，通過控制壓力機(jī)控制壓力，從而實現(xiàn)模擬井下環(huán)境溫壓耦合下煤矸石污染物釋放規(guī)律的研究，為井下煤矸石對環(huán)境造成的污染研究開辟一種新的途徑。其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低，模擬效果好。
【專利說明】
一種煤矸石井下充填污染物釋放模擬裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤矸石井下充填污染物釋放模擬裝置及方法，尤其適用于模擬煤 矸石井下污染物釋放規(guī)律的研究。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前國內(nèi)外對煤矸石對環(huán)境污染的研究大都集中在實驗室內(nèi)煤矸石靜態(tài)浸泡、動 態(tài)淋溶下污染物的釋放規(guī)律和機(jī)理的研究以及煤矸石山對礦區(qū)環(huán)境影響的質(zhì)量評價，多采 用控制浸泡液pH、固液比、煤矸石風(fēng)化程度、煤矸石粒度等條件進(jìn)行試驗，而模擬井下溫度、 壓力耦合條件下煤矸石潛在污染物質(zhì)釋放規(guī)律的研究還未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種煤矸石井下充填污染物釋放模擬裝置及方 法，通過控溫和控壓來模擬煤矸石井下充填污染物釋放的規(guī)律，為井下煤矸石對環(huán)境造成 的污染研究開辟一種新的途徑。
[0004] 技術(shù)方案:本發(fā)明的煤矸石井下充填污染物釋放模擬裝置，包括底座，底座上設(shè)有 內(nèi)裝煤矸石的樣品容器，樣品容器的外部套裝有與樣品容器同軸的控溫罩，使樣品容器外 壁與控溫罩內(nèi)壁之間構(gòu)成內(nèi)裝控溫水的控溫室，控溫罩上方設(shè)有穿過控溫罩進(jìn)入樣品容器 內(nèi)的傳壓棒。
[0005] 所述的控溫罩內(nèi)設(shè)有顯示溫度的加熱棒。
[0006] 所述的控溫罩和樣品容器均由不銹鋼管制成。
[0007] 本發(fā)明使用上述裝置的煤矸石井下充填污染物釋放模擬方法，依據(jù)地下溫度和壓 力經(jīng)驗公式獲得地下溫度和壓力，通過改變控溫室內(nèi)的溫度和施加的壓力，模擬不同深度 井下環(huán)境煤矸石充填污染物釋放規(guī)律，具體步驟如下：
[0008] a.將試驗用的煤矸石裝入樣品容器，按照固液比加入離子水或礦井水浸泡，并在 控溫室內(nèi)注入控溫水，將傳壓棒經(jīng)控溫罩插入樣品容器內(nèi)；
[0009] b.根據(jù)不同試驗選擇不同種類的煤矸石，并依據(jù)地下溫度和壓力設(shè)定控溫水的溫 度；
[0010] c.利用壓力機(jī)對傳壓棒施壓，進(jìn)而通過傳壓棒對離子水或礦井水浸泡的煤矸石進(jìn) 行施壓，施加的壓力為200kN~350kN，施壓過程中，通過溫度顯示器對水溫進(jìn)行控制；
[0011] d.壓力持續(xù)1天、3天、5天和7天，并分別取樣，所得樣品用0.45μπι微孔濾膜過濾后 采用ICP-MS和LC-MS進(jìn)行無機(jī)物和有機(jī)污染物測定，從而揭示不同溫度和壓力耦合條件下 隨時間變化煤矸石浸泡液污染物釋放規(guī)律。
[0012] 所述的煤矸石為新鮮煤矸石、半風(fēng)化煤矸石或風(fēng)化煤矸石。
[0013] 所述控溫水的溫度為20 °C~40 °C。
[0014] 所述的固液比為1:1、1:2、1:4和1:8。
[0015] 所述加入離子水或礦井水浸泡的煤矸石(7)時間為1-6個月。
[0016] 有益效果：本發(fā)明采用經(jīng)驗公式估算不同深度地下溫度和壓力，然后通過該裝置 通過控制加熱棒控制水溫，通過控制壓力機(jī)控制壓力，從而實現(xiàn)模擬井下環(huán)境溫壓耦合下 煤矸石污染物釋放規(guī)律的研究，為井下煤矸石對環(huán)境造成的污染研究開辟一種新的途徑。 其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低，模擬效果好，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的實用性。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的煤矸石井下充填污染物釋放模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖中：1一壓力機(jī)，2-加熱棒，3-控溫水，4一控溫罩，5-傳壓棒，6-樣品容器， 7-煤矸石，8 -底座。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進(jìn)一步的描述：
[0020] 本發(fā)明的煤矸石井下充填污染物釋放模擬裝置，主要由溫度顯示器2、控溫罩傳壓 棒4、5、樣品容器6和底座8構(gòu)成，底座8上設(shè)有內(nèi)裝煤矸石7的樣品容器6,樣品容器6的外部 套裝有與樣品容器6同軸的控溫罩4,使樣品容器6外壁與控溫罩4內(nèi)壁之間構(gòu)成內(nèi)裝控溫水 3的控溫室，所述的控溫罩4內(nèi)設(shè)有顯示溫度的加熱棒2?？販卣?上方設(shè)有穿過控溫罩進(jìn)入 樣品容器6內(nèi)的傳壓棒5。所述的控溫罩4和樣品容器6均由不銹鋼管制成。
[0021] 本發(fā)明的煤矸石井下充填污染物釋放模擬方法，依據(jù)地下溫度和壓力經(jīng)驗公式獲 得地下溫度和壓力，通過改變控溫室內(nèi)的溫度和施加的壓力，模擬不同深度井下環(huán)境煤矸 石充填污染物釋放規(guī)律，具體步驟如下：
[0022] a.將試驗用的煤矸石7裝入樣品容器6,按照固液比加入離子水或礦井水浸泡，并 在控溫室內(nèi)注入控溫水，將傳壓棒5經(jīng)控溫罩4插入樣品容器6內(nèi)；所述的煤矸石7為新鮮煤 矸石、半風(fēng)化煤矸石或風(fēng)化煤矸石;所述的固液比為1:1、1:2、1:4和1:8;所述加入離子水或 礦井水浸泡的煤矸石(7)時間為1-6個月；
[0023] b.根據(jù)不同試驗選擇不同種類的煤矸石7,并依據(jù)地下溫度和壓力設(shè)定控溫水的 溫度;所述控溫水的溫度為20°C~40°C。
[0024] c.利用壓力機(jī)1對傳壓棒5施壓，進(jìn)而通過傳壓棒5對離子水或礦井水浸泡的煤矸 石7進(jìn)行施壓，施加的壓力為200kN~350kN，施壓過程中，通過顯示溫度的加熱棒2對水溫進(jìn) 行控制；
[0025] d.壓力持續(xù)1天、3天、5天和7天，并分別取樣，所得樣品用0.45μπι微孔濾膜過濾后 采用ICP-MS和LC-MS進(jìn)行無機(jī)物和有機(jī)污染物測定，從而揭示不同溫度和壓力耦合條件下 隨時間變化煤矸石浸泡液污染物釋放規(guī)律。
[0026] 例如:模擬地下深度分別為500m和800m井下環(huán)境溫壓耦合下煤矸石污染物釋放規(guī) 律，
[0027]首先對地下溫度和地下壓力參數(shù)數(shù)值的確定：
[0028] (1)溫度和壓力條件選擇
[0029]井下溫度和壓力根據(jù)地下溫度和壓力經(jīng)驗公式來確定：
[0030] T = 0.030H+14
[0031] P = 〇.〇23H
[0032] 式中：〇 · 030--地溫梯度，3 Γ /100m;
[0033] 0.023--壓力梯度，0.023MPa/m;
[0034] Η--地下深度，m;
[0035] 14--當(dāng)?shù)氐乇砟昶骄鶜鉁?，°C ;
[0036] 根據(jù)上述經(jīng)驗公式確定相應(yīng)500m和800m井下環(huán)境溫度分別為29°C和38°C。
[0037] 采用YAW-3000型電液伺服壓力機(jī)進(jìn)行加壓，利用普通溫度顯示器2進(jìn)行溫度控制； 結(jié)合現(xiàn)有試驗條件，加壓受力面為直徑15cm的圓形區(qū)域，受力面積為17·66Χ1〇Λι2,依據(jù)上 述經(jīng)驗公式得試驗條件如下表所示。
[0038]溫度-壓力耦合試驗所選條件
[0040]溫壓耦合條件下浸泡試驗
[0041 ] 將新鮮、風(fēng)化或半風(fēng)化煤矸石置于溫壓耦合試驗裝置內(nèi)，按照1:1、1: 2、1:4和1:8 的固液比加入去離子水或礦井水浸泡，浸泡時間為1-6個月，控溫分別為29°C和38°C，施加 壓力分別為203kN和324kN，壓力持續(xù)時間分別為1天、3天、5天和7天，并分別取樣，所得樣品 用0.45μπι微孔濾膜過濾后采用ICP-MS和LC-MS進(jìn)行無機(jī)物和有機(jī)污染物測定，從而揭示不 同溫度和壓力耦合條件下隨時間變化煤矸石浸泡液污染物釋放規(guī)律。
【主權(quán)項】
1. 一種煤矸石井下充填污染物釋放模擬裝置，其特征在于:它包括底座(8)，底座(8)上 設(shè)有內(nèi)裝煤矸石(7)的樣品容器(6)，樣品容器(6)的外部套裝有與樣品容器(6)同軸的控溫 罩(4)，使樣品容器(6)外壁與控溫罩(4)內(nèi)壁之間構(gòu)成內(nèi)裝控溫水(3)的控溫室，控溫罩(4) 上方設(shè)有穿過控溫罩進(jìn)入樣品容器(6)內(nèi)的傳壓棒(5)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石井下充填污染物釋放模擬裝置，其特征在于:所述 的控溫罩(4)內(nèi)設(shè)有顯示溫度的加熱棒(2)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石井下充填污染物釋放模擬裝置，其特征在于:所述 的控溫罩(4)和樣品容器(6)均由不銹鋼管制成。4. 一種使用權(quán)利要求1所述裝置的煤矸石井下充填污染物釋放模擬方法，其特征在于： 依據(jù)地下溫度和壓力經(jīng)驗公式獲得地下溫度和壓力，通過改變控溫室內(nèi)的溫度和施加的壓 力，模擬不同深度井下環(huán)境煤矸石充填污染物釋放規(guī)律，具體步驟如下： a. 將試驗用的煤矸石(7)裝入樣品容器(6)，按照固液比加入離子水或礦井水浸泡，并 在控溫室內(nèi)注入控溫水，將傳壓棒(5)經(jīng)控溫罩(4)插入樣品容器(6)內(nèi)； b. 根據(jù)不同試驗選擇不同種類的煤矸石（7)，并依據(jù)地下溫度和壓力設(shè)定控溫水的溫 度； c. 利用壓力機(jī)（1)對傳壓棒(5)施壓，進(jìn)而通過傳壓棒(5)對離子水或礦井水浸泡的煤 矸石(7)進(jìn)行施壓，施加的壓力為200kN~350kN，施壓過程中，通過顯示溫度的加熱棒(2)對 水溫進(jìn)行控制； d. 壓力持續(xù)1天、3天、5天和7天，并分別取樣，所得樣品用0.45μπι微孔濾膜過濾后采用 ICP-MS和LC-MS進(jìn)行無機(jī)物和有機(jī)污染物測定，從而揭示不同溫度和壓力耦合條件下隨時 間變化煤矸石浸泡液污染物釋放規(guī)律。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤矸石井下充填污染物釋放模擬方法，其特征在于:所述的煤 矸石(7)為新鮮煤矸石、半風(fēng)化煤矸石或風(fēng)化煤矸石。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤矸石井下充填污染物釋放模擬方法，其特征在于:所述控溫 水的溫度為20°C~40°C。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤矸石井下充填污染物釋放模擬方法，其特征在于:所述的固 液比為1: 1、1:2、1:4和1:8。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤矸石井下充填污染物釋放模擬方法，其特征在于:所述加入 離子水或礦井水浸泡的煤矸石(7)時間為1-6個月。
【文檔編號】G01N33/24GK106093343SQ201610398438
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】熊集兵, 卞正富, 郭廣禮, 雷少剛, 楊德軍, 王濤
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)