本發(fā)明涉及環(huán)境保護礦井水處理領域，尤其涉及一種新型采空區(qū)污水凈化相似材料模擬實驗裝置。

背景技術：

（1）由于水資源的匱乏和環(huán)保意識的增強，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。（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)凈水機理研究比較淺，僅是停留在對單個采空區(qū)凈水機理及能力的研究，沒有考慮到當煤層間距較小時，由于受到采動影響，煤層間的巖層已經(jīng)產(chǎn)生裂隙而將上下采空區(qū)貫通，當井下污水經(jīng)過上采空區(qū)凈化的同時，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)凈水服務年限以及不同路徑凈水比例的研究較少。

技術實現(xiàn)要素：

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

為實現(xiàn)上述目的，本專利在實驗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行調(diào)節(jié)，該實驗模型的凈化裝置依據(jù)相似理論而構建，充填筒直徑大小根據(jù)采空區(qū)實際允許通水斷面積而決定的，凈化裝置長度可以根據(jù)采空區(qū)的長度而定，通過這種方法構建的實驗模型，產(chǎn)生的現(xiàn)象及數(shù)據(jù)更加切合實際，對實際生產(chǎn)應用具有重要的指導價值。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)充填物與細小顆粒充填體用金屬網(wǎng)格或塑料實體板進行隔離，濾料層的選取至關重要，能夠直接影響到實驗的成敗以及實驗結果的真實性。實驗模型共有一個進水管和兩個出水管，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，實驗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，通過對實驗模型中循環(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、凈水服務年限、凈水比例，對實際生產(chǎn)具有重要的指導價值。

有益效果：通過該采空區(qū)污水凈化相似材料模擬實驗裝置，可以預測出污水經(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年限，并且可以預測出當污水同時經(jīng)過以上兩種路徑進行凈化時，兩種路徑的凈化污水量的比例，預測結果可以作為實際生產(chǎn)的重要指導。

附圖說明

圖1為采空區(qū)污水凈化相似材料模擬實驗裝置。

具體實施方式

采空區(qū)污水凈化相似材料模擬實驗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、細小顆粒充填物8、金屬網(wǎng)格或塑料實體板9組成；循環(huán)控制系統(tǒng)由水箱10、攪拌器11、水泵時間控制器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的伸縮進行調(diào)節(jié)。該凈化裝置依據(jù)相似理論而構建，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)實際允許通水斷面積而決定的，由于考慮到室內(nèi)模型長度與實地真實采空區(qū)可利用長度相差甚遠，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由水泵時間控制器12控制，在循環(huán)過濾過程中，應合理設定水泵時間控制器12對水泵13的啟動間隔以及一次運行時長的調(diào)控，保證進水量與出水量保持基本平衡，保證實驗的順利進行。污水反復多次流過過濾層，延長了污水在凈水裝置中的過濾時間，增加了污水在巖層中的過濾次數(shù)，相當于加長過濾層的長度，根據(jù)實際工程實例，計算出污水處理應該循環(huán)的次數(shù)，次數(shù)達到后即可關閉水泵電源。

實驗一：將閥門一17、閥門二18打開，閥門三19關閉，上采空區(qū)充填物6與細小顆粒充填物8之間用塑料實體板9進行隔離，塑料實體板9用來阻止污水下流，開動攪拌器11將污水攪拌均勻后，啟動水泵時間控制器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)由水泵時間控制器12和水泵13調(diào)控，在循環(huán)過濾過程中，應合理控制水泵13的啟動間隔以及一次運行時長，保證進水量與出水量保持基本平衡，保證實驗的順利進行，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一14能夠記錄下進水管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的水流量當循環(huán)次數(shù)達到與通過相似理論計算出污水處理應該循環(huán)的次數(shù)時，即可關閉水泵電源，在實驗過程中應定時的對出水管一21流出的水進行水質(zhì)檢驗，通過本次實驗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)進行水循環(huán)處理，并且定時對水質(zhì)進行檢驗，當水質(zhì)有變差的趨勢時，即為該采空區(qū)的凈水服務年限。

實驗二：將閥門一17、閥門三19打開，閥門二18關閉，采空區(qū)充填物與細小顆粒充填物8之間用金屬網(wǎng)格9進行隔離，金屬網(wǎng)格9具有將兩充填物隔開的作用，同時允許污水經(jīng)過金屬網(wǎng)格9流向下采空區(qū)充填物7，開動攪拌器11將污水攪拌均勻后，啟動水泵時間控制器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)由水泵時間控制器12和水泵13調(diào)控，在循環(huán)過濾過程中，應合理控制水泵13的啟動間隔以及一次運行時長，保證進水量與出水量保持基本平衡，保證實驗的順利進行，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一14能夠記錄下進水管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，當循環(huán)次數(shù)達到與通過相似理論計算出污水處理應該循環(huán)的次數(shù)時，即可關閉水泵電源，在實驗過程中應定時的對出水管二22流出的水進行水質(zhì)檢驗，通過本次實驗我們知道污水流過上采空區(qū)充填物6經(jīng)細小顆粒充填物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)進行水循環(huán)處理，并且定時對水質(zhì)進行檢驗，當水質(zhì)有變差的趨勢時，即為這一路徑采空區(qū)的凈水服務年限。

實驗三：將閥門一17、閥門二18、閥門三19都打開，采空區(qū)充填物與細小顆粒充填物8之間用金屬網(wǎng)格9進行隔離，金屬網(wǎng)格9具有將兩充填物隔開的作用，同時允許污水經(jīng)過金屬網(wǎng)格9流向下采空區(qū)充填物7，開動攪拌器11將污水攪拌均勻后，啟動水泵時間控制器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)由水泵時間控制器12和水泵13調(diào)控，在循環(huán)過濾過程中，應合理控制水泵13的啟動間隔以及一次運行時長，保證進水量與出水量保持基本平衡，保證實驗的順利進行，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠記錄下進出水管的水流量，當循環(huán)次數(shù)達到與通過相似理論計算出污水處理應該循環(huán)的次數(shù)時，即可關閉水泵電源，在實驗過程中應定時的對出水管一21、出水管二22流出的水進行水質(zhì)檢驗，通過本次實驗我們知道當實驗一與實驗二中兩種污水處理路徑同時進行時的污水處理的能力，通過數(shù)據(jù)采集器一14記錄下總入水量，通過數(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，通過簡單的計算，可以計算出以上兩種路徑的凈水比例。

本發(fā)明通過具體實施過程進行說明的，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施過程，而應當包括落入本發(fā)明專利權利要求范圍內(nèi)的全部實施方案。