本发明公开了一种采空区污水净化相似材料模拟实验装置，属于环境保护矿井水处理领域。采空区污水净化相似材料模拟实验装置主要由支撑装置、净化装置、循环控制系统组成，通过该采空区污水净化相似材料模拟实验装置，可以预测出污水经过单一采空区、由上采空区经贯通裂隙到下采空区两种路径的净水能力和服务年限，并且可以预测出当污水同时经过以上两种路径进行净化时，两种路径的净化污水量的比例，预测结果可以作为实际生产的重要指导。
1.一种采空区污水净化相似材料模拟实验装置，其特征在于：主要由支撑装置、净化装置、循环控制系统组成，所述支撑装置由底座(1)、坡度变化杆(2)、承载体(3)组成，所述底座(1)的左端与坡度变化杆(2)的下端紧固相接、右端与承载体(3)的右端紧固相接，所述承载体(3)的左端与坡度变化杆(2)的上端相连接，承载体(3)上设有承载槽(4)，承载体(3)上套置有净化装置；所述净化装置由充填筒(5)、上采空区充填物(6)、下采空区充填物(7)、细小颗粒充填物(8)、金属网格或塑料实体板(9)组成，所述充填筒(5)的左侧设置有上采空区充填物(6)、右侧设置有下采空区充填物(7)，所述上采空区充填物(6)与下采空区充填物(7)之间的充填筒(5)内设置有细小颗粒充填物(8)，所述上采空区充填物(6)与细小颗粒充填物(8)之间的充填筒(5)内设置有金属网格或塑料实体板(9)；所述循环控制系统由水箱(10)、搅拌器(11)、水泵时间控制器(12)、水泵(13)、数据采集系统一(14)、数据采集系统二(15)、数据采集系统三(16)、阀门一(17)、阀门二(18)、阀门三(19)、进水管(20)、出水管一(21)、出水管二(22)组成，所述水箱(10)内设置有搅拌器(11)，所述进水管(20)的一端插置于水箱(10)内、另一端插置于充填筒(5)内，进水管(20)上从下向上依次设置有水泵时间控制器(12)、水泵(13)、数据采集系统一(14)、阀门一(17)，所述出水管一(21)的一端插置于水箱(10)内、另一端插置于充填筒(5)内，出水管一(21)上从下向上依次设置有数据采集系统二(15)、阀门二(18)，所述出水管二(22)的一端插置于水箱(10)内、另一端插置于充填筒(5)内，出水管二(22)上从下向上依次设置有数据采集系统三(16)、阀门三(19)。
2.根据权利要求1所述的一种采空区污水净化相似材料模拟实验装置，其特征在于：承载体(3)上端面留有承载槽(4)用于固定净化装置，承载体(3)的坡度可以通过坡度变化杆(2)的伸缩进行调节。
3.根据权利要求1所述的一种采空区污水净化相似材料模拟实验装置，其特征在于：净化装置依据相似理论而构建，充填筒(5)由高性能树脂材料做成，充填筒(5)直径大小根据采空区实际允许通水断面积而决定的，考虑到室内模型长度与实地真实采空区可利用长度相差甚远，即使通过相似理论也很难一次性满足要求，为此给模型建立循环管路。
4.根据权利要求1所述的一种采空区污水净化相似材料模拟实验装置，其特征在于：充填筒(5)中滤料层有两种，一种是采空区充填物用来模拟采空区，一种是细小颗粒充填体(8)用来模拟上下两采空区间贯通裂隙，采空区充填物与细小颗粒充填体(8)用金属网格或塑料实体板(9)进行隔离。
5.根据权利要求1所述的一种采空区污水净化相似材料模拟实验装置，其特征在于：对实验模型中循环控制系统的合理调控，在循环过滤过程中，应合理设定水泵(13)的启动间隔以及一次运行时长，保证进水量与出水量保持基本平衡。
6.根据权利要求1所述的一种采空区污水净化相似材料模拟实验装置，其特征在于：通过对采空区充填物与细小颗粒充填物(8)间隔离物的合理变换以及对阀门一(17)、阀门二(18)、阀门三(19)的合理调控，可以预测出污水经过单一采空区、由上采空区经贯通裂隙到下采空区两种路径的净水能力和服务年限，并且可以预测出当污水同时经过以上两种路径进行净化时，两种路径的净化污水量的比例。
一种采空区污水净化相似材料模拟实验装置
技术领域
[0001] 本发明涉及环境保护矿井水处理领域，尤其涉及一种新型采空区污水净化相似材料模拟实验装置。
背景技术
[0002] (1)由于水资源的匮乏和环保意识的增强，现阶段许多煤矿对井下生产污水的处理方法是将污水排送到地面污水厂经过混凝、沉淀、过滤、消毒等工艺净化再利用，但这种处理方法存在着周期长、占地面积大、污水处理成本高等缺点。(2)目前，对矿井污水井下采空区净化方法有所研究，但对采空区净水机理研究比较浅，仅是停留在对单个采空区净水机理及能力的研究，没有考虑到当煤层间距较小时，由于受到采动影响，煤层间的岩层已经产生裂隙而将上下采空区贯通，当井下污水经过上采空区净化的同时，污水也可能通过贯通裂隙由上采空区流到下采空区进行净化。(3)目前，对采空区净化污水的能力研究较多，但对采空区净水服务年限以及不同路径净水比例的研究较少。
发明内容
[0003] 本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种能够预测污水流经不同路径的采空区净水能力以及服务年限的一种新型采空区污水净化相似材料模拟实验装置。
[0004] 为实现上述目的，本专利在实验室建立了具有可变水力坡度的采空区污水循环净化模型，坡度可以通过坡度变化杆进行调节，该实验模型的净化装置依据相似理论而构建，充填筒直径大小根据采空区实际允许通水断面积而决定的，净化装置长度可以根据采空区的长度而定，通过这种方法构建的实验模型，产生的现象及数据更加切合实际，对实际生产应用具有重要的指导价值。充填筒中滤料层有两类，一类是采空区充填物用来模拟采空区，一类是细小颗粒充填体用来模拟上下两采空区间贯通裂隙。采空区充填物与细小颗粒充填体用金属网格或塑料实体板进行隔离，滤料层的选取至关重要，能够直接影响到实验的成败以及实验结果的真实性。实验模型共有一个进水管和两个出水管，水管上都安装有数据采集系统和阀门，阀门可以调节水流的速度，数据采集系统可以记录水流量，实验室高浊度污水是采用矿井污水池里的沉淀泥按一定比例配制而成，污水经进水管泵送到净化装置上端入水口，通过过滤层后，分别从出水管流出，通过对实验模型中循环控制系统的合理调控，可以分别测出井下污水通过不同路径的净水能力、净水服务年限、净水比例，对实际生产具有重要的指导价值。
[0005] 有益效果：通过该采空区污水净化相似材料模拟实验装置，可以预测出污水经过单一采空区、由上采空区经贯通裂隙到下采空区两种路径的净水能力和服务年限，并且可以预测出当污水同时经过以上两种路径进行净化时，两种路径的净化污水量的比例，预测结果可以作为实际生产的重要指导。
附图说明
[0006] 图1为采空区污水净化相似材料模拟实验装置。
具体实施方式
[0007] 采空区污水净化相似材料模拟实验装置主要由支撑装置、净化装置、循环控制系统组成，支撑装置由底座1、坡度变化杆2、承载体3组成，底座1的左端与坡度变化杆2的下端紧固相接、右端与承载体3的右端紧固相接，承载体3的左端与坡度变化杆2的上端相连接，承载体3上设有承载槽4，承载体3上套置有净化装置；净化装置由充填筒5、上采空区充填物6、下采空区充填物7、细小颗粒充填物8、金属网格或塑料实体板9组成，充填筒5的左侧设置有上采空区充填物6、右侧设置有下采空区充填物7，上采空区充填物6与下采空区充填物7之间的充填筒5内设置有细小颗粒充填物8，上采空区充填物6与细小颗粒充填物8之间的充填筒5内设置有金属网格或塑料实体板9；循环控制系统由水箱10、搅拌器11、水泵时间控制器12、水泵13、数据采集系统一14、数据采集系统二15、数据采集系统三16、阀门一17、阀门二18、阀门三19、进水管20、出水管一21、出水管二22组成，水箱10内设置有搅拌器11，进水管20的一端插置于水箱10内、另一端插置于充填筒5内，进水管20上从下向上依次设置有水泵时间控制器12、水泵13、数据采集系统一14、阀门一17，出水管一21的一端插置于水箱10内、另一端插置于充填筒5内，出水管一21上从下向上依次设置有数据采集系统二15、阀门二18，出水管二22的一端插置于水箱10内、另一端插置于充填筒5内，出水管二22上从下向上依次设置有数据采集系统三16、阀门三19。承载体3由钢材焊接而成，上端面留有承载槽4用于固定净化装置，承载体3的坡度可以通过坡度变化杆2的伸缩进行调节。该净化装置依据相似理论而构建，充填筒5由高性能树脂材料做成，充填筒5直径大小根据采空区实际允许通水断面积而决定的，由于考虑到室内模型长度与实地真实采空区可利用长度相差甚远，即使通过相似理论也很难一次性满足要求，为此给模型建立循环管路，经滤料层过滤后的水通过出水管流回到水箱10内，水泵13由水泵时间控制器12控制，在循环过滤过程中，应合理设定水泵时间控制器12对水泵13的启动间隔以及一次运行时长的调控，保证进水量与出水量保持基本平衡，保证实验的顺利进行。污水反复多次流过过滤层，延长了污水在净水装置中的过滤时间，增加了污水在岩层中的过滤次数，相当于加长过滤层的长度，根据实际工程实例，计算出污水处理应该循环的次数，次数达到后即可关闭水泵电源。
[0008] 实验一：将阀门一17、阀门二18打开，阀门三19关闭，上采空区充填物6与细小颗粒充填物8之间用塑料实体板9进行隔离，塑料实体板9用来阻止污水下流，开动搅拌器11将污水搅拌均匀后，启动水泵时间控制器12和水泵13将污水输送到净化装置入水口，污水经过上采空区充填物6后，经出水管一21回流到水箱10中，污水循环系统由水泵时间控制器12和水泵13调控，在循环过滤过程中，应合理控制水泵13的启动间隔以及一次运行时长，保证进水量与出水量保持基本平衡，保证实验的顺利进行，数据采集系统一14能够记录下进水管20的水流量，数据采集系统二15能够记录下出水管一21的水流量当循环次数达到与通过相似理论计算出污水处理应该循环的次数时，即可关闭水泵电源，在实验过程中应定时的对出水管一21流出的水进行水质检验，通过本次实验我们知道单一采空区对污水处理的能力，监测出单一采空区净水能力后，可以继续进行水循环处理，并且定时对水质进行检验，当水质有变差的趋势时，即为该采空区的净水服务年限。
[0009] 实验二：将阀门一17、阀门三19打开，阀门二18关闭，采空区充填物与细小颗粒充填物8之间用金属网格9进行隔离，金属网格9具有将两充填物隔开的作用，同时允许污水经过金属网格9流向下采空区充填物7，开动搅拌器11将污水搅拌均匀后，启动水泵时间控制器12和水泵13将污水输送到净化装置入水口，污水经过上采空区充填物6后，经出水管二22回流到水箱10中，污水循环系统由水泵时间控制器12和水泵13调控，在循环过滤过程中，应合理控制水泵13的启动间隔以及一次运行时长，保证进水量与出水量保持基本平衡，保证实验的顺利进行，数据采集系统一14能够记录下进水管20的水流量，数据采集系统三16能够记录下出水管二22的水流量，当循环次数达到与通过相似理论计算出污水处理应该循环的次数时，即可关闭水泵电源，在实验过程中应定时的对出水管二22流出的水进行水质检验，通过本次实验我们知道污水流过上采空区充填物6经细小颗粒充填物8到下采空区充填物7这一路径的污水处理的能力，监测出这一路径采空区净水能力后，可以继续进行水循环处理，并且定时对水质进行检验，当水质有变差的趋势时，即为这一路径采空区的净水服务年限。
[0010] 实验三：将阀门一17、阀门二18、阀门三19都打开，采空区充填物与细小颗粒充填物8之间用金属网格9进行隔离，金属网格9具有将两充填物隔开的作用，同时允许污水经过金属网格9流向下采空区充填物7，开动搅拌器11将污水搅拌均匀后，启动水泵时间控制器12和水泵13将污水输送到净化装置入水口，污水经过上采空区充填物6、细小颗粒充填体8、下采空区充填物7，最后通过出水管一21、出水管二22回流到水箱10中，污水循环系统由水泵时间控制器12和水泵13调控，在循环过滤过程中，应合理控制水泵13的启动间隔以及一次运行时长，保证进水量与出水量保持基本平衡，保证实验的顺利进行，数据采集系统能够记录下进出水管的水流量，当循环次数达到与通过相似理论计算出污水处理应该循环的次数时，即可关闭水泵电源，在实验过程中应定时的对出水管一21、出水管二22流出的水进行水质检验，通过本次实验我们知道当实验一与实验二中两种污水处理路径同时进行时的污水处理的能力，通过数据采集器一14记录下总入水量，通过数据采集器二15、数据采集器三
16分别记录下流经出水管一21和出水管二22的水流量，通过简单的计算，可以计算出以上两种路径的净水比例。
[0011] 本发明通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明专利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。
