一种煤矸石的淋滤试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种煤矸石的淋滤试验装置，包括对煤矸石进行淋滤试验的淋滤柱、位于淋滤柱上方的模拟降雨设备、对从淋滤柱排出的淋滤液进行收集的淋滤液收集装置和对模拟降雨设备连续供水的供水装置；供水装置包括供水箱和装有流量检测单元与流量控制单元的输水管，淋滤柱由下至上分为底部排水节段、上部降雨节段和装有煤矸石试样的中部试样放置节段；模拟降雨设备包括多根均安装在输水管出水口上且均插入上部降雨节段内的模拟降雨管，模拟降雨管底部装有喷头且其上装有微调开关。本实用新型结构简单、设计合理、使用操作简便且使用效果好、试验过程稳定可靠，试验过程控制简易且显示效果直观，能较真实地模拟煤矸石在降雨作用下的淋滤过程。
【专利说明】一种煤矸石的淋滤试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于矿产品淋滤【技术领域】，具体涉及一种煤矸石的淋滤试验装置。
【背景技术】
[0002]煤矸石是成煤过程中与煤共同沉积的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，通常呈薄层，伴生于煤层中或煤层顶、底板。煤矸石是在采煤和洗煤过程中大量排出的矿山固态废弃物，其排放量约为煤矿原煤产量的15%?20%，是我国目前年排放量和累计存量最大的工业废弃物之一。中国国有煤矿现有矸石山2000余座，堆积量70亿吨以上(占中国工业固态废弃物排放总量的40%以上)，占地面积约70km2，每年还将排出煤矸石1.5?2.0亿吨。煤矸石及其堆积物不仅造成了资源的浪费，而且也对矿山生态环境和人类生存带来极大的危害。固体废弃物乱堆乱放、废水污染河流、大气污染严重、有害物质没有得到充分降解等，都造成的巨大的直接财产损失，而对矿区地质环境的间接损害更是无法估量的，特别是对水土的危害更为巨大，其污染还具有长期性、隐蔽性、不可逆性，极难治理。因此，进行室内煤矸石淋滤试验，研究煤矸石在降雨作用下发生淋滤造成水土污染的作用机理，探索污染因子在此淋滤过程中的释放迁移规律，对于进一步研制污染物降解仪或采取相应的工程防害措施，解决矿区固态废弃物堆放导致的水土污染问题，都有着重要的理论及现实意义。
[0003]目前，大多数研究者采用的淋滤方式主要有非饱和态的动态淋滤与饱和态的淋溶两种方式。其中，饱和态的淋溶易于实现，固液接触关系明确，但试验中煤矸石始终处于饱和的浸泡工况下，与现实降雨条件下的煤矸石淋滤过程不符，有学者将这种浸泡方式看作是动态淋滤的极限情况，但也有对比试验表明动态淋滤的物质析出释放能力大于浸泡方式，二者内在机制并不相同，因此，将饱和浸泡方式下的试验结论推广于实际应用时，其适用性还有待考证。。
[0004]非饱和态的淋滤方式更接近于现实的淋滤情况，所得出的结论和规律有着更强的现实指导意义，很多学者都采用此淋滤方式进行了大量试验研究，且所采用的煤矸石淋滤装置主要由供水部分、导水管和淋滤柱连接组成。其中，供水部分多为供水瓶(箱)、马氏瓶等仪器设备；导水管均为单根水管，部分淋滤装置中的导管口连接有喷头设备；淋滤柱为不同尺寸的圆柱型有机玻璃或塑料管材，并通过在管底端设置漏斗或在侧壁开孔排出淋滤液。试验时，将导水管与供水设备连接，并将出水口或喷头固定于淋滤柱正上方，打开供水开关，导水管出水，对淋滤柱内矸石进行淋滤，定时取淋滤液进行相关项目检测，完成不同试验内容。
[0005]基于上述非饱和态的动态淋滤方式的煤矸石淋滤装置，需要解决的技术问题主要是模拟降雨条件，对煤矸石试样进行均匀淋滤。不同学者所采用淋滤装置之间的区别，主要在于淋滤柱的尺寸大小。不同直径的淋滤柱有各自的利弊，较小直径的淋滤管03cm)对矸石柱淋滤充分，但只能研究小粒径矸石试样，试验条件限制较大，与现实淋滤情况不符；较大直径的淋滤柱(> 0 5cm)可进行大粒径矸石试样的试验，但由于采用单根导水管供水，其湿润范围较小，导致矸石柱表面与液体接触不完全，无法实现对矸石进行均匀降雨淋滤的目的，虽通过连接喷头可增加一定的湿润面积，但由于模拟的降雨强度较小，试验中的流量多设置在小于10ml/min的范围内，导水管内的水流流速很低，使喷头的实际喷洒效果并不理想，而在矸石柱表面铺设石英砂层或脱脂棉层，对于提高矸石试样在降雨条件下发生淋滤作用均匀性的效果也十分有限。
[0006]综上所述，现有基于非饱和态淋滤方式的煤矸石淋滤装置，对实际降雨条件的模拟仿真程度并不理想，主要存在的问题是单根导水管的供水方式限制了雨水对矸石柱表面的湿润面积，淋滤柱直径越大，此问题越明显；而淋滤柱直径较小时，又产生了无法对大粒径矸石进行试验的问题，因而难以模拟现实降雨条件对煤矸石试样进行均匀淋滤，难以较真实的模拟煤矸石在降雨作用下的淋滤过程。
实用新型内容
[0007]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤矸石的淋滤试验装置，其结构简单、设计合理、使用操作简便且使用效果好、试验过程稳定可靠，能较真实地模拟煤矸石在降雨作用下的淋滤过程。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征在于:包括对煤矸石进行淋滤试验的淋滤柱、位于所述淋滤柱上方的模拟降雨设备、对从所述淋滤柱排出的淋滤液进行收集的淋滤液收集装置和对所述模拟降雨设备进行连续供水的供水装置；所述供水装置包括位于所述模拟降雨设备上方的供水箱和连接于供水箱与所述模拟降雨设备之间的输水管，所述输水管上安装有流量检测单元和流量控制单元；所述淋滤柱由下至上分为三个节段，三个所述节段分别为底部排水节段、位于底部排水节段上方的上部降雨节段和内部装有煤矸石试样的中部试样放置节段，所述中部试样放置节段连接于底部排水节段和上部降雨节段之间；所述中部试样放置节段与所述底部排水节段之间通过下带孔隔板进行分隔，所述上部降雨节段与所述中部试样放置节段之间通过上带孔隔板进行分隔；所述下带孔隔板上开有多个滤水孔；所述模拟降雨设备包括多根均安装在所述输水管的出水口上的模拟降雨管，多根所述模拟降雨管由上至下插入至上部降雨节段内，所述上带孔隔板上开有多个分别供多根所述模拟降雨管安装的安装孔，所述模拟降雨管为底部装有喷头的细管且其上安装有微调开关；所述底部排水节段上开有将从所述淋滤柱排出的淋滤液排至所述淋滤液收集装置的排水口。
[0009]上述一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征是:所述淋滤液收集装置为位于排水口下方的量筒。
[0010]上述一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征是:所述流量检测单元为流量计，所述流量控制单元为流量控制阀，所述流量计和流量控制阀均与控制器相接，所述控制器与参数输入单元和显示单元相接。
[0011]上述一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征是:所述淋滤柱为上部开口且下部设置有排水口的亚克力管。
[0012]上述一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征是:所述淋滤柱为圆柱形管且其管径为Φ4.5cm ?Φ5.5cm0
[0013]上述一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征是:所述模拟降雨管的数量为7根，所述安装孔的数量为7个；7根所述模拟降雨管由前至后分3排布设，3排所述模拟降雨管由前至后分别为第一降雨管、第二降雨管和第三降雨管，所述第一降雨管和第三降雨管的数量均为2根，所述第二降雨管的数量为3根。
[0014]上述一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征是:多根所述模拟降雨管的上部均通过蜡封固定在所述输水管的出水口上。
[0015]上述一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征是:所述输水管包括与供水箱的出水口相接的橡胶管和与橡胶管相接的导水管，多根所述模拟降雨管均安装在导水管的出水口上；所述导水管位于所述淋滤柱的正上方。
[0016]上述一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征是:所述模拟降雨管为软管，所述微调开关为滚轮开关。
[0017]上述一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征是:所述上带孔隔板和下带孔隔板均呈水平布设，多个所述安装孔呈均匀布设。
[0018]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0019]1、结构简单、设计合理且投入成本较低，使用操作简便且实现方便，试验条件易于控制，试验过程稳定可靠。
[0020]2、降雨设备结构简单且使用效果好，通过在导水管端口蜡封连接多根模拟降雨管，显著增大了煤矸石的湿润面积，且利用滚轮开关可分别对每根模拟降雨管的流量进行微调，能对均匀降雨工况的定量模拟。。
[0021]3、淋滤柱的尺寸适中，与降雨设备相配合使用，既满足了煤矸石表面充分接触降雨的要求，又可以对较大粒径矸石试样进行淋滤试验。
[0022]4、将输水管的流量调节与模拟降雨管流量的微调相结合，能简便实现对于降雨强度条件的准确控制，下带孔隔板的设置又可满足对不同粒径煤矸石进行淋滤试验的要求。
[0023]5、可实现均匀降雨模拟，煤矸石试样表面与雨水充分接触，并能进行较大粒径煤矸石试样的淋滤试验，对现实中煤矸石堆的淋滤过程的仿真度较高。
[0024]6、使用效果好且实用价值高，试验过程控制简易且显示效果直观，采用本实用新型显著增大了煤矸石的湿润面积，既满足了煤矸石表面充分接触降雨的要求，又可以对较大粒径煤矸石试样进行试验，解决了非饱和动态淋滤方式普遍存在的缺陷，因而本实用新型对非饱和动态淋滤试验方式进行了完善，可实现对均匀降雨的真实模拟，对实际煤矸石堆淋滤过程的仿真度较高，达到模拟现实煤矸石淋滤过程的目的，所得试验结果的现实指导意义较强。因而，本实用新型能模拟不同降雨强度下的煤矸石堆淋滤过程，并且能对不同粒径的煤矸石进行淋滤试验。
[0025]7、适用面广，能推广应用到如煤炭、矿石等其它矿区固态废弃物的淋滤试验中。
[0026]综上所述，本实用新型结构简单、设计合理、使用操作简便且使用效果好、试验过程稳定可靠，试验过程控制简易且显示效果直观，能较真实地模拟煤矸石在降雨作用下的淋滤过程。
[0027]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本实用新型的结构示意图。
[0029]图2为本实用新型上带孔隔板的结构示意图。
[0030]图3为本实用新型下带孔隔板的结构示意图。
[0031]图4为本实用新型模拟降雨管的布设位置示意图。
[0032]图5为本实用新型的电路原理框图。
[0033]附图标记说明:
[0034]I一供水箱；2—流量控制阀；3—流量计；
[0035]4-1 一橡胶管；4-2—导水管；4-3—模拟降雨管；
[0036]4-31—第一降雨管；4-32—第二降雨管；4-33—第三降雨管；
[0037]5—滚轮开关；6-1—上带孔隔板；6-11—安装孔；
[0038]6-2—下带孔隔板；6-21—滤水孔；7—中部试样放置节段；
[0039]8一底部排水节段；8-1—排水口 ；9一煤砰石试样；
[0040]10—上部降雨节段；11一量筒；12—控制器；
[0041]13—参数输入单元；14 一显示单元。
【具体实施方式】
[0042]如图1所示，本实用新型包括对煤矸石进行淋滤试验的淋滤柱、位于所述淋滤柱上方的模拟降雨设备、对从所述淋滤柱排出的淋滤液进行收集的淋滤液收集装置和对所述模拟降雨设备进行连续供水的供水装置；所述供水装置包括位于所述模拟降雨设备上方的供水箱I和连接于供水箱I与所述模拟降雨设备之间的输水管，所述输水管上安装有流量检测单元和流量控制单元。所述淋滤柱由下至上分为三个节段，三个所述节段分别为底部排水节段8、位于底部排水节段8上方的上部降雨节段10和内部装有煤矸石试样9的中部试样放置节段7，所述中部试样放置节段7连接于底部排水节段8和上部降雨节段10之间。所述中部试样放置节段7与所述底部排水节段8之间通过下带孔隔板6-2进行分隔，所述上部降雨节段10与所述中部试样放置节段7之间通过上带孔隔板6-1进行分隔。所述下带孔隔板6-2上开有多个滤水孔6-21，详见图3。所述模拟降雨设备包括多根均安装在所述输水管的出水口上的模拟降雨管4-3，多根所述模拟降雨管4-3由上至下插入至上部降雨节段10内，所述上带孔隔板6-1上开有多个分别供多根所述模拟降雨管4-3安装的安装孔6-11，详见图2。所述模拟降雨管4-3为底部装有喷头的细管且其上安装有微调开关。所述底部排水节段8上开有将从所述淋滤柱排出的淋滤液排至所述淋滤液收集装置的排水口 8-1。
[0043]本实施例中，所述淋滤液收集装置为位于排水口 8-1下方的量筒11。并且，所述排水口 8-1位于底部排水节段8的底部。
[0044]如图5所示,本实施例中，所述流量检测单元为流量计3,所述流量控制单元为流量控制阀2，所述流量计3和流量控制阀2均与控制器12相接，所述控制器12与参数输入单元13和显示单元14相接。
[0045]实际使用时，所述流量控制阀2为电磁阀。所述参数输入单元13为输入键盘。
[0046]本实施例中，所述淋滤柱为上部开口且下部设置有排水口 8-1的亚克力管。
[0047]并且，所述淋滤柱为圆柱形管且其管径为Φ4.5cm?Φ5.5cm。
[0048]如图4所示，所述模拟降雨管4-3的数量为7根，所述安装孔6_11的数量为7个。7根所述模拟降雨管4-3由前至后分3排布设，3排所述模拟降雨管4-3由前至后分别为第一降雨管4-31、第二降雨管4-32和第三降雨管4-33，所述第一降雨管4_31和第三降雨管4-33的数量均为2根，所述第二降雨管4-32的数量为3根。
[0049]实际安装时，多根所述模拟降雨管4-3的上部均通过蜡封固定在所述输水管的出水口上。
[0050]本实施例中，包括与供水箱I的出水口相接的橡胶管4-1和与橡胶管4-1相接的导水管4-2，多根所述模拟降雨管4-3均安装在导水管4-2的出水口上；所述导水管4-2位于所述淋滤柱的正上方。
[0051]并且，所述流量计3和流量控制阀2均安装在橡胶管4-1上。
[0052]本实施例中，所述上带孔隔板6-1和下带孔隔板6-2均呈水平布设，多个所述安装孔6-11呈均匀布设。
[0053]本实施例中，所述模拟降雨管4-3为软管，所述微调开关为滚轮开关5。并且，所述滚轮开关5的结构与注射器上所装的滚轮开关的结构相同。
[0054]淋滤试验开始时，先打开流量控制阀2，并将所述输水管的流量调小；之后，由先至后打开3排所述模拟降雨管4-3，并且后打开的模拟降雨管4-3流量不大于已流通模拟降雨管4-3的流量，保证各模拟降雨管4-3均稳定通水后，将所述输水管的流量调整至试验设定流量，同时对各模拟降雨管4-3的流量进行微调，使多根所述模拟降雨管4-3的流量相近似，使得所述降雨设备均匀出水，此时便完成对均匀降雨的模拟过程；然后，将预先准备好的煤矸石试样9放置在所述淋滤柱内的下带孔隔板6-2上，并将量筒11放置于所述淋滤柱下方，再开始淋滤过程。淋滤试验过程中，淋滤液通过下带孔隔板6-2排至底部排水节段8，最终通过底部排水节段8排至量筒11，定时对量筒11内的淋滤液进行取样检测。
[0055]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征在于:包括对煤矸石进行淋滤试验的淋滤柱、位于所述淋滤柱上方的模拟降雨设备、对从所述淋滤柱排出的淋滤液进行收集的淋滤液收集装置和对所述模拟降雨设备进行连续供水的供水装置；所述供水装置包括位于所述模拟降雨设备上方的供水箱(I)和连接于供水箱(I)与所述模拟降雨设备之间的输水管，所述输水管上安装有流量检测单元和流量控制单元；所述淋滤柱由下至上分为三个节段，三个所述节段分别为底部排水节段(8)、位于底部排水节段(8)上方的上部降雨节段(10)和内部装有煤矸石试样(9)的中部试样放置节段(7)，所述中部试样放置节段(7)连接于底部排水节段(8)和上部降雨节段(10)之间；所述中部试样放置节段(7)与所述底部排水节段⑶之间通过下带孔隔板(6-2)进行分隔，所述上部降雨节段(10)与所述中部试样放置节段(7)之间通过上带孔隔板(6-1)进行分隔；所述下带孔隔板(6-2)上开有多个滤水孔￠-21);所述模拟降雨设备包括多根均安装在所述输水管的出水口上的模拟降雨管(4-3)，多根所述模拟降雨管(4-3)由上至下插入至上部降雨节段(10)内，所述上带孔隔板(6-1)上开有多个分别供多根所述模拟降雨管(4-3)安装的安装孔(6-11)，所述模拟降雨管(4-3)为底部装有喷头的细管且其上安装有微调开关；所述底部排水节段(8)上开有将从所述淋滤柱排出的淋滤液排至所述淋滤液收集装置的排水口(8-1)。
2.按照权利要求1所述的一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征在于:所述淋滤液收集装置为位于排水口(8-1)下方的量筒(11)。
3.按照权利要求1或2所述的一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征在于:所述流量检测单元为流量计(3)，所述流量控制单元为流量控制阀(2)，所述流量计(3)和流量控制阀(2)均与控制器(12)相接，所述控制器(12)与参数输入单元(13)和显示单元(14)相接。
4.按照权利要求1或2所述的一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征在于:所述淋滤柱为上部开口且下部设置有排水口(8-1)的亚克力管。
5.按照权利要求1或2所述的一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征在于:所述淋滤柱为圆柱形管且其管径为Φ4.5cm?Φ5.5cm。
6.按照权利要求1或2所述的一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征在于:所述模拟降雨管(4-3)的数量为7根，所述安装孔(6-11)的数量为7个；7根所述模拟降雨管(4_3)由前至后分3排布设，3排所述模拟降雨管(4-3)由前至后分别为第一降雨管(4-31)、第二降雨管(4-32)和第三降雨管(4-33)，所述第一降雨管(4-31)和第三降雨管(4_33)的数量均为2根，所述第二降雨管(4-32)的数量为3根。
7.按照权利要求1或2所述的一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征在于:多根所述模拟降雨管(4-3)的上部均通过蜡封固定在所述输水管的出水口上。
8.按照权利要求1或2所述的一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征在于:所述输水管包括与供水箱(I)的出水口相接的橡胶管(4-1)和与橡胶管(4-1)相接的导水管(4-2)，多根所述模拟降雨管(4-3)均安装在导水管(4-2)的出水口上；所述导水管(4-2)位于所述淋滤柱的正上方。
9.按照权利要求1或2所述的一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征在于:所述模拟降雨管(4-3)为软管，所述微调开关为滚轮开关(5)。
10.按照权利要求1或2所述的一种煤矸石的淋滤试验装置，其特征在于:所述上带孔隔板￠-1)和下带孔隔板￠-2)均呈水平布设，多个所述安装孔(6-11)呈均匀布设。
【文档编号】G01N33/00GK204086253SQ201420575821
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月1日 优先权日:2014年10月1日
【发明者】王念秦, 王庆涛, 贺磊, 冯鑫, 白阳, 曹红丽, 汤廉超, 高长红 申请人:西安科技大学