一种煤矸石井下充填污染物释放模拟装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矸石井下充填污染物释放模拟装置及方法，适用于模拟煤矸石井下污染物释放规律的研究。装置包括底座，底座上设有内装煤矸石的样品容器，样品容器的外部套装有与样品容器同轴的控温罩，控温罩上方设有穿过控温罩进入样品容器内的传压棒。采用经验公式估算不同深度地下温度和压力，然后通过该装置通过控制加热棒控制水温，通过控制压力机控制压力，从而实现模拟井下环境温压耦合下煤矸石污染物释放规律的研究，为井下煤矸石对环境造成的污染研究开辟一种新的途径。其结构简单，操作方便，成本低，模拟效果好。
【专利说明】
一种煤矸石井下充填污染物释放模拟装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种煤矸石井下充填污染物释放模拟装置及方法，尤其适用于模拟煤 矸石井下污染物释放规律的研究。
【背景技术】
[0002] 目前国内外对煤矸石对环境污染的研究大都集中在实验室内煤矸石静态浸泡、动 态淋溶下污染物的释放规律和机理的研究以及煤矸石山对矿区环境影响的质量评价，多采 用控制浸泡液pH、固液比、煤矸石风化程度、煤矸石粒度等条件进行试验，而模拟井下温度、 压力耦合条件下煤矸石潜在污染物质释放规律的研究还未见报道。
【发明内容】
[0003] 技术问题：本发明的目的是提供一种煤矸石井下充填污染物释放模拟装置及方 法，通过控温和控压来模拟煤矸石井下充填污染物释放的规律，为井下煤矸石对环境造成 的污染研究开辟一种新的途径。
[0004] 技术方案:本发明的煤矸石井下充填污染物释放模拟装置，包括底座，底座上设有 内装煤矸石的样品容器，样品容器的外部套装有与样品容器同轴的控温罩，使样品容器外 壁与控温罩内壁之间构成内装控温水的控温室，控温罩上方设有穿过控温罩进入样品容器 内的传压棒。
[0005] 所述的控温罩内设有显示温度的加热棒。
[0006] 所述的控温罩和样品容器均由不锈钢管制成。
[0007] 本发明使用上述装置的煤矸石井下充填污染物释放模拟方法，依据地下温度和压 力经验公式获得地下温度和压力，通过改变控温室内的温度和施加的压力，模拟不同深度 井下环境煤矸石充填污染物释放规律，具体步骤如下：
[0008] a.将试验用的煤矸石装入样品容器，按照固液比加入离子水或矿井水浸泡，并在 控温室内注入控温水，将传压棒经控温罩插入样品容器内；
[0009] b.根据不同试验选择不同种类的煤矸石，并依据地下温度和压力设定控温水的温 度；
[0010] c.利用压力机对传压棒施压，进而通过传压棒对离子水或矿井水浸泡的煤矸石进 行施压，施加的压力为200kN~350kN，施压过程中，通过温度显示器对水温进行控制；
[0011] d.压力持续1天、3天、5天和7天，并分别取样，所得样品用0.45μπι微孔滤膜过滤后 采用ICP-MS和LC-MS进行无机物和有机污染物测定，从而揭示不同温度和压力耦合条件下 随时间变化煤矸石浸泡液污染物释放规律。
[0012] 所述的煤矸石为新鲜煤矸石、半风化煤矸石或风化煤矸石。
[0013] 所述控温水的温度为20 °C~40 °C。
[0014] 所述的固液比为1:1、1:2、1:4和1:8。
[0015] 所述加入离子水或矿井水浸泡的煤矸石(7)时间为1-6个月。
[0016] 有益效果：本发明采用经验公式估算不同深度地下温度和压力，然后通过该装置 通过控制加热棒控制水温，通过控制压力机控制压力，从而实现模拟井下环境温压耦合下 煤矸石污染物释放规律的研究，为井下煤矸石对环境造成的污染研究开辟一种新的途径。 其结构简单，操作方便，成本低，模拟效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的煤矸石井下充填污染物释放模拟装置结构示意图。
[0018] 图中：1一压力机，2-加热棒，3-控温水，4一控温罩，5-传压棒，6-样品容器， 7-煤矸石，8 -底座。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
[0020] 本发明的煤矸石井下充填污染物释放模拟装置，主要由温度显示器2、控温罩传压 棒4、5、样品容器6和底座8构成，底座8上设有内装煤矸石7的样品容器6,样品容器6的外部 套装有与样品容器6同轴的控温罩4,使样品容器6外壁与控温罩4内壁之间构成内装控温水 3的控温室，所述的控温罩4内设有显示温度的加热棒2。控温罩4上方设有穿过控温罩进入 样品容器6内的传压棒5。所述的控温罩4和样品容器6均由不锈钢管制成。
[0021] 本发明的煤矸石井下充填污染物释放模拟方法，依据地下温度和压力经验公式获 得地下温度和压力，通过改变控温室内的温度和施加的压力，模拟不同深度井下环境煤矸 石充填污染物释放规律，具体步骤如下：
[0022] a.将试验用的煤矸石7装入样品容器6,按照固液比加入离子水或矿井水浸泡，并 在控温室内注入控温水，将传压棒5经控温罩4插入样品容器6内；所述的煤矸石7为新鲜煤 矸石、半风化煤矸石或风化煤矸石;所述的固液比为1:1、1:2、1:4和1:8;所述加入离子水或 矿井水浸泡的煤矸石(7)时间为1-6个月；
[0023] b.根据不同试验选择不同种类的煤矸石7,并依据地下温度和压力设定控温水的 温度;所述控温水的温度为20°C~40°C。
[0024] c.利用压力机1对传压棒5施压，进而通过传压棒5对离子水或矿井水浸泡的煤矸 石7进行施压，施加的压力为200kN~350kN，施压过程中，通过显示温度的加热棒2对水温进 行控制；
[0025] d.压力持续1天、3天、5天和7天，并分别取样，所得样品用0.45μπι微孔滤膜过滤后 采用ICP-MS和LC-MS进行无机物和有机污染物测定，从而揭示不同温度和压力耦合条件下 随时间变化煤矸石浸泡液污染物释放规律。
[0026] 例如:模拟地下深度分别为500m和800m井下环境温压耦合下煤矸石污染物释放规 律，
[0027]首先对地下温度和地下压力参数数值的确定：
[0028] (1)温度和压力条件选择
[0029]井下温度和压力根据地下温度和压力经验公式来确定：
[0030] T = 0.030H+14
[0031] P = 〇.〇23H
[0032] 式中：〇 · 030--地温梯度，3 Γ /100m;
[0033] 0.023--压力梯度，0.023MPa/m;
[0034] Η--地下深度，m;
[0035] 14--当地地表年平均气温，°C ;
[0036] 根据上述经验公式确定相应500m和800m井下环境温度分别为29°C和38°C。
[0037] 采用YAW-3000型电液伺服压力机进行加压，利用普通温度显示器2进行温度控制； 结合现有试验条件，加压受力面为直径15cm的圆形区域，受力面积为17·66Χ1〇Λι2,依据上 述经验公式得试验条件如下表所示。
[0038]温度-压力耦合试验所选条件
[0040]温压耦合条件下浸泡试验
[0041 ] 将新鲜、风化或半风化煤矸石置于温压耦合试验装置内，按照1:1、1: 2、1:4和1:8 的固液比加入去离子水或矿井水浸泡，浸泡时间为1-6个月，控温分别为29°C和38°C，施加 压力分别为203kN和324kN，压力持续时间分别为1天、3天、5天和7天，并分别取样，所得样品 用0.45μπι微孔滤膜过滤后采用ICP-MS和LC-MS进行无机物和有机污染物测定，从而揭示不 同温度和压力耦合条件下随时间变化煤矸石浸泡液污染物释放规律。
【主权项】
1. 一种煤矸石井下充填污染物释放模拟装置，其特征在于:它包括底座(8)，底座(8)上 设有内装煤矸石(7)的样品容器(6)，样品容器(6)的外部套装有与样品容器(6)同轴的控温 罩(4)，使样品容器(6)外壁与控温罩(4)内壁之间构成内装控温水(3)的控温室，控温罩(4) 上方设有穿过控温罩进入样品容器(6)内的传压棒(5)。2. 根据权利要求1所述的一种煤矸石井下充填污染物释放模拟装置，其特征在于:所述 的控温罩(4)内设有显示温度的加热棒(2)。3. 根据权利要求1所述的一种煤矸石井下充填污染物释放模拟装置，其特征在于:所述 的控温罩(4)和样品容器(6)均由不锈钢管制成。4. 一种使用权利要求1所述装置的煤矸石井下充填污染物释放模拟方法，其特征在于： 依据地下温度和压力经验公式获得地下温度和压力，通过改变控温室内的温度和施加的压 力，模拟不同深度井下环境煤矸石充填污染物释放规律，具体步骤如下： a. 将试验用的煤矸石(7)装入样品容器(6)，按照固液比加入离子水或矿井水浸泡，并 在控温室内注入控温水，将传压棒(5)经控温罩(4)插入样品容器(6)内； b. 根据不同试验选择不同种类的煤矸石（7)，并依据地下温度和压力设定控温水的温 度； c. 利用压力机（1)对传压棒(5)施压，进而通过传压棒(5)对离子水或矿井水浸泡的煤 矸石(7)进行施压，施加的压力为200kN~350kN，施压过程中，通过显示温度的加热棒(2)对 水温进行控制； d. 压力持续1天、3天、5天和7天，并分别取样，所得样品用0.45μπι微孔滤膜过滤后采用 ICP-MS和LC-MS进行无机物和有机污染物测定，从而揭示不同温度和压力耦合条件下随时 间变化煤矸石浸泡液污染物释放规律。5. 根据权利要求4所述的煤矸石井下充填污染物释放模拟方法，其特征在于:所述的煤 矸石(7)为新鲜煤矸石、半风化煤矸石或风化煤矸石。6. 根据权利要求4所述的煤矸石井下充填污染物释放模拟方法，其特征在于:所述控温 水的温度为20°C~40°C。7. 根据权利要求4所述的煤矸石井下充填污染物释放模拟方法，其特征在于:所述的固 液比为1: 1、1:2、1:4和1:8。8. 根据权利要求4所述的煤矸石井下充填污染物释放模拟方法，其特征在于:所述加入 离子水或矿井水浸泡的煤矸石(7)时间为1-6个月。
【文档编号】G01N33/24GK106093343SQ201610398438
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】熊集兵, 卞正富, 郭广礼, 雷少刚, 杨德军, 王涛
【申请人】中国矿业大学