煤礦礦井水水質(zhì)形成及演化的水動(dòng)力場(chǎng)驅(qū)動(dòng)作用及數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

煤礦采空區(qū)積水水質(zhì)演化的多場(chǎng)作用模擬試驗(yàn)裝置

煤礦采空區(qū)積水水質(zhì)演化的多場(chǎng)協(xié)同作用機(jī)制

煤礦礦井水水質(zhì)形成及演化的水動(dòng)力場(chǎng)-水化學(xué)場(chǎng)-微生物場(chǎng)耦合作用 多場(chǎng)耦合作用

一、裝置簡(jiǎn)介

本裝置專為研究煤礦采空區(qū)積水水質(zhì)在水動(dòng)力場(chǎng)、水化學(xué)場(chǎng)及微生物場(chǎng)耦合作用下的演化規(guī)律而設(shè)計(jì)，可復(fù)現(xiàn)采空區(qū) “水位回升” 和 “蓄滿” 兩個(gè)關(guān)鍵階段的水質(zhì)變化過程。通過模擬頂板導(dǎo)水裂隙帶的分層滲透特性，精準(zhǔn)調(diào)控水動(dòng)力條件（水位升降、滲流速率），并結(jié)合水化學(xué)參數(shù)監(jiān)測(cè)與微生物群落分析，揭示多場(chǎng)協(xié)同作用對(duì)水質(zhì)演化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

二、主要技術(shù)參數(shù)

模型尺寸：長*寬*高 2000×1000×1500mm（模擬采空區(qū)及上覆巖層）

水動(dòng)力場(chǎng)控制

水位調(diào)節(jié)范圍：0~1000mm

滲流速率：0.1~5m/d

壓力控制：0~0.5MPa

水化學(xué)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

pH 值：2~12（精度 ±0.01）

離子濃度：Ca2?、Mg2?、SO?2?等（檢測(cè)下限 0.1mg/L）

氧化還原電位（ORP）：-1000~1000mV（精度 ±1mV）

微生物場(chǎng)模擬

溫度控制：15~40℃,精度±0.5℃

溶解氧（DO）：0~20mg/L（精度 ±0.01mg/L）

微生物采樣口：≥8 個(gè)（分布于不同垂向分層）

數(shù)據(jù)采集

采樣頻率：1~60min

可調(diào)存儲(chǔ)容量：≥10 萬組

三、裝置組成

裝置由模擬試驗(yàn)箱系統(tǒng)、多場(chǎng)參數(shù)調(diào)控系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)三部分組成，各部分功能如下：

1. 模擬試驗(yàn)箱系統(tǒng)

核心功能：還原采空區(qū)及頂板導(dǎo)水裂隙帶的物理結(jié)構(gòu)，為多場(chǎng)作用提供模擬空間。

主要組件：

箱體框架：Q235 型鋼焊接，內(nèi)側(cè)襯防腐鋼板，頂部設(shè)透明觀察窗;

分層滲透結(jié)構(gòu)：按導(dǎo)水裂隙帶垂向分布，自上而下設(shè)置 3 層模擬區(qū)（松散層、裂隙發(fā)育層、原生巖層），每層填充不同級(jí)配的石英砂與碳酸鈣混合材料;

采空區(qū)模擬單元：底部設(shè)多孔集水板（孔徑 5mm），連接排水管與水位調(diào)節(jié)裝置，模擬采空區(qū)積水存儲(chǔ)與排泄過程。

2.多場(chǎng)參數(shù)調(diào)控系統(tǒng)

核心功能：精準(zhǔn)調(diào)控水動(dòng)力、水化學(xué)、微生物場(chǎng)關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)耦合模擬。

主要組件：

水動(dòng)力調(diào)控模塊：包括恒壓供水裝置、變頻水泵、壓力傳感器；

水化學(xué)調(diào)控模塊：自動(dòng)加藥裝置（可添加 CaCl?、Na?SO?等試劑，調(diào)節(jié)離子初始濃度）、pH 緩沖系統(tǒng)（維持目標(biāo)酸堿度）；

微生物場(chǎng)調(diào)控模塊：恒溫控制系統(tǒng)、DO 調(diào)節(jié)裝置、微生物接種口。

3. 監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)

核心功能：實(shí)時(shí)采集多場(chǎng)參數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)整合分析，追蹤水質(zhì)演化過程。

主要組件：

傳感器陣列：水位計(jì)（精度±1mm）、電磁流量計(jì)（監(jiān)測(cè)滲流速率）、水質(zhì)傳感器；

采樣系統(tǒng)：自動(dòng)取樣器（定時(shí)采集不同分層水樣，容量 50mL / 次）、微生物采樣口；