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专利号: 2020104692628
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种尾矿库溃坝模拟系统,其特征在于,包括尾矿库库区(1)、尾矿库沟道(2)、下游河道(3)、供水装置(4)、降雨装置(5)和监测装置(6);所述尾矿库库区(1)包括第一底板(11)、库体(12)、边坡(13)和坝体(14),所述第一底板(11)向下倾斜设置,所述库体(12)、边坡(13)和坝体(14)设置在所述第一底板(11)上,所述库体(12)用于存储尾矿水砂,所述边坡(13)设置在所述库体(12)周围用于模拟山地,所述坝体(14)设置在所述第一底板(11)的底端,用于拦截所述库体(12)中的尾矿水砂;所述尾矿库沟道(2)包括第二底板(21)、沟道(22)和床沙(23),所述第二底板(21)倾斜设置,且设置在所述第一底板(11)的下方,所述沟道(22)和床沙(23)均设置在所述第二底板(21)上,所述沟道(22)与所述库体(12)相对应,所述床沙(23)铺设在所述沟道(22)中,所述下游河道(3)设置在所述第二底板(21)的下方,且与所述沟道(22)相连通;所述供水装置(4)分别设置在所述尾矿库库区(1)的上游和所述下游河道(3)的上游,用于提供所述尾矿库库区(1)的上游来水和下游河道(3)的上游来水;

所述降雨装置(5)设置在所述尾矿库库区(1)的上方,并朝所述尾矿库库区(1)喷水;所述监测装置(6)包括多个流量检测装置(61)、多个水质检测装置(62)和多个观测装置(63);多个所述流量检测装置(61)分别设置在所述尾矿库库区(1)、尾矿库沟道(2)和下游河道(3)中,用于检测尾矿库溃坝前后所述尾矿库库区(1)、尾矿库沟道(2)和下游河道(3)中水体的流量、流速和水位;多个所述水质检测装置(62)分别设置在所述尾矿库库区(1)、尾矿库沟道(2)和下游河道(3)中,用于检测尾矿库溃坝前后所述尾矿库库区(1)、尾矿库沟道(2)和下游河道(3)中水体的水质;多个所述观测装置(63)分别设置在所述尾矿库库区(1)、尾矿库沟道(2)和下游河道(3)的两侧,其观测范围覆盖所述尾矿库库区(1)、尾矿库沟道(2)和下游河道(3),用于观测尾矿库溃坝过程的图像以及尾矿库溃坝后水沙的迁移演进图像。

2.如权利要求1所述的一种尾矿库溃坝模拟系统,其特征在于,还包括坡度调节装置(7),所述坡度调节装置(7)包括第一坡度调节装置(71)和第二坡度调节装置(72),所述第一底板(11)和第二底板(21)分别可拆卸地设置在所述第一坡度调节装置(71)和第二坡度调节装置(72)上,并通过所述第一坡度调节装置(71)和第二坡度调节装置(72)调节坡度;

所述第一坡度调节装置包括第一支撑杆(711)、第二支撑杆(712)、第三支撑杆(713)和第四支撑杆(714);所述第二坡度调节装置(72)包括所述第三支撑杆(713)、所述第四支撑杆(714)、第五支撑杆(721)和第六支撑杆(722);所述第一支撑杆(711)和第二支撑杆(712)分别设置在所述尾矿库库区(1)的库首相对的两侧;所述第二支撑杆(712)和第三支撑杆(713)分别设置在所述尾矿库库区(1)与所述尾矿库沟道(2)交汇处相对的两侧;所述第五支撑杆(721)和第六支撑杆(722)分别设置在所述尾矿库沟道(2)与所述下游河道(3)交汇处相对的两侧;所述第一底板(11)的四个角分别可拆卸地固定在所述第一支撑杆(711)、第二支撑杆(712)、第三支撑杆(713)和第四支撑杆(714)上,并沿所述第一支撑杆(711)、第二支撑杆(712)、第三支撑杆(713)和第四支撑杆(714)的高度方向上下移动;所述第二底板(21)可拆卸地固定在所述第三支撑杆(713)、第四支撑杆(714)、第五支撑杆(721)和第六支撑杆(722)上,并沿所述第三支撑杆(713)、第四支撑杆(714)、第五支撑杆(721)和第六支撑杆(722)的高度方向上下移动。

3.如权利要求2所述的一种尾矿库溃坝模拟系统,其特征在于,所述坝体(14)包括大坝防护板(141),所述大坝防护板(141)的两端分别固定在所述第三支撑杆(713)和第四支撑杆(714)上,所述大坝防护板(141)中部设有闸门孔,所述闸门孔处设置有闸门坝(142),所述闸门坝(142)的宽度与所述库体(12)中的水流截面宽度相同;所述边坡(13)上布设有若干汇流沟(131)。

4.如权利要求3所述的一种尾矿库溃坝模拟系统,其特征在于,所述沟道(22)为混凝土堆砌而成的凹槽;所述床沙(23)包括若干不同粒径的砂石;所述床沙(23)自然摆放于所述沟道(22)的底部,以模拟实际沟道的砾石分布。

5.如权利要求3所述的一种尾矿库溃坝模拟系统,其特征在于,所述下游河道(3)包括左侧防护板(31)、右侧防护板(32)和底部防护板(33);所述左侧防护板(31)和右侧防护板(32)分别设置在所述底部防护板(33)相对的两侧;所述底部防护板(33)上设置有河床(34);所述河床(34)依据实际河道的剖面形态进行堆砌。

6.如权利要求3所述的一种尾矿库溃坝模拟系统,其特征在于,所述供水装置(4)包括第一水泵(41)和第二水泵(42),所述第一水泵(41)的进水口与水源连通,其出水口通过第一输水管路(43)与所述尾矿库库区(1)的上游连通;所述第二水泵(42)的进水口与水源连通,其出水口通过第二输水管路(44)与所述下游河道(3)的上游连通;所述第一输水管路(43)和第二输水管路(44)上均设有打开或关闭其的阀门(8);所述第一输水管路(43)和第二输水管路(44)上均设有流量计(9)。

7.如权利要求3所述的一种尾矿库溃坝模拟系统,其特征在于,所述降雨装置(5)包括第三水泵(51)和喷头(52);所述第三水泵(51)的进水口与水源连通,其出水口通过第三输水管路(53)与所述喷头(52)连通;所述第三输水管路(53)上设有打开或关闭其的阀门(8);

所述第三输水管路(53)上设有流量计(9);所述喷头(52)设置在所述尾矿库库区(1)的上方,并朝所述尾矿库库区(1)喷水。

8.如权利要求3所述的一种尾矿库溃坝模拟系统,其特征在于,所述流量检测装置(61)均包括水位传感器(611)和水流速度传感器(612);所述水位传感器(611)分别设置在所述库体(12)中、所述闸门坝(142)与所述尾矿库沟道(2)的交汇处、所述尾矿库沟道(2)的中部、所述尾矿库沟道(2)与所述下游河道(3)的交汇处以及所述下游河道(3)的尾部;所述水流速度传感器(612)分别设置在所述库体(12)中、所述闸门坝(142)与所述尾矿库沟道(2)的交汇处、所述尾矿库沟道(2)的中部、所述尾矿库沟道(2)与所述下游河道(3)的交汇处以及所述下游河道(3)的尾部;所述水质检测装置(62)包括重金属传感器(621);所述重金属传感器(621)分别设置在所述库体(12)中、所述闸门坝(142)与所述尾矿库沟道(2)的交汇处、所述尾矿库沟道(2)的中部、所述尾矿库沟道(2)与所述下游河道(3)的交汇处以及所述下游河道(3)的尾部;所述观测装置(63)包括高清摄像机(631);所述高清摄像机(631)分别设置所述坝体(14)的左右两侧、所述尾矿库沟道(2)中部的左右两侧、所述尾矿库沟道(2)与所述下游河道(3)的交汇处以及所述下游河道(3)的尾部。

9.一种尾矿库溃坝模拟方法,其特征在于,使用如权利要求3-8任一项所述的系统,以模拟尾矿库的多种溃坝模式,包括以下步骤:

S1.根据要模拟的实际尾矿库库区、尾矿库沟道和下游河道的大小和坡度,按照等比例缩放的原则,利用所述坡度调节装置(7)设计并搭建所述尾矿库库区(1)、尾矿库沟道(2)和下游河道(3),并安装所述供水装置(4)、降雨装置(5)和监测装置(6);

S2.打开所述降雨装置(5)和供水装置(4),以模拟所述尾矿库库区(1)上方的降雨量、所述尾矿库库区(1)的上游来水以及所述下游河道(3)的上游来水;通过所述流量检测装置(61)收集尾矿库溃坝前后所述尾矿库库区(1)、尾矿库沟道(2)和下游河道(3)中水体的流量、流速和水位的数据;通过所述水质检测装置(62)收集尾矿库溃坝前后所述尾矿库库区(1)、尾矿库沟道(2)和下游河道(3)中水体的水质的数据;通过所述观测装置(63)收集所述尾矿库溃坝过程的图像以及所述尾矿库溃坝后水沙的迁移演进图像的数据;

S3.依据步骤S2收集到的数据,拟合出尾矿库溃坝过程的经验公式,并分析尾矿库溃坝对所述尾矿库沟道(2)和下游河道(3)的影响。

10.如权利要求9所述的一种尾矿库溃坝模拟方法,其特征在于,所述尾矿库的多种溃坝模式包括洪水漫顶溃坝模式、坝体全溃模式、坝体半溃模式和坝体1/4溃模式;在所述洪水漫顶溃坝模式下,所述大坝防护板(141)为混凝土坝,所述闸门坝(142)为土坝;在所述坝体全溃模式、坝体半溃模式和坝体1/4溃模式下,所述大坝防护板(141)和闸门坝(142)均为混凝土坝。