[发明专利]季节变化径流及地下水对高海拔露天矿影响监测模型

权利要求书

1.一种季节变化径流及地下水对高海拔露天矿影响监测模型，其特征在于，包括温度模拟装置，径流、地下暗河模拟装置，露天矿模型，排水装置，模型箱和摄像机组成；所述径流、地下暗河模拟装置包括水箱，水泵、水压调节装置，模拟径流供水管，模拟暗河供水管和径流收集水箱，径流、地下暗河模拟装置设置于模型一侧，径流收集水箱设置于模型另一侧，模拟径流供水管与模拟径流沟渠相连，模拟径流沟渠与径流收集水箱相连，模拟暗河供水管与模拟暗河相连；所述模拟暗河组成为在露天矿模型内部布设一定长度的多孔圆管；所述排水装置包括底部水槽、排水管，所述底部水槽设置于模型底部，所述排水管一端与底部水槽相连接，另一端连接下水道。

2.根据权利要求1所述的一种季节变化径流及地下水对高海拔露天矿影响监测模型，其特征是：包括制冷系统、制热系统、温度控制系统和空气管，制冷系统设置于模型一侧，用于模拟-35℃~0℃的气候条件，制热系统模拟0℃~40℃的气候条件，制冷、制热通过测温控制系统控制，空气管将冷、热空气导入模型的上部。

3.根据权利要求1所述的一种季节变化径流及地下水对高海拔露天矿影响监测模型，其特征是：在模型箱内部并由模拟径流沟渠、模拟暗河组成、表土、围岩和互层状矿体，其中模拟径流沟渠为在露天矿模型顶部开挖小槽，模拟暗河组成为在露天矿模型内部布设一定长度的多孔圆管，表土、围岩和互层状矿体由模拟岩土、岩体材料层组成，其中互层状矿体是围岩和矿体交替的岩体，矿区表面由露天采场边帮和工作帮组成，工作帮的台阶包括台阶上部平台、台阶坡面、布设钻孔和台阶下部平台。

4.根据权利要求1所述的一种季节变化径流及地下水对高海拔露天矿影响监测模型的实验方法，其特征是：

a、模拟夏季高温、不同径流流量对露天矿矿区的影响：打开摄像机（23），打开温度模拟装置（1），通过温度控制系统将温度控制在35℃高温状态，高温空气通过空气管（2）进入模型箱内；打开径流、地下暗河模拟装置（3），装置内的水由水压调节装置模拟不同径流量，水通过模拟径流供水管（4）流入模拟径流沟渠（6）中，模拟径流沟渠（6）的水渗入露天矿区，模拟径流沟渠（6）的水最后流进径流收集水箱（24）；观察并记录不同径流流量条件下，露天矿表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、煤层A和碳质泥岩B的水润、涌水现象，布设钻孔（15）充水水位现象；待模拟出现涌水后，关闭径流、地下暗河模拟装置（3）、温度模拟装置（1），通过底部水槽（17）、打开排水管（18）向下水道排水，观测表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、台阶下部平台（16）、煤层A、碳质泥岩B和布设钻孔（15）充水排水水位的变化规律并记录，待底部水槽（17）水流完毕后，关闭排水管（18），关闭摄像机（23）；导出摄像机（23）的视频，分析高温、不同径流流量对露天矿矿区的涌水、排水规律及成因；

b、模拟夏季高温、不同渗流流量对露天矿矿区的影响：打开摄像机（23），打开温度模拟装置（1），通过温度控制系统将温度控制在35℃高温状态，高温空气通过空气管（2）进入模型箱内；打开径流、地下暗河模拟装置（3），装置内的水由水压调节装置模拟地下渗流流量，水通过模拟暗河供水管（5）流入模拟暗河（7）中，模拟暗河（7）的水渗入露天矿区；观察并记录不同暗河流量条件下，围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、煤层A和碳质泥岩B的水润、涌水现象，布设钻孔（15）充水水位现象；待模拟出现涌水后，关闭径流、地下暗河模拟装置（3）、温度模拟装置（1），通过底部水槽（17）、打开排水管（18）向下水道排水，观测表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、台阶下部平台（16）、煤层A、碳质泥岩B和布设钻孔（15）充水排水水位的变化规律并记录，待底部水槽（17）水流完毕后，关闭排水管（18），关闭摄像机（23）；导出摄像机（23）的视频，分析高温、不同渗流流量对露天矿矿区的涌水、排水规律及成因；

c、模拟夏季高温、不同径流流量和不同渗流流量对露天矿矿区的影响：打开摄像机（23），打开温度模拟装置（1），通过温度控制系统将温度控制在35℃高温状态，高温空气通过空气管（2）进入模型箱内；打开径流、地下暗河模拟装置（3），装置内的水由水压调节装置模拟不同径流量，水通过模拟径流供水管（4）流入模拟径流沟渠（6）中，模拟径流沟渠（6）的水渗入露天矿区，模拟径流沟渠（6）的水最后流进径流收集水箱（24）；装置内的水由水压调节装置模拟地下渗流流量，水通过模拟暗河供水管（5）流入模拟暗河（7）中，模拟暗河（7）的水渗入露天矿区；观察并记录不同径流流量和不同渗流流量，露天矿表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、台阶下部平台（16）、煤层A和碳质泥岩B的水润、涌水现象，布设钻孔（15）充水水位现象；待模拟出现涌水后，关闭径流、地下暗河模拟装置（3）、温度模拟装置（1），通过底部水槽（17）、打开排水管（18）向下水道排水，观测表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、台阶下部平台（16）、煤层A、碳质泥岩B和布设钻孔（15）充水排水水位的变化规律并记录，待底部水槽（17）水流完毕后，关闭排水管（18），关闭摄像机（23）；导出摄像机（23）的视频，分析高温、不同径流流量和渗流流量对露天矿矿区的涌水、排水规律及成因；

d、模拟春季或秋季低温、不同径流流量对露天矿矿区的影响：打开摄像机（23），打开径流、地下暗河模拟装置（3），装置内的水由水压调节装置模拟不同径流量，水通过模拟径流供水管（4）流入模拟径流沟渠（6）中，模拟径流沟渠（6）的水渗入露天矿区及冻结现象，模拟径流沟渠（6）的水最后流进径流收集水箱（24）；待露天采场边帮（11）出现涌水现象后，打开温度模拟装置（1），通过温度控制系统将温度控制在-30℃低温状态，低温空气通过空气管（2）进入模型箱内，调整径流流量使径流不出现结冰现象；观察并记录不同径流流量条件下，露天矿表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、台阶下部平台（16）、煤层A和碳质泥岩B的冻结现象；待模型冻结区域不在扩展后，关闭径流、地下暗河模拟装置（3）、温度模拟装置（1），通过底部水槽（17）、打开排水管（18）向下水道排水，观测表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、煤层A、碳质泥岩B和布设钻孔（15）充水排水水位及冻结变化规律并记录，待底部水槽（17）水流完毕后，关闭排水管（18），关闭摄像机（23）；导出摄像机（23）的视频，分析低温、不同径流流量对露天矿矿区的涌水、排水和冻结规律及成因；

e、模拟冬季低温、不同渗流流量对露天矿矿区的影响：打开摄像机（23），打开温度模拟装置（1），通过温度控制系统将温度控制在-30℃低温状态，低温空气通过空气管（2）进入模型箱内；打开径流、地下暗河模拟装置（3），装置内的水由水压调节装置模拟地下渗流流量，水通过模拟暗河供水管（5）流入模拟暗河（7）中，模拟暗河（7）的水渗入露天矿区及冻结现象；观察并记录不同暗河流量条件下，围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、煤层A和碳质泥岩B的水润、涌水及冻结现象，布设钻孔（15）充水水位、冻结现象；待模型冻结区域不在扩展后，关闭径流、地下暗河模拟装置（3）、温度模拟装置（1），通过底部水槽（17）、打开排水管（18）向下水道排水，观测表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、煤层A、碳质泥岩B和布设钻孔（15）充水排水水位及冻结变化规律并记录，待底部水槽（17）水流完毕后，关闭排水管（18），关闭摄像机（23）；导出摄像机（23）的视频，分析低温、不同径流流量对露天矿矿区的涌水、排水和冻结规律及成因；

f、模拟春季或秋季低温、不同径流流量和不同渗流流量对露天矿矿区的影响：低温、不同径流流量对露天矿矿区的影响：打开摄像机（23），打开径流、地下暗河模拟装置（3），装置内的水由水压调节装置模拟不同径流量，水通过模拟径流供水管（4）流入模拟径流沟渠（6）中，模拟径流沟渠（6）的水渗入露天矿区及冻结现象，模拟径流沟渠（6）的水最后流进径流收集水箱（24）；装置内的水由水压调节装置模拟地下渗流流量，水通过模拟暗河供水管（5）流入模拟暗河（7）中，模拟暗河（7）的水渗入露天矿区；待露天采场边帮（11）出现涌水现象后，打开温度模拟装置（1），通过温度控制系统将温度控制在-30℃低温状态，低温空气通过空气管（2）进入模型箱内，调整径流流量使径流不出现结冰现象；观察并记录不同径流流量和不同渗流流量条件下，露天矿表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、台阶下部平台（16）、煤层A和碳质泥岩B的冻结现象；待模型冻结区域不在扩展后，关闭径流、地下暗河模拟装置（3）、温度模拟装置（1），通过底部水槽（17）、打开排水管（18）向下水道排水，观测表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、煤层A、碳质泥岩B和布设钻孔（15）充水排水水位及冻结变化规律并记录，待底部水槽（17）水流完毕后，关闭排水管（18），关闭摄像机（23）；导出摄像机（23）的视频，导出摄像机（23）的视频，分析高温、不同径流流量和渗流流量对露天矿矿区的涌水、排水和冻结规律及成因；

g、模拟春季低温-高温循环条件下，不同渗流流量对露天矿矿区的影响：打开摄像机（23），打开温度模拟装置（1），通过温度控制系统将温度控制在-10℃低温状态，低温空气通过空气管（2）进入模型箱内；打开径流、地下暗河模拟装置（3），装置内的水由水压调节装置模拟地下渗流流量，水通过模拟暗河供水管（5）流入模拟暗河（7）中，模拟暗河（7）的水渗入露天矿区及冻结现象；观察并记录不同暗河流量条件下，围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、煤层A和碳质泥岩B的水润、涌水及冻结现象，布设钻孔（15）充水水位、冻结现象；待模型冻结区域不在扩展后，关闭径流、地下暗河模拟装置（3）、温度模拟装置（1）；观测表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、煤层A、碳质泥岩B和布设钻孔（15）充水排水水位及冻结变化规律并记录；通过温度控制系统将温度控制在20℃温度状态，空气通过空气管（2）进入模型箱内；打开径流、地下暗河模拟装置（3），装置内的水由水压调节装置模拟地下渗流流量，水通过模拟暗河供水管（5）流入模拟暗河（7）中，模拟暗河（7）的水渗入露天矿区；观察并记录不同暗河流量条件下，围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、煤层A和碳质泥岩B的水润、涌水现象，布设钻孔（15）充水水位现象；待模拟出现涌水后，关闭径流、地下暗河模拟装置（3）、温度模拟装置（1），通过底部水槽（17）、打开排水管（18）向下水道排水，观测表土（8）、围岩（9）、露天采场边帮（11）、工作帮组成（12）、台阶上部平台（13）、台阶坡面（14）、台阶下部平台（16）、煤层A、碳质泥岩B和布设钻孔（15）充水排水水位的变化规律并记录；实验过程中台阶下部平台（16）出现大量水，需打开排水管（18）进行排水；此实验的低温-高温条件课循环进行；待实验结束后，通过底部水槽（17）、打开排水管（18）向下水道排水，待底部水槽（17）水流完毕后，关闭排水管（18），关闭摄像机（23）；导出摄像机（23）的视频，分析低温-高温循环、不同径流流量对露天矿矿区的涌水、排水和冻结规律及成因。