一种尾矿库模拟装置

技术领域

本发明属于岩土工程及灾害防治领域，尤其涉及一种尾矿库模拟装置。

背景技术

尾矿库是指用于存放矿山选矿后堆积尾砂的场所，尾矿坝则是尾矿库的外围拦挡构筑物，用于拦挡尾矿库堆积的尾矿与水。由于尾矿库是具有高势能的人造泥石流危险源，一旦产生尾矿库溃坝，则会对下游人民群众产生重大生命财产安全的威胁。

而降雨、地震等不利条件，以及不同的工况均可能导致尾矿库溃坝的发生，因此，对尾矿库溃坝后产生的危害进行提前评价预估是尤为重要的；然而目前现有的尾矿库模拟模型主要是针对某一不利条件造成的尾矿库溃坝进行模拟。

因此，现有的尾矿库模拟模型存在难以综合在各种不同的自然条件以及不同工况下对于尾矿库溃坝进行模拟的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种尾矿库模拟装置，旨在解决现有的尾矿库模拟模型难以综合在各种不同的自然条件以及不同工况下对于尾矿库溃坝进行模拟的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种尾矿库模拟装置，包括：

库体模拟组件，所述库体模拟组件用于放置尾矿，以模拟尾矿库体；

地震模拟组件，设置在所述库体模拟组件上，用于使所述库体模拟组件产生振动，以模拟地震对所述尾矿库体的作用；

降水模拟组件，用于对所述尾矿库体模拟装置喷水，以模拟降水对所述尾矿库体的作用；

沟床模拟组件，与所述库体模拟组件连接，用于模拟当尾矿库溃坝时，地形地貌对尾矿走势的影响；以及

处理装置，所述处理装置与所述库体模拟组件、所述地震模拟组件、所述降水模拟组件以及沟床模拟组件这四个组件连接，用于对四个组件的工作进行控制。

优选的，所述库体模拟组件包括：

第一支撑架；

储存框体，所述储存框体设置在所述第一支撑架上，用于放置所述尾矿，以模拟尾矿库体；

水位传感器，所述水位传感器设置在所述储存框体上，并且所述水位传感器与所述处理装置连接，用于对所述储存框体中的水位进行检测；以及

坝体模拟组件，设置在所述储存框体上，用于模拟尾矿库坝体。

优选的，所述坝体模拟组件包括：

拦截板，所述拦截板设置在所述储存框体的侧壁上，用于将尾矿拦截于所述储存框体中；

压力传感器，设置在所述拦截板上，并且所述压力传感器与处理装置连接，用于检测所述拦截板承受的压力；

拦截板调节组件，设置在所述储存框体上，并且所述拦截板调节组件与所述处理装置连接，用于调节所述拦截板的位置，使所述储存框体中的尾矿泄出，以模拟尾矿库的溃坝；以及

导向体，设置在所述储存框体上，用于对泄出的尾矿导向。

优选的，所述地震模拟组件设置在所述储存框体上，所述地震模拟组件包括至少一个振动元件，能够使所述储存框体在所述第一支撑架上振动。

优选的，所述降水模拟组件包括：

第二支撑架；

喷洒器，设置在第二支撑架上，并且所述喷洒器的位置与所述储存框体相对应，用于对所述储存框体进行喷水；以及

输送器，设置在第二支撑架上，所述输送器与所述处理装置连接，并且所述输送器还与所述喷洒器连接，用于对所述喷洒器输送喷洒用水。

优选的，所述沟床模拟组件包括：

第一板体，与所述导向体连接，所述第一板体用于模拟尾矿库坝体下的沟床坡体；以及

第二板体，与所述第一板体连接，用于承接泄出的尾矿；

优选的，所述第一板体包括：

第一副板；

第二副板，设置在所述第一副板上，与所述第一副板滑动连接，所述第二副板由相互层叠的次副板组成，各所述次副板之间滑动连接，并且各所述次副板上开设有若干凹槽；

侧板，设置在所述第二副板上，与所述第二副板转动连接，并且所述侧板上设有若干层叠的第三副板，所述第三副板上开设有若干所述凹槽，所述第三副板之间滑动连接，能够发生相互移动；以及

流量传感器，设置在所述第二副板和所述第三副板上，并且所述流量传感器与所述处理装置连接，用于感应泄出的尾矿的流量和流速。

优选的，所述第二板体包括：

形变传感器，设置在所述第二板体上，并且所述形变传感器与所述处理装置连接，用于感应在尾矿堆积作用下所述第二板体的形变；以及

万向轮，设置于所述第二板体底部，用于调节所述第二板体的位置。

优选的，所述第一支撑架上设置有升降器，所述升降器与所述处理装置连接，用于调节所述储存框体的高度，进而调节所述第一板体的倾斜角度。

优选的，所述处理装置还包括：

显示器，用于显示所述处理装置的处理进程以及处理结果；以及

输入键盘，用于输入实验参数，以使所述库体模拟组件、所述地震模拟组件、所述降水模拟组件以及沟床模拟组件在预设的参数条件下进行实验模拟。

本发明实施例提供的一种连接节点，包括：库体模拟组件、地震模拟组件、降水模拟组件、沟床模拟组件以及处理装置；在本发明中通过设置库体模拟组件以对尾矿库体进行模拟，通过地震模拟组件使库体模拟组件产生振动，以模拟地震对尾矿库体的作用，通过降水模拟组件对尾矿库体模拟装置喷水，以模拟降水对尾矿库体的作用，通过沟床模拟组件模拟当尾矿库溃坝时，地形地貌对尾矿走势的影响，另外通过处理装置对四个组件的工作进行控制，实现了在一台尾矿模拟装置中营造出不同的自然条件以及不同工况的效果，进而实现了模拟多种自然条件和工况对尾矿库的影响的效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种尾矿库模拟装置的立体结构图；

图2为本发明实施例提供的一种尾矿库模拟装置的库体模拟组件图；

图3为本发明实施例提供的一种尾矿库模拟装置的降水模拟组件图；

图4为本发明实施例提供的一种尾矿库模拟装置的沟床模拟组件图；

图5为本发明实施例提供的一种尾矿库模拟装置的第一副板和第二副板截面图；

图6为本发明实施例提供的一种尾矿库模拟装置的第三副板截面图

附图中：1、库体模拟组件；2、降水模拟组件；3、沟床模拟组件；4、处理装置；5、第一支撑架；6、储存框体；7、拦截板；8、压力传感器；9、拦截板调节组件；10、导向体；11、振动元件；12、升降器；13、第二支撑架；14、喷洒器；15、输水管；16、水泵；17、水槽；18、酸碱盒；19、PH传感器；20、第一副板；21、第二副板；22、侧板；23、第三副板；24、凹槽；25、流量传感器；26、调节杆；27、第二板体；28、形变传感器；29、万向轮；30、水位传感器；31、调节阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种尾矿库模拟装置的整体结构图，包括：

库体模拟组件1，所述库体模拟组件1用于放置尾矿，以模拟尾矿库体；

地震模拟组件，设置在所述库体模拟组件1上，用于使所述库体模拟组件1产生振动，以模拟地震对所述尾矿库体的作用；

降水模拟组件2，用于对所述尾矿库体模拟装置喷水，以模拟降水对所述尾矿库体的作用；

沟床模拟组件3，与所述库体模拟组件1连接，用于模拟当尾矿库溃坝时地形地貌对尾矿走势的影响；以及

处理装置4，所述处理装置4与所述库体模拟组件1、所述地震模拟组件、所述降水模拟组件2以及沟床模拟组件3这四个组件连接，用于对四个组件的工作进行控制。

在本发明实施例中，处理装置的芯片可选用Atmel公司的AT91SAM7SE系列、AT91RM90系列，或者NXP公司的LPC00系列和LH7A系列，此为可选的具体实现方式，本发明实施例对此不作具体限定；通过设置库体模拟组件1以对尾矿库体进行模拟，通过地震模拟组件使库体模拟组件1产生振动，以模拟地震对尾矿库体的作用，通过降水模拟组件2对尾矿库体模拟装置喷水，以模拟降水对尾矿库体的作用，通过沟床模拟组件3模拟当尾矿库溃坝时，地形地貌对尾矿走势的影响，另外通过处理装置4对四个组件的工作进行控制，实现了在一台尾矿模拟装置中营造出不同的自然条件以及不同工况的效果，进而实现了模拟多种自然条件和工况对尾矿库的影响的效果。

在本发明的一个实例中，所述库体模拟组件1包括：

第一支撑架5；

储存框体6，所述储存框体6设置在所述第一支撑架5上，用于放置所述尾矿，以模拟尾矿库体；

水位传感器30，所述水位传感器30设置在所述储存框体6上，并且所述水位传感器30与所述处理装置4连接，用于对所述储存框体6中的水位进行检测；以及

坝体模拟组件，设置在所述储存框体6上，用于模拟尾矿库坝体。

在本实施例中，储存框体6可以是长方体框体、圆柱体框体或者其它形状类型的框体，此为可选的具体实施方式，在此不作具体限定；水位传感器30可选用激光水位传感器30、超声波水位传感器30或其它类型的水位传感器30，此为可选的具体实施方式，在此不作具体限定；本实施例中，水位传感器30可感应检测出储存框体6中的水位高度，并且将相应的感应信号发送至处理装置4，处理装置4对该信号进行处理以得到储存框体6中的实时水位高度，并对该水位高度进行记录，在处理装置4中预设有临界水位高度值，处理装置4可将实时水位高度值与临界水位高度值进行对比判断，以方便后期分析不同水位高度对尾矿库溃坝所造成的影响，并且当实时水位高度值超过临界水位高度值时可通过处理装置触发溃坝机制。

作为本发明的一种优选实施例，所述坝体模拟组件包括：

拦截板7，所述拦截板7设置在所述储存框体6的侧壁上，用于将尾矿拦截于所述储存框体6中；

压力传感器8，设置在所述拦截板7上，并且所述压力传感器8与处理装置4连接，用于检测所述拦截板7承受的压力；

拦截板调节组件9，设置在所述储存框体6上，并且所述拦截板调节组件9与所述处理装置4连接，用于调节所述拦截板7的位置，使所述储存框体6中的尾矿泄出，以模拟尾矿库的溃坝；以及

导向体10，设置在所述储存框体6上，用于对泄出的尾矿导向。

在本实施例中，压力传感器8可以是电感式压力传感器、光纤式压力传感器或者其它类型的压力传感器，此为可选的具体实施方式，在此不作具体限定；拦截板调节组件9包括第一电机和钢丝，电机设置在拦截板7上侧，通过钢丝与拦截板7连接，并且电机与处理装置4连接，受处理装置4控制；导向体10由两个倾斜设置的块体和一个水平设置的板体组成，形成一个开口为倒梯形的结构，该倒梯形开口与拦截板相配合；在本实施例中，当储存框体6中的尾矿较多导致尾矿倚靠在储存框体6的侧壁上时，或者当地震模拟组件作用于库体模拟组件1，使储存框体6中的尾矿对储存框体6造成冲击时，压力传感器8感应到压力，并将相应的压力信号发送至处理装置4，处理装置4对该信号进行处理以获取拦截板7所受到的实时压力值，并与处理装置4中预设的临界压力值(比如100N，此为可选的具体实施方式，在此不作具体限定)进行比对，若实时压力值大于临界压力值，则处理装置4控制第一电机拉动钢丝，进而将拦截板7拉起，以模拟尾矿库的溃坝，尾矿从储存框体6中沿着导向体10泄出。

作为本发明的另一种实施例，所述地震模拟组件设置在所述储存框体6上，所述地震模拟组件包括至少一个振动元件11，能够使所述储存框体6在所述第一支撑架5上振动；

在本实施例中，振动元件11可选用电磁式振动器、电动式振动器或者其它类型的振动器，此为可选的具体实施方式，在此不作具体限定；振动元件11在储存框体6上的布置方式可以是均布间隔式布置、上下交错式布置或者其它类型的布置方式，此为可选的具体实施方式，在此不作具体限定；本发明通过振动元件11对储存框体6进行振动，进而模拟地震作用对尾矿库体的影响。

作为本发明的另一种实施例，所述降水模拟组件2包括：

第二支撑架13；

喷洒器14，设置在第二支撑架13上，并且所述喷洒器14的位置与所述储存框体6相对应，用于对所述储存框体6进行喷水；以及

输送器，设置在第二支撑架13上，所述输送器与所述处理装置4连接，并且所述输送器还与所述喷洒器14连接，用于对所述喷洒器14输送喷洒用水。

在本实施例中，输送器包括水槽17、水泵16和输水管15，并且输水管15与喷洒器14连接，在处理装置4的控制下，水泵16将水槽17中的水通过输水管15输送至喷洒器14，再通过喷洒器14向储存框体6内喷水，以模拟降雨对于尾矿库体的影响，再者喷洒器14为网格状设计，在每个网格交叉处设有喷口，可提升对于储存框体6喷水的均匀性，进而提升降水模拟的真实性，并且网格状设计的喷洒器14的网格面积小于储存框体6，以保证其喷出的水均落入储存框体6中；另外水槽通过导管与酸碱盒18连接，酸碱盒18中装有酸性溶液盒碱性溶液，酸碱盒18受处理装置控制，并且水槽中设有PH传感器19，且PH传感器19与处理装置4连接，再者水槽底部还设有搅拌器；酸碱盒18在处理装置4的控制下对水槽中的水施加酸性/碱性溶液，并通过搅拌器将其搅拌均匀，PH传感器19将水槽中的水的PH值信息传输至处理装置4中，当水中的PH值达到目标PH值时停止施加溶液，实现了对于不同酸碱度雨水的模拟；进一步，输送器上设置有调节阀31，并且调节阀31与处理装置4连接，在处理装置4的控制下调节阀31可控制单位时间输水管15的输水量，进而模拟小雨、中雨、大雨以及暴雨等不同程度的降水过程。

作为本发明的另一种实施例，所述沟床模拟组件3包括：

第一板体，与所述导向体10连接，所述第一板体用于模拟尾矿库坝体下的沟床坡体；以及

第二板体27，与所述第一板体连接，用于承接泄出的尾矿。

在本实施例中，第一板体与导向体10中的水平板体转动连接，可对第一板体与导向体10之间的夹角进行调节；从储存框体6中泄出的固液共存的尾矿在第一板体上流动，以模拟溃坝后的尾矿在沟床上的流动过程，最终泄出的固液共存的尾矿在第二板体27上堆积，以模拟溃坝的尾矿在沟床底部的堆积情况，以及泄出的尾矿对于沟床下游的破坏情况。

作为本发明的一种优选实施例，所述第一板体包括：

第一副板20；

第二副板21，设置在所述第一副板20上，与所述第一副板20滑动连接，所述第二副板21由相互层叠的次副板组成，各所述次副板之间滑动连接，并且各所述次副板上开设有若干凹槽24；

侧板22，设置在所述第二副板21上，与所述第二副板21转动连接，并且所述侧板22上设有若干层叠的第三副板23，所述第三副板23上开设有若干所述凹槽24，所述第三副板23之间滑动连接，能够发生相互移动；以及

流量传感器25，设置在所述第二副板21和所述第三副板23上，并且所述流量传感器25与所述处理装置连接，用于感应泄出的尾矿的流量和流速。

在本实施例中，第一副板20上设有两个第二副板21，并且第二副板21上设有调节杆26，以调节第二副板21在第一副板20上进行横向和/或纵向的移动，并且还可对第二副板21中的次副板的相对位置进行调整，进而实现调节第一板体的宽度、长度，以模拟不同宽度、长度的沟床；由于侧板22与第二副板21转动连接，可调节第三副板23与第二副板21之间的角度，以模拟不同角度的沟床侧坡；再者通过对侧板22上的各第三副板23的相对移动以调节侧板22的长度和宽度，以模拟不同尺寸的沟床侧坡；进一步，第二副板21可在第一副板20上发生相对转动，第二副板21中的各次副板之间也可发生相对转动，各第三副板23之间亦可发生相互转动，进而能够将直线型的第一板体调节为弧线型，以模拟弧线型沟床坡体；另外，通过设置在第二副板21和第三副板23上的凹槽24以模拟凹凸不平的沟床地形，并且可在凹槽24中拧入螺丝以进一步提升第一板体上的粗糙度；即第一板体可模拟出不同尺寸的凹凸不平的沟床坡体，进而可模拟溃坝尾矿在凹凸不平的沟床上的走势，并且可通过设置在第一板体上部、中部、下部三个部位的流量传感器25对第一板体的上、中、下三个部位的尾矿流量以及相应的尾矿流速进行感应，处理装置通过对该感应信号的处理可实现对尾矿走势的分析，并且可判断该溃坝尾矿的冲击力和破坏力的大小。

作为本发明的另一种优选实施例，所述第二板体27包括：

形变传感器28，设置在所述第二板体27上，并且所述形变传感器28与所述处理装置4连接，用于感应在尾矿堆积作用下所述第二板体27的形变；以及

万向轮29，设置于所述第二板体27底部，用于调节所述第二板体27的位置；

在本实施例中，形变传感器28能够感应第二板体27上各处产生的形变，并将对应的形变信号发送至处理装置4进行处理，可得到第二板体27上各处的形变量，处理装置4可根据预设的第二板体27的‘受力-形变’关系推导出各处堆积的尾矿的量，进而推导出尾矿在第二板体27上的分布并计算各位置上尾矿的土方量。

作为本发明的另一种优选实施例，所述第一支撑架5上设置有升降器12，所述升降器12与所述处理装置4连接，用于调节所述储存框体6的高度，进而调节所述第一板体的倾斜角度；

在本实施例中，升降器12设置在第一支撑架5的支撑脚上，能够在处理装置4的控制下进行同步调节，进而调节储存框体6的高度，由于第一板体与储存框体6和第二板体27连接，并且第二板体27放置在水平面，可通过万向轮29进行移动，当储存框体6的高度升高时，第一板体的倾斜角度增大，当储存框体6的高度降低时，第一板体的倾斜角度减小，另外在调节第一板体的倾斜角度时，第二板体27的位置随之进行相应地移动。

作为本发明的另一种实施例，所述处理装置4还包括：

显示器，用于显示所述处理装置4的处理进程以及处理结果；以及

输入键盘，用于输入实验参数，以使所述库体模拟组件1、所述地震模拟组件、所述降水模拟组件2以及沟床模拟组件3在预设的参数条件下进行实验模拟；

在本实施例中，通过输入键盘向处理装置4输入降雨量参数(比如50mm，此为可选的具体实施方式，在此不作具体限定)，处理装置4根据该参数对降水模拟组件2发出相应的执行信号，使喷洒器14向储存框体6中喷洒相应数量的水；通过输入键盘向处理装置4输入地震强度参数(比如7级，此为可选的具体实施方式，在此不作具体限定，并且此处的7级为模拟条件下的7级，并非实际地震学意义上的7级)，处理装置4根据该参数对降水模拟组件2发出相应的执行信号，使地震模拟组件对储存框体6进行相应强度的振动；通过输入键盘向处理装置4输入沟床的倾斜角度的参数信息，处理装置4根据该参数对升降器12发出相应的执行信号，以控制升降器12进行高度调节，进而得到相应的第一板体的倾斜程度。

本发明中，在使用时，先在处理装置4中输入实验模拟的参数信息，比如降水量，地震强度，沟床倾斜度等，然后处理装置4通过输入的参数信息对装置进行相应的初始调节，比如控制升降器12调节储存框体6的高度，进而调节第一板体的尺寸和倾斜程度等；接着，按照实验标准向储存框体6中加入尾矿，并通过处理装置4启动实验模拟，喷洒器14依据预设的降水量向储存框体6中喷水，振动元件11按照预设的地震强度对储存框体6进行振动，当水位传感器30感应到的水位高度值超过临界水位高度值时，或者当压力传感器感应到的实时压力值超过临界压力值时，处理装置4触发溃坝机制，控制拦截板调节器9将拦截板7拉起，尾矿从储存框体6中泄出并在凹凸不平的第一板体上流动后堆积在第二板体27上，并且可通过第二板体27上的形变传感器28对尾矿的堆积情况进行感应；本发明实现了在一台尾矿模拟装置中营造出不同的自然条件以及不同工况的效果，进而实现了模拟多种自然条件和工况对尾矿库的影响的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。