一种煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试系统，包括土样箱，温度传感器，湿度传感器，CO2浓度传感器，加热板，进气系统，支撑架，降水装置，计算机。进气系统通过螺栓与支撑架连接，在支撑架上方通过螺栓固定加热板，支撑架与加热板之间安有垫片，土样箱放置在加热板上方，通过螺栓固定，支撑架与土样箱和加热板之间用密封泥密封。加热板由钢板、薄铜板和热丝组成，热丝与温度传感器和控温装置连接。土样箱由钢板焊接而成，其左右两壁的钢板上设有孔位，用于安装传感器，土样箱设有出料门，便于材料的补充和运输。进气系统由进气管和进气渐变管组成，通过垫片用螺栓固定。本系统结构合理，操作简单，能在一定条件下实现煤矿区重构土壤水气热耦合运移过程，能用于煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试，并且实现自动化监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土壤物理领域，尤其涉及一种煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试系统，适用于煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试。
技术介绍
土壤重构是应用工程措施及生物、生态等一系列措施，对矿区破坏土地以及沉陷土地进行恢复和重建，重新构造一个适宜的土壤剖面，在较短的时间内恢复和提高重构土壤的生产力，并改善重构土壤的环境质量。在土壤重构中重构介质层决定了土壤重构的效果，重构介质层会对表层土壤的性质产生影响。只有构造一个适宜土壤肥力发育的土壤介质层，才有可能以较小的投入在较短的时间内有效地培肥改良复垦土壤，达到土壤重构的目的和效果，而土壤的导水性、导气性、导热性等性质在土壤的肥力发育过程中起到决定性作用，因此对重构土壤导水性、导气性、导热性等的研究至关重要。通常，在矿区破坏土地以及沉陷土地充填复垦中一般不考虑充填基质层其异于土壤的理化性质对覆土层产生的影响，两种不同的多孔介质，其组成成分不同，使得两者的热容量不同，会对重构土壤的温度梯度产生影响，温度梯度会引起水分和气体的迁移，并进一步改变重构土壤的性状。因次，在煤矿区重构土壤中，重构土壤的水气热耦合运移是必须考虑的因素，其对煤矿区土壤重构工程的实施以及重构土壤的恢复效果具有重要的指导意义。上述问题的解决不仅需要工程实践不断的探索，更需要煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试提供理论的支持。该装置系统可以实现对重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试，不仅可以为土壤重构提供理论依据，提高土地的修复效果，而且可以为重构土壤物理方程耦合提高数据参考，推动土地复垦技术的革新。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试系统，该系统可以在室内模拟现场煤矿区重构土壤的条件，实验过程中不干扰重构土样，能用于煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试，并且实验自动化监测。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试系统，包括土样箱，温度传感器，湿度传感器，CO2浓度传感器，加热板，进气系统，支撑架，降水装置，计算机，其特征在于进气系统通过螺栓与支撑架连接，在支撑架上方通过螺栓固定加热板，支撑架与加热板之间安有垫片，土样箱放置在加热板上方，通过螺栓固定，支撑架与土样箱和加热板之间用密封泥密封，所述的加热板由钢板、薄铜板和热丝组成，热丝与温度传感器和控温装置连接，所述的土样箱由钢板焊接而成，其左右两壁的钢板上设有孔位，用于安装传感器，土样箱设有出料门，便于材料的补充和运输，所述的进气系统由进气管和进气渐变管组成，通过垫片用螺栓固定。本专利技术具有的优点和效果为：结构合理，操作简单；适用于非均质土壤水气热耦合运移室内模拟测试；加热板带有控温装置，可以按照实验要求控制加热板的加热温度；通过降水装置，可以在室内模拟野外实验条件，控制降水量；土样箱高120cm，可以根据实验要求填充土样，可以较好的模拟野外真实的条件，具有较好的模拟效果和真实度；土样箱底部装有进气系统，可以通过与CO2气瓶连接，均匀的通气，用于探究重构土壤中气体的运移规律与机理；土样箱预留孔位，可以在土样内分布多组温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器，可以在不扰动土样的情况下取得实验过程中土样的温度、湿度以及CO2浓度的变化可实现自动化监测；能在一定条件下实现重构土壤中水气热运移过程，可用于研究重构土壤中水气热耦合运移过程和机理，以及检验理论模型。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步具体说明。图1为一种煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试系统的立体示意图。图2为一种煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试系统的平面示意图。图中1进气管，2进气渐变管，3支撑架，4土样箱，5出料门，6进气渐变管垫片，7孔位，8隔热棉，9加热板，10热丝，11薄铜板，12钢板。图3为进气管平面示意图。图4为进气渐变管平面示意图。图5为加热板平面示意图。具体实施方式根据图2可知，该煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试系统由进气管1，进气渐变管2，支撑架3，土样箱4，进气渐变管垫片6，隔热棉8，加热板9以及温度传感器，湿度传感器，CO2浓度传感器，降水装置和计算机等部分构成。其特征在于：土样箱4采用钢板制作，为长60cm，宽60cm，高120cm的矩形箱体，在土样箱底部有一块加热板9，加热板9与支撑架3通过螺栓固定；在土样箱左右两侧壁上留有孔位7，从底部开始，每隔20cm就留有孔位，便于安装传感器；在土样箱一侧装有出料门5，用于材料的填充与运输；土样箱内侧装有2.5cm厚的隔热棉8隔热。加热板由钢板12、薄铜板11和热丝10构成，将热丝均匀分布在薄铜板上，固定在钢板上，由于填充土样的质量比较大，固定在钢板上是为了防止薄铜板无法承受土样的重量导致损坏。加热板上方装有温度传感器，热丝与温控装置连接，用于控制加热温度。土样填充在土样箱4内，装在加热板上方，充填基质与土壤覆土厚度按实验要求填充，其密度和初始含水量按现场实际情况控制。在填充充填基质与熟土时候，边填充边安装传感器，传感器通过孔位均匀安装在土样中。传感器外与计算机连接，用于读取与记录数据。进气系统有进气管1和进气渐变管2构成，进气进变管可以使进气管通入的气体均匀的分布在土样底部，进气管与CO2瓶连接。通过温控装置控制加热板温度，加热板温度上升，在重构土壤中形成温度梯度，在温度梯度作用下土样水分、气体会发生迁移变化；通过降水装置模拟降水或灌溉过程，在水入渗的过程中，会导致土样温度的变化以及气体的迁移；通过通气，可以改变土样中气体的浓度，模拟气体的运移过程，达到物理模拟煤矿区重构土壤水气热耦合运移的目的。在整个过程中，通过温度传感器记录温度的变化；通过湿度传感器记录含水量的变化；通过CO2浓度传感器记录气体的变化，在不扰动土样的情况下获取实验过程中重构土壤的温度场、湿度场和CO2浓度场及其变化过程。以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试系统，它包括土样箱，温度传感器，湿度传感器，CO2浓度传感器，加热板，进气系统，支撑架，降水装置，计算机，其特征在于进气系统通过螺栓与支撑架连接，在支撑架上方通过螺栓固定加热板，支撑架与加热板之间安有垫片，土样箱放置在加热板上方，通过螺栓固定，支撑架与土样箱和加热板之间用密封泥密封。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试系统，它包括土样箱，温度传感器，湿度传感器，CO2浓度传感器，加热板，进气系统，支撑架，降水装置，计算机，其特征在于进气系统通过螺栓与支撑架连接，在支撑架上方通过螺栓固定加热板，支撑架与加热板之间安有垫片，土样箱放置在加热板上方，通过螺栓固定，支撑架与土样箱和加热板之间用密封泥密封。2.根据权利要求1所述的一种煤矿区重构土壤水气热耦合运移室内模拟测试系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孝杨，陈敏，刘本乐，陈清华，吴国用，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34