本发明专利技术涉及一种模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置，属于采矿工程技术领域。本装置包括依次连通的搅拌装置、浆体增压装置、实验主体装置和下游地形装置，实验主体装置上方设置有降雨装置且下方固定设置有振动台装置；还包括第一数据采集系统和第二数据采集系统组成的监测装置。搅拌装置为实验提供浓度可控的砂浆混合料，浆体增压装置用于将尾砂浆体按实验要求的下泄流速排放到实验沟槽内，降雨装置用于模拟降雨工况，振动台装置用于模拟地震工况，下游地形装置用于对溃后尾砂浆体的回收利用和浆体冲击数据采集，监测装置用于对筑坝和溃坝时浆体的运动状态研究。本发明专利技术可模拟研究尾矿库降雨工况和地震工况下从筑坝到溃坝的完整过程。的完整过程。的完整过程。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置
[0001]本专利技术涉及一种模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置，属于采矿工程
技术介绍
[0002]尾矿库是通过筑坝拦截山谷口或围地构成的、用于贮存金属、非金属矿山选别后排出的尾矿或其它工业废渣的场所，成为维持矿山正常生产的必要设施。尾矿库能否安全稳定运行，对矿山生产起着至关重要的作用。
[0003]尾矿库事故类型中，对环境影响最大的是尾矿库溃坝事故。一旦溃坝，水流携带库内堆积的大量尾矿浆冲击下游，对下游的村庄、农田、交通设施以及当地环境造成巨大破坏。研究具有可操作性的尾矿库溃坝环境风险预测方法对于完善和充实环境风险评价具有较大的实际意义。
[0004]尾矿库溃坝模型试验主要是定量分析下泄浆体对各方向的冲击力度、堆积高度、泄砂总量、到达时间和影响范围等。尾矿库溃决过程存在很大的不确定性，绝大多数的数值计算方法和由以往溃坝资料推导出来的经验公式都不能很好地运用于尾矿库溃坝过程，因为尾矿库的溃坝过程是一个随溃口宽度和深度增加而逐渐溃决的过程。根据现有的研究成果，浆体颗粒的运动是一个跨尺度、多物理相耦合的复杂过程。传统泥沙运动力学中的理论尚难以准确描述挟沙水流的运动特征。
[0005]尾矿库溃坝主要参考泄砂总量、溃口大小、溃坝下游流量、溃坝浆体流动时间、浆体流速、浆体淤积厚度、浆体各方向的冲击力、拦挡坝等。而现有尾矿库溃坝模型试验装置存在以下问题：（1）不能对溃后尾砂回收形成二次使用，造成尾砂浆体对外部环境污染；（2）坡度调整不便，大部分设备不能灵活调整实验沟槽和下游地形坡度；（3）实验模拟条件单一，不能满足多种工况实验条件；（4）在筑坝过程中送料管长度被固定，不能实现伸缩满足筑坝进程，只能不断更换送料管造成对实验材料浪费；（5）不能实现对下游溃后数据采集；（6）排浆管不能灵活拆卸和增加支管口，不便排浆管淤堵清理；（7）大部分搅拌装置中只有一层搅拌叶片，不能把搅拌桶内砂浆配料搅拌均匀。
技术实现思路
[0006]本专利技术针对现有尾矿库溃坝模型试验装置存在的以上问题，提出一种模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置，本装置模拟尾矿库溃坝灾害发生的机理和灾害后果、影响范围，可以改变水砂浓度配比、浆体排浆流速、实验沟槽坡度、下游地形坡度等变量，实现了对正常工况、降雨工况和地震工况等不同情况下尾矿库溃坝事故的实验模拟，并可以实时监测溃口形状、尾砂浆体流速变化、浆体加速度和冲击力度，研究筑坝过程中尾矿库结构特
性、渗透性以及溃后对下游的冲击力度、溃砂量、溃口大小等；故本装置既能实现对尾矿库筑坝过程中库内结构稳定性研究，又能实现对溃坝浆体上述参数的实验预测；本专利技术装置对尾矿库环境风险预测、危害范围研究和安全评价等具有重要意义，可以为具体工程背景提供实验数据支撑。
[0007]本专利技术为解决其技术问题而采用的技术方案是：一种模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置，包括依次连通的搅拌装置、浆体增压装置、实验主体装置和下游地形装置，实验主体装置上方设置有降雨装置，实验主体装置下方固定设置有振动台装置，实验主体装置上设置有第一数据采集系统，下游地形装置上设置有第二数据采集系统，第一数据采集系统和第二数据采集系统均与计算机20信号连接。
[0008]搅拌装置为实验提供浓度可控的砂浆混合料，增压装置用于将尾砂浆体按实验要求的下泄流速通过排浆管排放到实验沟槽内，降雨装置用于模拟降雨工况，振动台装置用于模拟地震工况，下游地形装置用于对溃后尾砂浆体的回收利用和浆体冲击数据采集，第一数据采集系统和第二数据采集系统组成的监测装置用于对筑坝和溃坝时浆体的运动状态研究；本模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置可以模拟研究尾矿库降雨工况和地震工况下从筑坝到溃坝的完整过程，并可以通过第一数据采集系统和第二数据采集系统组成的监测装置对溃口形状、尾砂浆体流速变化、浆体加速度、冲击力度的测定；所述搅拌装置包括搅拌桶6，搅拌桶6的正上方通过支架3固定设置有搅拌电机4，搅拌桶6内竖直设置有搅拌桨，搅拌桨的顶端与搅拌电机4的输出轴固定连接，搅拌桶6的底部设置有与搅拌桶6内部连通的第一排浆管10，第一排浆管10的末端与浆体增压装置连通，浆体增压装置通过循环管2与搅拌桶6的顶部连通；第一排浆管10、浆体增压装置和循环管2形成闭环循流模式。
[0009]所述搅拌桶6的顶端固定设置有进料口5。
[0010]优选的，搅拌桨包括竖直设置在搅拌桶6中心的转轴53，转轴53上分层设置有搅拌叶片7，第一排浆管10的起始端设置有第一排浆管阀门9，循环管2上设置有循环阀门。
[0011]所述浆体增压装置为砂浆泵，砂浆泵包括泵壳体，泵壳体上设置有入浆口和出浆口，搅拌装置的出口与泵壳体的入浆口连通，泵壳体内设置有压力齿轮11，压力齿轮11通过转动轴12与电动机13的电机转轴固定连接，泵壳体的侧壁设置有转动轴承，转动轴12穿过转动轴承的内圈，泵壳体内侧壁的转动轴承设置处设置有密封圈，泵壳体的出浆口通过送浆装置与实验主体装置连通。
[0012]电动机13固定设置在固定支架14顶端，电动机13通过电源插头29外接电源。
[0013]优选的，所述送浆装置包括第二排浆管，第二排浆管通过支撑轴52固定设置在升降杆15顶端，升降杆15竖直设置在升降杆底座16上，第二排浆管的入液端与泵壳体的出浆口连通，第二排浆管的末端设置有与第二排浆管连通的伸缩管30，伸缩管30末端设置有排浆支管19，排浆支管19延伸至实验主体装置内，第二排浆管上设置有第二排浆管阀门和流速计1。
[0014]第二排浆管的入口通过松紧扣8与循环管2的支管连通，循环管2的支管位于循环阀门与浆体增压装置之间。
[0015]流速计1可准确测量浆体流速，升降杆15可改变第二排浆管的高度，从而改变浆液
流速；伸缩管30可根据筑坝进度调节伸缩管30长度以适应排浆；升降杆底座16内部设置有与升降杆15连接的液压动力控制系统，液压动力控制系统通过数据传输线与控制箱17连接，控制箱17通过数据采集线18与计算机20电信号连接。
[0016]更优选的，排浆支管19包括依次连通的第一横管、第二横管和第三横管，第一横管的两端头分别为A端和B端，第一横管的A端头设置有可拆卸的支管盖192，第一横管B端头的管内壁设置有内螺纹，第二横管的两端头分别为C端头和D端头，第二横管的C端头和D端头的管外壁均设置有外螺纹191，第一横管的B端头与第二横管的C端头螺纹连接，第三横管的两端头分别为E端头和F端头，第三横管E端头的管内壁设置有内螺纹，第三横管的F端头设置有可拆卸支管盖192，第三横管的E端头与第二横管的D端头螺纹连接，第一横管、第二横管和第三横管上均设置有排浆分管193。
[0017]排浆支管19堵塞时，可将第一横管、第二横管和第三横管进行拆卸后用水冲洗，同时拆卸第一横管A端头和第三横管F端头的支管盖，冲洗第一横管和第三横管，以清理排浆支管19。
[0018]所述实验主体装置包括倾斜设置的实验沟槽43，排浆支管19位于实验本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置，其特征在于：包括依次连通的搅拌装置、浆体增压装置、实验主体装置和下游地形装置，实验主体装置上方设置有降雨装置，实验主体装置下方固定设置有振动台装置，实验主体装置上设置有第一数据采集系统，下游地形装置上设置有第二数据采集系统，第一数据采集系统和第二数据采集系统均与计算机（20）信号连接。2.根据权利要求1所述模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置，其特征在于：搅拌装置包括搅拌桶（6），搅拌桶（6）的正上方固定设置有搅拌电机（4），搅拌桶（6）内竖直设置有搅拌桨，搅拌桨的顶端与搅拌电机（4）的输出轴固定连接，搅拌桶（6）的底部设置有与搅拌桶（6）内部连通的第一排浆管（10），第一排浆管（10）的末端与浆体增压装置连通，浆体增压装置通过循环管（2）与搅拌桶（6）的顶部连通。3.根据权利要求2所述模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置，其特征在于：搅拌桨包括竖直设置在搅拌桶（6）中心的转轴（53），转轴（53）上分层设置有搅拌叶片（7），第一排浆管（10）的起始端设置有第一排浆管阀门（9），循环管（2）上设置有循环阀门。4.根据权利要求1或2所述模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置，其特征在于：浆体增压装置为砂浆泵，砂浆泵包括泵壳体，泵壳体上设置有入浆口和出浆口，搅拌装置的出口与泵壳体的入浆口连通，泵壳体内设置有压力齿轮（11），压力齿轮（11）通过转动轴（12）与电动机（13）的电机转轴固定连接，泵壳体的侧壁设置有转动轴承，转动轴（12）穿过转动轴承的内圈，泵壳体内侧壁的转动轴承设置处设置有密封圈，泵壳体的出浆口通过送浆装置与实验主体装置连通。5.根据权利要求4所述模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置，其特征在于：送浆装置包括第二排浆管，第二排浆管固定设置在升降杆（15）顶端，升降杆（15）竖直设置在升降杆底座（16）上，第二排浆管的入浆端与泵壳体的出浆口连通，第二排浆管的末端设置有与第二排浆管连通的伸缩管（30），伸缩管（30）末端设置有排浆支管（19），排浆支管（19）延伸至实验主体装置内，第二排浆管上设置有第二排浆管阀门和流速计（1）。6.根据权利要求4所述模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置，其特征在于：实验主体装置包括倾斜设置的实验沟槽（43），排浆支管（19）位于实验沟槽（43）的高端，实验沟槽（43）固定设置在第二坡度控制系统（42）顶端，第二坡度控制系统（42）固定设置在第二升降底座（44）上。7.根据权利要求6所述模拟多种工况下尾矿库溃坝模型实验装置，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：王光进，张雕，莘英铭，宋宁思，何明渝，董致成，杨丹，普张龙，吴必胜，李耀基，刘文连，孔祥云，眭素刚，都喜东，张成良，陈俊智，袁利伟，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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