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煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场驱动作用及数学模型构建
煤矿采空区积水水质演化的多场作用模拟试验装置
煤矿采空区积水水质演化的多场协同作用机制
煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场-水化学场-微生物场耦合作用 多场耦合作用
一、装置简介
本装置专为研究煤矿采空区积水水质在水动力场、水化学场及微生物场耦合作用下的演化规律而设计，可复现采空区 “水位回升” 和 “蓄满” 两个关键阶段的水质变化过程。通过模拟顶板导水裂隙带的分层渗透特性，精准调控水动力条件（水位升降、渗流速率），并结合水化学参数监测与微生物群落分析，揭示多场协同作用对水质演化的驱动机制。
二、主要技术参数
模型尺寸：长*宽*高 2000×1000×1500mm（模拟采空区及上覆岩层）
水动力场控制
水位调节范围：0~1000mm
渗流速率：0.1~5m/d
压力控制：0~0.5MPa
水化学场监测
pH 值：2~12（精度 ±0.01）
离子浓度：Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄²⁻等（检测下限 0.1mg/L）
氧化还原电位（ORP）：-1000~1000mV（精度 ±1mV）
微生物场模拟
温度控制：15~40℃,精度±0.5℃
溶解氧（DO）：0~20mg/L（精度 ±0.01mg/L）
微生物采样口：≥8 个（分布于不同垂向分层）
数据采集
采样频率：1~60min
可调存储容量：≥10 万组
三、装置组成
装置由模拟试验箱系统、多场参数调控系统、监测与分析系统三部分组成，各部分功能如下：
1. 模拟试验箱系统
核心功能：还原采空区及顶板导水裂隙带的物理结构，为多场作用提供模拟空间。
主要组件：
箱体框架：Q235 型钢焊接，内侧衬防腐钢板，顶部设透明观察窗;
分层渗透结构：按导水裂隙带垂向分布，自上而下设置 3 层模拟区（松散层、裂隙发育层、原生岩层），每层填充不同级配的石英砂与碳酸钙混合材料;
采空区模拟单元：底部设多孔集水板（孔径 5mm），连接排水管与水位调节装置，模拟采空区积水存储与排泄过程。
2.多场参数调控系统
核心功能：精准调控水动力、水化学、微生物场关键参数，实现多场耦合模拟。
主要组件：
水动力调控模块：包括恒压供水装置、变频水泵、压力传感器；
水化学调控模块：自动加药装置（可添加 CaCl₂、Na₂SO₄等试剂，调节离子初始浓度）、pH 缓冲系统（维持目标酸碱度）；
微生物场调控模块：恒温控制系统、DO 调节装置、微生物接种口。
3. 监测与分析系统
核心功能：实时采集多场参数并进行数据整合分析，追踪水质演化过程。
主要组件：
传感器阵列：水位计（精度±1mm）、电磁流量计（监测渗流速率）、水质传感器；
采样系统：自动取样器（定时采集不同分层水样，容量 50mL / 次）、微生物采样口；
