本發明涉及一種露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置及篩選方法，屬于生態修復的。

背景技術：

1、我國目前露天煤礦邊坡下方巖層內存在未開采的煤碳，具有一定的自燃傾向，長期的氧化作用下發生自燃，造成邊坡局部區域地表土壤溫度升高，且燃燒時會釋放有害氣體。經調研發現，部分露天礦在進行生態修復后，地下具有殘煤自燃的區域使得地表土壤溫度升高導致植物死亡，并且還會加大此區域后續生態修復的困難，對整體生態修復規劃造成嚴重的影響。因此，亟需一種模擬現場環境條件的裝置，準確真實模擬出現場的環境，同時提出篩選煤體自燃區先鋒植物的方法，并在此裝置運行條件下篩選出能在不同高溫下生長的先鋒植物。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題是提供一種露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，該露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置能夠準確真實模擬出現場的環境，并在此裝置運行條件下篩選出能在不同高溫下生長的先鋒植物。

2、為解決以上問題，本發明的具體技術方案如下：一種露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，在殼體內由上至下依次設有清灰區、過渡清灰區、原煤區和覆客土區；在原煤區的中間靠后方向設有補料口，補料口通過管路與殼體外部設置的煤體自動補充裝置連通；在補料口處設置煤體自燃區，煤體自燃區通過管路與殼體外部設置的自動吹風控制裝置連接；在殼體內的頂部設有噴淋裝置和智能環境監測與可視化區；覆客土區分為邊坡區及平坡區，邊坡區上以煤體自燃區對應點為中心，以扇形面積種植供試植物。

3、在清灰區內設有底座和兩側的支撐板，在底座上設有若干個平行設置的輥輪，輥輪共同支撐落灰盒，落灰盒從殼體一側或對側拉出。

4、所述支撐板的頂部伸入過渡清灰區，并通過重量傳感器支撐鋼絲濾網，鋼絲濾網位于原煤區的下表面；在支撐板的中部固定連接支撐架，支撐架上對稱設置振動電機，振動電機的頂端與振動傳感桿的底端連接，左右兩側振動傳感桿穿過鋼絲濾網且頂端相互連接。

5、所述煤體自動補充裝置包括儲煤斗、筒型腔、轉動軸、電機和滑動斗；筒型腔位于儲煤斗與滑動斗之間，筒型腔內設有轉動軸，轉動軸的外圓周設置若干個旋轉葉片，旋轉葉片的外沿與筒型腔內表面貼近，滑動斗的末端連接補料口；轉動軸的外端部伸出筒型腔與葉片電機連接。

6、所述自動吹風控制裝置包括壓縮空氣管路、電控閥、氣源和風源控制器，壓縮空氣管路的一端連接氣源，另一端連接電控閥的入口端，電控閥的控制端連接風源控制器，電控閥的出口端通過高壓風管與補料口相通。

7、所述原煤區與覆客土區之間設有隔板，隔板由稀泥和具有一定長度的稻草混合組成。

8、所述噴淋裝置包括水泵、輸水管、蓄水池、電磁閥、噴頭和水源控制器；噴頭設置在殼體頂部，噴頭通過管路上的電磁閥與蓄水池連接，且電磁閥的控制端通過水源控制器與智能環境監測與可視化區中的數據處理系統連接，蓄水池的頂部通過輸水管與水泵連接。

9、所述智能環境監測與可視化區包括濕度傳感器、高清攝像頭和紅外熱成像儀；濕度傳感器、高清攝像頭和紅外熱成像儀將數據輸入到數據處理系統，數據處理系統連接顯示屏，實時顯示種植區的溫度，植物的生長情況畫面以及裝置的濕度。

10、所述供試植物采用中華結縷草、日本結縷草和細葉結縷草。

11、上述露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置的植物篩選方法，包括以下步驟：

12、1）本裝置在工作前，通過出料控制器設置重力感應器最大以及最小臨界值，通過數據處理系統設置濕度以及溫度的最大以及最小臨界值；

13、2）通過補料口引燃煤體，開啟電源，智能環境監測和可視化裝置以及重力感應器開始工作，隨著煤層中煤體的燃燒，當重量傳感器所感應到煤層的重量減小到最小臨界值時，出料控制器控制振動電機開始振動，煤層中的煤灰由于振動落入掏灰盒中，將掏灰盒從兩側順著軸輪拉出，可將掏灰盒中的煤灰清理，同時當重量傳感器所感應到煤層的重量減小到最小臨界值時，出料控制器開啟煤體自動補充裝置中的葉片電機，由葉片電機驅動儲料斗中轉動軸旋轉，煤體自儲料斗落入原煤層，達到煤體的自動補充，隨著煤體的補充，重量感應器感應到煤層的重量將會增大，達到最大臨界值時，出料控制器關閉振動電機和葉片電機，抖灰裝置和煤體自動補充裝置停止工作；

14、3）由于煤體的燃燒，覆客土區種植區監測點的溫度呈現先上升后下降的趨勢并且重復呈現，當智能環境監測與可視化區中的熱成像儀顯示的溫度低于臨界值時，風源控制器控制自動吹風裝置中的電控閥打開，此時壓縮空氣管路接通，使壓縮氣體能夠從高壓風管中噴出，進一步引燃煤體，使種植區監測點的溫度升高；

15、4）當檢測溫度高于臨界溫度時，風源控制器控制電磁閥關閉，壓縮空氣管路閉合。當智能環境監測與可視化區中的濕度傳感器檢測到整體裝置中的濕度小于實驗所需的設定濕度時，水源控制器開啟電磁閥，噴淋裝置開始工作，當濕度傳感器檢測的濕度高于設定最大值時，控制器控制電磁閥閉合，噴淋裝置停止工作；

16、5）高清攝像頭通過顯示屏實時傳輸種植區植物的生長狀態；

17、6）本系統設置的自動化裝置通過煤體的燃燒重復周期運行。

18、本申請的露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置采用上述結構，具有以下有益效果：

19、土壤高溫一直是制約礦山生態修復的一個重要因素，到目前為止，國內在實驗室模擬煤體自引起邊坡土壤高溫方面的研究較少，模擬裝置不夠完善，本裝置將實驗室條件無限接近現場條件，提高了科技成果轉化率，為邊坡高地溫土壤生態修復的研究更近了一步；

20、由于熱量的擴散，每個區域土壤溫度有差異，本發明可以篩選出在不同溫度梯度下長勢良好的植株，擴大了研究范圍，為以后高溫地區分區進行生態修復提供了思路；

21、本發明可以控制補充原煤區鋪設厚度來控制監測中心以及周圍的溫度，可以較完整的模擬含殘煤量不同的發火區域，提高了研究的完整性以及便捷性；

22、4.?本發明篩選方法首次將暖季型結縷草應用于礦山邊坡高地溫生態修復區域，具有重要意義和顯著效果。

技術特征：

1.一種露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，其特征在于：在殼體內由上至下依次設有清灰區（100）、過渡清灰區（200）、原煤區（300）和覆客土區（400）；在原煤區（300）的中間靠后方向設有補料口（303），補料口（303）通過管路與殼體（10）外部設置的煤體自動補充裝置（700）連通；在補料口（303）處設置煤體自燃區（301），煤體自燃區（301）通過管路與殼體（10）外部設置的自動吹風控制裝置（800）連接；在殼體內的頂部設有噴淋裝置（600）和智能環境監測與可視化區（500）；覆客土區（400）分為邊坡區及平坡區，邊坡區上以煤體自燃區（301）對應點為中心，以扇形面積種植供試植物。

2.根據權利要求1所述的露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，其特征在于：在清灰區（100）內設有底座（101）和兩側的支撐板（201），在底座（101）上設有若干個平行設置的輥輪（102），輥輪（102）共同支撐落灰盒（103），落灰盒（103）從殼體（10）一側或對側拉出。

3.根據權利要求2所述的露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，其特征在于：所述支撐板（201）的頂部伸入過渡清灰區（200），并通過重量傳感器（203）支撐鋼絲濾網（205），鋼絲濾網（205）位于原煤區（300）的下表面；在支撐板（201）的中部固定連接支撐架（206），支撐架（206）上對稱設置振動電機（202），振動電機（202）的頂端與振動傳感桿（204）的底端連接，左右兩側振動傳感桿穿過鋼絲濾網（205）且頂端相互連接。

4.根據權利要求1所述的露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，其特征在于：所述煤體自動補充裝置（700）包括儲煤斗（701）、筒型腔（702）、轉動軸（703）、電機（704）和滑動斗（705）；筒型腔（702）位于儲煤斗（701）與滑動斗（705）之間，筒型腔（702）內設有轉動軸（703），轉動軸（703）的外圓周設置若干個旋轉葉片（7031），旋轉葉片（7031）的外沿與筒型腔（702）內表面貼近，滑動斗（705）的末端連接補料口（303）；轉動軸（703）的外端部伸出筒型腔（702）與葉片電機（704）連接。

5.根據權利要求1所述的露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，其特征在于：所述自動吹風控制裝置（800）包括壓縮空氣管路（12）、電控閥（4）、氣源（11）和風源控制器（15），壓縮空氣管路（12）的一端連接氣源（11），另一端連接電控閥（4）的入口端，電控閥（4）的控制端連接風源控制器（15），電控閥（4）的出口端通過高壓風管（20）與補料口（303）相通。

6.根據權利要求1所述的露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，其特征在于：所述原煤區（300）與覆客土區（400）之間設有隔板（900），隔板（900）由稀泥和具有一定長度的稻草混合組成。

7.根據權利要求1所述的露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，其特征在于：所述噴淋裝置（600）包括水泵（1）、輸水管（2）、蓄水池（3）、電磁閥（4）、噴頭（5）和水源控制器（6）；噴頭（5）設置在殼體頂部，噴頭（5）通過管路上的電磁閥（4）與蓄水池（3）連接，且電磁閥（4）的控制端通過水源控制器（6）與智能環境監測與可視化區（500）中的數據處理系統（16）連接，蓄水池（3）的頂部通過輸水管（2）與水泵（1）連接。

8.根據權利要求7所述的露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，其特征在于：所述智能環境監測與可視化區（500）包括濕度傳感器（7）、高清攝像頭（8）和紅外熱成像儀（9）；濕度傳感器（7）、高清攝像頭（8）和紅外熱成像儀（9）將數據輸入到數據處理系統（16），數據處理系統（16）連接顯示屏（20），實時顯示種植區的溫度，植物的生長情況畫面以及裝置的濕度。

9.根據權利要求1所述的露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，其特征在于：所述供試植物采用中華結縷草、日本結縷草和細葉結縷草。

10.根據權利要求1所述的露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置的植物篩選方法，其特征在于包括以下步驟：

技術總結
本發明涉及一種露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置，其結構為：在殼體內由上至下依次設有清灰區、過渡清灰區、原煤區和覆客土區；在原煤區的中間靠后方向設有補料口，補料口通過管路與殼體外部設置的煤體自動補充裝置連通；在補料口處設置煤體自燃區，煤體自燃區通過管路與殼體外部設置的自動吹風控制裝置連接；在殼體內的頂部設有噴淋裝置和智能環境監測與可視化區；覆客土區分為邊坡區及平坡區，邊坡區上以煤體自燃區對應點為中心，以扇形面積種植供試植物。該露天煤礦邊坡煤體自燃區先鋒植物篩選裝置能夠準確真實模擬出現場的環境，并在此裝置運行條件下篩選出能在不同高溫下生長的先鋒植物。

技術研發人員：徐連滿,顏維婷,朱瑞,潘一山,王茜,張喆,王洪偉,王洪洋
受保護的技術使用者：遼寧大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24