CN107561248A - 一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置，属于降雨淋溶模拟实验技术领域，包括加热温控***、石英材质淋溶***、定量可控喷淋***、温度检测***、滤液收集装置、气体收集装置、空气鼓入装置和不锈钢框架。该装置结构紧凑，可实现柱状整体拆卸。石英材质淋溶***外部包裹加热温控***，石英淋溶管顶部设置氧化铝陶瓷隔热塞连接定量可控喷淋***和气体收集装置，底部设置石英滤液收集槽连接空气鼓入装置和滤液收集装置。该发明还公开了煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验方法，通过安装降雨淋溶模拟实验装置，进行模拟降雨淋溶，检测分析所得淋溶液和有毒有害气体各项指标，研究煤矸石山高温自然区域污染物淋溶释放规律。

Description

一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及降雨淋溶模拟实验技术领域，具体讲是一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置和实验方法。

背景技术

煤矸石是煤炭在采掘和洗选过程中排放的脉石矿物，占产煤量的15％～20％，累计堆存量超过40 亿吨，现已成为我国最大的工业固体废弃物^[1]，煤矸石主要以煤矸石山形式进行露天堆存处置。煤矸石山经长时间堆存会发生氧化自燃甚至***，向大气中释放CO、H₂S、SO₂和NO_x等有毒有害气体；在降雨淋溶作用下，淋溶液流经煤矸石山体渗透进入地下造成地下水体酸性污染和重金属含量超标。

煤矸石中伴生的黄铁矿是其堆存造成环境污染的主要污染源。黄铁矿具有很强的化学反应活性，在常温条件下吸附氧气后缓慢氧化，在有水和微生物共存时循环再生三价铁离子，促进硫铁矿氧化反应速率增大^[2]，同时释放并积累大量热量，当煤矸石山内部热量蓄积到可燃物的着火点时，煤矸石发生自燃，内部最高温度可达800℃。煤矸石与降雨渗滤液发生化学反应时，反应生成的酸性产物和可溶性重金属盐溶入渗滤液，形成酸性矿山废水(AMD)，酸性矿山废水渗透整个矸石山体后最终进入周边或地下水体，造成水体污染。为缓解或彻底治理煤矸石山长期堆存对环境造成危害，针对新老煤矸石山需采取不同的治理措施。对于老矸石山自燃区主要进行灭火处理，主要包括直接挖去法、灌浆表面或内部封存、灌水法和压实法等^[3]；新矸石山主要采用分层碾压、覆盖堆存的密封堆存方式处理，治理效果较煤矸石直接堆存显著，能够减缓煤矸石的自燃和酸性污染物释放。为高效、经济、科学地监测煤矸石山长期堆存过程各种污染物的指标变化情况，掌握煤矸石的氧化速率和温度变化规律，预测不同地区、不同种类煤矸石长期堆存污染潜能大小及达到污染指标上限可能的时间和空间节点，需要对现场堆存的煤矸石山进行降雨淋溶模拟试验。

柱状淋溶试验与现场堆存降雨淋溶条件最接近^[4]。现有研究方法主要是利用聚乙烯或有机玻璃材质的淋溶柱，在室温条件下对煤矸石进行降雨淋溶模拟试验。主要得出煤矸石中微量元素在不同堆存淋溶因素水平条件下的溶出规律。由于当前淋溶试验主要是在常温条件下进行，煤矸石中黄铁矿和其他硫化物反应缓慢，不能充分氧化产酸，试验所得煤矸石淋溶液pH值显中性或弱碱性，这与煤矸石山长期堆存降雨淋溶液呈酸性不相符，因此，常温淋溶试验结果无法对煤矸石现场堆存污染物释放预测和治理起到指导作用。为全面掌握煤矸石山不同温度区域，尤其高温自燃区域在降雨淋溶作用下污染物的释放规律，需要一种实验装置来对煤矸石山核心高温区域进行降雨淋溶模拟试验。

发明内容

为克服现有的常温柱状淋溶试验无法研究自燃煤矸石山高温区域污染物释放规律的不足，本发明所要解决的技术问题是提供了一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置。该装置结构紧凑，设计合理，能够实现物料柱状整体拆卸。通过设置智能加热温控***和石英材质淋溶***，最高能给淋溶柱内煤矸石堆存体提供700℃高温，模拟现场煤矸石山自燃高温区域环境；通过设置定量可控喷淋***，能够模拟不同强度和酸度的大气降雨淋溶条件；通过设置温度检测记录***，能够采集煤矸石堆存体不同位置处的温度数据，掌握堆存体的温度场分布及变化规律。通过设置滤液收集装置和气体收集装置，能够得出煤矸石堆存淋溶释放污染物在气相和液相的分布情况；通过设置空气鼓入装置，能够定量研究不同含氧量对煤矸石中污染物释放规律的影响。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置，其特征在于：包括加热温控***、石英材质淋溶***、定量可控喷淋***、温度检测***、滤液收集装置、气体收集装置、空气鼓入装置和不锈钢框架；所述加热温控***包括红色陶瓷电加热圈、数显温控箱、压簧式热电偶；所述石英材质淋溶***包括石英淋溶管、氧化铝陶瓷隔热塞、快装卡箍、石英滤液收集槽、可调卡盘、固定卡盘；所述定量可控喷淋***包括淋溶储液瓶、蠕动泵、滴灌喷头；所述温度检测***包括K型热电偶和多通道温度记录仪；所述滤液收集装置包括止水阀门、打孔橡胶塞、滤液收集瓶、U型干燥管；气体收集装置为铝箔采气袋；空气鼓入装置包括玻璃转子流量计和电磁式空气泵。

上述一种煤矸石山高温区域淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述红色陶瓷电加热圈和***包裹铝箔纸保护层的石英淋溶管通过紧箍螺栓进行固定，放置在所述可调卡盘上，调节可调卡盘上下螺母拧紧位置来设置红色陶瓷电加热圈的垂直高度；所述数显温控箱放置在所述不锈钢框架内部；所述压簧式热电偶接线柱与所述数显温控箱输入端连接，压簧式热电偶探头穿过所述红色陶瓷电加热圈中间***孔与所述石英淋溶管表面接触测温。

上述一种煤矸石山高温区域淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述石英淋溶管沿轴向等距布置四个取样孔；所述石英淋溶管底端包裹耐高温硅胶板与快装卡箍上接头过盈配合，所述快装卡箍上接头底端与石英淋溶管底端齐平，石英淋溶管与快装卡箍上接头衔接处涂抹防火阻燃胶进行密封；所述可调卡盘嵌套在所述快装卡箍上接头外沿，可调卡盘内径与快装卡箍上接头顶端外径相同；所述快装卡箍上接头与快装卡箍下接头通过硅胶密封圈密封，快装卡箍上接头与快装卡箍下接头用卡套拧紧连接；所述石英滤液收集槽法兰直径与通孔硅胶圈卡孔直径相同，所述通孔硅胶圈与石英滤液收集槽上端圆柱部分进行过盈配合，石英滤液收集槽法兰底端与通孔硅胶圈卡孔顶端接触；所述快装卡箍下接头与通孔硅胶圈进行过盈配合，快装卡箍下接头顶端与通孔硅胶圈边沿齐平；所述石英滤液收集槽与快装卡箍下接头之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封；所述快装卡箍下接头嵌套在所述固定卡盘内部，固定卡盘内径与快装卡箍下接头顶端外径相同；所述固定卡盘与可调卡盘通过螺栓孔固定在不锈钢框架面板上。

上述一种煤矸石山高温区域淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述石英滤液收集槽底部排液口通过橡胶软管与止水阀门输入端连接，所述止水阀门输出端通过打孔橡胶塞进液孔与滤液收集瓶密封连接，所述打孔橡胶塞排气孔通过橡胶软管与U型干燥管连接，U型干燥管中填充碱石灰干燥剂，用于去除空气中所含CO₂，防止CO₂溶于淋溶液对pH指标造成影响。

上述一种煤矸石山高温区域淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述石英滤液收集槽侧面进气孔与玻璃转子流量计排气端口通过输气管连接，所述玻璃转子流量计控制进气量范围为6～60ml/min；所述玻璃转子流量计进气端口与电磁式空气泵通过输气管连接；所述电磁式空气泵提供风源，最大排气量为 40L/min。

上述一种煤矸石山高温区域淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述石英淋溶管顶部设置氧化铝陶瓷隔热塞进行密封；所述K型热电偶探针穿过氧化铝陶瓷隔热塞定位孔***石英淋溶管中物料内部指定位置，K型热电偶接线柱与多通道温度记录仪连接，所述多通道温度记录仪用于记录石英管中物料内部指定位置的温度变化；所述氧化铝陶瓷隔热塞沿轴线等距分布6个定位孔；所述K型热电偶与氧化铝陶瓷隔热塞定位孔之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封。

上述一种煤矸石山高温区域淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述淋溶储液瓶通过橡胶软管与蠕动泵输入端连接，所述蠕动泵流量调节范围为0～100ml/min；所述蠕动泵输出端通过橡胶软管与滴灌喷头连接，所述滴灌喷头固定在氧化铝陶瓷隔热塞进液孔上，滴灌喷头与氧化铝陶瓷隔热塞进液孔之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封。

上述一种煤矸石山高温区域淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述铝箔采气袋进气孔与氧化铝陶瓷隔热塞排气孔之间通过输气管连接，所述氧化铝陶瓷隔热塞排气孔与输气管之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封。

另外，本发明还提供一种使用采用上述装置进行煤矸石高温区域降雨淋溶模拟实验的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、装配石英材质淋溶***：在快装卡箍上接头与硅胶密封圈之间设置不锈钢滤网，起到支撑物料的作用，石英淋溶管侧壁取样孔用氧化铝陶瓷堵头堵塞，检测淋溶***的密封性；

步骤二、向密封性良好的石英材质淋溶***中填装物料，石英淋溶管***包裹铝箔纸保护层，外加红色陶瓷电加热圈，调节可调卡盘设置红色陶瓷电加热圈的垂直高度；

步骤三、用氧化铝陶瓷隔热塞对石英淋溶管顶部进行密封，K型热电偶穿过氧化铝陶瓷隔热塞定位孔埋埋设在石英淋溶管设定位置，连接好温度检测记录***、定量可控喷淋***、空气鼓入装置、滤液收集装置和空气收集装置；

步骤四、通过数显温控箱设定模拟煤矸石山高温区域特定温度，调节蠕动泵流量设定喷淋强度，调节玻璃转子流量计设定充气量，参数设定结束后进行高温区域淋溶模拟实验；

步骤五、通过滤液收集装置和气体收集装置分别收集模拟实验过程中所得淋溶液与有毒有害气体，并检测淋溶液和有毒有害气体的各项指标；

步骤六、通过石英淋溶管取样孔采取模拟淋溶实验在不同时间阶段和不同堆存位置处的煤矸石试样，检测煤矸石试样的物化性质；

步骤七、模拟淋溶实验结束后，依次关闭并拆卸定量可控喷淋***、空气鼓入装置、智能加热温控***、温度检测记录***、滤液收集装置、气体收集装置和石英材质淋溶***，并对石英淋溶管中堆存物料进行柱状整体卸料，对特定温度场不同区域的物料进行取样检测，分析煤矸石反应前后的物化性质变化。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明煤矸石高温区域降雨淋溶模拟实验装置采用一体化设计，结构紧凑，设计合理，装配拆卸方便。

2、本发明通过设置红色陶瓷电加热圈对石英淋溶管进行加热模拟淋溶实验，可控加热范围在 0～700℃之间，能够提供自燃煤矸石山不同温度区域的模拟淋溶实验条件。

3、本发明通过设置可拆卸式石英材质淋溶***，能够实现石英淋溶管中堆存物料柱状整体卸料；淋溶***采用石英材质，耐高温，耐酸碱腐蚀，化学稳定性强，淋溶过程中可视性能好；

4、本发明通过设置温度检测记录***，实时检测并记录石英淋溶管中不同位置处的温度变化情况，得出不同加热工况条件下的温度场分布。

5、本发明煤矸石高温区域降雨淋溶模拟实验装置的定量可控喷淋***模拟了自燃降雨过程，通过调节蠕动泵流量设定不同喷淋强度。

6、本发明通过设置石英淋溶管采样孔，淋溶过程中用氧化铝陶瓷堵头堵塞密封，淋溶结束后取下堵头采取试样，能够实现在淋溶管内部定时、定点进行煤矸石试样采取检测，实时反映煤矸石在高温淋溶模拟实验过程中的物化性质变化规律。

7、本发明通过设置空气鼓入装置，提供不同强度的充气量，可以研究煤矸石在不同通气条件的下高温淋溶模拟实验过程中的污染物释放规律。

8、本发明通过设置液体收集装置和气体收集装置，能够同时收集模拟实验过程中所得淋溶液和有毒有害气体，进行指标检测，进而能够定量分析煤矸石中高温模拟淋溶实验所释放的污染物在气固液三相中的分布情况。

9、采用本发明的装置和方法能够较为真实地模拟煤矸石高温区域降雨淋溶过程，能够实时检测模拟煤矸石高温自燃区域的温度场分布情况，收集并分析煤矸石高温模拟淋溶所得淋滤液和释放的有毒有害气体各项指标。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的石英材质淋溶***通过轴线的剖视图。

图3为本发明的石英材质淋溶***的局部放大图。

图4为本发明的氧化铝陶瓷隔热塞布设位置示意图。

附图标记说明：

1-1—红色陶瓷电加热圈；1-2—数显温控箱；1-3—压簧式热电偶；

2-1—石英淋溶管；2-2—氧化铝陶瓷隔热塞；2-2-1—氧化铝陶瓷隔热塞进液孔；

2-2-2—氧化铝陶瓷隔热塞定位孔；2-2-3—氧化铝陶瓷隔热塞排气孔； 2-3—快装卡箍；

2-3-1—快装卡箍上接头；2-3-2—快装卡箍下接头；2-3-3—硅胶密封圈；

2-3-4—快装卡箍卡套；2-4—石英滤液收集槽 2-5—可调卡盘；

2-6—固定卡盘；2-7—通孔硅胶圈；2-8—耐高温硅胶板；

2-9—不锈钢滤网；3-1—止水阀门；3-2—打孔橡胶塞；

3-3—滤液收集瓶；3-4—U型干燥管；4-1—转子流量计；

4-2—电磁式空气泵；5-1—K型热电偶；5-2—多通道温度记录仪；

6-1—淋溶储液瓶；6-2—蠕动泵；6-3—滴灌喷头；

7—铝箔采气袋；8—不锈钢框架；9-1—石英砂；

9-2—煤矸石。

具体实施方式

结合附图1、图2、图3、图4说明煤矸石高温区域降雨淋溶模拟实验装置及实验方法的一种实施方式。

如图1所示，本发明的煤矸石高温区域降雨淋溶模拟实验装置，其特征在于：包括加热温控***、石英材质淋溶***、定量可控喷淋***、温度检测***、滤液收集装置、气体收集装置、空气鼓入装置和不锈钢框架8；所述加热温控***包括红色陶瓷电加热圈1-1、数显温控箱1-2、压簧式热电偶1-3；所述石英材质淋溶***包括石英淋溶管2-1、氧化铝陶瓷隔热塞2-2、快装卡箍2-3、石英滤液收集槽2-4、可调卡盘2-5、固定卡盘2-6；所述定量可控喷淋***包括淋溶储液瓶6-1、蠕动泵6-2、滴灌喷头6-3；所述温度检测***包括K型热电偶5-1和多通道温度记录仪5-2；所述滤液收集装置包括止水阀门3-1、打孔橡胶塞3-2、滤液收集瓶3-3、U型干燥管3-4；气体收集装置为铝箔采气袋7；空气鼓入装置包括玻璃转子流量计4-1和电磁式空气泵4-2。

本实施例中，所述红色陶瓷电加热圈1-1和***包裹铝箔纸保护层的石英淋溶管2-1通过紧箍螺栓进行固定，放置在所述可调卡盘2-5上，调节可调卡盘2-5上下螺母拧紧位置来设置红色陶瓷电加热圈 1-1的垂直高度；所述数显温控箱1-2放置在所述不锈钢框架8内部；所述压簧式热电偶1-3接线柱与所述数显温控箱1-2输入端连接，压簧式热电偶1-3探头穿过所述红色陶瓷电加热圈1-1中间***孔与所述石英淋溶管2-1表面接触测温。

本实施例中，所述石英淋溶管2-1沿轴向等距布置四个取样孔；所述石英淋溶管2-1底端包裹耐高温硅胶板2-8与快装卡箍上接头2-3-1过盈配合，所述快装卡箍上接头2-3-1底端与石英淋溶管2-1底端齐平，石英淋溶管2-1与快装卡箍上接头2-3-1衔接处涂抹防火阻燃胶进行密封；所述可调卡盘2-5嵌套在所述快装卡箍上接头2-3-1外沿，可调卡盘2-5内径与快装卡箍上接头2-3-1顶端外径相同；所述快装卡箍上接头2-3-1与快装卡箍下接头2-3-2通过硅胶密封圈2-3-3密封，快装卡箍上接头2-3-1与快装卡箍下接头2-3-2用快装卡箍卡套2-3-4拧紧连接；所述石英滤液收集槽2-4法兰直径与通孔硅胶圈2-7卡孔直径相同，所述通孔硅胶圈2-7与石英滤液收集槽2-4上端圆柱部分进行过盈配合，石英滤液收集槽2-4法兰底端与通孔硅胶圈2-7卡孔顶端接触；所述快装卡箍下接头2-3-2与通孔硅胶圈2-7进行过盈配合，快装卡箍下接头2-3-2顶端与通孔硅胶圈2-7边沿平齐；所述石英滤液收集槽2-4与快装卡箍下接头2-3-2之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封；所述快装卡箍下接头2-3-2嵌套在所述固定卡盘2-6内部，固定卡盘2-6 内径与快装卡箍下接头2-3-2顶端外径相同；所述固定卡盘2-6与可调卡盘2-5通过螺栓孔固定在不锈钢框架8面板上。

本实施例中，所述石英滤液收集槽2-4底部排液口通过橡胶软管与止水阀门3-1输入端连接，所述止水阀门3-1输出端通过打孔橡胶塞3-2进液孔与滤液收集瓶3-3密封连接，所述打孔橡胶塞3-2排气孔通过橡胶软管与U型干燥管3-4连接，U型干燥管3-4中填充碱石灰干燥剂，用于去除空气中的CO₂气体，防止CO₂溶于淋溶液对pH指标造成影响。

本实施例中，所述石英滤液收集槽2-4侧面进气孔与玻璃转子流量计4-1排气端口通过输气管连接，所述玻璃转子流量计4-1控制进气量范围为6～60ml/min；所述玻璃转子流量计4-1进气端口与电磁式空气泵4-2通过输气管连接；所述电磁式空气泵4-2提供风源，最大排气量为40L/min。

本实施例中，所述石英淋溶管2-1顶部设置氧化铝陶瓷隔热塞2-2进行密封；所述K型热电偶5-1 探针穿过氧化铝陶瓷隔热塞定位孔2-2-2***石英淋溶管2-1中物料内部指定位置，K型热电偶5-1接线柱与多通道温度记录仪5-2连接，所述多通道温度记录仪5-2用于记录石英管2-1中物料内部指定位置的温度变化；所述氧化铝陶瓷隔热塞2-2沿轴线等距分布6个定位孔；所述K型热电偶5-1与氧化铝陶瓷隔热塞定位孔2-2-2之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封。

本实施例中，所述淋溶储液瓶6-1通过橡胶软管与蠕动泵6-2输入端连接，所述蠕动泵6-2流量调节范围为0～100ml/min；所述蠕动6-2泵输出端通过橡胶软管与滴灌喷头6-3连接，所述滴灌喷头6-3固定在氧化铝陶瓷隔热塞进液孔2-2-1上，滴灌喷头6-3与氧化铝陶瓷隔热塞进液孔2-2-1之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封。

本实施例中，所述铝箔采气袋7进气孔与氧化铝陶瓷隔热塞排气孔2-2-3之间通过输气管连接，所述氧化铝陶瓷隔热塞排气孔2-2-3与输气管之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封。

采用上述装置进行煤矸石高温区域降雨淋溶模拟实验的方法具体包括以下步骤：

步骤一、装配石英材质淋溶***：在快装卡箍上接头2-3-1与硅胶密封圈2-3-3之间设置不锈钢滤网2-9，起到支撑物料的作用，石英淋溶管2-1侧壁取样孔用氧化铝陶瓷堵头堵塞，装配完毕后向淋溶***中注满水，检测淋溶***的密封性；

步骤二、向密封性良好的石英材质淋溶***中填装物料，物料顶、底层为厚度4cm，10目～20目粒级的石英砂9-1，中间层为厚度20cm，-1mm粒级的煤矸石9-2，石英淋溶管2-1***包裹铝箔纸保护层，外加红色陶瓷电加热圈1-1，调节可调卡盘2-5设置红色陶瓷电加热圈1-1的垂直高度；

步骤三、用氧化铝陶瓷隔热塞2-2对石英淋溶管2-1顶部进行密封，K型热电偶5-1穿过氧化铝陶瓷隔热塞定位孔2-2-2埋设在石英淋溶管2-1设定位置，连接好温度检测记录***、定量可控喷淋***、空气鼓入装置、滤液收集装置和空气收集装置；

步骤四、通过数显温控箱1-2设定模拟煤矸石山高温区域300℃(400℃、500℃、600℃、700℃) 温度，调节蠕动泵6-2流量设定喷淋强度为10ml/min，调节玻璃转子流量计4-1设定充气量为20ml/min，参数设定结束后进行高温区域淋溶模拟实验；

步骤五、通过滤液收集装置和气体收集装置分别收集模拟实验过程中所得淋溶液与有毒有害气体，检测淋溶液的pH值、电导率值、氧化还原电位、总固体含量和重金属(Pb、Cu、Cd、Hg)含量等指标，检测所收集气体中SO₂、H₂S、CO的浓度；

步骤六、通过石英淋溶管2-1取样孔采取模拟淋溶实验在不同时间阶段和不同堆存位置处的煤矸石试样，检测煤矸石试样的物化性质；

步骤七、模拟淋溶实验结束后，依次关闭并拆卸定量可控喷淋***、空气鼓入装置、智能加热温控***、温度检测记录***、滤液收集装置、气体收集装置和石英材质淋溶***，并对石英淋溶管2-1中堆存物料进行柱状整体卸料，对特定温度场不同区域的物料进行取样检测，分析煤矸石反应前后的物化性质变化。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

参考文献

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[2]Johnson D B,Hallberg K B.Acid mine drainage remediation options:areview[J].Science of the Total Environment,2005,338(1-2):3-14.

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[4]陈炎,黄鸿恩,李尉卿,等.低硫煤矸石淋溶特性研究[J].重庆环境科学,1988(5):17-22.

Claims (9)

1.一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置，其特征在于：包括加热温控***、石英材质淋溶***、定量可控喷淋***、温度检测***、滤液收集装置、气体收集装置、空气鼓入装置和不锈钢框架(8)；所述加热温控***包括红色陶瓷电加热圈(1-1)、数显温控箱(1-2)、压簧式热电偶(1-3)；所述石英材质淋溶***包括石英淋溶管(2-1)、氧化铝陶瓷隔热塞(2-2)、快装卡箍(2-3)、石英滤液收集槽(2-4)、可调卡盘(2-5)、固定卡盘(2-6)；所述定量可控喷淋***包括淋溶储液瓶(6-1)、蠕动泵(6-2)、滴灌喷头(6-3)；所述温度检测***包括K型热电偶(5-1)和多通道温度记录仪(5-2)；所述滤液收集装置包括止水阀门(3-1)、打孔橡胶塞(3-2)、滤液收集瓶(3-3)、U型干燥管(3-4)；气体收集装置为铝箔采气袋(7)；空气鼓入装置包括玻璃转子流量计(4-1)和电磁式空气泵(4-2)。

2.根据权利要求1所述的一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述红色陶瓷电加热圈(1-1)和***包裹铝箔纸保护层的石英淋溶管(2-1)通过紧箍螺栓进行固定，放置在所述可调卡盘(2-5)上，调节可调卡盘(2-5)上下螺母拧紧位置来设置红色陶瓷电加热圈(1-1)的垂直高度；所述数显温控箱(1-2)放置在所述不锈钢框架(8)内部；所述压簧式热电偶(1-3)接线柱与所述数显温控箱(1-2)输入端连接，压簧式热电偶(1-3)探头穿过所述红色陶瓷电加热圈(1-1)中间***孔与所述石英淋溶管(2-1)表面接触测温。

3.根据权利要求1或2所述的一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述石英淋溶管(2-1)沿轴向等距布置四个取样孔；所述石英淋溶管(2-1)底端包裹耐高温硅胶板(2-8)与快装卡箍上接头(2-3-1)过盈配合，所述快装卡箍上接头(2-3-1)底端与石英淋溶管(2-1)底端齐平，石英淋溶管(2-1)与快装卡箍上接头(2-3-1)衔接处涂抹防火阻燃胶进行密封；所述可调卡盘(2-5)嵌套在所述快装卡箍上接头(2-3-1)外沿，可调卡盘(2-5)内径与快装卡箍上接头(2-3-1)顶端外径相同；所述快装卡箍上接头(2-3-1)与快装卡箍下接头(2-3-2)通过硅胶密封圈(2-3-3)密封，快装卡箍上接头(2-3-1)与快装卡箍下接头(2-3-2)用快装卡箍卡套(2-3-4)拧紧连接；所述石英滤液收集槽(2-4)法兰直径与通孔硅胶圈(2-7)卡孔直径相同，所述通孔硅胶圈(2-7)与石英滤液收集槽(2-4)上端圆柱部分进行过盈配合，石英滤液收集槽(2-4)法兰底端与通孔硅胶圈(2-7)卡孔顶端接触；所述快装卡箍下接头(2-3-2)与通孔硅胶圈(2-7)进行过盈配合，快装卡箍下接头(2-3-2)顶端与通孔硅胶圈(2-7)边沿平齐；所述石英滤液收集槽(2-4)与快装卡箍下接头(2-3-2)之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封；所述快装卡箍下接头(2-3-2)嵌套在所述固定卡盘(2-6)内部，固定卡盘(2-6)内径与快装卡箍下接头(2-3-2)顶端外径相同；所述固定卡盘(2-6)与可调卡盘(2-5)通过螺栓孔固定在不锈钢框架(8)面板上。

4.根据权利要求3所述的一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述石英滤液收集槽(2-4)底部排液口通过橡胶软管与止水阀门(3-1)输入端连接，所述止水阀门(3-1)输出端通过打孔橡胶塞(3-2)进液孔与滤液收集瓶(3-3)密封连接，所述打孔橡胶塞(3-2)排气孔通过橡胶软管与U型干燥管(3-4)连接，U型干燥管(3-4)中填充碱石灰干燥剂，用于去除空气中的CO₂气体，防止CO₂溶于淋溶液对pH指标造成影响。

5.根据权利要求4所述的一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述石英滤液收集槽(2-4)侧面进气孔与玻璃转子流量计(4-1)排气端口通过输气管连接，所述玻璃转子流量计(4-1)控制进气量范围为6～60ml/min；所述玻璃转子流量计(4-1)进气端口与电磁式空气泵(4-2)通过输气管连接；所述电磁式空气泵(4-2)提供风源，最大排气量为40L/min。

6.根据权利要求5所述的一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述石英淋溶管(2-1)顶部设置氧化铝陶瓷隔热塞(2-2)进行密封；所述K型热电偶(5-1)探针穿过氧化铝陶瓷隔热塞定位孔(2-2-2)***石英淋溶管(2-1)中物料内部指定位置，K型热电偶(5-1)接线柱与多通道温度记录仪(5-2)连接，所述多通道温度记录仪(5-2)用于记录石英管(2-1)中物料内部指定位置的温度变化；所述氧化铝陶瓷隔热塞(2-2)沿轴线等距分布6个定位孔；所述K型热电偶(5-1)与氧化铝陶瓷隔热塞定位孔(2-2-2)之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封。

7.根据权利要求6所述的一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述淋溶储液瓶(6-1)通过橡胶软管与蠕动泵(6-2)输入端连接，所述蠕动泵(6-2)流量调节范围为0～100ml/min；所述蠕动(6-2)泵输出端通过橡胶软管与滴灌喷头(6-3)连接，所述滴灌喷头(6-3)固定在氧化铝陶瓷隔热塞进液孔(2-2-1)上，滴灌喷头(6-3)与氧化铝陶瓷隔热塞进液孔(2-2-1)之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封。

8.根据权利要求7所述的一种煤矸石山高温区域降雨淋溶模拟实验装置，其特征在于：所述铝箔采气袋(7)进气孔与氧化铝陶瓷隔热塞排气孔(2-2-3)之间通过输气管连接，所述氧化铝陶瓷隔热塞排气孔(2-2-3)与输气管之间缝隙通过涂抹防火阻燃胶进行密封。

9.一种采用权利要求1～8中任意一项所述实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、装配石英材质淋溶***：在快装卡箍上接头(2-3-1)与硅胶密封圈(2-3-3)之间设置不锈钢滤网(2-9)，起到支撑物料的作用，石英淋溶管(2-1)侧壁取样孔用氧化铝陶瓷堵头堵塞，装配完毕后向淋溶***中注满水，检测淋溶***的密封性；

步骤二、向密封性良好的石英材质淋溶***中填装物料，石英淋溶管(2-1)***包裹铝箔纸保护层，外加红色陶瓷电加热圈(1-1)，调节可调卡盘(2-5)设置红色陶瓷电加热圈(1-1)的垂直高度；

步骤三、用氧化铝陶瓷隔热塞(2-2)对石英淋溶管(2-1)顶部进行密封，K型热电偶(5-1)穿过氧化铝陶瓷隔热塞定位孔(2-2-2)埋设在石英淋溶管(2-1)设定位置，连接好温度检测记录***、定量可控喷淋***、空气鼓入装置、滤液收集装置和空气收集装置；

步骤四、通过数显温控箱(1-2)设定模拟煤矸石山高温区域特定温度，调节蠕动泵(6-2)流量设定喷淋强度，调节玻璃转子流量计(4-1)设定充气量，参数设定结束后进行高温区域淋溶模拟实验；

步骤五、通过滤液收集装置和气体收集装置分别收集模拟实验过程中所得淋溶液与有毒有害气体，并检测淋溶液和有毒有害气体的各项指标；

步骤六、通过石英淋溶管(2-1)取样孔采取模拟淋溶实验在不同时间阶段和不同堆存位置处的煤矸石试样，检测煤矸石试样的物化性质；

步骤七、模拟淋溶实验结束后，依次关闭并拆卸定量可控喷淋***、空气鼓入装置、智能加热温控***、温度检测记录***、滤液收集装置、气体收集装置和石英材质淋溶***，并对石英淋溶管(2-1)中堆存物料进行柱状整体卸料，对特定温度场不同区域的物料进行取样检测，分析煤矸石反应前后的物化性质变化。