本发明属于尾矿库安全管理和水资源回收利用，具体涉及一种光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统及控制方法。
背景技术：
1、尾矿库是用以贮存金属、非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿的场所。尾矿库的浸润线即渗流流网的自由水面线，是尾矿坝安全的生命线。近年来，随着国家尾矿库数量“只减不增”政策的持续实施，我国尾矿库数量逐年递减，但仍有7000余座尾矿库，数量居全世界首位。矿业的开发和尾矿的堆存是国民经济建设和社会发展的产物，由于尾矿库溃坝及废水污染导致的人民生命财产损失和社会公众事件的发生，人民群众甚至达到了谈之色变的程度。
2、尾矿库浸润线的埋深控制是安全管理中的重中之重，矿山企业常年投入大量的人力物力去满足其安全运行所需的控制浸润线埋深。但是，鲜有尾矿坝坝体内尾矿水水资源回水利用的文献公开及工程实施案例。现有技术条件下，尾矿坝浸润线内的尾矿水常被当做诱发尾矿库溃坝的主要因素之一，其水资源属性未得到关注和开发。
3、目前，尾矿库浸润线重点关注的技术有：1）浸润线观测技术。通过设置人工和在线浸润线观测设施，量化和可视化尾矿库实际浸润线埋深，并设定多项技术标准作为监测、预警等实际工作的指南。2）浸润线降低技术。其中，成熟的水平排渗技术有：（1）前置排渗盲沟；（2）排渗褥垫；（3）后置槽孔管。水平排渗通过重力式分层设置方式，利用尾矿颗粒及反滤材料（级配碎石、土工合成材料等）设置排渗设施，多由集水管段、导水管段等设施组成，将收集尾矿水通过自流方式排出尾矿库，是目前优先选用的排渗技术。该技术实施初期排水效果较好，随着尾矿库堆积后排渗设施变形、反滤材料淤堵等问题的出现，效果呈削减趋势。成熟的垂直排渗技术有：（1）辐射井；（2）排渗井。在水平排渗设施排渗效果不足以满足控制浸润线要求的情况下，成为了可选技术方案。垂直排渗存在主要问题为多需辅以电力抽提尾矿水，能耗较高。近来，水平和垂直联合防渗也越来越多的被工程师所采纳，但二者存在的问题仍未有效解决。如授权公告号cn111397685b公开了一种基于在线监测系统尾矿库浸润线的智能预测方法，授权公告号cn111210403b公开了一种土体浸润线检测方法；授权公告号cn102041845b公开了一种有效降低尾矿库堆积坝浸润线的联合排渗系统，授权公告号cn116090080b公开了用于尾矿坝全段浸润线阶状急降结构的设计方法，授权公告号cn111254910b公开了一种尾矿坝排渗管施工工艺，授权公告号cn111305142b公开了用于降低湿排尾矿库浸润线的结构及设计方法，申请公布号cn116733094a公开了一种尾矿库排渗方法，申请公布号cn1098261870a公开了尾矿坝排渗加固系统，申请公布号cn117684636a公开了尾矿库自动排水系统。
4、然而，上述方案均存在以下缺点：（1）单一的浸润线观测或降低技术，未能有机的将二者需求结合起来；（2）仍限于排渗材料的优选和结构方式的组合；（3）对于能源消耗未提出新的解决途径；（4）重点关注为湿式上游式尾矿筑坝法尾矿库的浸润线控制，对于干式堆存、中线式尾矿筑坝法和下游式尾矿筑坝法等的适用性未见有关公开资料；（5）上述发明未能兼顾矿山企业尾矿坝安全管理及水资源回收利用等绿色矿山建设的实际需求。
5、为此，研发一种能够解决上述问题的光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统及控制方法是非常必要的。
技术实现思路
1、针对现有矿业开发过程中尾矿坝安全管理和水资源回收利用技术领域存在的技术问题，本发明的第一目的在于提供一种光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统，利用吸水材料吸湿速干这一特性捕集和吸附尾矿坝内的饱和湿度水分，通过毛细管作用和mxene材料光热驱动下对水的持续向上输送作用，使得管道内水分不断被抽提外输，进而促进浸润线不断下降，同时对形成的蒸汽通过冷凝收集，实现尾矿水的水资源属性高效回水，低成本的解决不同堆存方式、筑坝方法尾矿库浸润线控制问题。
2、本发明的第二目的在于提供一种光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统的控制方法。
3、本发明的第一目的是这样实现的，包括浸润线观测及控制管道、透光保护罩、冷凝换热装置、光热驱动装置以及集水装置，所述浸润线观测及控制管道植入尾矿坝钻孔，且浸润线观测及控制管道下端低于控制浸润线位置，所述浸润线观测及控制管道内的上部设有吸水材料层，所述透光保护罩设于尾矿坝上，且将钻孔罩住，所述透光保护罩内设有冷凝换热装置、光热驱动装置，冷凝换热装置底部设有集水装置；
4、所述冷凝换热装置包括第一支撑外壳、换热管，所述换热管设于支撑外壳内，所述换热管内填充有吸水材料；
5、所述光热驱动装置包括第二支撑外壳、毛细作用层、光热转化层，在第二支撑外壳内自下而上依次设置毛细作用层、光热转化层；
6、所述吸水材料层上端通过第一连接管道与换热管进端连接，且第一连接管道内填充有吸水材料，吸水材料层与第一连接管道的吸水材料紧密接触，换热管内的吸水材料与第一连接管道的吸水材料紧密接触，所述换热管出端通过第二连接管道与第二支撑外壳下部连通，且毛细作用层与第二连接管道的吸水材料紧密接触，换热管内的吸水材料与第二连接管道的吸水材料紧密接触。
7、浸润线观测及控制管道所用管材为管、pvc管或hdpe管等，钻孔孔径控制在150～300mm。
8、优选地，所述浸润线观测及控制管道下端进入控制浸润线埋深不小于2.0m，优选为深度6m～30m，实际深度根据尾矿库浸润线埋深及控制要求确定。
9、优选地，所述浸润线观测及控制管道上部为封闭段，下部为透水段，封闭段外设有封堵层，透水段管体设有透水孔，透水段外设有反滤层；反滤层可选人工土工合成材料，土工布，200g/m2～800g/m2，也可选择白钢网，目数根据尾矿粒度分布选择；还可选择碎石、石英砂，粒度2mm～50mm；封堵体可选用粘土、粘土球、细石混凝土等。
10、优选地，所述浸润线观测及控制管道有多个，且按梅花型间隔排列分布，间距100mm～300mm。
11、优选地，所述透光保护罩投影面积为6~8m2，透光保护罩有多个，且按梅花型间隔排列分布在尾矿坝上，水平间距控制在50m～200m，且相邻透光保护罩之间的高差控制在5m～15m。
12、透光保护罩为可透全光谱太阳光的保护罩，由周边结构及顶部围护设施组成，周边结构可为方形、圆形等，顶部围护可为平行、圆弧形等，不聚光即可。
13、透光保护罩还可预留可启闭的通风口，透光保护罩内部安装如温湿度监测仪等环境监测设施，监测透光保护罩内部环境参数。
14、冷凝换热装置可以安装多个，可并联也可串联，具体根据抽提尾矿水及冷凝水水量确定；在冷凝换热装置增加数量后，根据需要相应增加集水装置，以能够顺利接水为准。
15、优选地，所述第一支撑外壳为圆柱形框架结构，换热管有多个子管且排布在第一支撑外壳内，多个子管通过总管连接，换热管为直管或螺旋管；第一支撑外壳起到支撑作用，多个换热管子管增大换热面。
16、优选地，所述第二支撑外壳顶部敞开，光热转化层至少设置一层，层数根据抽提尾矿水水量及尾矿库所在地区太阳能能源分布条件确定，每层厚度1mm～3mm，面积为0.5m2～1.5m2；第二支撑外壳起到支撑毛细作用层、光热转化层的作用。
17、优选地，所述吸水材料、吸水材料层、毛细作用层，材质为纤维，功能特点均为吸湿速干，兼具自然条件下的高效吸湿和受热条件下的快速干燥，具体可设置为圆形、方形、蜂巢形管束等形状。
18、优选的，所述纤维为天然纤维、化学纤维或两者组合使用。
19、优选地，所述天然纤维为脱脂棉、亚麻纤维、竹原纤维等。
20、优选地，所述脱脂棉可以是球形脱脂棉、条形脱脂棉、片状脱脂棉等。
21、优选地，所述化学纤维为聚酯纤维、聚酰胺纤维等。
22、优选地，所述化学纤维包括单一纤维、复合纤维。
23、对于天然纤维和化学纤维组合使用的情形，可以独立分段组合，也可以分区组合，分段分区可根据纤维种类的不同进行分区，还可以将天然纤维和化学纤维混合在一起使用。
24、所述光热转化层为mxene材料，mxene为本领域公知材料，mxene是结构式为mn+1xn的二维材料，n＝1、2、3、4，m为sc、ti、v、cr、zr、nb、mo、hf或ta，x为c或者n。
25、对于集水装置，可以由集水池和排水管等设施组成，集水池可采用传统天然土、石、砖等建筑材料砌筑并做好防水处理，也可采用人工合成材料定型制作集水桶；集水池还可提前预制好，预制构件现场直接安装；排水管将集水池内的水外送。
26、本发明的第二目的是这样实现的，包括以下步骤：
27、s1、在尾矿坝上钻孔，植入浸润线观测及控制管道，植入深度为进入控制浸润线埋深不小于2.0m，浸润线观测及控制管道下端透水，浸润面以上空间内水蒸汽达到饱和状态；
28、s2、在浸润线观测及控制管道内设置吸水材料层，吸水材料层对管道中饱和水蒸汽进行吸附捕集，并通过毛细作用向上输送；
29、s3、将吸水材料层、冷凝换热装置、光热驱动装置通过连接管道连接在一起，并安装透光保护罩、集水装置；冷凝换热装置为尾矿水抽提提供通道的同时冷凝蒸汽；毛细作用层进一步为尾矿水抽提提供集水条件；通过毛细作用将水经冷凝换热装置输送至光热驱动装置，光热转化层将光能转化为热能，毛细作用层的水受热蒸发，水蒸气在冷凝换热装置处换热降温，冷凝水滴落并收集在集水装置中。
30、技术原理：
31、1、设置浸润线观测及控制管道，利用浸润面以上空间内形成的水蒸汽达到饱和状态，为尾矿水的吸附和抽提外输创造空间；
32、2、管内低温饱和水汽，在高效吸湿速干导水材料的毛细管作用下，由下部向上进行输送；毛细管中水因水温较低，为冷凝换热装置提供低温换热介质，不仅实现蒸汽冷凝回收，还可实现换热管内的水升温预热；经过预热的水通过光热转换层蒸发为水蒸汽；
33、3、通过光热材料mxene实现持续蒸发，吸水材料对水的持续向上输送作用，使得尾矿坝内的水分不断被抽提外输，进而促进浸润线不断下降；
34、4、抽提外输尾矿水形成水蒸气后，在冷凝换热装置作用下冷凝为蒸馏水，收集后可实现高效回水，是一种全新的尾矿库内尾矿水水资源开发的技术。
35、与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
36、1、本发明浸润线观测及控制管道可同时设置浸润线人工、在线监测设施，兼顾浸润线观测和控制功能，设施的结合可节省矿山企业能耗、人工工时、管理费用等多项运行成本；
37、2、本发明首次公开利用尾矿坝浸润线观测孔抽提尾矿水，满足浸润线埋深控制的同时，实现尾矿水水资源高效利用；
38、3、本发明方法为“油灯式”控制尾矿坝浸润线埋深，尾矿坝内的尾矿水为“油”，吸水材料为“灯芯”，mxene材料为“火种”，冷凝换热装置为“能源捕获介质”，蒸馏水为“燃烧产物光源和热源”，系统的解决了尾矿水的抽出和高效回水。
39、4、本发明首次将mxene材料用于光热驱动解决尾矿坝浸润线埋深和高效回水，为材料学科、安全学科和环保学科交叉集成的有益创新，实施效果突出，且能源消耗为光能，绿色、清洁、低碳；
40、5、本发明首次从尾矿坝内的尾矿水是重要的水资源角度，在解决浸润线控制埋深的基础上，同时有益的解决了尾矿库水资源高效回水的问题，从而使得本发明的应用范围涵盖了湿式堆存、干式堆存、膏体堆存等多种堆存技术，上游式、中线式、下游式尾矿筑坝法等多种筑坝方式，坝前、库尾、库周放矿等多种尾矿放矿方法；
41、6、本发明方法可为尾矿库，甚至矿山开发提供新的可选方案，尤其是水资源匮乏区域的矿业开发建设项目。
1.一种光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统，包括浸润线观测及控制管道（1）、透光保护罩（2）、冷凝换热装置（3）、光热驱动装置（4）以及集水装置（5），其特征在于所述浸润线观测及控制管道（1）植入尾矿坝钻孔，且浸润线观测及控制管道（1）下端低于控制浸润线位置，所述浸润线观测及控制管道（1）内的上部设有吸水材料层（6），所述透光保护罩（2）设于尾矿坝上，且将钻孔罩住，所述透光保护罩（2）内设有冷凝换热装置（3）、光热驱动装置（4），冷凝换热装置（3）底部设有集水装置（5）；
2.根据权利要求1所述光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统，其特征在于所述浸润线观测及控制管道（1）下端进入控制浸润线埋深不小于2.0m。
3.根据权利要求1或2所述光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统，其特征在于所述浸润线观测及控制管道（1）上部为封闭段，下部为透水段，封闭段外设有封堵层（101），透水段管体设有透水孔（102），透水段外设有反滤层（103）。
4.根据权利要求1或2所述光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统，其特征在于所述浸润线观测及控制管道（1）有多个，且按梅花型间隔排列分布，间距100 mm～300mm。
5.根据权利要求1所述光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统，其特征在于所述透光保护罩（2）投影面积为6~8m2，透光保护罩（2）有多个，且按梅花型间隔排列分布在尾矿坝上，水平间距控制在50m～200m，且相邻透光保护罩（2）之间的高差控制在5m～15m。
6.根据权利要求1所述光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统，其特征在于所述第一支撑外壳（301）为圆柱形框架结构，换热管（302）有多个子管且排布在第一支撑外壳（301）内，多个子管通过总管连接，换热管（302）为直管或螺旋管。
7.根据权利要求1所述光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统，其特征在于所述第二支撑外壳（401）顶部敞开，光热转化层（403）至少设置一层，每层厚度1mm～3mm，面积为0.5m2～1.5m2。
8.根据权利要求1所述光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统，其特征在于所述吸水材料为吸湿速干的天然纤维和/或化学纤维，吸水材料层（6）的材质为吸湿速干的天然纤维和/或化学纤维，毛细作用层（402）的材质为吸湿速干的天然纤维和/或化学纤维。
9.根据权利要求1所述光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统，其特征在于所述光热转化层（403）为mxene材料。
10.一种根据权利要求1~9任一所述光热驱动下的尾矿库浸润线控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
