湖北大冶铜绿山铜铁矿尾矿库溃坝动力特性分析

2017年3月12日凌晨2时20分,湖北大冶铜绿山铜铁矿尾矿库西北角发生了局部溃坝事故,下泄尾砂泥浆约50万m3。在大冶尾矿库溃坝现场考察和相关数据资料查阅的基础上,分析了该尾矿库的结构特征、地质环境特征与溃坝尾砂运动特征。利用无人机航拍技术获取了大冶尾矿库溃坝后的地貌高程数据并建立尾矿库溃坝后的DSM模型,运用DAN3D软件建立了尾矿库溃坝的动力计算模型。通过对比Frictional模型、Bingham模型及Voellmy模型的模拟结果,认为Voellmy模型可以较好地模拟溃坝全过程。模拟结果表明:大冶尾矿库溃坝过程中尾矿泥石流运动持续时间为130 s,最大堆积深度为5 m,最大运动速度为20 m/s。     

强降雨洪水条件下尾矿库溃坝灾害影响研究

强降雨是导致尾矿库发生溃坝灾害的重要因素。为进一步探究强降雨洪水条件下尾矿库溃坝灾害影响,依托四川某尾矿库为研究对象,分析不同降雨频率条件下（200年、500年、1000年）的洪水暴发强度,并结合FLO-2D软件对强降雨条件下尾矿库溃坝影响进行了数值模拟。研究结果表明：溃坝量对尾矿库溃坝致灾程度有显著影响,溃坝砂流的灾害影响程度随溃坝量的增加而增大;溃坝尾砂流的最大淹没高度和峰值流速随溃坝量的增加而增大,下泄砂流的沿程淹没高度随尾砂运动距离的增加呈下降趋势;在地面高程变化幅度大的区域砂流的流速明显偏大,地面高程变化对砂流流速变化有较大影响。根据溃坝模拟结果,对强降雨条件下的溃坝尾砂流致灾影响程度进行了预估,为相关尾矿库溃坝灾害预测提供了参考。     

精细地形下铀尾矿库溃坝三维数值模拟研究

为研究铀尾矿库溃坝泥石流演进规律及其对下游环境的影响,基于VOF方法、RNG k-ε紊流模型,建立溃坝三维数值模型,利用水槽溃坝试验验证了数值模型的准确性;针对某铀尾矿库建立坝体三维模型及下游河道三维精细地形模型,采用计算流体力学软件Flow-3D对铀尾矿库局部溃坝进行三维数值模拟研究,得到溃坝泥石流流速、传播时间、泥石流深度等要素变化规律以及溃坝泥石流影响范围。模拟结果表明,尾矿库局部溃坝泥石流不会直接冲击尾矿库下游村庄。     

尾矿库溃坝研究现状综述

尾矿库事故造成的危害位列世界93种事故、公害隐患中的18位,与矿山的生产安全、周边社区的和谐稳定关系密切。首先针对尾矿库溃坝影响因素辨识进行综述,事故树分析法是主要研究方法之一,但该方法受人为主观意识影响较大;其次从对溃坝事故进行数值模拟、物理模型试验两个角度来看,坝体稳定性、溃坝机理、溃坝后泥石流参数是主要模拟方向,但针对溃坝机理进行的物理模型试验模拟较少,且现行主要模拟对象是洪水漫顶导致的溃坝模拟,缺乏对其他溃坝模式的试验分析。由于尾矿库溃坝事故一旦发生,灾害无法预估,着眼尾矿库溃坝从影响因素到事故再到灾害的演化过程,仍需从风险管理、计算机模拟、模型试验等领域进行交叉研究,为提高尾矿库安全管理水平提供参考。     

基于结构方程模型和模糊综合评价的尾矿库溃坝风险评价

结合尾矿库溃坝的致灾机理,通过相关分析法构建了尾矿库溃坝风险体系。利用结构方程模型,确定了溃坝风险指标的权重及各个指标之间的定量关系。结合模糊综合评价方法,构建了尾矿库溃坝风险评价模型,实现了尾矿库溃坝风险等级的定量评价。通过工程实例表明,该方法为尾矿库溃坝风险评价提供了一种有效的方法途径。     

尾矿坝溃坝对下游淹没和撞击的研究

尾矿库坝体发生漫顶、垮塌、坝体滑坡、渗漏等溃坝因素导致尾矿库溃坝,溃坝后高势能的尾砂形成尾砂泥石流冲向下游,对下游居民的生命财产构成严重的威胁。针对以尾矿坝溃坝为尾矿库安全事故灾害中的突出问题,以宝山荷叶塘尾矿库为例,运用分步数值模拟方法将尾砂泥石流运移、淹没这一动量过程和尾砂泥石流与障碍物撞击这一力学过程相结合分析尾矿库4#副坝溃坝时对其下游马鞍岭公路的安全影响,尾矿库溃坝后尾砂对下游公路的淹没和尾砂泥石流运移的规律直接影响着灾害能量的变化,通过尾砂泥石流与下游公路的撞击作用及能量变化揭示其运移规律,研究溃坝尾砂泥石流对下游的淹没范围、尾砂移动规律以及尾砂对下游公路的撞击,探讨下游公路的安全性。     

云南某尾矿库溃坝砂流流态研究

尾矿库一旦发生溃坝,库内水和尾砂结合在一起以泥石流的形式涌出,会危及下游人民的生命安全.根据现有的水力学公式对尾矿库溃坝砂流运动形态进行理论计算,根据计算所得结果绘制出溃坝时不同溃坝高度及溃口宽度与尾砂最大流量、到达下游各断面的淹没深度、到达时间、最大流速以及冲击力的关系曲线,并进行分析,为尾矿库管理以及溃坝预防提供依据.     

尾矿库溃坝影响预测方法的探讨

尾矿库溃坝后果严重,目前在金属矿山环境影响评价工作中,尾矿库溃坝预测方法无统一规范,且多数缺乏依据。以某尾矿库为例,通过对比前人的计算方法,找出相对合理的计算方法,采用数值法和解析法相结合的方法计算某尾矿库溃坝后尾砂下泄量、下游各断面洪峰流量、洪峰淹没高度、影响范围等关键数据,为环境影响评价中尾矿库溃坝风险预测工作提供借鉴。     

尾矿库坝体溃决参数预测

尾矿库坝体溃决参数对其溃决形成泥石流灾害具有非常重要的影响。依据溃决基础理论,探讨了尾矿库坝体溃决形式及参数预测方法。以云南磷化集团海口磷矿的玉铜汞凹子尾矿库为例,分析了全溃决、1/2溃决、1/3溃决及1/4溃决4种坝体溃决形式下,尾矿库溃坝的泄砂总量、溃坝决口平均宽度、溃口坝址最大泥石流流量、溃坝泥石流流速、溃坝泥石流动压力及坝址泄砂流量过程线等溃决参数。研究成果不仅对于减少因尾矿库溃坝造成的损失有重要的现实意义,而且为尾矿库设计者与矿山管理决策者提供一定的理论依据。     

尾矿库溃坝数值计算及对下游影响分析

尾矿库溃坝与水库溃坝和山体泥石流爆发在工程条件上有一定的相似之处。采用工程类比法，借鉴水库溃坝与山体泥石流的研究成果，结合尾矿库溃坝自身的特点，针对逐渐溃坝的情况，对原有模型进行适当调整，得出下泄砂流的洪峰流量、下游沿程最大洪峰流量以及坝下游某处洪峰高度的计算公式，给出了最大洪峰流量到达该处的时间计算公式。将计算公式应用于实际工程，其计算结果为溃坝下游影响分析提供了充分数据，也为尾矿库的设计与管理提供了必要的数据，为尾矿库选址提供了理论依据。     

尾矿库溃坝预警体系及预警方法研究

尾矿库溃坝预警信息的辨识、获取和分析,是有效防止尾矿库溃坝的关键技术。在对121起尾矿库溃坝事故统计分析的基础上,基于风险预警原理,对尾矿库溃坝风险预警体系和预警方法进行了分析。研究结果表明:溃坝主要类型是渗透破坏和洪水漫顶;渗透破坏的警素指标包括渗透水质和堆积坝沼泽化,洪水漫顶的警素指标包括降雨、调洪库容和泄水能力,地震液化的警素指标包括地震烈度和滑坡;警源指标体系包括自然警源、固有警源和人为警源3类;溃坝风险综合预警法包括调洪库容现状的获取、入库洪水总量分析、泄流能力分析、调洪演算、渗流分析和抗滑稳定性分析等流程,以确定坝体稳定状况,作为尾矿库预警标准,确保尾矿库安全运行。     

尾矿坝地下水位变化规律的试验研究

尾矿库是一种特殊的工业建筑,属于矿山三大控制性工程之一,亦是矿山最大的危险源.尾矿坝是尾矿库的主要构筑物,它的浸润线是尾矿库的生命线,是尾矿库稳定性评价的关键基础资料,也是尾矿库安全生产管理的重要依据之一.为此,我们利用室内物理模型试验,对不同库水位情况下尾矿坝地下水位的变化情况进行了研究,获得尾矿坝浸润线的变化规律.     

尾矿库渗流溃坝模型实验研究

渗流破坏是尾矿库溃坝的重要诱导因素之一,但目前针对渗流破坏对尾矿库溃坝影响的研究还比较少,因此本文以云南某尾矿库为工程背景,采用自制的尾矿库溃坝实验装置,开展尾矿库室内堆(溃)坝模型实验研究,分析在渗流破坏情况下尾矿库溃坝过程、溃口发展、下泄泥砂沉积规律。结果表明：空隙中的可动颗粒被渗出水流带走,造成初始渗流通道建立并扩大,坝肩中部出现“砂流溢出”和“沼泽化”现象；随着坝体集中渗流通道的扩展,出渗点位置上部饱和坝体在自重作用下发生沉降和垮塌,并向上游呈牵引式发展,随后库内水流漫过坝顶垮塌部分的最低点,导致溃口的形成,坝体破坏模式由逆向牵引破坏向溢流侵蚀破坏转变；溃口的发展主要是由溃坝水流对坝体的掏蚀、冲刷所造成,在溃坝的不同时刻溃口发展是不同的,初中期以下切为主,后期为横向展宽以主；由于水流的分选作用,下泄泥砂在坝体下游的沉积随演进距离的增加,表现出由粗到细的规律,且不同位置出现了粒径的分级现象。以上研究成果能为矿山的防灾减灾提供理论基础。     

尾矿库防渗技术及防渗土工材料应用现状分析

随着尾矿库环保监管的日趋规范化,我国尾矿库防渗设施设计建设形成以判别尾矿固废类别为前提,依据尾矿库特定的渗漏条件确定具体防渗方案的形式。尾矿库渗漏类型包括临谷渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏等,针对渗漏类型的不同,通常采用“垂直”、“水平”或“垂直与水平防渗相结合”等多种防渗方式。本文将分析阐述尾矿库常见几种渗漏类型的判别过程,提出依据渗漏类型确定防渗技术方案一般思路。结合防渗土工材料在尾矿库内坡防渗、柔性趾板连接、水平铺盖铺设以及不良地质处理等多方面的应用,分析其对防范尾矿坝渗水跑混、降低渗透破坏风险、减小坝基渗流及满足环保防渗的作用效果；揭示提高防渗土工材料适用性仍需解决的几个关键问题；提出研发低成本、高韧、高延展性土工材料和更为安全可靠的防渗铺设技术以适应于复杂尾矿库地质环境工况,应是防渗土工材料未来发展的一个重要方向。     

基于强度折减法的尾矿库渗流稳定性分析

尾矿库在渗流条件下的稳定性是影响整个矿山安全的重要因素。本文以国内某上游法堆筑尾矿库为研究对象,采用强度折减法对尾矿库在渗流条件下的稳定性进行了系统的分析,对比了不同失稳判别准则在尾矿库稳定性分析中的适用性和局限性,提出了以初期坝附近尾砂出现指向坝外、向上的变形矢量为标志的"变形矢量图准则"。研究结果表明,基于强度折减法进行尾矿库稳定性分析时,采用"变形矢量图准则"可以更准确高效地获得尾矿库的稳定安全系数。     

尾矿库的安全评价和风险管理

尾矿库的风险管理和风险评价仍然缺乏法规条件和技术基础。应该着手建立尾矿库失事概率分析和失事所造成的经济损失和生命损失估算基础上的风险评价体系。不仅论证尾矿库工程安全，而且和下游地区的经济发展、公共安全相联系，把能够降低下游风险的非工程措施放在重要位置。这个体系的主要目标应该是：建立完整的法规体系；逐步研究形成一套系统的、完善的分析理论、方法和技术；建立尾矿库的可接受风险和容忍风险的风险标准；对下游人员、经济、社会、环境损失做出评价，对尾矿库的风险做出判断，给出制定各类预案的指南。     

库水位变动条件下的尾矿库溃坝模型试验研究

针对尾矿坝的溃决模式和尾矿库在库水位变动情况下发生溃坝危险等问题,采用自行设计的尾矿库溃坝模拟试验装置并考虑水位变化情况下,开展了尾矿库室内溃坝模型试验。结果表明：1）在库水位变动条件下,尾矿库发生漫顶溃坝,溃坝过程中,水流侵蚀引起的连续下切加深和溃口边壁发生失稳破坏引起的横向展宽是控制溃口演化的两个重要因素;2）坝体在溃决后发生明显的垂直沉降和水平位移,坝体沉降位移主要发生在坝肩和坝体中上部处,而坝体水平位移主要发生于坝体中下部和坝脚处;3）溃口处坝体下沉位移达到最大,溃口下泄泥沙流颗粒粒径随着距溃口距离的增加而逐渐递减,粒径分级现象由不明显到明显,临界距离为距溃口150 cm处。研究为尾矿库在库水位变动情况下的灾害防治提供较好的指导意义。     

洪水工况下某尾矿坝动力稳定性分析

对四川某高堆尾矿库地质勘查资料进行整理,合理概化了坝体主轴剖面,采用等效黏弹性模型,对处于洪水工况下的该尾矿坝用GeoStudio有限元软件进行数值模拟研究,研究了该尾矿坝在EI Centro地震波作用下的反应加速度、位移变化、液化范围、安全系数、动力稳定性的规律,研究结果显示该尾矿坝可在洪水工况下稳定运行,为其他尾矿坝的动力稳定性分析提供参考。     

探讨闭库尾矿库改建固废填埋场的安全稳定性

基于某闭库尾矿库改建固废填埋场实例,分析探讨了改建过程中影响尾矿库与固废填埋场安全稳定的三个重要影响因素,即滩面沉降、尾矿坝与固废堆积体稳定性、排洪可靠性。通过分析可知,滩面因固废堆载引起的沉降量较小,尾矿坝与固废堆积体安全稳定,排洪系统能够可靠运行,使用闭库尾矿库改建固废填埋场,既解决了填埋场选址问题又解决了闭库尾矿库再利用问题,节约了大量土地资源。