二峰山铁矿尾矿开采安全技术论证

我国年产铁矿尾矿1．3亿t，但利用率不足10％，不仅占用大量土地，危及环境与安全，而且造成资源上的严重浪费。目前，不少矿山都在开展尾砂利用工作，但尾砂开采对尾矿库的稳定性、尾砂排放及排洪条件等方面都有较大影响，具有较高的安全技术要求，尤其应降低坝体浸润线，确保其安全。二峰山在尾矿库尾砂开采实施前进行了安全技术论证，提出了合理的尾砂开采方案。     

某尾矿库回采技术及坝体稳定性分析

采矿业在助力国家“碳中和、碳达峰”目标的实现中扮演重要的角色，主要体现在大宗固体废物综合利用，特别是尾砂综合利用，具有重要的经济和环保意义。以岑溪市经成尾矿库回采项目为工程背景，采用水枪与漂浮式砂泵船联合的开采方式，利用Slide边坡模拟软件，采用瑞典圆弧法对尾矿库现状、尾砂回采到+317 m标高以及尾砂回采完成后的尾矿坝内外坡在3种不同工况下的稳定性进行分析。经过计算，不同工况下尾矿库坝体内外坡的K_min数值均大于规范值，整个回采过程中尾矿库坝体均能保持稳定运行。最后，针对尾砂回采期间可能出现的安全问题，提出相应的矿山生产管理措施，对同类型尾矿库回采工程具有一定的参考价值。     

云南某尾矿坝地震动力响应分析

以云南某尾矿库为工程研究对象,利用GeoStudio软件对坝体在地震作用下的动力响应进行数值模拟,分析坝体在地震过程中的应力、位移变化以及液化区域、永久变形区域方面的地震动力响应。分析结果表明,在地震过程中,堆积坝与初期坝交界的中下方出现应力集中,坝体最大水平位移在堆积坝的中下部,堆积坝在震后会出现裂缝并变形,地震造成沉积层大面积液化。用瑞典圆弧法计算尾矿库稳定性得出最小安全系数为1.572,大于规程的标准值,说明该尾矿库在地震工况下是稳定的。     

露天采场爆破与尾矿库交互影响分析

针对承德新源矿业萝卜地沟尾矿库和宝通矿业西沟采区露天采场距离较近的状况,为避免尾矿库与露天采场爆破时的交互影响,采取了尾矿库改道排尾,并在其交界处修建尾砂堆积、废石压外坡组合副坝的措施。主要选用瑞典圆弧法和简化Bishop法对新建组合副坝坝体边坡稳定性进行了分析,利用爆破振动安全允许速度公式,对尾矿库坝体和排洪系统安全允许距离进行了计算。通过分析和计算得出：在距离组合坝坡底线55 m范围内禁止开采矿石, 55 m外根据爆破振动安全允许速度公式计算单段最大炸药量,调整爆破技术参数,可保证改道后的尾矿库安全运行和露天采场正常生产。     

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。     

某加高扩容尾矿库三维静力敏感性及地震反应数值分析

为验证某复杂地质条件下尾矿库加高扩容设计方案的合理性,采用非线性有限元程序建立了初期坝、堆积坝以及坝基的三维有限元模型,首先分析了当堆积坝各料区均采用设计参数时,坝体在自重及上游沉积滩水压力作用下的静力位移、应力和应力水平,然后考虑到实际排矿堆积过程中存在的不确定性,对各层尾砂的主要变形模量进行了敏感性分析,最后采用动力时程分析法对坝体进行动力稳定性分析。结果表明,数值模拟结果符合工程实际,工程加高扩容设计方案较为合理,坝体不会出现因地震作用所导致的水平或垂直向裂缝以及沉积池水漫顶情况。研究成果可为设计及施工方案提供一定的理论依据。     

某矿山尾砂充填骨料的选择

南方某黄金矿山,由于多年开采目前井下形成大量采空区,从而破坏了岩体的原岩应力平衡,成为影响矿山安全生产最主要的危险源,采用尾砂充填采空区是消除潜在危险源的最有效手段。但矿山自身没有可以利用的充填骨料。为了选取适合本矿山充填所需的骨料,分别对黄狮涝尾矿库尾砂和水木冲尾矿库尾砂进行基本物化特性分析,同时开展沉降及渗透性、料浆流动性及充填体强度等性能测试分析;其测试结果表明,水木冲尾矿库尾砂各项性能均优于黄师涝尾矿库尾砂,最终结合矿山实际情况选取水木冲尾矿库尾砂为矿山充填所用尾砂;并根据充填配比试验结果及结合充填料浆流动性,确定矿山最佳充填料浆参数为:料浆浓度72%、灰砂比1∶8至1∶4。     

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。     

坝基玄武岩柱状节理松弛弱化对白鹤滩拱坝的影响分析

白鹤滩水电站坝址区玄武岩柱状节理较为发育,建基面开挖会引起其发生松弛及模量弱化,进而对坝体的位移、应力状态产生影响。采用三维非线性有限元数值方法,通过玄武岩柱状节理不同松弛厚度与变形模量变化组合多方案计算分析,分析了柱状节理松弛层玄武岩性态变化对坝体位移应力的影响特征。结果表明,柱状节理卸荷松弛将引起坝体顺河向位移极值增大、指向右岸横河向位移极值增大、指向左岸横河向位移极值减小;坝体最大主拉应力及最大主压应力均增大,坝体最大梁向拉、压应力均增大,坝体最大拱向拉应力增大,坝体最大拱向压应力减小;随柱状节理松弛层变形模量的劣化,拱端横河向位移增加,拱端上游顺河向位移增加,拱端下游顺河向位移减小,拱端主拉应力增加、主压应力减小。随柱状节理松弛层厚度的增加,坝体位移、应力的变化很小,为不敏感因素。     

典型缺砂型中线式尾矿库砂量平衡分析及坝体安全研究北大核心

中线式尾矿库往往具有库容大、边坡稳定性高的优势,但由于对库内及库外砂量平衡关系有严格的要求,在我国工程应用相对较少。以某缺砂型中线式尾矿库为案例,结合尾砂旋流分级试验结果,分析了尾矿库总体筑坝砂量富裕与分阶段筑坝砂量存在欠缺之间的矛盾,采用改良坝轴线位置、下游废石填补、优化堆积坝外坡比等工艺技术措施,实现了尾砂中线式筑坝的顺利实施。在此基础上,对尾矿库进行了全面的空间渗流场模拟及坝体稳定性分析。结论表明:各工况下尾矿坝浸润线均相对较深,尾矿库具有较高的坝体本质安全度。     

尾矿库资源回采过程中坝体的稳定性分析

为实现尾矿资源的回收利用并确保尾矿库在回采过程中的安全性，以马批邑尾矿库为工程背景，在勘察、室内土工试验数据的基础上运用数值模拟软件Midas-GTS/NX建立有限元模型并通过FLAC3D对其回采过程进行三维静应力场数值分析。结果表明：在回采过程中，最大主应力与最小主应力均为负值，最大剪应力为正值，说明主要受自重的压应力影响，且应力有减小趋势。库区总体位移随着堆积坝高度的降低在变化，但考虑到库区回采的实际施工是可以忽略的，所以回采过程中尾矿库处于平衡状态。当回采至初期坝顶，尾矿库侧边的山体位移增大，说明要加强尾矿库回采周边山体的监测与防护。该研究结果能为尾矿库资源回采提供重要的理论指导。     

攀钢中沟湾尾矿库中线法筑坝工艺试验研究

为验证攀枝花中沟湾尾矿库中线法筑坝的工艺设计参数, 开展了中线法筑坝工业试验。进行了旋流器工况参数优化试验, 优选出满足现场筑坝试验条件的旋流器工作参数, 并分4层完成了试验坝体的构筑;对固结尾砂进行取样分析及物理力学测试, 同时在试验区域内布置浸润线在线监测系统, 以监测坝体水位线变化。结果表明, 试验底流粗砂含量高, 渗透性能较好, 固结强度高, 堆积坝坝体内的浸润线埋深较低, 符合设计规范要求。研究成果验证了中沟湾尾矿库中线法筑坝工艺和参数的可行性, 也为类似尾矿库中线法筑坝提供了借鉴。     

高寒地区高浓度尾矿库分级上游池填法筑坝试验

针对高寒地区高浓度尾矿库上游法筑坝过程中遇到的水力筑坝时间短、全尾脱水固结时间长且滩面软弱承载力低的状况，以分级上游法和池填法为基础，提出了分级上游池填法筑坝工艺，并依托某尾矿库开展了现场筑坝试验研究，对旋流分级筑坝系统的设计方案与调试方法进行了系统阐述，同时也详细介绍了现场筑坝试验流程及分级上游池填法的应用效果。现场试验结果表明，对于浓度60%以上且+200目颗粒为20%~30%的原尾矿，经旋流分级筑坝系统分选后，底流尾矿在满足+200目颗粒不低于65%的条件下产率可达30%以上；充填围埝池的底流尾矿能够在较短的时间内脱水固结并形成强度，底流沉砂滩面后期沉降速率稳定。分级上游池填法能够满足高寒地区高浓度尾矿库快速安全筑坝的需求。     

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。     

极端天气下大型中线法尾矿库调洪演算技术研究与应用

随着我国矿山开采规模的不断扩大和矿石处理量的逐步提高,作为选矿尾砂存储主要构筑物的尾矿库已逐步趋向大型化。然而,这些大型尾矿库由于堆积坝高、汇水面积大、尾矿堆存量大,汛期容易造成漫顶甚至溃坝事故,造成不可挽回的后果。为此,针对大型中线法尾矿库,在汛前多次进行调洪演算,动态分析判断当前库容是否满足汛期来洪需求,并在必要时采取工程措施,是有效防止洪水漫顶的一种重要对策方法。本文针对大型中线法筑坝尾矿库在极端天气下的调洪需求,采用公式推理法和水量平衡法,以德兴铜矿4#尾矿库为典型案例,依据尾矿库的实际运行状态数据,研究极端天气下尾矿库的调洪演算方法,并据此分析计算了尾矿库当前状态在遭遇5000年一遇洪水时的库水位变化过程,分别采用经验公式法和物模试验法获得下泄流量。通过对调洪结果进行对比分析,建立了适合大型中线法筑坝尾矿库的调洪演算技术体系。在德兴铜矿4#尾矿库的应用结果表明,本研究成果可满足大型中线法尾矿库的动态调洪需求,也可为我国大型尾矿库在极端天气下的有效调洪提供有益参考。     

二次开发利用的浮选型多金属尾矿库资源量调查方法

针对浮选型尾矿库尾砂堆积特点,创新地提出了浮选型尾矿库资源量调查新方法,即采用洛阳铲在尾矿库坝头和坝面位置合理取样,化验分析坝头区域粗粒区尾矿样品位和坝面位置纵线方向取样孔品位,并拟合分析坝顶面纵向品位的分布曲线,确定待回收矿物粗粒区品位和平均品位的比例关系,据此对每级子坝粗粒区尾矿样品位进行修正,确定每级子坝平均品位,最后根据水平断面法、横剖面法或三维实体模型法计算被调查尾矿库每级子坝堆存的尾矿量,分析待回收矿物资源量情况。该方法成功应用于尾矿库A和尾矿库C的资源量调查实践,确定了尾矿库白钨回收分界线,未回收白钨的尾矿库量,钨平均品位,钨金属量,已回收白钨的尾矿量等,为尾矿库开发利用前进行的可行性研究和经济评价提供可靠的资源量数据。该方案解决了尾矿库资源调查难题,新方案与地质钻机勘探尾矿库方案相比,具有操作简单、适用性强、精度高、勘探成本低等优点。     

尾砂分级综合利用对尾矿库安全稳定的影响

开展尾砂分级综合利用是当下矿山资源综合利用的趋势。研究尾矿分级粒径的选取对尾矿库安全稳定的影响问题，并阐明获得科学合理的尾矿分级粒径取值的技术路径。结果表明：尾矿分级取走一定数量的粗粒尾矿对尾矿堆积筑坝及尾矿库排洪的安全稳定性产生一定的影响，如果尾砂分级粒径选取不合理，取走的粗粒尾矿数量超过安全范围，造成细粒(包括黏性)尾砂占比增加，可能导致尾矿堆积坝出现渗透变形破坏，严重时甚至会造成尾矿坝坍滑失稳；同时可能导致尾矿沉积滩面坡度变缓，减少尾矿库的调洪库容，降低尾矿库的排洪安全性。研究获得安全合理的尾矿分级粒径取值对于尾矿库的安全稳定性至关重要。为了实现这一目标，必须以尾矿库的安全(包括尾矿坝的稳定安全和尾矿库的排洪安全)为中心展开一系列的研究论证工作，才能确保尾砂分级粒径取值的科学、合理。主要研究内容包括：研究分级后的尾矿物理力学特性变化情况、尾矿沉积滩平均坡度变化情况，以及尾砂粒径改变之后，对尾矿坝沉积分布规律产生的影响；基于多种工况条件，重新进行尾矿坝渗流分析计算、尾矿库调洪演算和尾矿坝稳定分析计算，必要时还需要进行尾矿库溃坝试验研究。研究成果可指导国内外尾矿分级综合利用工程技术实...     

宝山尾矿库扬尘治理措施

根据宝山尾矿库的尾砂粒度、坝高、干滩长度、风向、降雨量、尾砂排放方式等实际情况, 采用强化尾矿排放管理、降低干滩长度、提高库内水位以及干滩喷淋等方法进行尾矿库扬尘治理, 取得了较好的效果。     

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。