尾矿坝漫顶溃坝机理及过程研究

准确理解尾矿坝漫顶溃坝的发展过程是模拟大坝溃口形状演变和计算溃坝下泄流量的基础。但于缺乏准确、完整的溃坝实例数据,对溃坝的发展机理理解不透彻,因而无法准确描述溃坝侵蚀的发展过程,对溃坝的研究仍处于半理论、半经验状态。为此,利用剪切应力（或牵引应力）理论和“陡坎”冲刷模型,研究了漫顶以后坝面侵蚀和漫顶溃坝机理,并在研究和分析土石坝漫顶溃坝破坏过程的基础上,结合尾矿坝自身特点以及相关理论,提出了尾矿坝漫顶溃坝破坏过程。     

洪水漫顶工况下不同坡比的尾矿库溃坝试验研究

尾矿库溃坝过程影响因素较多,其中坝坡比很大程度上影响着溃坝的发展.为此,建立尾矿库溃坝试验模型,研究洪水漫顶工况下不同坝坡的溃坝过程.为提高数据收集精度,使用三维激光扫描仪对整个溃坝过程进行扫描监测.结果表明:不同坡比的溃坝试验过程均以小股水流侵蚀开始,其后有冲沟、陡坎出现,中间伴随着坝体的局部坍塌,最后溃坝趋于稳定....     

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。     

连续降雨下尾矿库失稳溃坝数学模型研究与应用

针对连续降雨导致的尾矿库失稳溃决,基于饱和-非饱和渗流理论和水砂混合物非平衡连续方程和动量方程,建立了一个尾矿库边坡失稳溃坝数学模型。该模型可考虑连续降雨条件下尾矿库的渗流场和应力场变化、溃口和底床变化对溃坝下泄物流量过程影响。应用该模型对某尾矿库进行了连续降雨条件下失稳溃坝过程的模拟分析,计算结果表明：连续降雨入渗使尾矿库浸润线不断抬升,进而导致尾矿库边坡发生失稳,失稳后坝体受力条件急剧恶化,在上游荷载作用下发生剪切破坏导致漫顶溃决。     

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。     

基于相似理论的尾矿库溃坝模型试验研究

为了定量掌握尾矿库坝体的溃决过程及其对下游的影响,采用相似理论建立尾矿坝物理模型,对某高程尾矿库溃坝进行了详细过程记录和研究,分析溃坝过程中坝址流量、水位过程线以及尾砂向下游演进规律.试验结果表明:尾矿坝在４０min左右发生漫顶、垮塌泄流现象,同时坝址出现洪峰,其最大流量达４０４０m３/s,洪峰沿程传播衰减,其下游断面洪峰逐步平坦且形态呈锯齿状;堆积坝最大溃口宽度约１１０m,深度约５０m;溃口下游断面水流宽度有所缩窄,随着水流的逐步 下 移,溃 口 宽 度 先 增 大 后 逐 步 减 缓 趋 于 平 衡.研究表明,尾矿堆积坝顶在溃坝时为尾砂下泄的重点破坏区域,特征断面越靠近堆积坝,冲刷深度越大,离堆积坝越远冲刷深度越 小,且 冲 刷 宽 度 越 来 越 窄,泥 沙 淤 积 现 象 越明显.     

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。     

不同破坏模式下尾矿库溃坝模型试验研究

以辽宁某尾矿库为原型,自主搭建模型试验平台,分别进行突降暴雨洪水漫顶和坝坡管涌2种不同破坏模式下的尾矿库溃坝模型试验。从溃坝发展过程、影响范围及破坏程度等方面对比分析各工况下的溃决机理和破坏过程,得到不利工况,为下游居民安全撤离和制定合理抗灾减灾措施提供依据。结果表明:尾矿库的调洪库容和排洪设施的泄洪能力不足是溃坝模式形成的关键;2种破坏模式的溃坝过程和溃决机制有较大差异;相较于洪水漫顶破坏,管涌破坏导致的溃坝后果更为严重、影响范围也更广,可由此确定下游搬迁范围。     

尾矿坝溃坝事故致因分析

尾矿设施是矿山生产要素的重要组成部分,同时也是潜在的危险源.伴随矿业工程的不断发展,尾矿坝事故屡有发生.尾矿坝溃坝事故不仅使尾矿流失,严重时还多破坏下游地区的生态环境,造成巨大的生命财产损失.文中列举了许多国内外重大的溃坝事故和溃坝所造成的损失,分析了溃坝原因,例如洪水漫顶、地震液化、渗流破坏等,提出了在生产中的预防措施.通过国内外的实例说明,希望引起大家对尾矿坝安全工作的重视.     

尾矿库洪水漫顶溃坝实验研究及数据分析

尾矿库是我国安全监管工作的重点内容之一,因其位置的特殊性,极易引发重特大事故。在加强尾矿库日常安全监管、降低事故隐患的基础上,建立漫顶溃坝试验模型研究坝体溃坝的演化过程、下泄流量及冲击距离,对加强下游库区安全管理、降低事故后果严重程度具有重要意义。本文基于相似理论建立了尾矿库漫顶溃坝物理模型,深入研究尾矿库漫顶溃坝过程中演化规律、冲击速度及下泄流体过泥深度等内容,并将实验结果与尾矿库溃坝计算模型结果进行对比,对比验证了物理模型实验数据的适用性、准确性,实验结果可为洪水期尾矿库的安全管理尤其是库区下游的治理工作提供理论和技术支撑。     

某尾矿库洪水漫顶溃坝实例分析

尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的,用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出的尾矿或其他工业废渣的场所。尾矿坝是一个具有高势能的人造泥石流危险源,存在溃坝危险,一旦失事,不仅会严重破坏下游区域的生态环境,也会给下游人民造成巨大的生命及财产损失。本文描述了我国广东某尾矿库洪水漫顶溃坝过程,并对期溃坝原因进行分析,其中的溃坝资料是研究尾矿库溃坝非常重要的基础资料,也可为尾矿库设计和管理提供参考和借鉴。     

我国尾矿坝溃坝事故成因及生态环境影响评价

在典型尾矿坝溃坝事故调查的基础上,对尾矿坝事故发生机理进行了分析,其中包括规划、设计、施工、洪水破坏、漫顶渗流、地震的破坏等。其次,研究了尾矿坝失事对生态环境造成的影响,包括水资源系统污染、土壤污染、水土流失等。最后提出了防止尾矿坝破坏,确保尾矿坝安全运行的对策措施。研究成果对尾矿坝安全监管部门和尾矿坝安全管理工作具有一定的参考价值。     

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。     

尾矿库渗流溃坝模型试验研究

以云南某尾矿库为工程背景,采用自制的尾矿库溃坝试验装置,开展尾矿库室内堆(溃)坝模型试验研究,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;在溃坝的不同时刻溃口发展是不同的,初中期以下切为主,后期以横向展宽为主;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。     

尾矿坝溃坝数值模拟研究

针对近年来尾矿坝(库)溃坝事故不断增多以及溃坝事故现场数据不容易监测的问题,提出了采用数值模拟的计算机技术模拟事故现场的方法。首先,根据溃坝本身的特点以及溃后泥砂流流动特性选择VOF模型作为数值计算的基本模型,利用Fluent3D流体模拟计算软件进行数值计算。通过相似模拟试验和数值计算结果对比发现,溃坝后泥砂流的泥深分布与冲击力变化曲线都具有相同的趋势,并且各自峰值的相似度较大,证实了利用Fluent3D软件来模拟尾矿坝溃坝后泥砂流流动是可行的,初步解决了因尾矿坝溃坝具有瞬间性及极强破坏性而不易监测到溃坝现场数据的难题,为进一步研究尾矿坝溃坝防护措施打下了基础。     

骨料灌注法封堵过水巷道的接顶溃坝机制研究

煤矿突水截流堵巷过程中骨料灌注的"接顶-溃坝"机制一直缺乏直观有效的研究手段,通过建立CFD-EDEM两相流耦合计算模型,分别在静水和动水条件下进行了单孔连续灌注试验,从堆积形态上验证了细骨料更适用于搬运和铺底过程。通过多孔灌注试验模拟了骨料的接顶过程,结果表明:流量小时钻孔之间会残留大量未充填区域,大流量条件下骨料会发生水平生长直至孔间接龙,接顶区逆势向上游生长最后全段接顶。引入颗粒拱概念分析了骨料随机接顶的力学机制,提出了骨架的剪切失稳模型,通过管涌概念解释了堆积体的渗透失稳机制以及溃坝过程中骨料的运移形式。结合工程数据验证了静水截流和动水截流在工程投入和施工难度上的差异性,指出动水截流需要经历多次溃坝、反复灌注才能最终成功截流。     

尾矿坝坝坡稳定分析的新思路及实例验证

尾矿库是具有高势能的重大危险源,一旦发生事故不仅造成财产损失,还会导致周边环境污染,尤其是"三边库"和"头顶库",更是时刻威胁着人民群众的生命财产安全。现行法规标准均采用基于极限平衡分析的边坡稳定方法,虽然方便操作,但难以准确把握尾矿坝坝坡的实际状况。为此提出在颗粒流理论基础上的强度折减法,定量计算尾矿坝坝坡的稳定性,模拟溃坝过程中坝体内部微观粒子的运动特性及溃坝演化规律,克服了极限平衡法各种假设的缺点。通过某一尾矿坝坝坡实例,计算了尾矿坝坝坡强度折减过程中微观粒子的相互作用过程,动态反映坝坡失稳状态,验证了该方法的适用性。     

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...     

基于灾害演化网络的尾矿库安全管理

尾矿库是一种具有高势能的人造危险源,其一旦发生安全事故,必将给人民的生命财产安全带来严重威胁。运用灾害演化网络相关理论分析了尾矿库事故隐患的节点出入度、支链数和灾害演化链,并进行断链研究。结果表明:集中链和循环链是尾矿库灾害系统中的关键演化链,而尾矿排放故障、排水系统故障、渗漏、滑塌或塌陷、坝体溃坝、洪水浸顶、水上污染和调洪库容不足是系统中的关键隐患,是尾矿库事故灾害预防控制的重点。     

基于EAHP的尾矿库溃坝风险多级模糊综合评价研究

针对尾矿库溃坝风险评价中存在群决策的主观随意性和语言模糊不确定性等问题,建立了基于可拓层次分析法（Extension Analytic Hierarchy Process, EAHP）的尾矿库溃坝风险多级模糊综合评价模 型。采用可拓区间判断矩阵全面客观地描述了各位专家对该尾矿库溃坝风险评价指标权重的模糊意见和偏好,利用各位专家与专家组意见的偏差比重确定各位专家的重要性系数,并引入一致性系数[α]和[θ]处理可 拓综合区间判断矩阵R,进而确定指标权重系数[ωj],凸显了各位专家在尾矿库溃坝风险群决策中的不同作用,简化了可拓区间判断矩阵一致性检验过程,提高了指标权重的准确性。将建立的尾矿库溃坝风险多级模 糊综合评价模型应用于杨家湾尾矿库溃坝风险评价中。评价结果表明：该尾矿库的溃坝风险等级为安全,且坝体失稳和洪水漫顶对该尾矿库的安全影响较大,与杨家湾尾矿库日常管理的实际情况相符。该方法有效解 决了尾矿库溃坝风险分析中的权重群决策问题,既避免了专家意见的遗失,又降低了专家主观判断的随意性对评价结果带来的不利影响,提高了尾矿库溃坝风险分析的有效性。