尾矿堆积坝溃坝分析及数值模拟研究.pdf

南昌大学
硕士学位论文
尾矿堆积坝溃坝分析及数值模拟研究
姓名:董成会
申请学位级别:硕士
专业:岩土工程
指导教师:刘小文
2012-12-09
摘要矿山资源的开采给社会带来丰富原材料的同时也给社会带来了一定的隐患和危害,尾矿库就是其一。近年来尾矿库溃坝事故时有发生,破坏性巨大,造成不可挽回的生命和财产损失。因此,进行尾矿堆积坝溃坝模式及溃坝砂流运移规律研究,预测溃坝尾砂对下游的影响范围,对尾矿坝设计施工及管理具有重要的工程意义。论文使用工程中常见的事故树分析方法,通过总结国内外溃坝事故的原因,计算引起溃坝的基本事件的重要度,得出尾矿库下游边坡失稳和洪水漫顶是引起尾矿库溃坝的主要原因;针对痈叩奈部蠖鸦樱褂肎—软件中的渗流和稳定性模块,分析得出在不同洪水位情况下坝体浸润线和稳定性的变化规律,当洪水位接近或超过坝顶时,坝体极易失稳破坏;使用流体动力学软件模拟溃坝砂流的运移情况,先通过模拟室内试验模型,验证了软件模拟的可行性和正确性,然后进行了滑弧型和漫顶型两种溃坝砂流运移的分析与模拟,探讨了在不同溃坝高度、不同下游河道坡度时溃坝砂流的最大冲击力、最大堆积深度、冲击时间和冲击距离等规律;针对某尾矿库溃坝事故,建立模型,计算其坝体稳定性,并进行了溃坝砂流的模拟与分析,模拟结果与实测数据比较吻合。关键词:尾矿堆积坝;事故树;数值模拟;溃坝;运移规律
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第滦髀背景和意义随着我国现代化建设的不断推进,工业生产被认为是国家发展的支柱。矿山工业为国计民生提供了不可或缺的资源,我国巨大的矿产储量,为整个经济提供了源源不断的动力。但是,在矿冶工业不断发展壮大崛起的过程中,随之而来的是巨大的尾矿体。目前,我国的尾矿堆积量近百亿吨,每年排出量约为诙帧U庑┪部笥猩俨糠直蛔酆侠茫蟛糠忠E欧诺轿部罂庵小=昀矗自然条件也呈现出许多极端,暴雨、泥石流、地震时有发生,如何保证尾矿库安全,不对下游和周边环境造成破坏,这就对矿山企业提出了挑战;随着尾矿库事故的频发和巨大破坏性,这个问题得到了大家的重视。尾矿库是关系到矿山生产运行的重要建筑物,它的状况关系到整个矿山的生产、下游和周边群众的生命财产安全。一般尾矿坝是在初期坝的基础上,由尾砂堆积而成的,称为尾矿堆积坝。由于其特殊的筑造形式,在安全和运营上具生产的安全。所以,尾矿堆积坝的安全,尤为重要。尾矿库溃坝事故的发生,造成了严重后果。下表为资料【刻峁┑奈部库溃坝事故造成人员伤亡,其背后的经济财产损失和社会不良影响也非常之大。有显著的特点,尾矿堆积坝的安全,决定着整个库区的安全,同时决定了矿山表国内尾矿库溃坝事故伤亡人数统计表
,年智利在地震的破坏中,尾矿库溃坝造成了嗳怂劳觯幻拦晃部罂庠昀0樱斐余人死亡;意大利部罂庥昀0樱斐山人死亡或失踪。尾矿坝溃坝事故的发生,其教训是惨痛的。究其原因,主要是前期设计施工方面和后期管理运营不善的问题,特别是在六七十年代矿山企业所筑造的尾矿库,对其安全性不够重视,没有能够认识到其巨大的破坏性。经过一段较长时间的运营,在特殊自然环境和较弱管理意识的影响下,轻则出现险情,重则导致溃坝,酿造了一幕幕惨剧。近年来,矿业发展势头突飞猛进,市场景气,矿山企业迅速扩张,矿区扩大,尾矿坝体增高,同时带来了安全性问题的挑战,在利益的驱使下,部分企业降低安全性投入,为节省成本不惜以增加安全风险为代价,不按照设计进行施工,偷工减料现象严重,不能意识到失事后果的严重性。本文通过对导致尾矿库溃坝具体原因分析、溃坝的模式研究、溃坝过程的模拟以及溃坝后砂流的运移过程的计算模拟,以期得出控制溃坝发生的主因素,溃坝的大致过程,砂流的影响等,其成果对尾矿坝设计、施工及运行管理具有重要的工程应用意义。国内外对于尾矿库的研究不多,领域相对集中在环境影响和矿冶工程上。国外对于尾矿库的研究相对早些,甁.》薪樯芰艘獯罄囊黄鹞部蟀永0邮鹿剩斐闪司薮伤亡:【恐薪樯芰寺砝次餮荓尾矿在规划和运行管理方面的情况。另外在尾矿库对环境破坏方面的研究也有一些,、甊和甅瓵】在此方面有着较多理论和试验研究,对不同尾矿库内尾矿成分的组成进行了各种对比分析,对其所含的有害物质及其对周边生态与生活环境的污染进行了深入分析,并取样论证,取得了令人信服的结论,为矿山企业的环保提出了具体的要求。随着事故的频发,国内尾矿库安全的研究也得到了重视。尾矿库安全涉及第滦髀甅瓵谖恼
、矿业工程、安全工程、和水利工程,所以相对复杂,条件多变,但是各个领域的杰出人才和专家提出了自己的专业领域的见解。尹光志【等通过自主研发的试