尾矿库安全稳定空间动态监测方法研究及应用

以尾矿库的科学化风险管控为目标,基于高分遥感、无人机低空航测和三维激光扫描多源空间数据,对尾矿库自身及其周边环境进行了系统化全方位的动态监测分析,为安全生产和监督管理人员提供数据支撑和决策支持。一方面利用多源数据进行周期性监测数据分析,提取尾矿库安全生产运行关键性指标,建立关键性指标长时间序列数据库,实现对尾矿库安全运行态势和风险的把控;另一方面划定尾矿库安全生产红线,利用遥感影像变化检测技术对尾矿库周边环境进行大面积智能化的动态监测,获取红线范围内的变化信息,进一步分析周边环境变化对于尾矿库安全稳定性的影响。以攀枝花市万年沟尾矿库为示范区域,综合利用多源数据开展尾矿库安全动态监测应用研究,结果表明,万年沟尾矿库在监测期间自身运行态势平稳,周边环境变化较小,整体相对比较稳定。这验证了基于多源数据的尾矿库安全动态监测的有效性和可行性,也表明了利用该技术可以有效掌握尾矿库的安全态势,提高尾矿库安全监测效率,进一步完善尾矿库安全监测技术体系。     

矿山尾矿库多技术融合安全监测运用研究

为解决当前国内尾矿库安全监测效率低、危险评价难以量化等实际问题,以尾矿库日常安全监管工作需求为切入口,率先结合高分遥感、无人机航拍以及三维激光扫描等技术,从天地一体化的观测角度对尾矿库进行病害监测分析,开展尾矿库溃决泥石流灾害数值模拟,实现尾矿库监测-评价-预防系统性的安全量化评估,建立多技术融合的矿山尾矿库安全监测及危险评价技术体系;并通过攀枝花万年沟尾矿库进行实证分析,验证矿山尾矿库多技术融合安全监测方法的有效性。结果表明,用该技术手段能够提高矿山尾矿库安全监测效率。     

基于无人机航测的尾矿库三维空间数据获取与风险分析

尾矿库是具有高势能的人造泥石流危险源,如何运用科学、有效的手段监测是需要解决的关键问题。基于无人机航测技术获取尾矿库的高精度三维空间数据,研究尾矿库的可视化安全风险分析方法,实现对尾矿库的全寿命周期管控。以某尾矿库为例,通过研究无人机航测的工作流程和空三加密原理,获取了尾矿库的高精度、精细化数字地表模型、数字正射影像和三维点云数据,构建了尾矿库的三维空间数据。研究结果表明:采用尾矿库基础参数提取、堆排量变化计算、堆排三维建模预测、下游脆弱性地物提取等方法,可及时有效的掌握尾矿库的安全状况,对拓宽尾矿库监测技术具有借鉴意义。     

三维倾斜摄影技术在尾矿库风险防控上的运用

为提高尾矿库信息化安全管理水平,保障尾矿库安全平稳运行.采用无人机倾斜摄影技术对尾矿库及下游区域进行影像数据采集,创建尾矿库三维图像,并将尾矿库空间三维模型关键数据与企业设计数据进行对比分析,对尾矿库汛期防洪能力进行预测分析.结果表明:该技术能够及时发现尾矿库运行期间存在的隐患,防范化解尾矿库安全风险,提高预测尾矿库汛...     

基于无人机建模的尾矿库溃坝事故推演*

为诠释尾矿库溃坝后水砂演进过程,提升尾矿库事故灾害应急处置能力,采用无人机倾斜摄影技术获取尾矿库全息影像,建立尾矿库三维数字高程模型,导入三维流体计算软件对尾矿库进行溃坝事故推演。结果表明:尾矿库实景三维模型能高精度还原尾矿库实际情况,尾矿库溃坝将淹没库区临时厂房建筑及下游村落;其中,上游沟谷临时厂房建筑水位高程最大达8 m,尾砂淤积厚度最高达10.5 m,下游沟谷村落水位高程最大达10 m,尾砂淤积厚度最高达2.5 m;通过对库区下游布设监测点,得出各监测点处水位高程和尾砂淤积厚度变化规律,分析溃坝主要影响区域。研究结果可为尾矿库风险防控、应急响应工作提供借鉴。     

尾矿库运行期DADT循环管控技术

为提高尾矿库这一矿山重大危险源安全监管系统化水平,实现数字化安全监管,提出了全寿命周期DADT循环管控技术理论。这项技术首先需要整合管控对象的三维数字化测控成果与调研资料,建立全寿命周期“健康档案”,其次运用DADT循环管控方法,同时耦合相关专业技术,“诊断、分析、设计、治理”管控对象的安全特征要素,发现并解决安全隐患。结合尾矿库自身特点与测控成果,阐述了尾矿库全寿命周期DADT循环管控技术的运行流程。以白马尾矿库为例,在三维点云数据基础上建立实体模型,运用全寿命周期DADT循环管控技术,耦合调洪演算过程,结果表明,尾矿库在后期堆排过程中,库区会出现“封闭水域”,提前发现并科学解决了尾矿库排洪隐患。全寿命周期DADT循环管控技术的运用,克服了以往安全监管对管控对象安全状况系统性掌控的不足,有利于精确处理安全隐患,为数字化安全监管的实现提供了一种全新思路。     

尾矿库安全生产红线划定研究

我国自开展尾矿库专项整治和综合治理行动以来,取得了显著成效,但尾矿库安全风险仍在逐渐增加,易诱发重特大事故,急需进一步研究其安全科技支撑技术。以尾矿库自身安全、堆排现状、溃坝影响、调洪能力等安全生产防控为研究出发点,整合高分对地观测技术、三维激光扫描技术和设计规范,研究划定了尾矿库上游汇水红线、最终堆排红线、下游影响红线、干滩警戒红线等四条安全生产红线。通过案例分析表明,研究划定的尾矿库安全生产红线能够有效地排查尾矿库区域性安全风险。     

渗流-应力耦合作用下尾矿库稳定性的三维数值分析

尾矿坝稳定性分析对尾矿库运行具有重要的意义,数值模型的建立是尾矿库稳定性分析的关键因素之一。根据某尾矿库工程实际,利用3Dmine与Midas/GTS软件建立了三维数值模型,基于渗流-应力耦合机理,研究了干滩长度对尾矿库坝体稳定性的影响机理。结果表明:1)渗流作用对尾矿库稳定性影响较大;2)在渗流-应力耦合作用下,随干滩长度减小,尾矿坝孔隙水压力逐渐增大,而整体位移量逐渐减小,最大位移区域从尾黏土层逐渐扩大到尾粉土层,尾矿库安全系数逐渐减小;3)得出了适用于该尾矿库的干滩长度与安全系数之间的函数关系。数值模拟结果显示,洪水工况下尾矿库安全系数为1.112 5,小于《尾矿库安全技术规程》规定的二等坝安全系数1.15。因此,应加强尾矿库的安全管理,以保障尾矿库后期的安全运行。     

三维高密度电法在尾矿库隐患检测中的应用

三维高密度电阻率法是在二维的基础上发展起来的,克服了二维高密度电法不能直观地展示目标异常区域的走向、空间位置与形态的不足。将三维高密度电法应用于尾矿库隐患检测中,可得到丰富的地电数据,利用三维电阻率处理软件对地电数据进行反演,实现了尾矿坝三维地质数据的可视化。通过三维电阻率等值面图和三维电阻率动态截面图,可以直观、可靠的了解到尾矿坝浸润线的分布规律和坝体异常地质情况,为尾矿库的风险评估工作提供科学依据。     

尾矿库溃坝灾害因素分析及风险指标体系研究

我国尾矿库数量多、规模小、安全度水平低,较多中小尾矿库未经过正规设计,并且绝大多数尾矿库下游为生活区、工矿企业或重要城镇等,因此加强尾矿库风险管理,建立尾矿库溃坝风险指标体系和风险评判模型,对于减少和防止尾矿库溃坝事故的发生,确保尾矿库的安全运行,使之更好地为矿山安全生产服务,为国民经济健康持续快速发展服务等方面都具有重要意义.本文在总结国内外尾矿库事故特点的基础上,系统研究了尾矿坝的溃坝模式和溃坝路径,并基于尾矿坝指标的工程性质分析和相关性分析,研究并建立了尾矿库溃坝风险指标体系,该体系的建立为尾矿坝溃坝风险评判模型及评判方法的研究提供前提条件,可为尾矿库运行期的安全监管提供依据.     

基于集对可拓耦合算法的尾矿库安全综合评价

针对尾矿库安全综合评价中“定性定量评价尾矿库安全等级”和“客观描述尾矿库安全状态变化趋势”的要求,采用集对分析方法和可拓理论,利用可拓距计算原理,建立尾矿库集对可拓耦合安全评价模型和尾矿库集对势的计算方法。利用RSCIE权重计算方法确定尾矿库评价指标的权重,将基于集对可拓耦合算法的尾矿库安全评价模型用于尾矿库各安全等级集对可拓联系度的分析中,并基于最大隶属度原则确定案例中的尾矿库为正常库,其集对可拓联系度为0.040 6,安全状态的集对势为9.26。结果表明:该尾矿库的安全等级为正常库,且其安全状态发展趋势为弱同势,说明尾矿库的安全状况发展趋势为正常库的态势不强,且向不安全状态转变的可能非常大,应该加强该尾矿库的日常安全管理。这与实际情况相符合,有效验证了该评价模型的可行性和实用性。     

基于EEMD-LSTM模型的尾矿库风险预测模型研究*

为了提高尾矿库风险预警能力,针对尾矿库稳定性受多种风险因素影响,以及风险变化的非线性,提出1种融合集合经验模态分解（EEMD）和长短期记忆（LSTM）的尾矿库风险预测模型。首先,采用皮尔逊相关系数分析尾矿库风险因素之间的相关性;然后,使用EEMD方法分解非线性的位移序列;最后,构建LSTM网络模型预测位移变化。以某尾矿库为例,将EEMD-LSTM模型与EEMD-BP模型、LSTM模型对比分析,评估模型的有效性。研究结果表明:EEMD-LSTM模型对尾矿库风险的预测精度明显提高,对防范化解尾矿库安全风险具有重要意义。     

全国非煤矿山总量情况统计分析及监管建议

为研究全国非煤矿山基本情况并为非煤矿山安全监管部门提供决策支撑,采用统计、对比分析等方法,以各地上报的2017年统计数据及历年安全生产年鉴为依据,对我国“十三五”期间非煤矿山总量、类型、分布以及“头顶库”、高边坡露天矿山等重点监管对象进行分析,并在此基础上提出强化重点对象精准监管、严格安全生产条件、严控建设项目准入、规范尾矿库闭库注销制度4点监管建议。分析汇总了截至2017年底我国非煤矿山总量情况的统计数据,可为非煤矿山行业的深入分析研究提供重要支撑。     

基于改进CM的尾矿坝体变形4级预警阈值确定方法*

为改善我国尾矿库在线监测系统由于重建设、轻利用而导致的事故预警能力被制约的现状,以尾矿坝体变形速率监测指标为研究对象,通过引入改进云模型,根据3E规则确定尾矿坝变形监测的正常运营值边界,建立尾矿库坝体变形速率4级预警阈值确定模型,以湖北省某尾矿库为例进行实例分析。结果表明:通过提出的坝体预警阈值确定方法,可得出尾矿库坝体变形速率黄、橙、红各级预警阀值分别为10.842,16.68,25.02 mm/d;进一步与典型小概率法计算结果对比表明,所提出的尾矿坝变形速率4级预警阈值确定方法更加科学合理,可用于尾矿库重要安全监测指标预警值的确定。     

尾矿库事故隐患及风险表征与防控方法*

为解决尾矿库安全隐患及风险,应用基于证据(Evidence-based)方法和事故树分析模型,辨识并表征尾矿库事故影响因素、隐患及耦合状态,根据事件发生可能性、潜在后果严重性和受体暴露程度相关独立参数,给出尾矿库事故风险表征方法,建立尾矿库事故多情景、多阶段（3段）、多层次和多等级（4级）风险防控框架。结果表明:对尾矿库5类事故（溃坝、漫顶、渗流、输送冒漏、库区扬尘）进行分析,得出基本事件或蛰伏隐患对尾矿库事故结构重要度或影响程度,给出尾矿库事故风险3维表征方法,并结合巴西布鲁马迪尼奥尾矿库进行实例应用,确定尾矿库风险等级（最高级4级）,验证方法可行性与有效性。研究结果可为尾矿库减灾防灾提供理论支撑与实践指导。     

中线式尾矿库洪水漫顶溃坝演化规律模拟研究

为了解中线式尾矿库洪水漫顶溃坝的过程和机理,并提出可行的工程措施,以某中线式尾矿库及下游周边环境为研究对象,采用物理模型试验和数值模拟法对中线式与上游式尾矿库安全性进行对比研究。研究结果表明:由于中线式尾矿库外坝坡堆积粗尾砂的渗透系数偏大,其较上游式尾矿库溃口发展的速率更快,溃坝过程持续时间约14.5 h,坝顶被泄流冲刷形成的溃口宽约289 m,尾矿库下游沟道研究范围内尾矿淤积约871万m3,大量的尾矿仍滞留在库内;采用数值模拟得出的演化趋势与物理模型试验基本一致,但数值模拟计算的尾砂流动速度较快;在拦砂坝下游修建应急拦砂坝工程,物理模型试验表明拦滞尾矿洪水时间约38 min,数值模拟结果表明拦滞尾矿洪水时间约16 min,因此应急拦砂坝措施可有效延长应急逃生时间,减轻溃坝对下游居民的影响。     

国内尾矿库物理模型试验研究现状分析*

为提高尾矿库物理试验的科学性与可靠性,采用文献资料收集与分析方法,对国内尾矿库物理模型试验的研究现状与主要成果进行梳理和归纳;总结试验模型存在的问题与不足。结果表明:溃坝机理试验主要研究了管涌渗透、洪水漫顶、地震作用下的溃坝及其演化过程;下游演进试验主要揭示了溃坝过程中泥深、冲击力、流速、泄砂量、淹没范围等时空分布规律;稳定性评价试验主要利用物理试验得到的浸润线位置、尾砂沉积分布等数据建立数值模型,对尾矿库筑坝过程、不同工程状况下的稳定性进行分析;防护试验主要对坝体加筋及拦挡坝防护效果等进行研究。从溃坝机理与过程、溃坝主要影响因素、溃坝下泄物运移过程、物理模型设计和构建、监测技术和手段等方面提出相应的研究建议,供研究学者参考借鉴。     

不同下游河道坡降尾矿库溃坝模型试验及下游影响研究

溃坝尾砂流是含有尾砂和土石的暂时性流体,具有演进时间短、破坏性大等特点,对库区下游人民生命财产造成巨大损失。以四川某尾矿库为研究对象,建立室内溃坝模型,研究3种下游河道坡降情况下尾砂流的演进和沉积规律,并引入FLO-2D与室内溃坝模型试验进行参照。研究结果表明:室内模型试验结果与数值模拟结果相似;地势改变对于溃坝尾砂流的演进有着较大影响,沟谷、转弯和地势平缓的区域有利于尾砂的堆积和沉积;尾砂流对下游的冲击力与最大移动速度的平方和流深呈正比例关系,3种工况最大冲击力位置都与最大移动速度或最大流深相邻;根据试验和模拟结果绘制尾砂流致灾影响程度图,可为生产企业新建、扩建尾矿库提供重要的依据,保证下游人员生命、财产安全。