国内外尾矿坝事故主要危险因素的分析研究

近年来,尾矿库溃坝造成人员伤亡和有毒污染物下泄的事故屡屡发生,给人民群众生命财产造成重大损失,对环境安全构成重要威胁.本文通过辨识国内外尾矿坝溃坝事故主要危险因素,分析了尾矿坝坝型、坝高、溃坝原因、溃坝后果、构筑物型式与溃坝事故之间的相互关系,挖掘了导致尾矿坝溃坝的规律性特征,进而提出了降低溃坝概率及减少溃坝损失的技术措施和管理措施.本文为分析尾矿库溃坝事故原因和研究制定相关对策措施提供依据,对于提高安全监管工作的效率和水平有一定实际意义.     

导致尾矿坝溃坝的因素分析

尾矿库是矿山的一个重大危险源,一旦发生尾矿坝溃坝事故,将造成重大的人员伤亡、财产损失和环境污染,需要引起人们的重视.滑坡(岸坡坍塌)、坝体地震液化、洪水漫坝、渗流破坏等是导致尾矿坝溃坝的主要因素,分析了各因素是如何影响坝体的稳定性,建立了尾矿坝溃坝的故障树,求出了最小割集合和最小径集合,根据前面的分析提出了控制措施,从而为进行尾矿坝的安全评价奠定基础.     

导致尾矿坝溃坝的因素分析

尾矿库是矿山的一个重大危险源，一旦发生尾矿坝溃坝事故，将造成重大的人员伤亡、财产损失和环境污染，需要引起人们的重视。滑坡（岸坡坍塌）、坝体地震液化、洪水漫坝、渗流破坏等是导致尾矿坝溃坝的主要因素，分析了各因素是如何影响坝体的稳定性，建立了尾矿坝溃坝的故障树，求出了最小割集合和最小径集合，根据前面的分析提出了控制措施，从而为进行尾矿坝的安全评价奠定基础。     

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.     

细粒尾矿坝漫顶溃坝机制及灾变过程

为阐明细粒尾矿坝漫顶溃坝事故的致灾机制,在力学分析的基础上,借鉴前人成果,研究漫顶溃坝事故的产生机制和灾变过程。分析结果表明,尾矿坝的漫顶溃坝破坏是由水流牵引应力对坝顶溃口形成的促进作用、下泄水流对溃口的冲切加深作用和边坡失稳对溃口的横向扩展作用3方面共同影响造成的。分析尾矿坝漫顶溃坝的灾变过程可以发现,在坝体横向方向,从下游向上游,尾矿坝被漫顶水流层层剥蚀;在坝体纵向方向,水流的冲蚀作用导致溃口边坡产生间歇性失稳坍塌现象,2个方向的作用导致尾矿坝最终溃决。     

尾矿坝的失事

尾矿坝失事不仅使尾矿流失,严重时还会破坏下游地区的生态环境,造成巨大的生命财产损失.首先介绍分析了尾矿坝失事与坝型的关系以及溃坝原因和几率的关系.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.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.     

尾矿坝事故分析及预防

1972年,美国西弗吉尼亚州布法罗河尾矿坝一次溃坝事故,造成125人死亡,4000多人无家可归,冲毁9座桥梁及一段公路,共损失6200万美元;1965年,智利圣地亚哥因地震导致11座尾矿坝失事,造成270人丧生;我国1962年云锡火谷都尾矿坝溃坝事故,及1985年湖南东波野鸡尾尾矿坝溃决事故,分别造成176人和47人死亡或失踪,下游农田、公路、房屋被冲垮。由此可见,加强尾矿坝事故的研究和预防何等重要。     

尾矿坝溃坝致灾机理研究

尾矿库是矿山的一个重大危险源,一旦发生尾矿坝溃坝事故,将造成重大的人员伤亡、财产损失和环境污染,需要引起人们的重视.本文归纳整理了近年来国内外尾矿坝失事情况,总结出尾矿坝溃坝的失事模式可分为洪水漫坝失事模式和坝体结构失事模式,坝体结构失事模式又可分为渗透破坏失事模式、坝坡失稳失事模式和地震险情失事模式,并对导致尾矿坝溃坝的致灾机理进行了分析.     

考虑变量相关性的尾矿坝坡失稳溃坝概率计算方法

对国内外尾矿坝溃坝事故进行整理分析,得出坝坡失稳是导致溃坝的一个主要原因,利用突变理论对坝坡失稳进行分析,从突变学角度证明内摩擦角和粘聚力是尾矿坝坡失稳溃坝的主要影响因素。摒弃传统的尾矿坝抗滑稳定性安全系数定值计算方法,选取综合考虑诸因素的不确定性的概率方法来计算尾矿坝坡失稳溃坝概率,确定内摩擦角和粘聚力作为随机参数,建立尾矿坝坡失稳破坏的功能函数,确定模拟次数;采用考虑随机变量相关性的蒙特卡罗进行尾矿坝坡失稳溃坝概率计算。该方法成功克服了matlab传统子集模拟方法只能解决随机变量为正态分布且变量之间相互独立的不足,并以某尾矿坝为例对其因坝坡失稳导致的溃坝概率进行了计算。     

降雨条件下尾矿坝饱和-半饱和渗流模拟分析

降雨条件下,由于渗透压力的存在,降低了尾矿坝坝坡的整体稳定性,可能产生坝体自身的变形和破坏,甚至导致尾矿库溃坝发生.针对某尾矿库,分析了降雨条件下对尾矿坝渗流及稳定的影响,运用饱和-非饱和渗流理论及降雨入渗理论,分析了尾矿坝渗流场的变化过程,根据计算出来的瞬态渗流场,利用非饱和尾砂抗剪强度理论,对尾矿坝的瞬态稳定性进行了分析.研究成果对于提高尾矿坝降雨条件下安全运行,降低尾矿库溃坝事故发生率具有重要意义.     

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。     

尾矿库地震液化机理及抗震评估指标体系研究

2008年"5.12"汶川大地震中,四川、陕西和甘肃三省尾矿库均受到不同程度的破坏和影响。本文针对四川汶川地震造成灾区尾矿库排洪系统失效,坝基沉降,坝体滑坡、垮塌、开裂等现状,对尾矿库地震溃坝机理进行了分析,研究了地震作用机理和地震液化的影响因素;在此基础上,建立起用于评估尾矿库抗震能力和地震溃坝可能性的指标体系,指标体系考虑了地震强度、防洪、抗滑、抗渗透和安全管理五个方面,能够较为全面的分析和评估尾矿库在抗震方面的基本特性,并通过研究给出了各个指标的分级方法。该体系的建立为尾矿库抗震能力评估、避免特殊工况下尾矿库溃坝事故的发生具有一定应用价值,可为尾矿库运行期的安全管理提供依据。     

坝体动力抗震及尾矿动力特性分析

为研究尾矿坝的动力抗震特性以及为抗震措施提供理论指导,以四川某尾矿库为例,分析了该尾矿坝在EI Centro地震波、汶川地震波和人工地震波作用下的位移、加速度、液化、安全系数的动力响应特性。采用GDS动三轴仪对该尾矿库的3种典型尾矿进行动力实验,研究结果表明:随着动剪应变幅的增大动剪切模量比逐渐减小,阻尼比逐渐增大;3种尾矿的动压缩弹性模量的倒数与动轴向弹性应变之间的关系为直线关系,在双对数坐标系中,平均有效应力与动剪切弹性模量的关系为直线关系;尾粉质黏土抗液化强度较低,应优化尾矿排放工艺使其尽量沉积到库尾。     

基于最大Lyapunov指数分析的尾矿坝浸润线控制混沌方法

为了改善尾矿坝浸润线状况，提出了一种控制混沌方法。该方法对时间序列叠加一个周期振动，通过最大Lyapunov指数分析，来判别叠加前后系统混沌特性的变化，进而实现控制混沌。应用这种方法，分析了银山铅锌矿尾矿坝浸润线实测数据。结果表明，叠加周期振动可以降低最大Lyapunov指数。最大Lyapunov指数的降低程度与振动周期成负相关，与振幅成正相关。采用控制混沌方法，即对尾矿排放、库水位调节、排渗、不同尾矿库的使用等措施进行周期性控制，可以提高尾矿坝安全度，实现尾矿坝科学管理。中还以防洪高度为例，具体分析了尾矿坝工程中的控制混沌，表明该方法在应用上是可行的。     

尾矿库地震溃坝模糊风险评估方法探讨

在研究尾矿库地震作用机理的基础上,对尾矿坝在地震动力条件下溃坝风险进行研究,并提出地震溃坝风险指标,采用模糊评判方法对尾矿坝溃坝风险进行理论分析计算,并运用于实际尾矿库的评价中。可为尾矿库运行期的安全管理提供依据。     

“头顶库”风险量化分析模型研究及实例应用

为了对天然气长输管道等设施穿越尾矿库下游形成的“头顶库”风险进行量化分析,基于假定和边界条件构建了尾矿库溃坝风险分析模型,并通过引入计算公式构建了尾矿库溃坝风险量化分析模型,提取了冲击波超压和爆破地震烈度法计算公式来量化分析管道爆炸对尾矿库影响效应。以福建龙岩某尾矿库“头顶库”为例,研究了该尾矿库溃坝后冲击力是否会造成管道断裂;模拟了爆炸对人员影响的范围;进而分析了管道完全破裂后爆炸造成的冲击波和爆炸振动对尾矿库的影响。研究结果表明:在500 a一遇的洪水条件下,尾矿库溃坝下泄的泥砂流对该穿越管道造成的冲击力不会造成管道断裂;管道泄漏10 min的爆炸情形产生的爆炸冲击波对尾矿库坝体结构没有影响,产生的等效爆炸地震烈度大于尾矿库的抗震设防烈度6度。可为同类实例提供工程理论方法。     

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...     

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。     

尾矿坝溃坝模型研究及应用

根据多个大坝的实际溃决资料,提出尾矿坝溃坝的数学模型,该模型考虑尾矿的物理力学性质及其在流动中的变形,适合溃坝砂流下泄流量变幅大的特点。并就尾矿坝溃坝后泥石流对坝下游的影响提出预测的方法,该方法确定了泄砂总量、溃坝口平均宽度、坝址最大砂流量、坝址流量过程线等溃坝的重要参数。最后利用数学模型对某尾矿库溃坝砂流进行了预测,并指出该坝下游人员的撤离高程,为防灾减灾以及保护人民生命财产安全等起到了积极作用。     

尾矿库调洪演算的时变分析模型及应用

为有效指导尾矿库汛期防洪安全工作,基于时变分析理论,结合尾矿库调洪演算的基本原理,建立尾矿库调洪演算的时变分析模型,研究某尾矿库在200年一遇洪水的防洪标准下的调洪演算。结果表明:该尾矿库的最小安全超高和最小干滩长度小于规范值;洪水过程线、库水位时变曲线和泄流量时变曲线具有相似的特征,均表现出显著的时变规律特征;最高洪水位与最大泄流量滞后于最大洪峰流量0.5 h,库水位在洪水结束后12.8 h恢复到正常水位。该尾矿库的防洪能力满足规范要求,库水位时变曲线和泄流量时变曲线相对于洪水过程线表现出一定的滞后效应。