基于FLO~(2D)与3DMine耦合的尾矿库溃坝灾害模拟

为预测和评价尾矿库溃坝的致灾情况,提高库区防灾减灾能力,建立尾矿库溃坝数值仿真模型。采用FLO2D泥石流模拟软件对湖南某尾矿库进行溃坝灾害过程仿真,并将模拟结果与3DMine数字矿山软件耦合,实时反演溃坝灾害过程。分析结果表明,该尾矿库溃坝时的最大溃决流速为40.2 m/s,下游沟谷最大淹没深度达13.6 m,溃坝瞬时最大冲击应力达100 MPa。三维动态反演了尾矿库溃坝前稳定状态、溃坝后0.01,0.02和0.05 h的尾砂流动状态和淹没范围。根据溃坝泥砂流动强度,对该尾矿库全部溃坝和半溃坝时的灾害程度进行三色图判别。     

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。     

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。     

尾矿库溃坝室外模型试验及灾害预测分析北大核心CSCD

为真实模拟尾矿库溃坝灾害后果,提高库区下游事故防控能力,以四川鑫联矿业尾矿库为试验原型,应用模型相似理论进行了室外全溃坝试验,探究了2种不同沟槽条件下,溃坝泥石流的流速变化、冲击高度和沉积深度等流动特性,并预测了下游溃坝影响范围。试验结果表明:流速随下游距离近似呈对数函数逐渐降低,且粗糙度对流速影响较大,有土工布时的流速是无土工布时的1.05~1.34倍;最大冲击高度和最终沉积深度是反映下游溃坝影响范围的重要指标,推算出下游5个断面位置的冲击高度在12~20 m,沉积深度6~14 m;在靠近溃坝口处的冲击高度最大,但沉积深度最小,随矿浆泥石流的运动,冲击高度随地形高差交替变化,而沉积深度总体递增。     

尾矿库溃坝室外模型试验及灾害预测分析

为真实模拟尾矿库溃坝灾害后果,提高库区下游事故防控能力,以四川鑫联矿业尾矿库为试验原型,应用模型相似理论进行了室外全溃坝试验,探究了2种不同沟槽条件下,溃坝泥石流的流速变化、冲击高度和沉积深度等流动特性,并预测了下游溃坝影响范围。试验结果表明:流速随下游距离近似呈对数函数逐渐降低,且粗糙度对流速影响较大,有土工布时的流速是无土工布时的1.05~1.34倍;最大冲击高度和最终沉积深度是反映下游溃坝影响范围的重要指标,推算出下游5个断面位置的冲击高度在12~20 m,沉积深度6~14 m;在靠近溃坝口处的冲击高度最大,但沉积深度最小,随矿浆泥石流的运动,冲击高度随地形高差交替变化,而沉积深度总体递增。     

尾矿库溃坝后果数值分析

溃坝灾害是尾矿库各类安全事故中后果最为严重、破坏性最强的一类。在对比分析了尾矿库溃坝砂流、水库溃坝水流和泥石流的基础上,探讨了尾矿库溃坝砂流运动状态的3种方法。并结合某尾矿库的实际情况,从5个关键因素入手,依据现有的水力学公式对该尾矿库的溃坝后果进行了数值分析,预测了尾矿库溃坝后果的影响范围,求得溃坝砂流到达下游各截面的时间、最大流量、泥沙深度等关键参数。为尾矿库的风险管理和制定相应的溃坝后果应急预案提供了重要依据。     

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.     

基于模糊理论的尾矿库溃坝风险评价模型研究

经调查统计,我国尾矿库存在数量多、规模小、安全度水平低及较多中小尾矿库未经过正规设计等特点,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评价模型,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.尾矿库工程的稳定性受到众多因素的影响,很多因素既难以确定,又难以定量估计,既有随机性,又有模糊性,具有灰色系统的特性,因此采用模糊评判方法对尾矿库溃坝风险进行分析具有一定的合理性.本文对多层模糊模式识别评价模型在尾矿库溃坝风险评价中的应用进行了研究,提出了基于模糊理论的尾矿库风险评价模型,开发了尾矿库溃坝风险评价软件.上述工作对于评估尾矿库溃坝风险、减少尾矿库溃坝事故的发生具有重要意义.     

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。     

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GDEM-PDyna的尾矿库溃坝三维数值模拟分析研究*

为进一步探究尾矿坝溃决后特有泥石流运移规律,掌握坝体破坏前至溃坝结束全流程发展状态,依托广东省某案例尾矿库为研究对象,采用基于有限元与离散元耦合方法的GDEM-PDyna软件构建泥石流类流体下泄演化数值模型,开展尾矿坝溃决演化分析,动态模拟尾矿库溃决过程中泥砂运动规律及淹没范围,并与MIKE 21软件计算结果进行对比。研究结果表明:尾矿坝溃决后,泥石流类流体流速升高、持续时间较短且尾砂流量发展迅速,2种模拟方法对比结果表明溃坝后坝基位置下泄流量变化与下游敏感点溃坝淹没深度变化情况一致。研究结果可为实现尾矿库下游重点区域灾害评估提供量化支撑,可有效提高尾矿坝溃决后灾害影响评估的精准性。     

“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。     

基于空天地三维数据的尾矿库安全监管技术研究

为提高尾矿库安全状态,解决当前尾矿库监管难度大、代价高、盲区多的现实问题,以四川省盐边县小水井尾矿库为研究对象,采用高分遥感、无人机和三维激光组成的空天地三维数据,建立多层级、多精度三维数据的协同流转模式,通过周边关系分析、关键指标检查、防排洪验算、稳定性分析和溃坝模拟等手段,提供了尾矿库风险管控与定量化评价的参数,研究结果表明:该技术可有效提升尾矿库安全监管的技术能力,有助于促进运营方和监管者建立尾矿库监测-预警-避灾-救援工作体系。     

流-固耦合作用下某尾矿库稳定性数值模拟研究

以南方某铀尾矿库为对象,利用COMSOL有限元软件开展某尾矿库在不同降雨强度下的稳定性分析。结果表明:在不同的降雨条件下,尾矿坝最先可能发生溃坝的是基岩与尾矿坝接触的尾端,其次是尾矿坝与基岩接触的地方。同时,随着降雨强度的增大,尾矿坝的稳定性也会随之下降,位移量会增大,溃坝的可能性也会变大。     

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。