高堆尾矿坝稳定控制及环境保护技术

内容简介

《高堆尾矿坝稳定控制及环境保护技术》系统地介绍了矿山高堆尾矿坝的沉积特性和物理力学特性、高堆尾矿坝渗流控制研究，高堆尾矿坝静动力稳定性研究，尾矿坝排渗体淤堵对坝体稳定性的影响，高堆尾矿坝加固及延长服务年限技术，尾矿库水土流失、离子迁移预测及环境保护的研究与实践，以及国内外尾矿坝安全控制技术的发展现状，国内外高堆尾矿坝和国内尾矿库安全管理概况。2100433B

在矿业开发活动中，人们在获得有价值的矿产品的同时也排弃了大量的尾矿。大部分尾矿以浆状形式排出，以堆筑尾矿坝的方式储存在尾矿库内。尾矿坝的溃坝及失稳破坏时有发生，造成了大量的人员伤亡和财产损失，其灾变机理及稳定性问题是矿山安全生产中急需解决的重要课题。本项目采用实验研究、理论分析与数值计算相结合的方法，以多个工程实例为依托，对尾矿坝的灾变机理及其稳定性进行了深入系统的研究。完成了计划任务书的研究内容，达到了预期目标。取得的主要成果如下： 　　1.通过土工试验，对尾矿的物理、静力学、动力学和流变特性进行了系统的测试和研究。 　　2.应用自行研制的尾矿与土工材料界面作用特性试验系统，以尾矿作为填料土，采用拉拔试验研究了土工合成材料(筋带和土工格栅)与填料土的界面作用特性。 　　3.通过堆坝模型试验，获得了秧田箐尾矿坝不同堆筑时期的干滩面形状、尾矿颗粒级配分布、坝体分层情况、浸润线位置及其变化特点等，据此分析了上游式尾矿坝结构特征、尾矿沉积规律和坝体渗流特性。 　　4.应用自主研制的尾矿库溃坝模拟试验装置，以秧田箐尾矿坝溃决泥砂流体为研究对象，依据相似理论，采用溃坝模型试验，分析了坝体高度、泥浆浓度、沟槽坡度、溃决口门大小以及沟槽底部粗糙条件对溃决泥砂流动特性的影响。 　　5.在相似模型试验研究的基础之上，运用量纲理论建立了适合尾矿库溃决泥砂流动特性的流速和冲击力计算方法，并对泥石(砂)流在弯道处的超高计算公式进行了修正。 　　6.根据BP算法和混沌优化算法优缺点的互补性特点，将二者结合构建了一种新的砂土液化优化预测模型(COBP)，并将其应用于羊拉铜矿尾矿的液化评价中。 　　7.采用SLIDE、ANSYS、FLAC、FLUENT等多种数值模拟软件，对尾矿坝的渗流场和静、动力条件下的应力、变形特征进行了数值模拟，分析计算了尾矿坝的静、动力稳定性。 　　8.根据尖点突变理论建立了尾矿库溃决泥砂流体起动的尖点突变模型，从力学的角度运用尖点突变模型对泥砂流起动机理进行分析，得到了泥砂流起动的充要条件。 　　9.在综合分析尾矿坝加固处理措施和加固特殊性的基础上，提出了加筋梯田法加固细粒尾矿堆积坝；并在坝体稳定性计算中，提出了将加筋材料的作用抵减部分地震力作用的抵减地震力法。 2100433B

尾矿坝的溃坝及失稳破坏时有发生，并造成了大量的人员伤亡和财产损失，其灾变机理及其稳定性问题是矿山安全生产中急需解决的重要课题。本项目通过室内和现场试验对尾矿的静、动力学性质进行深入系统的研究；采用自行研制的实验装置，对不同密度、含水量及垂直荷载作用下，尾矿与土工合成材料的界面作用特性进行拉拔试验研究，探索尾矿中加筋的作用机理；根据模型试验的原理和方法，建立尾矿坝稳定性分析及溃坝的模型试验系统，并进行深入系统的试验研究；采用理论分析和数值计算相结合的方法，建立尾矿坝溃坝的数学力学模型，对尾矿坝的稳定性和溃坝过程进行分析。在此基础上，提出尾矿坝的灾变机理和提高尾矿坝稳定性的方法。该项目的研究对于防治尾矿坝灾害的发生具有重要的理论和实际意义。

堆料机堆放散装物料有多种方法，如回转连续堆料法、回转步进堆料法、人字形大车连续堆料法、大车步进堆料法、大车横行堆料法。此外，圆形料场有其专用的圆形堆料机堆料工艺。

回转连续堆料法堆料时，悬臂回转连续运行，从左侧运行到右侧，然后大车向后步进一段距离，悬臂回转再从右侧运行到左侧，如此反复，直至物料堆完或达到堆场后侧边界。

回转步进堆料法（或称定点堆料）与回转连续堆料法类似，大车的运行相同，都是在悬臂回转最内侧或最外侧时大车向后步进一步，区别在于回转的运行不是连续的，而是等料堆堆到一定高度时，回转每次步进一个角度，直至臂架回转到达堆料内侧或外侧边界，大车再向后一步。如需要混匀效果时也可分层回转步进堆料（或称鱼鳞堆料）。

人字形大车连续堆料法，指堆料时大车先向前或向后连续运行，在料堆前后边界时大车再反方向连续运行，或回转步进一个角度后大车再反向连续运行，直至物料堆完或区域内物料达到预定堆料高度。这种堆料方式料堆截面形状为人字形，一般用于混矿工序。大车步进堆料法与大车连续堆料法类似，也是在大车前后边界处回转步进一个角度，大车再反向步进运行。与大车连续堆料法的区别在于大车运行时不连续，而是等料堆达到一定高度后，大车步进一定的距离，直至达到大车前后边界再回转（或大车回转联动）步进一步。

大车横行堆料法，首先将臂架回转到外侧做好第一个料堆，然后回转与大车连续联动运行，保持落料点沿着垂直于大车轨道的方向向内侧步进（或连续）移动，直至达到内侧边界，这时大车向后移动一个步进距离，然后回转与大车再联动运行，保持落料点沿着垂直于大车轨道的方向由内侧向外侧步进（或连续）移动，直至达到外侧边界。如此反复进行，直至物料堆完或达到大车后侧边界。

连续堆料法堆料更均匀，特别适于混料的情况，但是机构持续运行，比步进堆料法能耗高。而回转堆料法比大车堆料法节能，因为回转机构电机功率比大车机构的小得多。回转堆料法堆出的物料为弧形，特别适合回转式斗轮（堆）取料机取料，取料时在每堆物料起点和终点处效率也不降低。

综合比较，回转步进堆料法在节能、场地空间利用以及取料效率等方面均最优 。2100433B