高堆尾礦壩穩(wěn)定控制及環(huán)境保護(hù)技術(shù)

內(nèi)容簡介

《高堆尾礦壩穩(wěn)定控制及環(huán)境保護(hù)技術(shù)》系統(tǒng)地介紹了礦山高堆尾礦壩的沉積特性和物理力學(xué)特性、高堆尾礦壩滲流控制研究，高堆尾礦壩靜動(dòng)力穩(wěn)定性研究，尾礦壩排滲體淤堵對(duì)壩體穩(wěn)定性的影響，高堆尾礦壩加固及延長服務(wù)年限技術(shù)，尾礦庫水土流失、離子遷移預(yù)測(cè)及環(huán)境保護(hù)的研究與實(shí)踐，以及國內(nèi)外尾礦壩安全控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，國內(nèi)外高堆尾礦壩和國內(nèi)尾礦庫安全管理概況。2100433B

在礦業(yè)開發(fā)活動(dòng)中，人們?cè)讷@得有價(jià)值的礦產(chǎn)品的同時(shí)也排棄了大量的尾礦。大部分尾礦以漿狀形式排出，以堆筑尾礦壩的方式儲(chǔ)存在尾礦庫內(nèi)。尾礦壩的潰壩及失穩(wěn)破壞時(shí)有發(fā)生，造成了大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，其災(zāi)變機(jī)理及穩(wěn)定性問題是礦山安全生產(chǎn)中急需解決的重要課題。本項(xiàng)目采用實(shí)驗(yàn)研究、理論分析與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，以多個(gè)工程實(shí)例為依托，對(duì)尾礦壩的災(zāi)變機(jī)理及其穩(wěn)定性進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。完成了計(jì)劃任務(wù)書的研究內(nèi)容，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。取得的主要成果如下： 　　1.通過土工試驗(yàn)，對(duì)尾礦的物理、靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和流變特性進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試和研究。 　　2.應(yīng)用自行研制的尾礦與土工材料界面作用特性試驗(yàn)系統(tǒng)，以尾礦作為填料土，采用拉拔試驗(yàn)研究了土工合成材料(筋帶和土工格柵)與填料土的界面作用特性。 　　3.通過堆壩模型試驗(yàn)，獲得了秧田箐尾礦壩不同堆筑時(shí)期的干灘面形狀、尾礦顆粒級(jí)配分布、壩體分層情況、浸潤線位置及其變化特點(diǎn)等，據(jù)此分析了上游式尾礦壩結(jié)構(gòu)特征、尾礦沉積規(guī)律和壩體滲流特性。 　　4.應(yīng)用自主研制的尾礦庫潰壩模擬試驗(yàn)裝置，以秧田箐尾礦壩潰決泥砂流體為研究對(duì)象，依據(jù)相似理論，采用潰壩模型試驗(yàn)，分析了壩體高度、泥漿濃度、溝槽坡度、潰決口門大小以及溝槽底部粗糙條件對(duì)潰決泥砂流動(dòng)特性的影響。 　　5.在相似模型試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用量綱理論建立了適合尾礦庫潰決泥砂流動(dòng)特性的流速和沖擊力計(jì)算方法，并對(duì)泥石(砂)流在彎道處的超高計(jì)算公式進(jìn)行了修正。 　　6.根據(jù)BP算法和混沌優(yōu)化算法優(yōu)缺點(diǎn)的互補(bǔ)性特點(diǎn)，將二者結(jié)合構(gòu)建了一種新的砂土液化優(yōu)化預(yù)測(cè)模型(COBP)，并將其應(yīng)用于羊拉銅礦尾礦的液化評(píng)價(jià)中。 　　7.采用SLIDE、ANSYS、FLAC、FLUENT等多種數(shù)值模擬軟件，對(duì)尾礦壩的滲流場(chǎng)和靜、動(dòng)力條件下的應(yīng)力、變形特征進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析計(jì)算了尾礦壩的靜、動(dòng)力穩(wěn)定性。 　　8.根據(jù)尖點(diǎn)突變理論建立了尾礦庫潰決泥砂流體起動(dòng)的尖點(diǎn)突變模型，從力學(xué)的角度運(yùn)用尖點(diǎn)突變模型對(duì)泥砂流起動(dòng)機(jī)理進(jìn)行分析，得到了泥砂流起動(dòng)的充要條件。 　　9.在綜合分析尾礦壩加固處理措施和加固特殊性的基礎(chǔ)上，提出了加筋梯田法加固細(xì)粒尾礦堆積壩；并在壩體穩(wěn)定性計(jì)算中，提出了將加筋材料的作用抵減部分地震力作用的抵減地震力法。 2100433B

尾礦壩的潰壩及失穩(wěn)破壞時(shí)有發(fā)生，并造成了大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，其災(zāi)變機(jī)理及其穩(wěn)定性問題是礦山安全生產(chǎn)中急需解決的重要課題。本項(xiàng)目通過室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)尾礦的靜、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究；采用自行研制的實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)不同密度、含水量及垂直荷載作用下，尾礦與土工合成材料的界面作用特性進(jìn)行拉拔試驗(yàn)研究，探索尾礦中加筋的作用機(jī)理；根據(jù)模型試驗(yàn)的原理和方法，建立尾礦壩穩(wěn)定性分析及潰壩的模型試驗(yàn)系統(tǒng)，并進(jìn)行深入系統(tǒng)的試驗(yàn)研究；采用理論分析和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，建立尾礦壩潰壩的數(shù)學(xué)力學(xué)模型，對(duì)尾礦壩的穩(wěn)定性和潰壩過程進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，提出尾礦壩的災(zāi)變機(jī)理和提高尾礦壩穩(wěn)定性的方法。該項(xiàng)目的研究對(duì)于防治尾礦壩災(zāi)害的發(fā)生具有重要的理論和實(shí)際意義。

堆料機(jī)堆放散裝物料有多種方法，如回轉(zhuǎn)連續(xù)堆料法、回轉(zhuǎn)步進(jìn)堆料法、人字形大車連續(xù)堆料法、大車步進(jìn)堆料法、大車橫行堆料法。此外，圓形料場(chǎng)有其專用的圓形堆料機(jī)堆料工藝。

回轉(zhuǎn)連續(xù)堆料法堆料時(shí)，懸臂回轉(zhuǎn)連續(xù)運(yùn)行，從左側(cè)運(yùn)行到右側(cè)，然后大車向后步進(jìn)一段距離，懸臂回轉(zhuǎn)再從右側(cè)運(yùn)行到左側(cè)，如此反復(fù)，直至物料堆完或達(dá)到堆場(chǎng)后側(cè)邊界。

回轉(zhuǎn)步進(jìn)堆料法（或稱定點(diǎn)堆料）與回轉(zhuǎn)連續(xù)堆料法類似，大車的運(yùn)行相同，都是在懸臂回轉(zhuǎn)最內(nèi)側(cè)或最外側(cè)時(shí)大車向后步進(jìn)一步，區(qū)別在于回轉(zhuǎn)的運(yùn)行不是連續(xù)的，而是等料堆堆到一定高度時(shí)，回轉(zhuǎn)每次步進(jìn)一個(gè)角度，直至臂架回轉(zhuǎn)到達(dá)堆料內(nèi)側(cè)或外側(cè)邊界，大車再向后一步。如需要混勻效果時(shí)也可分層回轉(zhuǎn)步進(jìn)堆料（或稱魚鱗堆料）。

人字形大車連續(xù)堆料法，指堆料時(shí)大車先向前或向后連續(xù)運(yùn)行，在料堆前后邊界時(shí)大車再反方向連續(xù)運(yùn)行，或回轉(zhuǎn)步進(jìn)一個(gè)角度后大車再反向連續(xù)運(yùn)行，直至物料堆完或區(qū)域內(nèi)物料達(dá)到預(yù)定堆料高度。這種堆料方式料堆截面形狀為人字形，一般用于混礦工序。大車步進(jìn)堆料法與大車連續(xù)堆料法類似，也是在大車前后邊界處回轉(zhuǎn)步進(jìn)一個(gè)角度，大車再反向步進(jìn)運(yùn)行。與大車連續(xù)堆料法的區(qū)別在于大車運(yùn)行時(shí)不連續(xù)，而是等料堆達(dá)到一定高度后，大車步進(jìn)一定的距離，直至達(dá)到大車前后邊界再回轉(zhuǎn)（或大車回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)）步進(jìn)一步。

大車橫行堆料法，首先將臂架回轉(zhuǎn)到外側(cè)做好第一個(gè)料堆，然后回轉(zhuǎn)與大車連續(xù)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，保持落料點(diǎn)沿著垂直于大車軌道的方向向內(nèi)側(cè)步進(jìn)（或連續(xù)）移動(dòng)，直至達(dá)到內(nèi)側(cè)邊界，這時(shí)大車向后移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)距離，然后回轉(zhuǎn)與大車再聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，保持落料點(diǎn)沿著垂直于大車軌道的方向由內(nèi)側(cè)向外側(cè)步進(jìn)（或連續(xù)）移動(dòng)，直至達(dá)到外側(cè)邊界。如此反復(fù)進(jìn)行，直至物料堆完或達(dá)到大車后側(cè)邊界。

連續(xù)堆料法堆料更均勻，特別適于混料的情況，但是機(jī)構(gòu)持續(xù)運(yùn)行，比步進(jìn)堆料法能耗高。而回轉(zhuǎn)堆料法比大車堆料法節(jié)能，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)功率比大車機(jī)構(gòu)的小得多?；剞D(zhuǎn)堆料法堆出的物料為弧形，特別適合回轉(zhuǎn)式斗輪（堆）取料機(jī)取料，取料時(shí)在每堆物料起點(diǎn)和終點(diǎn)處效率也不降低。

綜合比較，回轉(zhuǎn)步進(jìn)堆料法在節(jié)能、場(chǎng)地空間利用以及取料效率等方面均最優(yōu) 。2100433B