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，高堆尾礦壩靜動力穩(wěn)定性研究，尾礦壩排滲體淤堵對壩體穩(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)測及環(huán)境保護(hù)的研究與實踐，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)活動中，人們在獲得有價值的礦產(chǎn)品的同時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存在尾礦庫內(nèi)。尾礦壩的潰壩及失穩(wěn)破壞時有發(fā)生，造成了大量的人員傷亡和財產(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。本項目采用實驗研究、理論分析與數(shù)值計算相結(jié)合的方法，以多個工程實例為依托，對尾礦壩的災(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，對尾礦的物理、靜力學(xué)、動力學(xué)和流變特性進(jìn)行了系統(tǒng)的測試和研究。 　　2.應(yīng)用自行研制的尾礦與土工材料界面作用特性試驗系統(tǒng)，以尾礦作為填料土，采用拉拔試驗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，獲得了秧田箐尾礦壩不同堆筑時期的干灘面形狀、尾礦顆粒級配分布、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裝置，以秧田箐尾礦壩潰決泥砂流體為研究對象，依據(jù)相似理論，采用潰壩模型試驗，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潰決泥砂流動特性的影響。 　　5.在相似模型試驗研究的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用量綱理論建立了適合尾礦庫潰決泥砂流動特性的流速和沖擊力計算方法，并對泥石(砂)流在彎道處的超高計算公式進(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)測模型(COBP)，并將其應(yīng)用于羊拉銅礦尾礦的液化評價中。 　　7.采用SLIDE、ANSYS、FLAC、FLUENT等多種數(shù)值模擬軟件，對尾礦壩的滲流場和靜、動力條件下的應(yīng)力、變形特征進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析計算了尾礦壩的靜、動力穩(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)突變模型對泥砂流起動機(jī)理進(jìn)行分析，得到了泥砂流起動的充要條件。 　　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)破壞時有發(fā)生，并造成了大量的人員傷亡和財產(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。本項目通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗對尾礦的靜、動力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究；采用自行研制的實驗裝置，對不同密度、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)行拉拔試驗研究，探索尾礦中加筋的作用機(jī)理；根據(jù)模型試驗的原理和方法，建立尾礦壩穩(wěn)定性分析及潰壩的模型試驗系統(tǒng)，并進(jìn)行深入系統(tǒng)的試驗研究；采用理論分析和數(shù)值計算相結(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。該項目的研究對于防治尾礦壩災(zāi)害的發(fā)生具有重要的理論和實際意義。

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，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，回轉(zhuǎn)每次步進(jìn)一個角度，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，指堆料時大車先向前或向后連續(xù)運(yùn)行，在料堆前后邊界時大車再反方向連續(xù)運(yùn)行，或回轉(zhuǎn)步進(jìn)一個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）步進(jìn)一步。

大車橫行堆料法，首先將臂架回轉(zhuǎn)到外側(cè)做好第一個料堆，然后回轉(zhuǎn)與大車連續(xù)聯(lián)動運(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，直至達(dá)到內(nèi)側(cè)邊界，這時大車向后移動一個步進(jìn)距離，然后回轉(zhuǎn)與大車再聯(lián)動運(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，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，因為回轉(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、場地空間利用以及取料效率等方面均最優(yōu) 。2100433B