尾矿库安全运行的保障.docx

尾矿库安全运行的保障尾矿库安全运行的保障尾矿库隐患无损诊断、风险分级与监测预警技术研究，以防止尾矿库引发安全事故为目的，针对尾矿库溃坝隐患探测、灾害预防、在线监测预警所遇到的关键技术问题进行了研究。该研究成果已分别在 9 个尾矿库建立了在线监测与预警系统，并探测、诊断出 12 座尾矿坝坝内裂缝、松散软弱夹层等隐患，为隐患治理提供了依据。我国金属非金属矿山每年产出尾矿约 3 亿 t，基本上堆存在约 1 万 1946 座尾矿库中。这些库中最大设计坝高 260m，超过 100m 的有 26 座，库容大于 1 亿m3 的有 10 座。坝高小于 30m 的小库占 80%左右，但 20%的大、中型库中堆积的尾矿占全国尾矿总量的 80%。由于尾矿库的建设标准低，筑坝、维护、管理技术水平较差，缺乏监测措施，大量的尾矿库带病运行，而且得不到有效的诊断与治理，其安全状况不容乐观。自 2001 年以来，全国共发生 73 起尾矿库溃坝事故，造成 500 余人死亡，事故起数和死亡人数呈逐年上升态势，安全形势十分严峻。截至 2011 年 5 月底，我国共有 2 369 座危、险、病尾矿库，这是一个巨大的潜在隐患，近些年尾矿库溃坝事故频发，给人民生命财产、社会稳定带来了巨大损失和危害。这些事故的发生，除了管理因素之外，其主要的技术原因是对尾矿库致灾因素及致灾机理的认识不够；尾矿坝内部隐患未进行有效探清；尾矿库溃坝风险分析技术不成熟；尾矿库监测技术水平落后，没有成熟的尾矿库安全监测、预警系统。因此，我国安全生产市场急需尾矿库溃坝灾害的诊断、监测与风险分析技术和产品。我国尾矿库的监测技术还处于起步阶段。尾矿库的管涌流土、地震液化等坝体内部致灾因素引起坝坡失稳的预警技术基本属于空白，其监测、预警技术的研究成果较少，亟需进行攻关，提高监测技术水平。研究过程针对尾矿库溃坝隐患探测、灾害预防、在线监测预警所遇到的关键技术问题，中国安全生产科学研究院矿山安全技术研究所“尾矿库隐患无损诊断、风险分级与监测预警技术研究”项目课题组围绕尾矿坝安全如何判定、尾矿库下游安全状况如何确定、采取什么科技手段来保证尾矿库安全等 3 个方面开展研究，结合试点单位的实际需求，基于尾矿库溃坝致灾机理与典型灾害三维数值模拟仿真技术，将综合物探技术、尾矿坝风险指标体系与评价方法、尾矿库溃坝淹没范围确定与后果严重度计算方法、尾矿库在线监测技术与装备、尾矿库定量预警指标及确定技术，在试点单位实际应用，并收到良好效果。尾矿库溃坝致灾机理及演化规律研究课题组采用理论分析、室内试验、现场试验和数值模拟相结合的方法，归纳总结了尾矿库各种安全事故的致灾因素，研究分析了尾矿库坝坡失稳、尾矿库库内滑坡、洪水漫顶、地震液化、坝体开裂、流土和管涌等渗透破坏、防渗措施失效等事故的致灾机理，重点通过试验研究分析了管涌演化过程及规律。尾矿库堆积坝实际物理力学特性和尾矿坝开裂三维数值模拟技术研究课题组针对尾矿库不同堆坝材料，进行了渗透特性试验、常规三轴压缩试验、动三轴试验等，得到了堆坝材料的渗透特性、物理力学特性以及动力反应特性，通过模型比选和分析，确定了能够反映堆坝材料特性的非线性数学模型。基于有限元理论和比奥固结理论，建立了尾矿库静力变形和静力稳定、动力变形和动力稳定以及尾矿坝坝体开裂的有限元三维数值仿真模型并研究了相应的数值仿真方法。制定尾矿库安全等级划分标准课题组结合尾矿坝隐患的性质和特点，在分析地质情况、坝体结构特征和周围环境的基础上，采用高密度电法仪、地质雷达和核磁共振找水法等综合物探手段，探明了隐患的分布范围、规模及埋深等情况，为后期治理尾矿坝病害及安全性评价提供了依据。根据国家法律法规、部门规章、尾矿库安全技术规程，课题组制定了尾矿库周边环境、尾矿坝、排洪系统、防排渗、筑坝和放矿等 6 大类 78 个子项安全检查表，结合有限元应力变形分析法、极限平衡法和渗流分析方法的计算结果，进行了尾矿库风险评估。综合尾矿坝内隐患诊断情况和尾矿库现场隐患辨识结果，尾矿坝坝体稳定性、防洪能力、抗震能力及其它影响尾矿库安全运行 5 个指标，制定了尾矿库安全等级划分标准，量化评价尾矿库安全等级。制定尾矿库溃坝风险等级划分研究在系统研究尾矿库溃坝模式和溃坝路径的基础上，课题组应用动态分级及相关性分析等数值分析方法，研究了致灾因素与尾矿坝风险之间的非线性关系，建立了尾矿库溃坝风险分级指标体系。以模糊理论、数值分析等方法为基础，以定量化的数学指标求证尾矿库系统的安全性和安全程度，将包括溃坝风险分级指标在内的尾矿库系统安全性的评价指标进行了分类和分级，建立了尾矿库系统风险评价模型及评价方法。尾矿库在线监测预警技术研究课题组在总结与借鉴土石坝工程和混凝土坝工程坝体位移监测技术的基础上，研究了尾矿库坝内渗流、压力传感网络技术和尾矿库坝面位移