尾礦庫潰壩風險研究.pdf

1、經(jīng)過近60年的發(fā)展，我國已成為世界礦業(yè)大國，而金屬、非金屬礦山大都擁有尾礦設施。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，我國尾礦庫存在數(shù)量多、規(guī)模小等特點，并且絕大多數(shù)尾礦庫下游為生活區(qū)，工礦企業(yè)，一旦發(fā)生潰壩事故，不僅使尾礦流失，破壞下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，而且造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此對尾礦庫潰壩風險進行研究并根據(jù)評價結果采取相應的風險管理措施是減災防災工程和維護尾礦庫安全運行的必要手段。目前我國尾礦庫潰壩風險研究主要集中在尾礦庫壩體穩(wěn)定性分析、尾礦庫防洪

2、能力測算、安全管理等方面。多側重針對尾礦庫潰壩風險的某一方面進行分析，而少有對尾礦庫潰壩風險進行全面系統(tǒng)的研究。全面系統(tǒng)的尾礦庫潰壩風險研究應包括尾礦壩潰壩致災機理研究、尾礦壩潰壩概率計算、尾礦壩潰壩損失評價及尾礦壩潰壩可接受風險標準研究等四個大的方面，本文主要從這幾個方面開展了研究工作，主要研究內(nèi)容及結果如下：
　　首先對國內(nèi)外尾礦庫事故情況及病害類型進行了統(tǒng)計分析，研究尾礦壩潰壩的致災機理，共得到5大類潰壩模式和24種可能的潰

3、決路徑。從突變學角度對導致尾礦壩坡失穩(wěn)潰壩的主要原因進行分析，找出其導致潰壩的主要影響因素為尾礦砂的粘聚力和內(nèi)摩擦角。以北京首云鐵礦的和尚峪尾礦庫為示范工程，進行了現(xiàn)場試驗和室內(nèi)尾礦砂力學特性試驗研究，研究了尾礦壩的堆積特性和特征指標的分布規(guī)律及尾礦砂力學特性，得到尾礦砂的粘聚力及內(nèi)摩擦角等物理力學參數(shù)，為尾礦壩潰壩概率分析提供了依據(jù)。
　　其次摒棄傳統(tǒng)的尾礦壩抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)定值計算方法，選取綜合考慮諸因素的不確定性的概率方法

4、來度量壩體失穩(wěn)導致潰壩的概率。研究了幾種典型的可靠度計算方法的優(yōu)缺點，最終確定選擇蒙特卡羅方法對尾礦壩壩坡失穩(wěn)潰壩概率進行計算;建立了尾礦壩坡失穩(wěn)破壞的功能函數(shù)，確定模擬參數(shù)及模擬次數(shù)，采用考慮隨機變量相關性的基于Nataf分布并結合Cholesky分解的蒙特卡羅方法進行尾礦壩壩坡失穩(wěn)潰壩概率計算。該方法成功克服了matlab傳統(tǒng)子集模擬方法只能解決隨機變量為正態(tài)分布且變量之間相瓦獨立的不足，而且考慮了尾礦砂力學參數(shù)的相關性對穩(wěn)定性計算

5、結果的影響，提高了計算結果的準確性。
　　考慮下游建筑物對潰壩砂流演進范圍的影響，對潰壩砂流演進過程使用fluent軟件進行了兩相流三維模擬，物理模型的建立和網(wǎng)格的劃分均使用ICEM CFD，求解方法選取SIMPLE算法。數(shù)學模型以Navier-Stokes方程為基礎，紊流方程為封閉模型，自由表面的追蹤采用VOF法。對潰壩后導致的生命損失進行研究。通過對國內(nèi)外潰壩生命損失研究的對比分析，進一步完善尾礦壩潰壩生命損失估算方法。以某尾

6、礦庫為例，對潰壩后下泄砂流演進行模擬，模擬得到的最終影響范圍及泥深均與潰壩后的現(xiàn)場觀測結果比較吻合，證明了模擬的有效性和正確性。
　　建立了我國尾礦壩潰壩個人及社會生命可接受風險標準，填補了我國尾礦庫潰壩生命風險可接受標準的空白。采用基于LQI的社會可接受準則方法對我國尾礦庫目前安全投入進行評估，計算得到把尾礦壩目前的風險率降到可接受風險標準社會愿意支付的費用為33億元，而我國目前每年尾礦庫可以提取的安全費用約為4.5億元。根據(jù)A

7、LARP原則，我國應適當提高《企業(yè)安全生產(chǎn)費用提取和使用管理辦法》中尾礦庫安全費用的提取比例，增加尾礦庫的安全投入，降低行業(yè)風險。首次引入生活質(zhì)量指數(shù)LQI，對安全投入進行評估，并結合ALARP原則來確定與社會發(fā)展目標一致的可接受風險標準。
　　最后將處理確定和不確定性問題的集對分析方法應用到尾礦壩穩(wěn)定性評價中，為尾礦壩的風險評價提供了一個新的方法。尾礦壩潰壩后果嚴重度是由尾礦壩本身的因素和潰壩造成的損失因素兩方面共同決定的，具體