尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)研究.pdf

1、經(jīng)過近60年的發(fā)展，我國(guó)已成為世界礦業(yè)大國(guó)，而金屬、非金屬礦山大都擁有尾礦設(shè)施。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國(guó)尾礦庫(kù)存在數(shù)量多、規(guī)模小等特點(diǎn)，并且絕大多數(shù)尾礦庫(kù)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(cái)產(chǎn)損失。因此對(duì)尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理措施是減災(zāi)防災(zāi)工程和維護(hù)尾礦庫(kù)安全運(yùn)行的必要手段。目前我國(guó)尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)研究主要集中在尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性分析、尾礦庫(kù)防洪

2、能力測(cè)算、安全管理等方面。多側(cè)重針對(duì)尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)的某一方面進(jìn)行分析，而少有對(duì)尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究。全面系統(tǒng)的尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)研究應(yīng)包括尾礦壩潰壩致災(zāi)機(jī)理研究、尾礦壩潰壩概率計(jì)算、尾礦壩潰壩損失評(píng)價(jià)及尾礦壩潰壩可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)研究等四個(gè)大的方面，本文主要從這幾個(gè)方面開展了研究工作，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　首先對(duì)國(guó)內(nèi)外尾礦庫(kù)事故情況及病害類型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，研究尾礦壩潰壩的致災(zāi)機(jī)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(xué)角度對(duì)導(dǎo)致尾礦壩坡失穩(wěn)潰壩的主要原因進(jìn)行分析，找出其導(dǎo)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(kù)為示范工程，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)尾礦砂力學(xué)特性試驗(yàn)研究，研究了尾礦壩的堆積特性和特征指標(biāo)的分布規(guī)律及尾礦砂力學(xué)特性，得到尾礦砂的粘聚力及內(nèi)摩擦角等物理力學(xué)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(jì)算方法，選取綜合考慮諸因素的不確定性的概率方法

4、來(lái)度量壩體失穩(wěn)導(dǎo)致潰壩的概率。研究了幾種典型的可靠度計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定選擇蒙特卡羅方法對(duì)尾礦壩壩坡失穩(wěn)潰壩概率進(jìn)行計(jì)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(jī)變量相關(guān)性的基于Nataf分布并結(jié)合Cholesky分解的蒙特卡羅方法進(jìn)行尾礦壩壩坡失穩(wěn)潰壩概率計(jì)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(jī)變量為正態(tài)分布且變量之間相瓦獨(dú)立的不足，而且考慮了尾礦砂力學(xué)參數(shù)的相關(guān)性對(duì)穩(wěn)定性計(jì)算

5、結(jié)果的影響，提高了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　考慮下游建筑物對(duì)潰壩砂流演進(jìn)范圍的影響，對(duì)潰壩砂流演進(jìn)過程使用fluent軟件進(jìn)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(xué)模型以Navier-Stokes方程為基礎(chǔ)，紊流方程為封閉模型，自由表面的追蹤采用VOF法。對(duì)潰壩后導(dǎo)致的生命損失進(jìn)行研究。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外潰壩生命損失研究的對(duì)比分析，進(jìn)一步完善尾礦壩潰壩生命損失估算方法。以某尾

6、礦庫(kù)為例，對(duì)潰壩后下泄砂流演進(jìn)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(chǎng)觀測(cè)結(jié)果比較吻合，證明了模擬的有效性和正確性。
　　建立了我國(guó)尾礦壩潰壩個(gè)人及社會(huì)生命可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了我國(guó)尾礦庫(kù)潰壩生命風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)的空白。采用基于LQI的社會(huì)可接受準(zhǔn)則方法對(duì)我國(guó)尾礦庫(kù)目前安全投入進(jìn)行評(píng)估，計(jì)算得到把尾礦壩目前的風(fēng)險(xiǎn)率降到可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)社會(huì)愿意支付的費(fèi)用為33億元，而我國(guó)目前每年尾礦庫(kù)可以提取的安全費(fèi)用約為4.5億元。根據(jù)A

7、LARP原則，我國(guó)應(yīng)適當(dāng)提高《企業(yè)安全生產(chǎn)費(fèi)用提取和使用管理辦法》中尾礦庫(kù)安全費(fèi)用的提取比例，增加尾礦庫(kù)的安全投入，降低行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。首次引入生活質(zhì)量指數(shù)LQI，對(duì)安全投入進(jìn)行評(píng)估，并結(jié)合ALARP原則來(lái)確定與社會(huì)發(fā)展目標(biāo)一致的可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。
　　最后將處理確定和不確定性問題的集對(duì)分析方法應(yīng)用到尾礦壩穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，為尾礦壩的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了一個(gè)新的方法。尾礦壩潰壩后果嚴(yán)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