尾矿排放单堆试验研究及尾矿坝稳定性分析

摘要

尾矿库是一种特殊的工业建筑，也是矿山最大的危险源。它的运营好坏，不仅影响到一个矿山企业的经济效益，而且与库区下游居民的生命财产及周边环境息息相关。尾矿坝是尾矿库的主要构筑物，它是由初期坝和堆积坝组成。堆积坝是由尾矿通过不同的堆坝方法堆筑而成的。由于尾矿坝的堆坝方式和筑坝材料与一般的水库坝存在很大的差异，相比水库坝，尾矿坝更脆弱，更容易出现灾害事故。在国内外非煤矿山中，由于尾矿坝的失稳破坏，造成严重危害的事例屡见不鲜。因此，研究如何有效地改善尾矿堆积坝的稳定性，保证矿山生产安全，建设平安和谐矿山，一直倍受世人关注。
　　 本文以云南兰坪铅锌矿规划新建的温庄尾矿库为对象，通过现场尾矿单堆试验、室内土工实验和数值模拟等手段，对将来尾矿库内的尾矿沉积规律和尾矿坝的稳定性进行了深入分析与研究，做到工程质量的事前控制，并基于研究成果的基础上，提出了确保该尾矿库安全运行的措施与管理对策，以保证该尾矿库将来能安全顺利运行。作者完成的主要工作和取得的科研成果如下：
　　 1.在收集统计分析国内外近年来尾矿库工程事故的基础上，剖析了尾矿库事故类型及发生的原因。归纳得出在诸多事故类型中，尾矿坝失稳是造成尾矿库灾害事故主要类型。
　　 2.通过现场单堆试验研究分析了尾矿在排放过程中的移动特征、沉降过程及颗粒分布规律，包括堆积体的形态、坡度和坡面颗粒组成等，获得了将来尾矿堆坝的结构组成。通过现场取样和室内土工试验，获得尾矿的物理力学特性等，为尾矿坝的稳定性计算分析与安全预测提供了基础资料。
　　 3.利用数值模拟ANSYS软件，结合有限元强度折减理论，对温庄尾矿库中的主要构筑物一尾矿坝的稳定性进行数值模拟分析。获得了该尾矿坝在不同工况下的稳定系数，为将来该尾矿库的平稳运行和矿山的安全生产提供了技术支撑。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

1.1引言

1.2尾矿库的安全等级

1.3尾矿库事故及其原因分析

1.3.1国外尾矿库事故及原因分析

1.3.2国内尾矿库事故及原因分析

1.4国内外的研究现状

1.4.1国内外尾矿研究综述

1.4.2排放尾矿的沉积规律研究

1.4.3尾矿坝的稳定分析方法

1.5本文研究的目的、内容和技术路线

1.5.1本文研究的目的

1.5.2本文研究的主要内容和技术路线

2温庄尾矿库工程概况

2.1矿山概况及尾矿库初步设计资料

2.1.1选厂技术经济指标

2.1.2初期坝

2.1.3尾矿堆坝

2.1.4堆坝排渗设施

2.1.5排水设施

2.2库区地质环境

2.2.1地理位置

2.2.2库区居民经济概况

2.2.3地形地貌

2.2.4地层组成岩性

2.2.5水文地质条件

2.2.6气象条件

2.2.7工程地质评价

2.2.8建库天然建材评价

2.2.9矿区工程地质结论

3尾矿排放的单堆试验研究

3.1单堆试验

3.2试验研究内容与目的

3.3单堆试验过程

3.4试验结果与分析

3.4.1尾浆浓度和密度

3.4.2堆体形态变化与坡面坡度

3.4.3尾矿颗粒的沉积规律

3.5尾矿物理力学性质测试

3.5.1试验依据与测试内容

3.5.2尾矿力学性质测试指标

3.6本章小结

附表

4基于有限元强度折减法的尾矿坝稳定性分析

4.1概述

4.2有限元强度折减法原理

4.2.1有限元法

4.2.2有限元强度折减理论

4.3渗流场和应力场耦合的数学模型

4.3.1渗流场对应力场的影响

4.3.2应力场对渗流场的影响

4.3.3渗流场的数学模型

4.3.4应力场的数学模型

4.3.5模型的求解方法及步骤

4.4利用ANSYS有限元软件对温庄尾矿库的稳定性分析

4.4.1 ANSYS有限元软件的简介

4.4.2温庄尾矿库数值计算模型

4.4.3屈服准则与材料参数

4.4.4数值模拟计算结果及分析

4.5本章小结

5结论与建议

5.1本文结论

5.2建议

致 谢

参考文献

附录