一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗系统及方法

摘要

本发明提供了一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗系统及方法，其中，快速降渗系统，包括：数值模拟模块、方案建立模块和降渗执行模块；数值模拟模块针对尾矿坝内水体在降渗顶管中的渗出过程进行数值模拟，获得数值模拟关系结果；方案建立模块根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合数值模拟关系结果，确定顶管降渗技术方案；降渗执行模块执行所述方案建立模块确定的顶管降渗技术方案，对尾矿库进行降渗。本发明提供了一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗系统及方法，通过数值模拟的方法，得到顶管降渗技术方案，从而能够实现快速降低库水位及浸润线高度，提高尾矿库坝体稳定性，保障尾矿库尤其汛期尾矿库的安全运行。

说明书

技术领域

本发明涉及降渗技术领域，特别涉及一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗系统及方法。

背景技术

尾矿库是具有高势能的人造泥石流危险源，一旦失事，将严重危及下游人民生命及财产安全。浸润线是尾矿库的生命线，位置过高将导致坝体饱和区域扩大、下游坝坡沼泽化，严重危及尾矿坝的稳定性，造成溃坝事故，历来是尾矿库安全管理工作的重中之重。采取有效降渗措施及时降低浸润线高度，加快尾砂固结，缩小堆积坝饱和区，提高尾矿坝整体稳定性，对防范化解尾矿库重特大事故具有重要意义。

本发明提供了一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗系统及方法，通过数值模拟的方法，得到最优的顶管降渗技术方案，从而能够实现快速降低库水位及浸润线高度，提高尾矿库坝体稳定性，保障尾矿库尤其汛期尾矿库的安全运行。

发明内容

本发明提供了一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗系统及方法，通过数值模拟的方法，得到最优的顶管降渗技术方案，从而能够实现快速降低库水位及浸润线高度，提高尾矿库坝体稳定性，保障尾矿库尤其汛期尾矿库的安全运行。

本发明提供一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗系统，包括：数值模拟模块、方案建立模块和降渗执行模块；

所述数值模拟模块，用于针对尾矿坝内水体在降渗顶管中的渗出过程进行数值模拟，获得数值模拟关系结果；

所述方案建立模块，用于根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合所述数值模拟关系结果，确定顶管降渗技术方案；

所述降渗执行模块，用于执行所述方案建立模块确定的顶管降渗技术方案，对尾矿库进行降渗。

进一步地，所述数值模拟模块，包括：模型构建单元、参数调节单元和结果分析单元；

所述模型构建单元，用于建立降渗顶管简化模型；

所述参数调节单元，对所述降渗顶管简化模型进行单一参数控制，得到多个降渗顶管简化模型结果；

所述结果分析单元，根据所述多个降渗顶管简化模型结果进行分析，得到数值模拟关系结果。

进一步地，所述方案建立模块，包括：基本信息匹配单元、尾矿坝可行检测单元和降渗方案确定单元；

所述基本信息匹配单元，用于根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合所述数值模拟关系结果确定降渗顶管的基本信息参数；

所述尾矿坝可行检测单元，用于根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；

所述降渗方案确定单元，用于根据所述降渗顶管的基本信息参数和所述关键参数可行信息确定顶管降渗技术方案。

进一步地，所述参数调节单元在对所述降渗顶管简化模型进行单一参数控制过程中分别对降渗顶管的布置位置、弧度半径、排水管孔数量以及材质采用单一变量控制原则获得多个降渗顶管简化模型结果。

进一步地，所述尾矿坝可行检测单元，包括：可行新息确认单元和检测单元；

所述可行信息确认单元，用于根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；

所述检测单元，用于对尾矿坝进行检验。

一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗方法，包括：

针对尾矿坝内水体在降渗顶管中的渗出过程进行数值模拟，获得数值模拟关系结果；

根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合所述数值模拟关系结果，确定顶管降渗技术方案；

执行确定的顶管降渗技术方案，对尾矿库进行降渗。

进一步地，所述针对尾矿坝内水体在降渗顶管中的渗出过程进行数值模拟，获得数值模拟关系结果的过程包括：

建立降渗顶管简化模型；

对所述降渗顶管简化模型进行单一参数控制，得到多个降渗顶管简化模型结果；

根据所述多个降渗顶管简化模型结果进行分析，得到数值模拟关系结果。

进一步地，所述根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合所述数值模拟关系结果，确定顶管降渗技术方案的过程包括：

根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合所述数值模拟关系结果确定降渗顶管的基本信息参数；

根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；

根据所述降渗顶管的基本信息参数和所述关键参数可行信息确定顶管降渗技术方案。

进一步地，所述对所述降渗顶管简化模型进行单一参数控制，得到多个降渗顶管简化模型结果时，分别对降渗顶管的布置位置、弧度半径、排水管孔数量以及材质采用单一变量控制原则获得多个降渗顶管简化模型结果。

进一步地，所述根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息的过程包括：

根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；

对尾矿坝进行检验；

其中，所述检验步骤如下：

获得尾矿坝中浸润线的位置信息；

计算浸润线分别到条块上边界的高度h和到条块坡外水位的高度i以及到条块下边界的高度j；

根据下述公式计算尾矿坝的检验系数；

δ＝(∑(d×(a*h+b*i+c*j)cosαtanβ)+∑n*l)÷w

上述公式中，δ表示检验系数，d表示条块宽度，a表示尾矿坝的天然容重，b表示尾矿坝的浮容重，c表示容重，α表示滑弧中心线与垂线之间的夹角，β表示摩擦角，n表示条块的粘附力，l表示条块上的滑弧长度，w表示中间量，具体表示为：

w＝∑d×(a*h+b*i+c*j)sinα；

根据所述检验系数确定检验结果。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明通过参数调节单元对降渗顶管简化模型进行单一参数控制，能够清楚知道发生变化的参数对降渗顶管简化模型的结果的影响，为建立顶管降渗技术方案提供参考依据，从而能够确保准确得到降渗顶管的各项参数与降渗顶管简化模型的结果之间的关系，从而使得在确定顶管降渗技术方案的时候能将降渗顶管的各项参数都取到最优化的情况，进而使得的得到的顶管降渗技术方案是优化的，确保得到的顶管降渗技术方案能够达到快速降低库水位及浸润线高度的目的。

本发明确定的顶管降渗技术方案不仅能够达到降渗要求，而且还确保在尾矿坝中具有可行性，此外确定的顶管降渗技术方案中降渗顶管的材质、位置、弧度半径、管径等基本信息参数都是根据数值模拟模块中数据模拟关系结果确定的，均为矿浆渗出压力以及渗出速度最优情况下的参数，使得确定的管径降渗技术方案是最优化的，从而能够达到快速降渗的目的。

本发明通过对降渗顶管简化模型进行单一变量控制调节，获得不同变量下的降渗顶管简化模型结果，从而能够根据降渗顶管简化模型结果拟合出以同一个变量参数之间的变化关系，为确定顶管降渗技术方案提供充足的参考依据。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所述的一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗系统的一种结构示意图；

图2为本发明所述的一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗系统，包括：数值模拟模块、方案建立模块和降渗执行模块；

所述数值模拟模块，用于针对尾矿坝内水体在降渗顶管中的渗出过程进行数值模拟，获得数值模拟关系结果；

所述方案建立模块，用于根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合所述数值模拟关系结果，确定顶管降渗技术方案；

所述降渗执行模块，用于执行所述方案建立模块确定的顶管降渗技术方案，对尾矿库进行降渗。

上述技术方案中，快速降渗系统包括：数值模拟模块、方案建立模块和降渗执行模块；通过数值模拟模块针对尾矿坝内水体在降渗顶管中的渗出过程进行数值模拟，获得数值模拟关系结果；通过方案建立模块根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合数值模拟关系结果，确定顶管降渗技术方案；通过降渗执行模块执行方案建立模块确定的顶管降渗技术方案，对尾矿库进行降渗。通过上述技术方案采用数值模拟模块得到降渗顶管中的渗出过程中矿浆渗出压力以及渗出速度与降渗顶管的位置、弧度半径、管径、排水管孔数量以及顶管材质之间的关系，从而使得确定的顶管降渗技术方案能比较好的对尾矿库进行降渗，从而能够实现快速降低库水位及浸润线高度，提高尾矿库坝体稳定性，保障尾矿库尤其汛期尾矿库的安全运行。

本发明提供的一个实施例中，所述数值模拟模块，包括：模型构建单元、参数调节单元和结果分析单元；

所述模型构建单元，用于建立降渗顶管简化模型；

所述参数调节单元，用于对所述降渗顶管简化模型进行单一参数控制，得到多个降渗顶管简化模型结果；

所述结果分析单元，用于根据所述多个降渗顶管简化模型结果进行分析，得到数值模拟关系结果。

上述技术方案中，数值模拟模块包括：模型构建单元、参数调节单元和结果分析单元；通过模型构建单元建立降渗顶管简化模型；通过参数调节单元对降渗顶管简化模型进行单一参数控制，得到多个降渗顶管简化模型结果；通过结果分析单元根据所述多个降渗顶管简化模型结果进行分析，得到数值模拟关系结果。通过上述技术方案通过参数调节单元对降渗顶管简化模型进行单一参数控制，能够清楚知道发生变化的参数对降渗顶管简化模型的结果的影响，为建立顶管降渗技术方案提供参考依据，从而能够确保准确得到降渗顶管的各项参数与降渗顶管简化模型的结果之间的关系，从而使得在确定顶管降渗技术方案的时候能将降渗顶管的各项参数都取到最优化的情况，进而使得的得到的顶管降渗技术方案是优化的，确保得到的顶管降渗技术方案能够达到快速降低库水位及浸润线高度的目的。

本发明提供的一个实施例中，所述方案建立模块，包括：基本信息匹配单元、尾矿坝可行检测单元和降渗方案确定单元；

所述基本信息匹配单元，用于根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合所述数值模拟关系结果确定降渗顶管的基本信息参数；

所述尾矿坝可行检测单元，用于根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；

所述降渗方案确定单元，用于根据所述降渗顶管的基本信息参数和所述关键参数可行信息确定顶管降渗技术方案。

上述技术方案中，在方案建立模块中，设置有基本信息匹配单元、尾矿坝可行检测单元和降渗方案确定单元；通过基本信息匹配单元根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合数值模拟关系结果确定降渗顶管的基本信息参数；通过尾矿坝可行检测单元根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；通过降渗方案确定单元根据降渗顶管的基本信息参数和关键参数可行信息确定顶管降渗技术方案。通过上述技术方案确定的顶管降渗技术方案不仅能够达到降渗要求，而且还确保在尾矿坝中具有可行性，此外确定的顶管降渗技术方案中降渗顶管的材质、位置、弧度半径、管径等基本信息参数都是根据数值模拟模块中数据模拟关系结果确定的，均为矿浆渗出压力以及渗出速度最优情况下的参数，使得确定的管径降渗技术方案是最优化的，从而能够达到快速降渗的目的。

本发明提供的一个实施例中，所述参数调节单元在对所述降渗顶管简化模型进行单一参数控制过程中分别对降渗顶管的布置位置、弧度半径、排水管孔数量以及材质采用单一变量控制原则获得多个降渗顶管简化模型结果。

上述技术方案中，通过参数调节单元对降渗顶管简化模型进行单一变量，分别对降渗顶管的布置位置、弧度半径、排水管孔数量以及材质采用单一变量控制原则，分别对降渗顶管的位置进行改变，对弧度半径的弧度在45°、60°以及90°等不同弧度数下进行改变，对排水管控数量进行改变以及对降渗顶管的材质进行改变，获得不同变量下的降渗顶管简化模型结果，从而能够根据降渗顶管简化模型结果拟合出以同一个变量参数之间的变化关系，便于方案建立模块在确定顶管降渗技术方案的时候容易匹配出变量参数的最优情况，使得获得的顶管降渗技术方案是优化的。

本发明提供的一个实施例中，所述尾矿坝可行检测单元，包括：可行新息确认单元和检测单元；

所述可行信息确认单元，用于根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；

所述检测单元，用于对尾矿坝进行检验。

上述技术方案中，在尾矿坝可行检测单元中设置有可行新息确认单元和检测单元；通过可行信息确认单元根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；通过检测单元对尾矿坝进行检验。通过上述技术方案，通过可行新息确认单元能够确定顶管降渗技术方案的可实施行，使得确定的顶管降渗技术方案能够顺利在降渗执行模块执行；通过检测单元实现对尾矿坝的稳定监测，使得得到的检测结果能够准确反映尾矿坝的当前稳定状态，进而使得在出现不稳定之前及时进行降渗，从而降低浸润线的高度，保障尾矿库的安全运行。

如图2所示，本发明提供的一种用于金属矿山尾矿库内部顶管的快速降渗方法，包括：

步骤一、针对尾矿坝内水体在降渗顶管中的渗出过程进行数值模拟，获得数值模拟关系结果；

步骤二、根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合所述数值模拟关系结果，确定顶管降渗技术方案；

步骤三、执行确定的顶管降渗技术方案，对尾矿库进行降渗。

上述技术方案中，在对金属矿山尾矿库内部顶管进行快速降渗时，首先，针对尾矿坝内水体在降渗顶管中的渗出过程进行数值模拟，获得数值模拟关系结果；然后，根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合数值模拟关系结果，确定顶管降渗技术方案；最后，执行确定的顶管降渗技术方案，对尾矿库进行降渗。通过上述技术方案，采用数值模拟方法得到降渗顶管中的渗出过程中矿浆渗出压力以及渗出速度与降渗顶管的位置、弧度半径、管径、排水管孔数量以及顶管材质之间的关系，从而使得确定的顶管降渗技术方案能比较好的对尾矿库进行降渗，从而能够实现快速降低库水位及浸润线高度，提高尾矿库坝体稳定性，保障尾矿库尤其汛期尾矿库的安全运行。

本发明提供的一个实施例中，所述针对尾矿坝内水体在降渗顶管中的渗出过程进行数值模拟，获得数值模拟关系结果的过程包括：

建立降渗顶管简化模型；

对所述降渗顶管简化模型进行单一参数控制，得到多个降渗顶管简化模型结果；

根据所述多个降渗顶管简化模型结果进行分析，得到数值模拟关系结果。

上述技术方案中，在针对尾矿坝内水体在降渗顶管中的渗出过程进行数值模拟，获得数值模拟关系结果的过程中，首先，建立降渗顶管简化模型；然后，对降渗顶管简化模型进行单一参数控制，得到多个降渗顶管简化模型结果；最后，根据所述多个降渗顶管简化模型结果进行分析，得到数值模拟关系结果。通过上述技术方案采用数值模拟的方法得到降渗顶管中的渗出过程中矿浆渗出压力以及渗出速度与降渗顶管的位置、弧度半径、管径、排水管孔数量以及顶管材质之间的关系，从而使得确定的顶管降渗技术方案能比较好的对尾矿库进行降渗，从而能够实现快速降低库水位及浸润线高度，提高尾矿库坝体稳定性，保障尾矿库尤其汛期尾矿库的安全运行。

本发明提供的一个实施例中，所述根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合所述数值模拟关系结果，确定顶管降渗技术方案的过程包括：

根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合所述数值模拟关系结果确定降渗顶管的基本信息参数；

根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；

根据所述降渗顶管的基本信息参数和所述关键参数可行信息确定顶管降渗技术方案。

上述技术方案中，在根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合所述数值模拟关系结果，确定顶管降渗技术方案的过程中，首先，根据尾矿库的基本信息以及降渗要求结合数值模拟关系结果确定降渗顶管的基本信息参数；然后，根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；最后，根据降渗顶管的基本信息参数和所述关键参数可行信息确定顶管降渗技术方案。通过尾矿坝可行检测单元根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；通过降渗方案确定单元根据降渗顶管的基本信息参数和关键参数可行信息确定顶管降渗技术方案。通过上述技术方案确定的顶管降渗技术方案不仅能够达到降渗要求，而且还确保在尾矿坝中具有可行性，此外确定的顶管降渗技术方案中降渗顶管的材质、位置、弧度半径、管径等基本信息参数都是根据数值模拟模块中数据模拟关系结果确定的，均为矿浆渗出压力以及渗出速度最优情况下的参数，使得确定的管径降渗技术方案是最优化的，从而能够达到快速降渗的目的。

本发明提供的一个实施例中，所述对所述降渗顶管简化模型进行单一参数控制，得到多个降渗顶管简化模型结果时，分别对降渗顶管的布置位置、弧度半径、排水管孔数量以及材质采用单一变量控制原则获得多个降渗顶管简化模型结果。

上述技术方案中，在对降渗顶管简化模型进行单一参数控制时，分别对降渗顶管的位置进行改变，对弧度半径的弧度在45°、60°以及90°等不同弧度数下进行改变，对排水管控数量进行改变以及对降渗顶管的材质进行改变，获得不同变量下的降渗顶管简化模型结果，从而能够根据降渗顶管简化模型结果拟合出以同一个变量参数之间的变化关系，便于方案建立模块在确定顶管降渗技术方案的时候容易匹配出变量参数的最优情况，使得获得的顶管降渗技术方案是优化的。

本发明提供的一个实施例中，所述根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息的过程包括：

根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；

对尾矿坝进行检验；

其中，所述检验步骤如下：

获得尾矿坝中浸润线的位置信息；

计算浸润线分别到条块上边界的高度h和到条块坡外水位的高度i以及到条块下边界的高度j；

根据下述公式计算尾矿坝的检验系数；

δ＝(∑(d×(a*h+b*i+c*j)cosαtanβ)+∑n*l)÷w

上述公式中，δ表示检验系数，d表示条块宽度，a表示尾矿坝的天然容重，b表示尾矿坝的浮容重，c表示容重，α表示滑弧中心线与垂线之间的夹角，β表示摩擦角，n表示条块的粘附力，l表示条块上的滑弧长度，w表示中间量，具体表示为：

w＝∑d×(a*h+b*i+c*j)sinα；

根据所述检验系数确定检验结果。

上述技术方案中，根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息的过程包括：根据尾矿坝的坝体堆筑方式和坝面材质确定关键参数可行信息；和对尾矿坝进行检验，通过确定关键参数可行信息能够确定顶管降渗技术方案的可实施行，使得确定的顶管降渗技术方案能够顺利执行；通过对尾矿坝的稳定监测，使得得到的检测结果能够准确反映尾矿坝的当前稳定状态，进而使得在出现不稳定之前及时进行降渗，从而降低浸润线的高度，而且，尾矿坝的坝体渗流增大会使其容重增加，进而会造成坝体抗剪强度下降，渗透力增强，坝坡下滑力增加，造成尾矿坝安全系数降低；而且在坝体内渗流越严重时，尾矿坝的内应力和内摩擦角就会越小，同时也会出现安全性问题，根据这些关联信息确定的检验系数不仅使得检验结果与实际关联关系更加接近，而且还能够有效反映了尾矿坝的安全问题，保障尾矿库的安全运行。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。