尾矿坝坝体变形监测中多旋翼无人机运用思考

尾矿坝作为矿山尾矿处理的重要设施,其安全性直接关系到周边环境和人类生命财产安全。近年来,尾矿坝安全事故频发,坝体变形监测的重要性愈发凸显。传统监测方法存在人工成本高、效率低、监测范围有限等不足,多旋翼无人机(Multirotor UAV)以其灵活性高、操作简便、覆盖范围广等优势,逐渐成为尾矿坝变形监测的重要工具。本文从多旋翼无人机在尾矿坝变形监测中的优势、应用方法及挑战进行分析,并对未来发展方向提出思考。

基于ISM和知识图谱的尾矿坝事故风险智能识别研究

为了深入理解尾矿坝事故的发生机理和演化规律,提升尾矿坝的安全管理水平,首先通过总结分析尾矿坝事故案例,筛选出导致尾矿坝溃坝的致灾因素;然后引入解释结构模型(ISM),理清因素间的关联模式和层次关系,从而得到尾矿坝事故的演化路径,在此基础上构建尾矿坝事故知识图谱;最后利用BERT-GCN-SVM模型对知识图谱进行编码和分类,其中利用BERT模型提取节点的文本特征,利用GCN模型捕获图结构信息,采用SVM模型对数据进行分类。构建了一个结构化的尾矿坝事故知识图谱。提出的BERT-GCN-SVM模型能够有效地识别尾矿坝风险,为事故预防提供了新的思路和方法,具有工程实用价值。

地形因子对尾矿坝渗流场的影响规律分析

尾矿坝渗流安全稳定性受地形条件影响显著,合理的尾矿库选址是坝体后期安全稳定运行的基础。基于数值模拟方法,通过改变岸坡坡度、山谷宽度和沟谷纵坡比等因素,探究了单个地形因子对坝体渗流场的影响规律。研究发现,山谷两侧坡度对于尾矿坝坝体浸润线的影响最大,底宽的影响次之,沟谷纵坡比的影响最小。同时,结合具体工程实测DEM数据与地层勘察资料,构建了尾矿库三维渗流数值模型。提取地形因子对坝体渗流场进行数值分析,发现山谷地形是影响地下水流动状态的主要因素,建议选择沟谷纵坡比较小、地势较平坦的地形作为尾矿库的选址要求。在此基础上,基于多元线性回归模型建立了地形因子与浸润线高程的关系公式。研究成果可为保障尾矿坝的安全稳定设计提供理论基础。

尾矿坝位移分级预警阈值研究及规律分析

针对尾矿坝在线监测重建设、轻利用的现状,基于尾矿坝位移在线监测时间序列,通过多步逆向云变换算法(Multi-step Backward Cloud Transformation Algorithm Based on Sampling with Replacement,MBCT-SR)改进云模型,根据“3E_(n)原则”和内外包络曲线确定在线监测位移的正常运行值,从而建立尾矿坝位移分级预警阈值模型,并利用某尾矿坝全球导航卫星(Global Navigation Satellite System,GNSS)技术表面位移在线监测数据进行实例验证。结果表明:该尾矿坝水平方向位移的黄、橙、红预警阈值分别为8.41 mm/d、12.94 mm/d、19.41 mm/d,呈现出坝体中间预警阈值最大、并由中间向两侧减小的空间变化规律;尾矿坝垂直方向位移的黄、橙、红预警阈值分别为16.56 mm/d、25.48 mm/d、38.22 mm/d,且随着子坝的堆积,预警阈值逐渐增大。

临近尾矿坝隧道悬臂式掘进机开挖关键技术研究

悬臂式掘进机是一种可实现截割、运输、行走的铣挖机,开挖隧道时对周边环境扰动小。良睦路隧道临近尾矿坝,为了保证尾矿坝稳定,对尾矿坝采取三维网植草防护技术和TBS厚层基材防护技术进行预加固处理;并采用悬臂式掘进机上下台阶法开挖,按照“自下而上、左右循环”的截割路线逐级截割,以降低隧道开挖对尾矿坝的扰动。现场实测表明,悬臂式掘进机开挖施工过程中,尾矿坝表面位移变化平稳,符合安全要求,施工技术获得成功应用,为临近尾矿坝的隧道开挖施工提供了一定借鉴。

初期坝顶部单排水平排渗管布设对尾矿坝稳定性的影响

为揭示初期坝顶部单排布设水平排渗管对尾矿坝稳定性的影响机理,以山东某尾矿库为工程研究对象,将排渗管等效为具有特定饱和渗透系数的材料,基于达西渗流定律以及极限平衡理论,研究不同干滩长度下安全系数随排渗管长度和渗透系数的变化规律,建立最优排渗管长度与干滩长度之间的定量关系,提出初期坝排渗管与坝顶抽水泵协同工作汛期抢险救灾技术。研究结果表明:初期坝顶部水平布设排渗管以及与尾矿坝顶抽水泵协同工作技术可以有效降低坝体内浸润线位置,提高坝体稳定性。研究结果可为汛期尾矿坝排渗提供强有力的技术支持。

尾矿坝渗流对露天采场高陡边坡稳定性影响分析

为分析尾矿坝渗流作用对露天采场高陡边坡稳定性影响,本文选取西藏某露天矿山为研究对象,通过室内实验分析和数值模拟结合的方式,采用GEO-studio分析软件,对边坡渗流场进行计算,最终得到尾矿坝渗流影响前后典型剖面稳定性变化。研究结果表明:尾矿库坝渗流作用下,采场边坡浸润面发生一定变化,静水压力增长,对边坡稳定性存在负面影响。尾矿库排放至最终位置时,典型剖面潜在滑动面范围出现一定变化,滑动面下端向坡底方向扩展。研究成果可为尾矿库渗流作用影响下的高陡边坡工程提供参考。

基于MISSA-CNN-BiLSTM模型的尾矿坝位移预测

为应对尾矿坝位移预测所面临的复杂情况和精度要求,提出一种基于多算法耦合的尾矿坝位移动态预测模型。首先,基于时间序列分解模型将累计位移分为趋势项和周期项,利用高斯回归时间序列预测模型预测趋势项位移;然后,运用不同Copula函数研究诱发因素与周期项位移的整体相关性,鉴于周期项位移影响因素多样性与强非线性的特点,采用多策略融合的改进麻雀搜索算法改进麻雀搜索算法(MISSA)-卷积神经网络(CNN)-双向长短期记忆(BiLSTM)模型预测周期项位移;最后,将高斯回归趋势项位移预测值和MISSA-CNN-BiLSTM周期项位移预测值叠加。结果表明:尾矿坝累积位移预测值与实测值基本一致,预测结果相关性系数R为0.996,均方根误差(RMSE)为0.13 mm,建立的MISSA-CNN-BiLSTM多算法耦合模型预测精度较高,且能较好地预测尾矿坝位移的阶跃型变化。

考虑土层界面效应的尾矿坝渗流稳定性分析

为研究渗流作用下尾矿土土层界面处力学行为对尾矿坝稳定性的影响,以河北省秦皇岛市某尾矿坝为研究对象,通过开展渗流直剪试验及FLAC3D数值建模,得出考虑土层界面效应的尾矿坝安全系数。研究结果表明:渗流状态下,随着水头高度上升,尾矿土抗剪强度下降;土层界面黏聚力呈下降趋势,内摩擦角变化幅度平缓;相同水头高度下,土层界面抗剪强度介于2种土层之间,尾细砂和尾粉质黏土界面黏聚力在多因素耦合作用下进一步降低;与Bishop法相比,考虑土层界面效应的尾矿坝在正常水位和洪水位下得到的安全系数分别下降29.0%,12.1%。研究结果可为多层尾矿土堆积而成的尾矿坝稳定性分析提供技术指导。

近断层地震动作用下尾矿坝响应特性研究

近断层脉冲型地震动含有大幅值的位移脉冲和速度脉冲,其短时间的脉冲能量集中更易导致尾矿坝矿渣的液化。以内蒙古自治区某尾矿坝工程为例,建立二维有限元模型,采用变形-孔压耦合的有效应力法分析尾矿坝液化、永久变形、加速度及坝坡稳定等动力响应特性,与总应力法对比,研究近断层地震动的脉冲效应和变形-孔压耦合效应对尾矿坝液化等动力响应的影响规律。结果表明:脉冲型地震动作用下坝体动孔压在地震前期短时间内急剧上升,更易发生液化;非脉冲型地震动孔压发展于地震过程前期各时段,孔压上升缓慢;脉冲型地震动的速度脉冲效应使得尾矿坝整体结构破坏加强;坝坡稳定安全系数时程相比于非脉冲型的高频率、小幅度波动,脉冲型地震动作用下呈现低频率、大幅度波动,尾矿坝坝坡稳定性较差。

基于1DCNN-LSTM尾矿坝浸润线预测

准确预测浸润线位置变化对尾矿坝的稳定性和安全性至关重要,为充分挖掘浸润线数据提供的空间特征和时序信息,提出将一维卷积神经网络(1DCNN)和长短期记忆神经网络(LSTM)相结合方法预测浸润线。以辽宁省齐大山风水沟尾矿库主坝为例,使用历史浸润线、库水位、坝体内外部位移、干滩长度5个主要因素作为模型输入数据,预测未来1 d和未来3 d的浸润线位置。将1DCNN-LSTM模型与经典的LSTM和反向传播神经网络(BP)进行对比研究。结果表明,1DCNN-LSTM浸润线预测的决定系数(R^(2))均在0.9以上,未来1 d的浸润线预测误差均值绝对值为0.004 m,最大误差绝对值为0.06 m,未来3 d的浸润线预测误差均值绝对值为0.003 m,最大误差绝对值为0.065 m,优于经典模型。这为短期浸润线预测提供一定的参考依据。

结合CNN-LSTM优化模型在尾矿坝浸润线预测中的应用

浸润线是尾矿库的生命线,准确地预测浸润线仍是目前较难解决的重要课题。为了能够有效地预测尾矿坝浸润线的演变态势,提出了一种适用于尾矿坝浸润线预测的高精度卷积神经网络-长短期记忆(Convolutional Neural Network-Long Short-Term Memory,CNN-LSTM)网络优化模型。以云南省某铜矿尾矿库为研究对象,运用CNN提取浸润线数据在高维空间的联系,并捕捉浸润线时序特性的空间关联特征,运用LSTM捕捉及解析其长期依赖关系的特点,优化CNN的卷积层层数与LSTM隐含层层数,选取最优组合,实现对浸润线变化趋势的精确预测。试验结果表明:与单一的CNN模型和LSTM模型相比,CNN-LSTM优化模型的收敛速度快,泛化能力强,且该模型的决定系数、平均绝对误差、均方误差、平均绝对百分比误差、均方根误差均达到了非常高的拟合优度及预测精度,显示了基于CNN-LSTM优化模型进行尾矿坝浸润线预测的优越性,为保障尾矿库长期安全运行提供依据。

无人机摄影测量在尾矿坝变形监测分析中的应用

由于尾矿坝安全管理范围大,山地环境特殊,传统测绘手段难以开展,尾矿坝变形位移数据仅通过单点或多点的监测方式获得,因此本文提出一种基于无人机(UAV)摄影测量的尾矿坝变形监测分析方法。该方法通过无人机对尾矿坝两期空间三维地理信息数据的采集,将采集到的两期数据分别进行三维重建并生成点云模型,再利用地理信息三维时空对比分析技术对两期点云模型进行对比分析。结果表明:该方法实现了对尾矿坝由点到面的全方位监测,监测精度可达厘米级,为尾矿坝宏观变形监测及异常变形区域的快速核查及安全巡检等提供了依据。

爆破振动对临近尾矿坝的影响分析

为研究爆破振动对临近尾矿坝的影响,以临近尾矿坝的某公司山梁爆破为工程背景,进行了5组不同参数下的现场爆破试验。监测的尾矿坝坝体爆破的振动主频在0~50 Hz之间。通过监测结果拟合萨道夫斯基经验公式,模拟实际爆破条件下尾矿坝的振动载荷,并计算了尾矿坝在实际爆破方案和放大的爆破载荷下的振动响应和坝体稳定性。通过分析爆破速度阈值与坝体稳定安全系数间的关系,得出本尾矿坝安全允许质点速度为3 cm/s。在设计爆破方案条件下,受爆破振动影响最危险的区域位于堆积坝713.0 m标高处,初期坝的最大振速为0.220 cm/s,堆积坝的最大振速为0.157 cm/s,满足尾矿坝的安全允许质点速度要求。

考虑模袋体非连续性的某模袋法尾矿坝稳定性分析

模袋法尾矿坝是一种新型尾矿坝堆坝技术,模袋体之间及模袋体与尾矿库砂的相互作用是典型的非连续问题。考虑了模袋体的大位移、大变形及模袋体与尾矿库砂之间的滑移脱离特性,以我国某模袋法尾矿坝为例,基于非连续-连续耦合方法分析了模袋法尾矿坝的稳定性和失稳破坏过程,研究了模袋体层间接触特性对坝体稳定性的影响规律。结果表明:模袋法尾矿坝相较传统的上游法尾矿坝安全系数提高了20.1%,模袋法堆坝技术有利于增强坝体稳定。尾矿坝失稳瞬间坝坡顶点、中点和坡脚点处位移发生突变,尾矿坝失稳后,坝坡明显坍落,尾矿砂在模袋子坝坡脚处堆积。对于坝坡坡度较缓的模袋法尾矿坝,提高模袋体层间抗剪强度对尾矿坝稳定性的提升效果有限。

某尾矿坝动力抗震分析

基于某尾矿坝的地质条件和工程特性,建立了尾矿坝的动力分析模型。然后,采用时程分析方法,对尾矿坝在地震作用下的动力响应进行了计算和分析。结果表明,尾矿坝的最大水平加速度反应值较小,对整体稳定性影响有限;动剪应力随高程增加而减小,最大值出现在初期坝坝基底部,其他土层动剪应力较低,不会发生剪切破坏;液化区域范围小,对坝体稳定性影响小。对坝坡的地震稳定性分析显示,尾矿坝最危险滑弧的安全系数始终大于1.05,表明坝体保持安全稳定状态。对尾矿坝的永久变形分析显示,尾矿坝最大永久变形约为0.11 m,低于坝高的1%,不会对坝体安全稳定构成威胁。

白岩尾矿坝土工席垫排渗措施模拟及渗控效果分析

土工席垫是一种新型土工合成材料,具有集水、水平排水的功能。针对白岩尾矿坝初期排渗系统已部分失效的现状,提出了该工程的后期加高扩容采用土工席垫的水平排渗措施,通过建立包含土工席垫及其排渗管的尾矿库精细三维渗流有限元模型,分析了土工席垫的排渗效果,论证了土工席垫排渗措施的合理性和有效性。通过建立等效渗流分析模型,研究了土工席垫的等效模拟方法及相应的等效渗透系数,成果可用于尾矿坝全库整体模型的三维渗流计算分析。

酸碱溶液作用下尾矿坝渗流场特征及稳定性分析

为研究库水的酸碱度和长期浸泡对尾矿坝稳定性的影响,对化学溶液作用下的尾矿材料进行了渗透性测试,分析尾矿坝内的速度场和有效饱和度,分析不同渗透系数比条件下浸润点和浸润线埋深的变化。结果表明:(1)在酸碱溶液作用下,尾矿材料的渗透系数降低,溶液酸碱性越强,作用时间越长,变化越明显。(2)随化学溶液逐渐变酸或变碱时,坝内流体流速逐渐降低,库内滩长逐渐缩短,且碱性环境下干滩长度的减小幅度大于酸性环境下的减小幅度。(3)当尾矿上层渗透系数低于下层渗透系数时,坝体浸润线埋深浅,浸润点高。尾矿坝浸润线埋深与上层渗透系数呈正相关。

基于GEO-Studio对尾矿坝渗流数值模拟计算分析

该文采用GEO-Studio计算软件建立尾矿坝二维有限元计算模型对尾矿坝进行渗流场计算,计算浸润线埋深与实测浸润线埋深进行对比分析得到采用GEO-Studio计算软件对尾矿坝进行渗流计算的合理性;并对后期尾矿坝加高后渗流进行数值计算,可预测后期尾矿坝渗流规律,为企业安全管理尾矿坝,控制库内水位及干滩长度提供重要参考依据,以确保尾矿坝的安全稳定运行。

渗流条件下土工格栅加筋尾矿坝稳定性分析

为了解三向土工格栅加筋对尾矿坝加固的影响,明确其加固效果,以某一等尾矿库主坝为背景,利用ABAQUS软件并基于强度折减法对此尾矿堆积坝进行了土工格栅加筋稳定性计算,探讨了渗流作用下常规坝体增高、三向土工格栅加筋加高、干滩长度对坝体稳定性的影响。研究结果表明:常规加高及干滩长度减小均会使浸润线埋深和坝体安全系数降低;三向土工格栅加筋尾矿坝对有效降低坝体浸润线、改善整体稳定性,对堆积坝整体加筋对提高坝体稳定性作用更显著。研究成果可为加筋堆积坝稳定性提供参考。