尾矿的特性、灾害及其资源潜力

尾矿是矿石磨细选别后残余的固体废弃物,尾矿物理化学特性及尾矿库的常规地表堆存共同导致尾矿库存在较大的安全与环境风险。低品位矿体高强度开采趋势下,我国尾矿年排放量维持在10亿t以上的高位,累计堆存规模超200亿t,细粒尾矿堆存方式、潜在灾害防治及综合利用面临新挑战,采选新技术装备及政策利好因素推动尾矿资源潜力亟待释放。因此,以尾矿物理化学特性、排放堆存方法、溃坝灾害、尾矿资源潜力为主线,综述了尾矿物理化学特性、尾矿堆存形式、尾矿溃坝灾害防治等方面的研究进展,系统梳理了尾矿空区充填、尾矿制备材料、尾矿二次利用、超积累植物提取金属元素、尾矿固碳等资源综合利用方法,可为研究者及工业界系统全面地重新审视尾矿废弃物特性、尾矿库灾害防治、矿产可持续开发利用提供启示。

尾矿坝溃决机理与溃坝过程研究进展

尾矿库是维持矿山生产的重要设施,同时也是矿山的重大危险源,开展尾矿坝溃决机理与溃坝过程研究对于提升我国尾矿库防灾减灾水平具有重要意义。分析比较了尾矿坝与挡水土石坝在溃决机理与溃坝致灾过程方面的区别和联系,总结了尾矿坝在坝体形式、填筑方式、坝料组成和溃决机制等方面的特点,对近年来我国在尾矿坝溃坝机理与溃坝致灾过程方面的研究工作进行了较为系统的总结,指出当前我国尾矿坝工程理论研究中存在的问题,并对该领域今后需深入开展的研究工作提出建议。

基于相似试验的尾矿库溃坝泥石流预测分析

模型试验是较为准确预测尾矿型泥石流危害影响范围的研究手段。以四川盐源平川铁矿58号尾矿库为研究原型,应用相似试验原理建立该库的试验模型,进行全溃坝试验。试验中冲击压力在断面1达到峰值21 kPa;泥深呈周期性变化在断面2达到最大值5.8 cm,流速随泥石流演进长度不断减小,在断面1出现最大流速1.7 m/s。试验结果表明,溃坝泥石流的冲击压力、泥深和流速在运动过程中先快速到达峰值,然后逐渐减小,而泥深的变化呈现一定的波动性。各断面冲击压力、泥深和流速的峰值出现的时间并不相同,其出现先后与流通地形有很大关联。

尾矿库溃坝灾害脆弱性评估指标体系及方法研究

目前尾矿库风险评估的通用方法,是以尾矿坝边坡稳定安全系数作为衡量尾矿库溃坝灾害风险度的唯一指标。该方法忽视了尾矿库固有致灾强度的自然属性,以及尾矿库下游人口分布、社会经济发展水平和资源环境条件的差异,致使在荒无人烟的戈壁滩溃坝风险与在人口密集、经济高度发展的上海市溃坝的风险相同的不科学结论。基于脆弱性理论,在综合考虑尾矿库溃坝固有风险和承灾体内在脆弱性的基础上,运用层次分析方法,建立了尾矿库溃坝灾害脆弱性评估指标体系;基于损失率的承灾体风险损失评估方法,获得人口、财产和生态系统三类承灾体风险损失度,并建立了尾矿库溃坝灾害风险损失度评估方法。相关成果有助于进一步完善尾矿库溃坝灾害脆弱性风险评估技术和风险评估的可靠性。

大型天然水体的环境效应研究

结合典型实例，论述大型天然水体——堰塞湖从形成到消亡过程中产生的灾害链和环境效应链，包括堰塞湖的淹没、边岸再造、堰塞沉积物、次生洪水、永久性不良地质环境的灾害和环境效应对人民生命财产的威胁，以及对水利水电、航运、公路和铁路工程的不良影响。

基于数值模拟的溃决型泥石流危险性评价研究

汶川地震后,由地震引起的堰塞体溃决所导致的溃决型泥石流频繁发生,其规模和危害程度远超非溃决型泥石流。为了预测溃决型泥石流冲出特征值与威胁范围,基于FLO-2D数值模拟,以牛圈沟为例,考虑沟道内堵点溃决,对不同降雨频率下的牛圈沟泥石流进行数值模拟并得到其堆积范围及沿程流速、泥深值。采用泥深及泥深与流速乘积值之间关系的方法进行强度划分后,与暴发的重现周期相互结合进行泥石流危险性评价,以此为牛圈沟防灾减灾提供科学参考。对比牛圈沟"9.26"溃决型泥石流与"8.14"非溃决型泥石流实际情况与模拟结果,进行精度验证,结果显示模拟精度较高,与实际较为接近,同时溃决/非溃决型泥石流的冲出量比值能达2.88倍,因此在灾害防治时需要特别关注溃决型泥石流。

汶川县绵虒镇板子沟“8·20”大型泥石流堵河特征及危害性预测

汶川地震后,板子沟曾发生过多次大规模泥石流,尤其是2019年"8·20"泥石流对沟口的道路桥梁以及村寨造成了严重的破坏,将主河道向对岸严重挤压,今后仍存在较大堵河的风险。文章在野外调查以及对泥石流基本特征和形成条件综合分析的基础上,分析了堵河特征,计算了不同频率下泥石流的堵河参数,并预测了各频率下溃决洪水对绵虒镇可能产生的影响。计算结果表明,频率为2%、5%和10%的泥石流造成岷江堵塞的可能性较小,假设发生堵河事件,绵虒镇也不会受到溃坝洪水的危害。频率为1%的泥石流很可能造成主河堵塞。体积约57.38×10^(4)m^(3)的泥石流物质可以到达岷江,形成高度约为51.61 m的堰塞坝。在主河洪水的作用下,堰塞坝发生溃坝,溃坝洪水的峰值流量为5 935.49 m^(3)/s,到达绵虒镇后降至2 312.25 m^(3)/s。由于相应的洪水深度(4.00 m)大于防护堤的高度(3.50 m),因此溃坝洪水很可能会对绵虒镇防护堤附近民房造成破坏。为今后大型泥石流堵河特征的分析,以及溃决洪水对下游城镇可能造成的影响提供了参考。

新疆伊宁克孜勒赛黄土滑坡堵溃型泥石流成灾模式

2017年4月2日凌晨,新疆伊宁县喀拉亚尕奇乡境内由于持续降雨,诱发黄土滑坡堵溃型泥石流灾害,造成直接经济损失50余万元。本文在查明滑坡堵溃型泥石流形成条件、成灾模式基础上,分析了克孜勒赛沟泥石流静力学和运动特征,得出如下结论:(1)此次滑坡堵溃型泥石流成灾模式为:持续降雨→黄土斜坡变形破坏→滑坡滑入沟道形成堰塞坝→堰塞坝溃决形成泥石流;(2) 3#、4#、5#、6#和7#滑坡堰塞坝溃决洪峰流量分别为5. 4 m3/s、10. 1 m3/s、49. 5 m3/s和30. 3 m3/s;(3)泥石流断面流速为1. 88～3. 50 m/s,断面流量为4. 51～41. 39 m3/s,泥石流堆积扇最大长度263. 1m,最大宽度212. 6 m。调查研究结论对克孜勒赛沟滑坡堵溃型泥石流的防治具有现实意义,并提出了针对性的防灾减灾建议。

不同溃坝条件下尾矿库溃坝试验与灾害影响研究

为探究不同溃坝条件下尾砂流的演进规律与灾害影响,提高应对尾矿库溃坝灾害的防灾减灾能力。以四川某尾矿库为研究背景,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,研究不同溃坝条件下溃坝砂流的演进和沉积规律,并预估溃坝灾害影响。研究结果表明:溃坝方式对溃坝砂流的演进过程、尾砂的沉积分布情况与致灾程度有显著影响;与漫顶溃坝相比,瞬时溃坝砂流的淹没范围更广、破坏性更强;砂流在流动过程中存在水-砂分层流动与沉淀的动态变化过程,其淹没面积大于尾砂的沉积面积;试验与数值模拟结果的一致性较高,采用两者相结合的方法研究溃坝砂流流动规律及灾害影响具有一定的可靠性。

基于溃坝洪水演进模拟的动态应急转移路线实现方法

水库一旦溃决将对下游社会经济造成巨大影响,科学合理的应急转移路线将有效降低损失,保障人民群众的生命财产安全.采用二维水动力模型开展溃坝洪水演进模拟,并对模拟结果进行网格化处理.设计了配备信息标识层、应急转移路线层、洪水演进绘制层和背景层的多层结构洪水风险图网格信息存储格式,提出了可通行路网的判别和绘制方法 .结合网格化洪水演进模拟结果和路网信息要素,确定了动态最佳应急转移路线的运行机制.基于某大型水库的溃坝洪水演进模拟结果,将该方法应用于所在城市局部区域的路网绘制和动态应急转移路线制定.应用结果表明,该方法可根据溃坝洪水演进过程实时绘制路网信息,实现应急转移路线智能调整,优化了避洪转移方案,完善了城市洪水灾害应急管理体系.

出山店水库溃坝洪水数值模拟研究

溃坝洪水严重威胁下游地区人民的生命财产安全,准确预测溃坝洪水的影响范围至关重要。针对出山店水库的溃坝洪水,应用高精度二维浅水动力学模型模拟洪水在下游河道的演进过程,采用洪水灾害风险指标量化洪水的灾害程度,研究不同溃决情景下溃坝洪水的动力学特性、下游地区淹没范围和受灾程度的变化情况。结果表明:溃坝初始阶段淹没面积增加主要与流量峰值有关,最终淹没面积大小与溃决后水库下泄水量密切相关。