尾礦壩
關(guān)注創(chuàng)建者：SRM石 創(chuàng)建時間：2016-03-26
尾礦壩的實(shí)例教程
引言
一個不爭的事實(shí)是尾礦壩(Tailings Dam)比水壩(Embankment)更容易發(fā)生破壞，主要是因?yàn)?em>尾礦壩材料是由細(xì)粒的尾粉土組成，特別是使用上游法筑壩，近年來發(fā)生破壞的尾礦壩幾乎都是采用的是上游法筑壩方法。加拿大Alberta特有的油砂(Oil Sands)尾礦壩相比金屬尾礦壩相對安全一些，原因是尾礦內(nèi)含有大量粘土；而對于金屬尾礦壩，鐵礦的尾礦壩是不是比其它類型金屬的尾礦壩更容易發(fā)生破壞，這是一個非常有趣的科學(xué)和工程問題，本文最后簡要討論了這個話題。
當(dāng)尾礦壩發(fā)生破壞后，礦業(yè)公司通常會聘請專家調(diào)查組對尾礦壩的潰壩原因進(jìn)行詳細(xì)的事故技術(shù)調(diào)查，取決于礦業(yè)公司對事故的重視程度，有的僅聘請一個調(diào)查組，有的聘請兩個調(diào)查組，有的甚至聘請三個調(diào)查組，一個典型例子是1997年南非的Merriespruit尾礦壩破壞，那次事故造成17人死亡，事故發(fā)生后成立了三個獨(dú)立的調(diào)查組，分別由政府、礦山業(yè)主以及尾礦庫的運(yùn)營者組織。
事故調(diào)查組成員都是尾礦工程領(lǐng)域內(nèi)的專家和學(xué)者，事故調(diào)查在大多數(shù)情況下都不是單純研究過去可得到的資料，我們通常稱之為Desktop Study(類似于文獻(xiàn)回顧)，而是作為一個獨(dú)立的項目展開研究，包括新的巖土工程勘察、試驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬。
當(dāng)有兩個或兩個以上專家組進(jìn)行調(diào)查時，會遇到的一種情形是各個調(diào)查組形成的結(jié)論不一致，其實(shí)這很好理解，一方面由于巖土材料的不確定性，另一方面由于專家組人員廣泛的研究背景，最后的結(jié)論通常取決于專家組組長的意見，更偏向于自己熟悉和專長的解釋。
2 尾礦壩破壞的總體原因
所有的尾礦壩破壞都與水的存在有關(guān)。我以前說過的一句話是：“沒有水的存在就沒有土力學(xué)；沒有節(jié)理的存在就沒有巖石力學(xué)。”盡管這句話說得有些極端，但確實(shí)顯示出巖土工程的核心所在。
展開 在目前的工作中，除了回顧《Independent Expert Engineering Investigation and Review---Mount Polley Tailings Storage Facility Breach(獨(dú)立專家工程調(diào)查和審查---Mount Polley尾礦儲存設(shè)施破壞事件)》之外，還回顧了近期尾礦壩破壞分析的4份研究報告，包括：
(1) Allen Marr(Geocomp, USA): Geotechnical aspects of tailing dams(尾礦壩的巖土工程問題)
(2) Michael Jefferies(Golder Associates, Canada): Improving governance will not be sufficient to avoid dam failures(提高監(jiān)管不足以避免大壩破壞)
(3) Chad LePoudre(BHP, Canada): Tailings faiulre case studies,statistics and failure modes(尾礦庫的案例研究、統(tǒng)計和破壞模式)
(4) Scott M. Olson (University of Illinois at Urbana-Champaign, USA) The shear strength of liquefied soils-updates and new developments(液化土的抗剪強(qiáng)度-更新和新的發(fā)展)
4 波利山尾礦壩數(shù)值模型
波利山尾礦壩【能精確預(yù)警尾礦壩的潰壩嗎?|波利山(Mount Polley)尾礦壩事故調(diào)查】的簡化模型如下圖所示，壩體由5部分組成。
展開 引言
與采礦邊坡的穩(wěn)定性分析不同，由于尾礦壩具有規(guī)則的斷面形狀，而且縱向長度很長，因此大多數(shù)情況下可以使用平面應(yīng)變假設(shè)進(jìn)行二維分析，而不需要進(jìn)行三維分析。另一方面，根據(jù)對尾礦壩破壞案例的觀察發(fā)現(xiàn)，潰壩的部位大部分出現(xiàn)在壩長的中間部位，類似于一個梁受均布荷載作用下的最大彎矩處，盡管這種類比沒有嚴(yán)格的理論證明。
基于上述假設(shè)，我們的計算剖面選擇在壩體南側(cè)的中間部位，這個剖面對應(yīng)于巖土工程勘察剖面12#。
2. 12#剖面
12#剖面共有10個鉆孔，其中4個鉆孔在壩體外側(cè)，6個鉆孔在尾礦庫內(nèi)。壩體外側(cè)的鉆孔為12-1, 12-2, 舊孔8和12-3，壩體內(nèi)測的鉆孔為12-4至12-9。
由于我們的主要目的是分析壩體外側(cè)的穩(wěn)定性，因此著重觀察壩體外面的4個鉆孔，壩體內(nèi)測僅觀察與之相距最近的鉆孔12-4。
(1) 12-1鉆孔揭示出的地層從上至下分別為尾粉土、粉土、中砂和粉質(zhì)粘土。沒有找到原狀樣的試驗(yàn)結(jié)果。
(2) 12-2鉆孔位于初始壩附近，因此上部地層是建筑初始壩的素填土，下部地層與12-1鉆孔相同。沒有找到原狀樣的試驗(yàn)結(jié)果和SPT值。
(3) 舊孔8借用了以前的勘察結(jié)果，上部地層是尾粉土，接下來有一層層厚1.2m的尾粉質(zhì)粘土，下部的粉土層內(nèi)夾著一個透鏡體粉砂層，由于這一層的范圍很小，在穩(wěn)定性分析模型中我們將忽略這個透鏡體。尾粉土的SPT值從N=7變化到N=18。
(4) 12-3鉆孔主要由尾粉土組成，接下來是尾粉質(zhì)粘土和粉土層。尾粉土SPT值最小值N=11，最大值N=32。
(5) 12-4鉆孔位于壩體內(nèi)測，地層分布與鉆孔12-3相同，但SPT值變化幅度很大。
展開 尾礦壩滲流分析ansys源程序 ￥3.2
ansys尾礦壩滲流分析，源程序見“付費(fèi)”后的附件中。
引言
靜態(tài)液化涉及土強(qiáng)度的突然喪失和在沒有地震作用下的液化，已被確定為許多尾礦壩潰壩的原因。本文總結(jié)了由靜態(tài)液化引起的4個尾礦壩潰壩的案例(其中3個在以前的公眾號文章中討論過)，以此作為類比對象來檢查目前尾礦壩靜態(tài)液化的可能性。
尾礦壩靜態(tài)液化的觸發(fā)因素和機(jī)理 (static liquefaction)
靜態(tài)液化模擬(Static Liquefaction)
使用非排干脆性指數(shù)粗略估算靜態(tài)液化(undrained brittleness index)
2. 破壞案例
2.1 Brumadinho dam
2019 年 1 月 25 日發(fā)生在巴西的布魯馬迪尼奧災(zāi)難 (Brumadinho dam)是歷史上最嚴(yán)重的尾礦壩潰壩事故之一，排放了近1200萬立方米尾礦，淹沒了下游地區(qū)，造成至少270人死亡。調(diào)查指出尾礦內(nèi)的靜態(tài)液化是可能的破壞機(jī)制，穩(wěn)定性分析表明即使在災(zāi)難發(fā)生之前安全系數(shù)也很低。專家小組將破壞歸因于蠕變應(yīng)變導(dǎo)致強(qiáng)度突然喪失以及強(qiáng)雨期后土吸力喪失。后來的一項研究指出了鉆井引起的液化，這也顯示出最終確定破壞原因的挑戰(zhàn)。
尾礦壩破壞原因的不同解釋
尾礦壩破壞原因解釋的不確定性
布魯馬迪尼尾礦壩破壞的原因(Brumadinho dam disaster)
2.2 Merriespruit dam
1994 年南非的 Merriespruit 尾礦壩潰壩也歸因于靜態(tài)液化。暴雨導(dǎo)致尾礦壩潰決，釋放出 60 萬立方米的尾礦，順流而下 3公里，淹沒了 Merriespruit 村。溢流和侵蝕是直接原因，但研究表明靜態(tài)液化是導(dǎo)致液化尾礦釋放的潛在破壞機(jī)制。
展開 
尾礦壩的最新內(nèi)容
引言
靜態(tài)液化涉及土強(qiáng)度的突然喪失和在沒有地震作用下的液化，已被確定為許多尾礦壩潰壩的原因。本文總結(jié)了由靜態(tài)液化引起的4個尾礦壩潰壩的案例(其中3個在以前的公眾號文章中討論過)，以此作為類比對象來檢查目前尾礦壩靜態(tài)液化的可能性。
引言
與采礦邊坡的穩(wěn)定性分析不同，由于尾礦壩具有規(guī)則的斷面形狀，而且縱向長度很長，因此大多數(shù)情況下可以使用平面應(yīng)變假設(shè)進(jìn)行二維分析，而不需要進(jìn)行三維分析。另一方面，根據(jù)對尾礦壩破壞案例的觀察發(fā)現(xiàn)，潰壩的部位大部分出現(xiàn)在壩長的中間部位，類似于一個梁受均布荷載作用下的最大彎矩處，盡管這種類比沒有嚴(yán)格的理論證明。
加拿大Alberta特有的油砂(Oil Sands)尾礦壩相比金屬尾礦壩相對安全一些，原因是尾礦內(nèi)含有大量粘土；而對于金屬尾礦壩，鐵礦的尾礦壩是不是比其它類型金屬的尾礦壩更容易發(fā)生破壞，這是一個非常有趣的科學(xué)和工程問題，本文最后簡要討論了這個話題。
1 試驗(yàn)尾砂與微生物
1.1 尾砂
在湖南省某鉛鋅礦尾礦壩取得實(shí)驗(yàn)所使用尾砂,將尾砂烘干處理,使用2 mm篩網(wǎng)對烘干的尾砂進(jìn)行初篩,去除大體積雜物,并通過參考《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123—2019)所記錄的實(shí)驗(yàn)方法,對尾砂進(jìn)行顆粒篩分分析試驗(yàn)和土工試驗(yàn)。除雜后取200 g尾砂,分別過1、0.5、0.25、0.1、0.075和0.05 mm孔徑的標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng),得到尾砂顆粒級配。
涉及人身安全、危險性較大的設(shè)備按照國家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行定期檢測檢驗(yàn)；
（五）三等及以上尾礦庫專職安全生產(chǎn)管理人員數(shù)量應(yīng)不少于4人，四等、五等尾礦庫應(yīng)不少于2人；
（六）配備水利、土木或者選礦（礦物加工）等尾礦庫相關(guān)專業(yè)中專及以上學(xué)歷或者中級及以上技術(shù)職稱的專職技術(shù)人員，其中三等及以上尾礦庫專職技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)不少于2人，四等、五等尾礦庫專職技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)不少于1人；
（七）尾礦庫初期壩和堆積壩壩體參數(shù)符合設(shè)計要求
還要對尾礦壩中的廢水進(jìn)行處理以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)浮選廢水適度凈化后全部回用和零排放。對于未處理的采空區(qū)、廢舊巷道和硐室的礦山，利用井下采空區(qū)排放尾礦是一種處置尾礦行之有效的辦法。
3.土壤基層改良
礦山開采造成生態(tài)破壞的關(guān)鍵是土地退化，也就是土壤因子的改變，即廢棄地土壤理化性質(zhì)變壞、養(yǎng)分丟失及土壤中有毒有害物質(zhì)的增加。因此，土壤改良是礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)最重要的環(huán)節(jié)之一。
Olson (University of Illinois at Urbana-Champaign, USA) The shear strength of liquefied soils-updates and new developments(液化土的抗剪強(qiáng)度-更新和新的發(fā)展)
4 波利山尾礦壩數(shù)值模型
波利山尾礦壩【能精確預(yù)警尾礦壩的潰壩嗎?
加大春季開化期、夏季防汛期等關(guān)鍵時段重點(diǎn)尾礦庫執(zhí)法檢查力度，全面檢查尾礦壩、排洪系統(tǒng)、干灘長度、庫水位及監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)尾礦庫隱蔽工程施工質(zhì)量管控，強(qiáng)化尾礦庫排洪系統(tǒng)質(zhì)量檢測，針對性治理排洪系統(tǒng)冰凍災(zāi)害，嚴(yán)格落實(shí)各項安全防范措施，全力防范尾礦庫潰壩、泄漏事故發(fā)生。（完成時限：2022年和2023年底前各完成1次）
4. 加強(qiáng)尾礦庫安全風(fēng)險管控。
1 引言
積水條件下的邊坡穩(wěn)定性(Ponded Water in Slope Stability)分析是巖土工程經(jīng)常遇到的一個問題，最典型的場景如水庫的土壩或土石方壩【從巖土工程視角看本周美國水壩的損壞】，工業(yè)場地的積水池(蓄水池)以及采礦工程的尾礦壩等，在這個筆記中，我們使用HYRCAN分析這類邊坡的穩(wěn)定性，并與SLIDE的計算結(jié)果進(jìn)行比較。
合理建設(shè)尾礦礦壩，形成穩(wěn)定礦場與尾礦庫，降低滑坡和塌方風(fēng)險。
(5) 對于坑道開采，在坑道內(nèi)一定要做好支護(hù)，做到邊開采邊支護(hù)，防止因礦頂坍塌、冒頂?shù)犬a(chǎn)生的危害，尤其上方有住戶處要預(yù)防引起上部地面開裂，同時做好坑道的排水設(shè)計，以防因礦坑涌水造成危害。
(6) 加強(qiáng)礦山環(huán)境監(jiān)督與檢查，進(jìn)行全面、系統(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害影響評估。對破壞生態(tài)環(huán)境的小礦、低產(chǎn)能礦場進(jìn)行堅決關(guān)停。
