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尾矿库是矿山开发中必不可少的重要设施,也是矿山中重大的危险源。尾矿库的日常运营情况,不但与一个矿山企业的经济利益有着密切的关系,而且也会影响到下游区域居民的生命财产安全以及周边的生态环境。在尾矿库的整个库区中,尾矿坝溃坝事故发生的危险性最大。尾矿坝发生溃坝前,通常处于高水位运行,且尾矿坝内部浸润线抬升,坝体内大部分区域处于饱和状态。一旦发生溃坝,库内的水和尾砂混合在一起,将会以“泥石流”的形式涌出,冲毁房舍、农田、桥梁和公路,对尾矿库下游地区人民的生命、财产造成巨大危害,导致人员的伤亡,环境受到污染。在国内外的尾矿库灾害事故中,尾矿坝溃坝事故屡见不鲜。因此,研究尾矿坝溃坝事故发生后的致灾范围和影响程度,对预防尾矿坝溃坝事故、加强尾矿坝的安全管理、保证矿山的生产安全具有十分重要的意义。
本文以某尾矿库为研究对象,通过对尾矿库溃坝影响范围的理论计算与数值模拟方面的研究,为尾矿库的安全管理工作提供一定的技术支持。本文具体研究了以下几个方面:
首先,介绍了尾矿设施、尾矿库和尾矿坝的相关理论,分析了尾矿坝溃坝的原因,探讨了尾矿坝坝体的溃决类型及其决定因素;
其次,介绍了现有成熟的尾矿坝溃坝影响范围理论计算的数学模型,阐述了某尾矿库的基本情况并对该尾矿坝的溃坝影响范围进行了理论计算;
再次,介绍了泥浆运动的理论模型和控制方程,用标准κ-ε两方程湍流模型对泥浆的控制方程进行封闭,采用流体体积法(VOF)对溃坝的自由液面流动进行追踪。将泥浆运动理论与溃坝水力学相结合,建立三维尾矿坝溃坝模型,利用大型计算流体力学软件FLUENT,采用瞬时全部溃决方案对该尾矿坝溃坝进行了数值模拟,探讨尾矿坝发生溃决后,尾矿坝内堆存的尾矿和水一起流出,形成具有很强破坏性的泥石流,对下游区域的重要设施及居民区的淹没范围及致灾程度。
最后,通过理论计算结果与数值模拟计算结果的比较分析可以得出利用FLUENT软件对尾矿坝进行溃坝影响范围的数值模拟具有一定的可靠性和合理性,可以为预防尾矿坝溃坝事故以及尾矿库安全管理提供技术支撑。