尾矿库溃坝模拟分析及风险防控对策

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S2.0024

摘要/Abstract

摘要：

为提高尾矿库应急处置能力,根据当前尾矿库溃坝模拟技术的发展,结合尾矿库现状,分析当前溃坝风险,选定后果最严重的主坝洪水漫顶模式进行分析。采用Flow-3D数值模拟手段,建立尾矿库与周边地形模型,选择最不利状态下尾矿库参数进行仿真模拟,确定溃坝后尾矿泥砂流演进的过程,以及泥砂流对下游开阔地区的影响程度。设置计算网格与边界条件,整体网格采用矩形网格,整体网格大小为2 m,在尾矿库与下游之间加入1 m大小的嵌套加密网格使其精度更高。根据模拟仿真数据和尾矿库实际地形,划分尾矿库下游溃坝影响区域的风险等级,评估其风险情况。结果表明:尾矿库溃坝风险总体可控,极端漫顶工况下尾砂最远影响距离(650 m)小于下游最近构筑物位置(950 m),对村庄影响较小。并有针对性地提出5条风险防控措施。

关键词: 尾矿库, 溃坝模拟, 漫顶, 风险分析, 风险防控

Abstract:

To enhance the emergency response capability of the tailings reservoir, the current dam breach risks were analyzed based on the latest developments in tailings reservoir dam breach simulation technologies and the existing conditions of the facility. The flood overtopping failure mode of the main dam, which leads to the most severe consequences, was selected for detailed analysis. The Flow-3D numerical simulation method was employed to establish a model of the tailings reservoir and surrounding topography. Parameters representing the most unfavorable conditions were used in the simulation to determine the progression of the tailings slurry flow after the dam breach and assess its impact on downstream open areas. The computational grid and boundary conditions were configured with a global rectangular grid size of 2 m. A nested refinement grid of 1 m was added between the tailings reservoir and downstream areas to achieve higher accuracy. Based on the simulation data and the actual terrain of the tailings reservoir, risk levels for downstream areas affected by potential dam breach were classified, and the associated risks were evaluated. The results indicate that the dam breach risk is generally controllable, as the maximum impact distance of tailings under extreme overtopping conditions (650 m) is less than the location of the nearest downstream structure (950 m), resulting in minimal impact on villages. Furthermore, five targeted risk prevention and control measures are proposed.

Key words: tailings reservoir, dam breach simulation, overtopping, risk analysis, risk prevention and control

中图分类号:

X936

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图/表 10

表1

表2

表3

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表4

图2

表5

图3

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表6

参考文献 13

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尾矿库坝	编号	孔口标高	水位埋深
主坝	JRX0-1	39	4.224
	JRX0-2	49	12.366
	JRX0-3	57.5	10.498
	JRX0-4	68	11.990
1号副坝	JRX1-1	60	8.300
1号副坝	JRX1-2	68	12.004
2号副坝	JRX2-1	60	4.885
2号副坝	JRX2-2	68	11.732
3号副坝	JRX3-1	60	8.197
3号副坝	JRX3-2	68	7.994
4号副坝	JRX4-1	78	4.921

坝体	运行状态	计算方法	计算系数	规范要求	是否符合
主坝	正常运行	瑞典圆弧法	1.360	1.20	符合规范对三等库坝体抗滑稳定最小安全系数要求
	正常运行	简化毕肖普法	1.379	1.30
	洪水运行	瑞典圆弧法	1.342	1.10
	洪水运行	简化毕肖普法	1.372	1.20
	特殊运行	瑞典圆弧法	1.244	1.05
	特殊运行	简化毕肖普法	1.264	1.15
1号副坝	正常运行	瑞典圆弧法	1.418	1.20
	正常运行	简化毕肖普法	1.452	1.30
	洪水运行	瑞典圆弧法	1.362	1.10
	洪水运行	简化毕肖普法	1.426	1.20
	特殊运行	瑞典圆弧法	1.346	1.05
	特殊运行	简化毕肖普法	1.372	1.15
2号副坝	正常运行	瑞典圆弧法	1.676	1.20
	正常运行	简化毕肖普法	1.870	1.30
	洪水运行	瑞典圆弧法	1.535	1.10
	洪水运行	简化毕肖普法	1.691	1.20
	特殊运行	瑞典圆弧法	1.509	1.05
	特殊运行	简化毕肖普法	1.685	1.15
3号副坝	正常运行	瑞典圆弧法	2.064	1.20
	正常运行	简化毕肖普法	2.127	1.30
	洪水运行	瑞典圆弧法	1.869	1.10
	洪水运行	简化毕肖普法	2.033	1.20
	特殊运行	瑞典圆弧法	1.805	1.05
	特殊运行	简化毕肖普法	1.865	1.15
4号副坝	正常运行	瑞典圆弧法	1.813	1.20
	正常运行	简化毕肖普法	2.005	1.30
	洪水运行	瑞典圆弧法	1.717	1.10
	洪水运行	简化毕肖普法	1.913	1.20
	特殊运行	瑞典圆弧法	1.692	1.05
	特殊运行	简化毕肖普法	1.871	1.15

溃坝因素	发生因素	库区实际情况	可能性
滑坡	周围工程地质条件较差、岩体风化强烈,存在溶洞引起库岸滑坡、坍塌	根据以往工程地质勘察资料,尾矿库场地条件适宜建设尾矿库,坝体筑坝质量可靠	低
渗流破坏	水位高渗透压高,浸润线位置过高,会导致坝面或下游流出渗流水,引起管涌	在线监测数据表明浸润线埋深符合规范要求。新增排渗设施,尾矿库坝体出现渗流破坏的可能性低	低
坝坡失稳	边坡设置的过陡,出现局部的坍塌、隆起甚至裂缝,坝基下埋有软基或岩溶,水对坝坡冲刷、渗透等	经过坝体稳定性分析计算,坝体抗滑稳定性符合设计及规范要求,坝面已植草皮,设置坝面排水沟	低
洪水漫坝	排洪设施损坏,极端天气,暴雨洪水宣泄不及时,使得库内水位升高,水位漫过坝顶,冲刷下游坝坡	主坝坝肩设置非常溢洪道,设置库周截排洪设施,汛前进行调洪演练,确保调洪库容	低
地震液化	颗粒级配与密实度低,水位高排水差,易饱和,地震烈度高	尾矿库尾砂密度大,胶结好,排水通畅,所在区域地震频率及烈度底	低

时间/s	泥砂混合物深度及范围
0	即将发生溃决,溃口深度约14.7 m
10	坝体左侧、右侧及中部发生溃坝,尾矿泥砂流沿堆积坝下泄,尾矿泥砂流前缘到达初期坝脚处
30	向下游沟谷内水塘低洼处流动,初期坝至坝前道路被淹没范围水深3~22.0 m,尾矿泥砂流前缘到达道路路堤附近;尾砂离初期坝最远距离(直线距离)约150 m
60	尾矿泥砂流沿沟谷和两侧继续流动,主流方向为坝前沟谷,淹没深度2~6 m,离初期坝最远距离(直线距离)约600 m。沟谷左侧有1处矿坑,部分泥砂将分流到矿坑内,前缘距离尾矿轴线垂直交叉点距离约380 m,道路深度3.0~5.0 m
90	库内水位下降至最低,库内水体基本流出库外,尾矿泥砂流沿沟谷和两侧继续流动,谷内淹没深度2.0~6.0 m,离初期坝最远距离(直线距离)约630 m。沟谷左侧矿坑内流体深度2~13.0 m,前缘距离尾矿轴线垂直距离约380 m。道路深度1~4 m
120	库内水体已停止流动,库内尾砂已大面积裸露,泥砂运动已趋于平衡。尾矿泥砂流沿沟谷和两侧继续流动,谷内淹没深度0.5~5.0 m,前缘深度为0.5 m,离初期坝最远距离(直线距离)约650 m。沟谷左侧矿坑内流体深度2~14.0 m,前缘距离尾矿轴线垂直距离约400 m,道路深度0~2.0 m

序号	风险程度	尾砂淹没深度/m
1	高风险区域	10~15
2	中风险区域	5~10
		3~5
		2~3
3	低风险区域	<1