考虑淤堵作用的尾矿渗流细观试验研究

发布时间：2020-03-28 03:26

【摘要】：尾矿库是矿业开采、生产、管理过程中的必然产物,是一个具有高势能的人造泥石流危险源。在尾矿库数量急剧增加的同时,坝体安全事故时有发生,严重威胁人类的生命和财产安全。而淤堵现象在一定程度上改变尾矿坝的细观渗流特性,由此对尾矿坝的结构稳定产生影响,因此考虑淤堵作用下的尾矿坝渗流特性是地下水科学与工程领域的一项必要课题。为研究尾矿的渗流特性,选取河南汝阳寺沟、陕西洛南荣森和石板沟尾矿,河沙、石英砂和直径1 mm的玻璃珠进行室内砂柱渗流淤堵试验和建模数值计算,基于核磁共振技术细观分析不同梯度下的孔隙变化规律,通过EDS和XRD图谱分析化学成分和颗粒形态,利用COMSOL Multiphysics软件模拟尾矿坝渗透率随时间瞬态变化工程。结果表明:(1)三种尾矿粒径分布趋势基本相似,整体来说粒径小,分布集中。粒径在0.25～0.5mm范围的比重最大;其次是粒径在0.15～0.25mm范围的,0.15～0.5mm粒径范围的含量均超过70%。石板沟尾矿和河砂化学成分最复杂,其中含有丰富而存在形式复杂的Fe元素,两者的Ca元素分布规律相同。其次是玻璃珠含有化学元素多;石英砂与荣森尾矿和寺沟尾矿相似,为试验的设计的基础。(2)物理淤堵试验中各试样砂柱的渗透系数随着梯度的增大而减小,这是由于物理淤堵或孔隙分布变化所致。试验设计随着梯度的增加,砂样总孔隙率基本保持不变,但大孔隙比例增多,小孔隙比例减小,孔隙分布曲线发生变化,砂柱孔隙分布在水压变化的影响下发生变化。孔径增加,小尺寸的砂砾在外力的作用下被重新排列,阻塞大颗粒之间的微小孔隙。或者砂砾排列结构不变,粒子在力作用下密集,改变原有的流体通道体积,进而阻碍了流体的渗透,减缓了流速,导致渗透系数降低。(3)化学淤堵试验中,随着浓度的增长,第一天以后孔隙度变化呈现先快后慢,逐渐稳定的趋势。各组试样渗透系数随着时间的增大而减小,石英砂粒径越大孔隙度越大,前3天孔隙度快速减小,考虑在这期间存在化学淤堵。水压力大的化学淤堵反应效果更加明显,各组试验在120h后基本趋于稳定。孔隙分布方面,随着时间的变化,大孔隙和中孔隙峰值都逐渐减小,曲线左移,微小孔隙峰值变化趋势不明显。其现象证明大孔隙逐渐减少,对应的孔径也逐渐减小,整体的孔隙度是减小的。(4)数值模拟的分析部分基于化学淤堵试验渗透系数转化渗透率,再拟合渗透率与时间的公式,基于COMSOL软件模拟汝阳寺沟尾矿库的200天渗流过程,按照渗流液浓度不同分为四个工况。浸润线均有上升,坝体内水位雍高,具有安全隐患。渗流场模拟研究对今后进一步分析尾矿坝化学淤堵及适时采取防治措施具有一定的参考价值。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV223.4

【参考文献】