2015年辽宁省科学金属进步奖公示材料

                          国家科学技术进步奖推荐项目公示内容
                                                 （2015 年度）
项目名称: 化学-应力-渗流耦合作用下尾矿坝变形监测与排渗技术
推荐单位:辽宁工程技术大学
项目简介:
本项目属矿山安全技术和岩土工程交叉领域。
本成果为国家自然基金资助项目“化学-应力耦合作用下尾矿坝体变形机理研究”（编号50974070）、教育部博士点基金项目“浑水入渗作用下尾矿坝失稳机理研究”（编号20102121110003）、以及辽宁省百千万人才项目“基于化学-应力耦合作用的尾矿坝稳定性评价及监测监控”。露天堆存的尾矿砂在综合考虑各种外界环境影响下，易发生由于坝体固结变形和浸润线过高造成的失稳。针对尾矿坝运行与灾变过程中存在的关键科学问题，围绕着化学－应力-渗流耦合作用下尾矿坝变形特性，采用渗流力学、地球化学和岩土力学等多学科交叉方法，通过不同水化学环境的室内固结压缩渗透试验，建立化学－应力-渗流耦合作用下，尾矿砂变形模型，研究所建立含多变量的非线性耦合模型的数值解法，将模拟结果与试验结果相验证，为尾矿坝工程建设、运营状况监控以及排渗设计提供科学依据，取得主要创新成果有：
1.创建了化学-应力-渗流耦合作用尾矿坝变形理论，建立了尾矿坝变形预测新方法
应用自行研发的固结渗透装置，对不同pH值酸碱溶液浸泡下的尾矿砂进行压缩实验，定量描述浸泡时间对弹性模量的影响函数，建立尾矿砂变形的孔隙压力-孔隙率-H+浓度与非线性渗透系数-孔隙率-H+浓度之间的关系；构建考虑化学-应力-渗流作用的尾矿砂一维非线性耦合模型；运用有限差分方法对耦合模型进行离散，得出求解矩阵，编程求解程序计算。通过数值计算得出坝体变形的基本规律，找出坝体失稳的最不利位置，指导企业在最不利位置进行监控，实时监测数据，保证坝体稳定的同时，能够节省人员和监测设备，从人力物力财力多方面降低矿山企业的投入。
2. 创建了尾矿浆渗流理论，开发了反滤层参数优化关键技术
应用自行研发的浑水入渗试验装置，对不同浓度尾矿浆和不同细度尾矿砂渗透特性进行实验，提出尾矿颗粒在坝体中运动和沉积的判定条件；建立动态孔隙度模型和动态渗透系数模型，以及考虑动态物性参数的尾矿坝流固耦合模型，对模型进行离散求解，同时分析反滤层厚度与尾矿坝渗透特性的关系，计算不同厚度的反滤层在尾矿坝后期运营中所发挥到的不同作用，指导矿山企业对于反滤层进行合理的工程施工，从而即能保证反滤层的正常工作，同时也能够起到节省施工人员和施工材料的作用，避免为了防止库内尾矿砂泄露而造成的反滤层过厚的浪费现象，进而降低企业投入。
本项目在理论与关键技术方面取得突破，与国内外同类技术相比，具有一定的技术经济优势，项目整体达到国际领先水平。应用以来，使矿山企业在后期监控维护方面节省投资528万元，经济社会效益巨大。拥有完全自主知识产权，授权发明专利2项，授权实用新型专利1项，受理发明专利3项，在国家核心期刊发表论文27篇，培养博士2名，硕士5名。研究成果在辽宁省内多个矿区推广应用，均取得成功，对尾矿库工程建设、安全监控及排渗控制都具有重要的指导意义。
主要完成单位及创新推广贡献:
1、辽宁工程技术大学
全面负责项目的研究工作。
（1）开发尾矿砂酸碱溶液固结渗流试验设备，通过室内试验，建立了考虑孔隙率和孔隙水压力的尾矿坝数学模型，创建了化学-应力-渗流耦合作用尾矿坝变形理论(创新1)；
（2）开发了尾矿砂浑水入渗试验装置，通过室内试验，建立了尾矿浆渗流数学模型，开发了反滤层参数优化的关键技术(创新2)；
2、辽宁天信工程设计咨询有限公司
（1）参与了考虑孔隙率和孔隙水压力的尾矿坝数学模型的建立，制定了合理的尾矿库监测方案(创新1)；
（2）参与了尾矿坝反滤层关键技术的开发，研发了尾矿坝反滤层施工的关键技术(创新2)；推广应用情况:
项目实施以来，已先后在辽宁省内多个矿区全面推广应用，大幅度降低了尾矿坝后期运营维护的费用，实现了最危险点预测坝体稳定的方法，保障了尾矿坝的安全，取得了一定的经济效益。另外，项目提出的反滤层设计参数优化方法，有效控制尾矿坝浸润线的高度，避免运营后期由于排渗系统淤堵造成的浸润线过高，影响坝体的稳定；避免资源过度浪费等问题，实现了企业的可持续发展，社会效益显著。根据统计，3 年内累计创产值 2.3558 亿元，节支528万元。本项目拥有完全自主知识产权，授权发明专利2项，授权实用新型专利1项，受理发明专利3项，在国家核心期刊发表论文27篇，培养博士2名，硕士5名。
曾获科技奖励情况:
 

主要完成人情况表：