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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:
本项目属竞技宝导航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竞技宝导航企业的投入。
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,指导竞技宝导航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,使竞技宝导航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:

排名

完成人

职称

工作单位

主要贡献

1

梁冰

教授

辽宁工程技术大学

创新点1、2

2

单继舟

高工

辽宁天信工程设计咨询有限公司

创新点1、2

3

易富

教授

辽宁工程技术大学

创新点1、2

4

金佳旭

讲师

辽宁工程技术大学

创新点1、2

5

张树光

教授

辽宁工程技术大学

创新点1、2

6

姜利国

讲师

辽宁工程技术大学

创新点1、2

7

海龙

副教授

辽宁工程技术大学

创新点1

8

张二军

讲师

辽宁工程技术大学

创新点2

9

董擎

研究生

辽宁工程技术大学

创新点1

10

张媛

讲师

辽宁工程技术大学

创新点1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



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