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2017年国家科技奖励拟推荐项目公示

日期:2016-12-29 来源:中国安科院 点击率:

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尾矿库成灾机制及灾害防控技术与应用公示

  一、基本情况

  项目名称:尾矿库成灾机制及灾害防控技术与应用

  主要完成人:张兴凯、王云海、谢旭阳、李全明、付士根、马海涛、梅国栋、孙恩吉、廖国礼、胡家国、赵军、王庆、李钢、聂剑红、李坤。

  主要完成单位:中国安全生产科学研究院、北京中安科创科技发展有限公司、中安国泰(北京)科技发展中心。

  申报奖励等级:2017年度国家科技进步一等奖。

  二、推荐单位意见

  该项目研究成果创新性强,为攻克尾矿库成灾机制及灾害防控这一世界难题提供了基础理论、技术、产品和工程示范,研究成果已在全国三百多座尾矿库成功应用,对防范和遏制尾矿库溃坝事故作出了巨大贡献,取得显著的经济与社会效益。

  推荐该项目申报2017年度国家科学技术进步奖一等奖。

  三、项目简介

  本项目是“十一五”国家科技支撑计划、国家自然科学基金等项目重大成果,针对尾矿库安全运行和遏制重特大事故发生的迫切需求,系统地揭示了尾矿强度及构筑物破坏的孕育机理,搭建了尾矿库原型试验模型,研发了监测预警及隐蔽工程隐患探测的成套技术与装备,建成了国家尾矿库基础数据库,建立了尾矿库风险评价及成灾规律的理论体系,形成了针对尾矿库的安全理论、技术和监测监控产品,创新成果如下:

  (1)揭示了尾矿和尾矿坝特性演化规律及灾害孕育机理。揭示了不同状态条件下的尾矿特性演化规律,建立了反映尾矿流变和湿化特性的统一本构模型和有限元计算方法;提出了反映尾矿坝横纵向裂缝发生和灾害孕育的损伤断裂模型,发现了尾矿坝贯穿裂缝的两个关键控制因素;确立了管涌、浸润线异常、坝坡失稳、地震液化等尾矿库灾害的孕育机理和判别准则;研发了基于有限元的尾矿坝稳定性定量分析和尾矿库调洪演算系统。

  (2)形成了尾矿库灾害原型物理模型试验和数值仿真技术及方法。建成了不同型式尾矿库灾害原型物理试验场和多参数信息获取系统;构建了强地震作用下尾矿库溃坝演化试验模型,提出了密实度、渗透系数、不均匀系数等对渗透破坏影响的数学模型;建立了尾矿库溃坝淹损范围的数值仿真方法和快速判别准则;确立了尾矿库可接受风险等级确定方法和风险预控标准。

  (3)研发了尾矿库隐蔽工程无损探测成套技术及装备。研究并提出了基于高密度电法、核磁共振探水仪的尾矿坝综合探测方法,实现了浸润线埋深、尾矿坝内部大规模透镜体、排洪隧洞结构破坏等隐患的无损探测;形成了尾矿库上覆排土场工程基础稳定探测和风险防控综合技术;率先研制了用于尾矿坝坝坡位移场测量的合成孔径雷达装备,实现了坝体表面位移的快速测量和灾害预警。

  (4)首次建成了尾矿库安全监测预警系统和国家级尾矿库基础数据库。首次建立了涵盖全国8000余座尾矿库的国家、省、市(区)三级普查和基础数据库系统;首次提出尾矿库安全监测指标和系统框架,建成了尾矿库多信息融合的安全监测预警系统,并形成了国家尾矿库监测技术标准;提出了浸润线、坝体位移、干滩长度、库水位等关键指标的三级定量预警方法。

  (5)建立了尾矿库风险评价模型和数字化尾矿库系统。建立了尾矿库溃坝风险指标体系和定量评价模型;构建了我国尾矿库安全生产标准化技术标准体系;创新性地提出了“尾矿堆”、“尾矿池”定义及与“尾矿库”的区别标准,提出了运行期风险评价模型和评价方法;首次研发出可实现排洪动态调度和超设计洪水超前预报的运行期数字化尾矿库系统。

  该项目已获国家发明专利5项,发布安全生产行业标准7项,取得软件著作权8项,出版专著5部,发表学术论文65篇(其中SCI收录10篇,EI收录13篇),获得省部级科技进步一等奖4项。

  四、客观评价

  (1)2008年12月,北京金华大地光电仪器校准中心对北京市首云和尚峪尾矿库在线监测预警系统GPS变形观测进行了技术鉴定:“GPS数据处理方法正确,成果可靠,点位平面精度在0.966mm-2.938mm之间,高程精度在1.515mm-3.677mm之间”。

  (2)2010年5月18日,北京市安全生产监督管理局在北京召开了“北京市尾矿库安全现状调查评估项目专家评审会”,专家组给出了高度评价,为北京市的尾矿库安全监管提出了切实可行的安全对策措施。

  (3)国家安全监管总局在《非煤矿山安全生产“十二五”规划》中将尾矿库安全监测预警系统列入为先进适用技术与装备推广项目,国家安全监管总局《关于加强安全生产科技创新工作的决定》(安监总科技[2012]119号),将尾矿库安全监测预警系统作为推广应用项目之一。

  (4)行业标准——《尾矿库安全监测技术规范》(AQ 2030-2010)和《金属非金属矿山安全标准化规范尾矿库实施指南》(AQ2007.4-2006)用于指导尾矿库在线监测系统和安全标准化建设,对尾矿库生产运营中的风险预控起到了事先预防的作用。

  五、推广应用情况

  研究成果直接服务于全国尾矿库专项治理项目320项;监测预警、风险评价、无损探测等成果直接应用于全国178座尾矿库(坝);首次建成的密云尾矿库监测预警系统从2009年建成累计提供了2500人次的政府和企业技术培训,取得了显著的应用效果。

  六、主要知识产权证明目录

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  七、主要完成单位及创新推广贡献

  (1)中国安全生产科学研究院

  作为本项目的负责单位,提出整体技术思路,负责项目的总体规划和组织方案实施,研究了尾矿库溃坝灾害的物理机制和数值模拟方法,提出了尾矿库风险评估指标体系,研发了尾矿库隐蔽工程无损探测成套技术及装备,建立了尾矿库漫顶溃坝演化模型等,负责了项目成果的推广应用。

  (2)北京中安科创科技发展有限公司

  协助项目牵头单位完成各项研究工作,主要负责尾矿库安全监测预警系统、等方面研究工作,取得了尾矿库防汛预警调洪演算系统软件著作权,并参与项目成果的应用推广。

  (3)中安国泰(北京)科技发展中心

  参与了尾矿坝横纵向裂缝发生和灾害孕育的损伤断裂模型,发现了尾矿坝贯穿裂缝的两个关键控制因素,编制了粘性土应力变形测试系统,参与项目成果的应用推广。

  八、完成人合作关系说明

  (1)张兴凯作为国家自然科学基金项目“强震作用下尾矿库溃坝演化规律及失稳模拟方法研究(50974109)”负责人,同孙恩吉、李全明共同完成了该项目的研究,并共同发表论文。

  (2)王云海、谢旭阳、李全明等,完成了尾矿库风险分级及监测、预警关键技术研究,建立了尾矿库溃坝风险指标体系和定量评价模型。李全明、张兴凯、王云海共同发表论文。

  (3)张兴凯、马海涛共同完成了“矿山光纤传感器安装方法及专用卡爪”发明专利;王云海、马海涛、付士根、李全明共同完成了“一种尾矿坝浸润线的监测方法”发明专利。

 

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