负压对某尾矿库排水系统的影响及优化研究

作     者：钟俞昊 

作者单位：长春工程学院 

学位级别：硕士

导师姓名：李宗伟;王新

授予年度：2022年

学科分类：081902[工学-矿物加工工程] 0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：尾矿库 排水隧洞 模型试验 数值模拟 负压 

摘      要：尾矿库是用于堆存选冶矿石后产生的大量尾矿的场所,一般由初期坝、堆积坝、排水系统等组成。其中,排水系统主要有两个作用:一是为了及时排出库内暴雨;二是兼作回收库内尾矿澄清水用。如果排水设施设计、布置、畅通状况不合理,都易造成排水系统失效,导致洪水不能及时排出库内,易造成溃坝事故。实际通过水工模型实验验证,内部往往容易产生负压、吞气,出现流态紊乱,明暗流交替等现象,造成水工构筑物结构的破坏。因此在设计阶段对负压进行可靠的模拟和预测是必要的,同时通过体型优化等方式降低负压产生破坏的风险。本文提出合理的体型参数设计方案,为工程设计提供理论依据。本文以某尾矿库排水系统为例,通过相应比例建立尾矿库物理模型得出不同水头下的泄流量并利用流体力学软件对该尾矿库排水系统在不同水流落差、不同泄流水头的情况下泄流能力、水流流态、排水系统井底压力、连接处负压等进行了数值模拟研究和分析。然后将排水井与支洞连接处形状优化后,接着进行数值模拟研究和分析,得到的主要结论如下:1.当泄流水头2.00 m时,2#排水井(进水落差25.20 m),竖井底部所受压力为257.74 kpa;3#排水井(进水落差42.00 m),竖井底部所受压力为408.10 kpa。可以看出水流落差的增加,竖井底部所受的压力也增大。2.当泄流水头达到2.00 m时,2#排水井(进水落差25.20 m)中竖井与支洞连接处负压值达到了-231.82 kpa。当泄流水头达到4.00 m时,2#排水井(进水落差25.20 m)中竖井与支洞与连接处的负压增加到-467.94 kpa。可以看出泄流水头的增加,支洞连接处的负压值增大。3.通过改变支洞与竖井连接处入口形状,将排水井与支洞连接处由原来的直角入口分别变为喇叭口45°入口和斜角45°入口,两种入口形式负压均相应减少。