矿渣型泥石流孕育阶段细粒输移-堵塞机理研究

Investigation and research of mine waste debris flows found that, When the sediments in the form of slurry flow through the pores of mine waste medium, it may deposit in the pores, causing blockage of the seepage channels, reducing the permeability of the mine waste medium, and increasing the probability of occurrence of mine waste debris flow disasters. Therefore, mechanism study of sediment transport and clogging properties in the preparation process of mine waste debris flows is very important for understanding the formation and initiation mechanism of mine waste debris flow. In this project, the sediments transport-clogging test in mine waste medium were carried out by using self-developed test equipment. The relationship of sediment characteristics and mine waste medium pore will be conducted by model of sediments migration for mine waste medium. And based on the model, similar physical simulation experiments of sediments transport-clogging in mine waste deposit will be carried out. the influence of sediments transport-clogging on the mine waste debris flows initiation will be discussed. The research results of this project will enrich and expand the initiation mechanism of mine waste debris flows, and provide a scientific basis for the prevention and control of mine waste debris flows.

对矿渣型泥石流物源调研发现，以浆体形式的细粒流经矿渣介质时，输移或沉积于孔隙通道，造成渗流通道堵塞，降低矿渣堆积体的渗透性，增加矿渣型泥石流灾害的孕灾机率。为此，研究矿渣型泥石流孕育阶段细粒输移-堵塞机理，对深入认识矿渣型泥石流的形成和起动机理具有重要的现实意义。项目拟通过对典型矿渣型泥石流案例及典型矿渣堆积区的物质成分调研，利用自行研制试验装置，开展矿渣介质中细粒输移-堵塞试验研究，定量描述细粒浆体输移速率和容重与矿渣堵塞的关系，构建适用矿渣介质的细粒输移-堵塞计算模型，并通过矿渣堆积体内细粒输移-堵塞原型相似物理模拟实验，分析矿渣堆积体内细粒输移-堵塞过程，探讨细粒输移堵塞对矿渣型泥石流的形成和起动产生的影响。项目的研究成果将丰富和拓展矿渣型泥石流形成和起动机理，为矿渣型泥石流灾害的防控提供科学依据。

随着矿产资源需求量的不断增加，矿渣等矿区废弃物堆积成山，加剧了矿渣型泥石流孕灾风险，特别是源区侵蚀物源在气候水文作用下不断输移搬运，使得矿渣堆积体内细粒物源不断增加，造成堆积矿渣孔隙通道堵塞，渗透性降低，影响矿渣堆积体的渗流稳定。基于以上问题，以西秦岭铅锌矿区为研究区，①通过对典型矿渣型泥石流易发区调研，确定了易发矿渣型泥石流的堆积物源——矿渣的主要特征，即粒径大、粒径分布范围广、颗粒磨圆度差、比重大（具有一定的重金属含量）、堆积干密度随堆积时间差异性大、长期渗流作用下易形成重金属迁移造成环境工程地质问题等特征。②基于矿渣的特征分析，开展了不同矿渣粒径、不同干密度、不同细粒特征的单一粒组矿渣细粒输移-堵塞试验，根据试验结果，确定了矿渣的粒径及堆积干密度对矿渣渗透性影响显著，以及细粒浓度及细粒粒径是细粒堵塞矿渣的主要影响因素；结合试验后的二次筛分提出了“表面堆积”、“堵塞淤积”和“内部淤沉”3种矿渣堵塞形式；通过对矿渣形貌的分析，并作为判定矿渣堵塞形式的主要修正系数，构建了适用于矿渣的堵塞判别标准，且给出了不同控制粒径下矿渣的最危险堵塞粒径区间。③根据确定矿渣与细粒之间的堵塞形式及堵塞粒径，开展不同干密度级配矿渣细粒输移-堵塞试验，确定了矿渣干密度及细粒输移速率对级配矿渣的堵塞影响不大，但对干密度较小的级配矿渣介质整体渗流稳定性有一定影响，同时确定细粒浓度及细粒粒径是控制堵塞效果的主要因素。④根据试验中矿渣堆积体孔隙率、渗透系数、细粒堵塞量等参数，构建了适用于矿渣介质的细粒输移-堵塞计算模型，并结合数值模拟方法对矿渣细粒输移-堵塞过程及渗流场演化进行分析，同时搭建了矿渣堆积体内细粒输移-堵塞模拟实验平台，结合数值模拟研究了细粒输移-堵塞对矿渣堆积体渗流稳定影响。以上研究成果，可为矿渣型泥石流孕灾及成灾机制以及形成和起动机理研究提供一定的理论依据。