1、背景介紹

尾礦庫作為重大危險源之一，在國際災害事故排名中位列第18位，根據中國鉬業2019年8月刊《中國尾礦庫潰壩與泄漏事故統計及成因分析》的統計，在46起尾礦庫泄漏事故中，由于排洪設施導致的尾礦泄漏事故占比高達1/3，給人民生命和財產安全造成了巨大損失。

2015年至2020年五年間，不少于4座尾礦庫發生了排洪系統坍塌事故，甚至引發了次生重大突發環境事件，數十萬人民的正常生活受到影響。

圖?1?排水豎井坍塌引起的尾礦庫泄漏事故現場（圖片源自網絡）

《尾礦庫安全規程GB39496-2020》中明確指出，“尾礦庫排洪構筑物應進行結構計算，結構計算應滿足相應水工建筑物設計規范要求，排水井還應滿足 GB 50135 的相關要求”。目前尾礦庫排洪系統結構計算依據的主要資料為《尾礦設施設計參考資料》，專用計算軟件尚為空白。這主要是由于尾礦專業、結構專業、數值仿真模擬等多專業的融合知識體系龐雜，工程經驗依賴性強。

云道智造基于自主通用多物理場仿真PaaS平臺Simdroid（伏圖），對排水井、排水斜槽、涵管、隧洞等多種排洪系統結構，開展了計算模塊定制與功能開發，為尾礦設計人員更加科學、可靠地進行結構選型與配筋設計提供了有效手段。將復雜的框架式排水井有限元仿真流程進行APP封裝，設計工程師使用封裝的仿真APP，只需輸入形狀和材料參數，無需考慮建模流程及仿真細節，就可輕松掌握框架式排水井受力狀態。尾礦庫排洪系統結構仿真APP的使用，大幅度降低了排洪系統結構計算的專業技術門檻，提高了設計與現行規范的融合水平。

圖?2??尾礦庫排洪系統結構仿真軟件

2、尾礦庫排洪系統結構仿真解決方案

本文以6柱框架式排水井為例，對尾礦庫排洪系統結構仿真軟件的計算流程進行介紹。

（1）參數設置與荷載生成

根據界面引導輸入必要的材料參數和幾何參數，點擊“確定”按鈕后，程序會將所有數據傳遞給荷載計算模塊和內力計算模塊。參數設置界面引導清晰、概念明確、用戶操作感受十分良好。

圖?3?參數設置界面

用戶可根據需求自定義或選擇默認荷載進行工況組合，陸續開展拱板、基礎、井座筒壁、蓋板封堵、地基承載力、抗傾覆和抗浮驗算。

荷載計算模塊會自動生成排水井建成未蓄水、建成未投產已蓄水、尾礦堆積至排水井頂部、尾礦堆積至排水井最終標高等關鍵工況的各種荷載結果。用戶可根據實際需求進行默認值的引用和自定義設置。

圖?4?復雜荷載工況自動計算

（2）基于概率極限狀態設計理論的排水井承載能力極限狀態計算

根據框架式排水井的受力特點，程序內置拱板、井座、底板、蓋板、框架的內力計算和配筋、抗傾覆驗算、抗浮驗算、地基承載力驗算等計算模塊，各計算模塊默認配置荷載組合工況及荷載分項系數，以滿足現行規范的設計需求，用戶也可根據實際需求進行自定義荷載組合。

用戶在完成基本參數和荷載工況的設置后，程序內部自動將參數傳遞給各個計算模塊，用戶只需要點擊計算按鈕，界面即可輸出對應計算過程及最終結果。

圖?5??仿真APP分析功能?

圖?6?框架式排水井內力及變形計算結果—框架變形圖（放大200倍）

（3）輔助功能助力工程設計成果梳理

尾礦庫排洪系統結構仿真APP具備的計算書生成功能，旨在為工程人員提供便捷的成果梳理工具支持計算書的預覽、自定義模板設定及導出。工程師可以輕松生成、查看并調整計算結果，確保其符合項目要求和格式規范。此外，該功能的靈活性和友好性大大提高了工作效率，使工程文檔的管理和呈現變得更為專業和高效。

目前，本仿真APP已被成功應用在200m級新建尾礦庫的排洪設施初步設計中。仿真平臺與行業專業算法的融合，不僅提高了軟件的適用性和有效性，還使得仿真技術更加貼合實際工程應用，為行業帶來創新和效率的提升。

3、行業算法結合仿真工具，助力智慧礦山本質安全

在礦山數字孿生建設中，數值模擬仿真工具可以精確地模擬礦山的復雜工況和環境，助力設計優化和運維安全，減少風險并提高效率。利用仿真手段能夠提前識別安全隱患，如邊坡失穩、浸潤線過高、排洪系統結構危險受力等，提前制定有效的預防措施。仿真工具可有效降低工程試錯成本和風險，基于持續的監測和評估支持，提供科學的決策依據，保障智慧礦山本質安全。

圖?7?仿真技術助力數字礦山建設

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