尾礦庫隱患無損診斷、風險分級與監測預警技術研究，以防止尾礦庫引發安全事故為目的，針對尾礦庫潰壩隱患探測、災害預防、在線監測預警所遇到的關鍵技術問題進行了研究。該研究成果已分別在9個尾礦庫建立了在線監測與預警系統，并探測、診斷出12座尾礦壩壩內裂縫、松散軟弱夾層等隱患，為隱患治理提供了依據。
我國金屬非金屬礦山每年產出尾礦約3億t，基本上堆存在約1萬1946座尾礦庫中。這些庫中最大設計壩高260m，超過100m的有26座，庫容大于1億m3的有10座。壩高小于30m的小庫占80%左右，但20%的大、中型庫中堆積的尾礦占全國尾礦總量的80%。由于尾礦庫的建設標準低，筑壩、維護、管理技術水平較差，缺乏監測措施，大量的尾礦庫帶病運行，而且得不到有效的診斷與治理，其安全狀況不容樂觀。自2001年以來，全國共發生73起尾礦庫潰壩事故，造成500余人死亡，事故起數和死亡人數呈逐年上升態勢，安全形勢十分嚴峻。
截至2011年5月底，我國共有2 369座危、險、病尾礦庫，這是一個巨大的潛在隱患，近些年尾礦庫潰壩事故頻發，給人民生命財產、社會穩定帶來了巨大損失和危害。這些事故的發生，除了管理因素之外，其主要的技術原因是對尾礦庫致災因素及致災機理的認識不夠；尾礦壩內部隱患未進行有效探清；尾礦庫潰壩風險分析技術不成熟；尾礦庫監測技術水平落后，沒有成熟的尾礦庫安全監測、預警系統。因此，我國安全生產市場急需尾礦庫潰壩災害的診斷、監測與風險分析技術和產品。
我國尾礦庫的監測技術還處于起步階段。尾礦庫的管涌流土、地震液化等壩體內部致災因素引起壩坡失穩的預警技術基本屬于空白，其監測、預警技術的研究成果較少，亟需進行攻關，提高監測技術水平。
研究過程
針對尾礦庫潰壩隱患探測、災害預防、在線監測預警所遇到的關鍵技術問題，中國安全生產科學研究院礦山安全技術研究所“尾礦庫隱患無損診斷、風險分級與監測預警技術研究”項目課題組圍繞尾礦壩安全如何判定、尾礦庫下游安全狀況如何確定、采取什么科技手段來保證尾礦庫安全等3個方面開展研究，結合試點單位的實際需求，基于尾礦庫潰壩致災機理與典型災害三維數值模擬仿真技術，將綜合物探技術、尾礦壩風險指標體系與評價方法、尾礦庫潰壩淹沒范圍確定與后果嚴重度計算方法、尾礦庫在線監測技術與裝備、尾礦庫定量預警指標及確定技術，在試點單位實際應用，并收到良好效果。
尾礦庫潰壩致災機理及演化規律研究
課題組采用理論分析、室內試驗、現場試驗和數值模擬相結合的方法，歸納總結了尾礦庫各種安全事故的致災因素，研究分析了尾礦庫壩坡失穩、尾礦庫庫內滑坡、洪水漫頂、地震液化、壩體開裂、流土和管涌等滲透破壞、防滲措施失效等事故的致災機理，重點通過試驗研究分析了管涌演化過程及規律。
尾礦庫堆積壩實際物理力學特性和尾礦壩開裂三維數值模擬技術研究
課題組針對尾礦庫不同堆壩材料，進行了滲透特性試驗、常規三軸壓縮試驗、動三軸試驗等，得到了堆壩材料的滲透特性、物理力學特性以及動力反應特性，通過模型比選和分析，確定了能夠反映堆壩材料特性的非線性數學模型。
基于有限元理論和比奧固結理論，建立了尾礦庫靜力變形和靜力穩定、動力變形和動力穩定以及尾礦壩壩體開裂的有限元三維數值仿真模型并研究了相應的數值仿真方法。
制定尾礦庫安全等級劃分標準
課題組結合尾礦壩隱患的性質和特點，在分析地質情況、壩體結構特征和周圍環境的基礎上，采用高密度電法儀、地質雷達和核磁共振找水法等綜合物探手段，探明了隱患的分布范圍、規模及埋深等情況，為后期治理尾礦壩病害及安全性評價提供了依據。
根據國家法律法規、部門規章、尾礦庫安全技術規程，課題組制定了尾礦庫周邊環境、尾礦壩、排洪系統、防排滲、筑壩和放礦等6大類78個子項安全檢查表，結合有限元應力變形分析法、極限平衡法和滲流分析方法的計算結果，進行了尾礦庫風險評估。
綜合尾礦壩內隱患診斷情況和尾礦庫現場隱患辨識結果，尾礦壩壩體穩定性、防洪能力、抗震能力及其它影響尾礦庫安全運行5個指標，制定了尾礦庫安全等級劃分標準，量化評價尾礦庫安全等級。
制定尾礦庫潰壩風險等級劃分研究
在系統研究尾礦庫潰壩模式和潰壩路徑的基礎上，課題組應用動態分級及相關性分析等數值分析方法，研究了致災因素與尾礦壩風險之間的非線性關系，建立了尾礦庫潰壩風險分級指標體系。
以模糊理論、數值分析等方法為基礎，以定量化的數學指標求證尾礦庫系統的安全性和安全程度，將包括潰壩風險分級指標在內的尾礦庫系統安全性的評價指標進行了分類和分級，建立了尾礦庫系統風險評價模型及評價方法。
尾礦庫在線監測預警技術研究
課題組在總結與借鑒土石壩工程和混凝土壩工程壩體位移監測技術的基礎上，研究了尾礦庫壩內滲流、壓力傳感網絡技術和尾礦庫壩面位移GPS、全站儀監測技術。并研究了傳感器的合理布置網絡、數據遠程傳輸技術和后臺數據處理技術。
研究尾礦庫監測多傳感數據的統一傳輸、集中控制和實時分析處理技術，建立尾礦庫壩內滲流、壓力傳感網絡技術與壩面位移監測技術融合下的尾礦庫潰壩災害監測和預警系統；基于比奧固結理論和強度折減有限元方法、壩體三維滲流有限元模擬技術，提出浸潤線埋深和壩體位移的定量預警方法，并開發相應的后臺數據處理軟件。
將研究尾礦庫安全監測預警技術中開發的尾礦庫壩內滲流、應力傳感網絡技術和壩面位移監測技術同時應用于示范工程，實現潰壩事故災害的實時監測和超前預警。
成果應用
該研究成果已分別在和尚峪尾礦庫、白棗峪尾礦庫、郝家莊尾礦庫、鞍子溝尾礦庫、建昌尾礦庫、陳坑尾礦庫、大崠背尾礦庫、曙光金銅礦尾礦庫、后井尾礦庫等9個尾礦庫建立了尾礦庫在線監測與預警系統，并探測、診斷出和尚峪尾礦庫等12座尾礦壩壩內裂縫、松散軟弱夾層等隱患，為隱患治理提供了依據，還確定了北京市38座尾礦庫和大崠背尾礦庫、馬坑尾礦庫運行安全等級和潰壩風險等級。
發展前景
尾礦庫在線監測預警系統應用前景廣闊。項目研發的尾礦庫在線監測預警系統可應用于我國尾礦庫的自動化監測中，項目的研究工作推動了我國尾礦庫的整體管理水平，可以降低尾礦庫的社會風險，進一步保障庫區周邊人民群眾生命和財產安全。
尾礦庫壩內無損診斷與分析技術應用市場前景良好。據統計，全國帶病運行的尾礦庫在3000座左右，大都是因為浸潤線過高、局部存在軟弱夾層、管涌、流土或深部貫穿性裂縫而引起，現有的人工探視方法和地質鉆探均不能滿足快捷、精細、準確和無損傷等要求。基于綜合物探法尾礦壩內部隱患無損診斷技術，能夠達到不破壞壩體、快速準確，因此具有良好的市場應用前景。
該研究成果為政府尾礦庫安全監管提供了技術支撐。課題研發的尾礦庫普查和管理系統應用到全國尾礦庫基礎數據的普查工作中，為全國尾礦庫專項整治行動的開展奠定了堅實的數據基礎，能夠對全國尾礦庫的基礎數據實施定期管理和評估。此外，課題通過研究形成的《尾礦庫運行期安全等級規定》的安全標準，對尾礦庫運行期安全等級的劃分給出了準確的評判方法，有望指導今后我國尾礦庫現狀評價和尾礦庫風險評估工作，具有較大的社會效益。
我國尾礦庫數量多、安全水平總體偏低，尾礦庫對社會及其環境構成了較大的風險，本項目的研究成果直接應用于我國尾礦庫的風險評估、隱患無損診斷、日常監測和災害預警、政府決策，產生了巨大的社會效益和環境效益。目前我國仍存在大量的危、險、病庫，尾礦庫安全形勢嚴峻。項目研究內容針對的是目前我國金屬非金屬礦山急需解決的重大、關鍵、共性問題——尾礦庫隱患無損診斷、風險分級及監測預警關鍵技術問題。因此，項目研究成果從實際需要和實際應用方面具有廣闊的應用前景。
另外，國家安全生產監督管理總局要求各級企業和政府建立尾礦庫在線監測系統，在“國務院安委會辦公室關于貫徹落實《國務院關于進一步加強企業安全生產工作的通知》精神進一步加強非煤礦山安全生產工作的實施意見（安委辦[2010]17號）”中明確要求三等以上尾礦庫（共有688座）全部安裝全過程在線安全監控系統，2013年底前必須全部建成，因此尾礦庫在線監測預警系統應用前景廣闊。
