李全明 張 紅 李 鋼

(1.中國安全生產(chǎn)科學研究院；2.華北科技學院)

·經(jīng)濟·管理·

中澳尾礦庫全生命周期安全管理對比分析*

李全明1,2張 紅2李 鋼1

(1.中國安全生產(chǎn)科學研究院；2.華北科技學院)

2007年以來，我國持續(xù)開展尾礦庫專項整治和綜合治理行動取得明顯成效，尾礦庫總量降低至8 869座，其中“頭頂庫”仍有1 425座。在總結(jié)1961—2015年世界發(fā)生的主要尾礦庫事故基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析了尾礦庫事故類型和原因；從中澳兩國尾礦庫基本情況、法規(guī)標準情況、尾礦庫全生命周期安全管理流程、尾礦庫重要參數(shù)設(shè)計標準、尾礦庫施工要求、尾礦庫運行管理、閉庫要求7個方面，對比分析了我國和澳大利亞尾礦庫安全管理的特點和差異，在此基礎(chǔ)上，提出了完善我國尾礦庫全生命周期安全管理的對策。

中澳尾礦庫 安全管理 全生命周期

尾礦庫是指筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成、用以貯存金屬非金屬礦山礦石選別后排出尾礦或其他工業(yè)廢渣的場所[1]。尾礦庫是具有高勢能的重大危險源，一旦發(fā)生事故，會造成人員傷亡和嚴重的經(jīng)濟損失。近年來，全球尾礦庫事故頻發(fā)，按照尾礦庫全生命周期(設(shè)計、建設(shè)、運行、閉庫及銷庫)的劃分，尾礦庫事故不僅發(fā)生在運行階段，其他階段(施工和閉庫)也時有發(fā)生。1972年2月26日，美國西弗吉尼亞州發(fā)生尾礦庫潰壩事故，尾礦傾瀉量高達50萬m3，波及下游27 km，造成125人死亡，經(jīng)濟損失6 500萬美元；2015年緬甸一已閉庫的尾礦庫發(fā)生潰壩事故，造成113人死亡。因此，針對尾礦庫這一特殊安全設(shè)施，必須強化全生命周期的安全監(jiān)管，才能有效遏制尾礦庫事故發(fā)生。

1 1961—2015年世界尾礦庫事故統(tǒng)計及分析

1961—2015年世界發(fā)生的尾礦庫較大事故[2]起數(shù)及死亡人數(shù)統(tǒng)計見圖1、圖2。在統(tǒng)計的時間域內(nèi)，世界尾礦庫較大事故并未顯示出明顯的下降趨勢，盡管每年發(fā)生的尾礦庫事故總量不像礦山災害類型總量大，但每次事故造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失及環(huán)境污染是慘痛的。世界各國都比較重視尾礦庫的安全管理，但進入21世紀以來，尾礦庫事故仍然沒有得到完全控制，尾礦庫事故均時有發(fā)生。

圖1 世界尾礦庫較大事故起數(shù)分布

圖2 世界尾礦庫較大事故死亡人數(shù)統(tǒng)計

世界尾礦庫事故不僅在發(fā)展中國家發(fā)生，美國等發(fā)達國家較大尾礦庫事故也時有發(fā)生。通過分析較大尾礦庫事故致災因素(圖3)可知，在歷年尾礦庫事故中，滑坡及漫頂是尾礦庫事故的主要原因，占比高達65%，其次是地震、管道破壞等。因此，減少滑坡和漫頂致災因素是遏制尾礦庫事故的關(guān)鍵。

圖3 尾礦庫主要事故原因統(tǒng)計

漫頂多數(shù)由暴雨引發(fā)洪水所致，主要受尾礦庫的防洪標準和調(diào)洪庫容影響；滑坡多由壩體強度降低所致，受尾礦壩自身安全系數(shù)和強度影響；地震破壞主要受尾礦庫抗震能力影響。在尾礦庫生命周期中，適宜的壩體選址和設(shè)計是保證尾礦庫安全度的基礎(chǔ)，在滿足設(shè)計要求的同時，施工質(zhì)量的好壞決定設(shè)計標準能否被嚴格執(zhí)行，也決定了壩體最終的使用年限。設(shè)計和施工貫穿尾礦庫的整個生命周期，直接影響壩體后期運行和閉庫。

2 中澳尾礦庫基本情況

2.1 澳大利亞尾礦庫分布

澳大利亞采礦技術(shù)處于國際領(lǐng)先，尾礦庫主要集中在西澳大利亞州和昆士蘭州。據(jù)澳大利亞大壩委員會統(tǒng)計，截止到2010年底，澳大利亞大型水庫和尾礦庫約570座，其中大型尾礦庫共47座，具體分布見圖4。西澳大利亞州及昆士蘭州大型尾礦庫共33座，占總量70%，是澳大利亞尾礦庫監(jiān)管的重點地區(qū)。

圖4 澳大利亞大型尾礦庫分布情況

2.2 我國尾礦庫分布

2007年以來，由我國國家安全監(jiān)管總局會同國家發(fā)展改革委、環(huán)境保護部等六部門開展了尾礦庫專項整治和綜合治理行動，取得顯著成效[3-4]。截至2015年底，全國已全面消除危庫、險庫，正常庫比例達到95.5%，比2008年提高了34%。但是，尾礦庫總量依然較大(8 869座)，尤其是“頭頂庫”(指下游1 km左右有居民或重要設(shè)施的尾礦庫)安全風險逐漸增大。據(jù)統(tǒng)計，截至2015年底，全國仍有“頭頂庫”1 425座(圖5)。

圖5 中國尾礦庫“頭頂庫”分布情況

我國尾礦庫數(shù)量明顯高于澳大利亞。澳大利亞尾礦庫大都庫容大，建成后可以為一個地區(qū)礦山企業(yè)提供常年服役。由于歷史原因，我國礦山企業(yè)大都自己選址建壩，壩高庫容小的特點比較明顯，我國尾礦庫安全管理難度高于澳大利亞。

3 中澳尾礦庫法規(guī)標準

3.1 澳大利亞尾礦庫法規(guī)標準

澳大利亞尾礦庫的立法工作主要由各州礦業(yè)部門負責。西澳大利亞州礦產(chǎn)能源部(DME)先后通過《礦業(yè)法》(1978)、《礦業(yè)法規(guī)程》(1981)、《礦山安全檢查法》(1994)、《礦山安全檢查條例》(1995)4部法規(guī)，用以監(jiān)管尾礦處理過程中的安全和環(huán)境問題。為提高尾礦庫的管理工作，又出臺了3套指導手冊：《尾礦開發(fā)操作指南》(DME1998)、《尾礦貯存安全設(shè)計運行標準》(DME1999)、《尾礦設(shè)施—水質(zhì)保護準則第2期》(DME2000)。維多利亞州由礦產(chǎn)石油部(MPD)負責本州及近海和聯(lián)邦水域的礦石、石油和采掘業(yè)以及《礦產(chǎn)資源開發(fā)法》(1990)和《采掘業(yè)發(fā)展法》(1995)的管理工作。2003年維多利亞州出版了尾礦設(shè)施管理文件(DPI2003)。昆士蘭州尾礦庫管理是依據(jù)《環(huán)境保護法》中《勘探和采礦業(yè)環(huán)境管理技術(shù)指南》的條例執(zhí)行，該條例包含了本州及其他州關(guān)于尾礦管理和水資源管理的具體政策。2010年6月，新南威爾士州大壩安全委員會發(fā)表的《指導意見表》涵蓋一系列與大壩安全方面相關(guān)的內(nèi)容，特別涵蓋了尾礦壩的相關(guān)內(nèi)容。2007年，澳大利亞政府出版了《尾礦管理手冊》。

3.2 我國尾礦庫法規(guī)標準

我國尾礦庫是由國家和地方政府安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門以立法的形式強調(diào)對尾礦設(shè)施的安全監(jiān)管，在國家機關(guān)制訂相關(guān)法律法規(guī)的基礎(chǔ)上，由各省、自治區(qū)、直轄市根據(jù)本行政區(qū)域內(nèi)實際需要和具體情況，制定和公布適應性的地方法規(guī)，企業(yè)在不違背國家和地方相關(guān)法律法規(guī)的情況下，可制定適應自身生產(chǎn)安全需要的企業(yè)標準。目前我國在尾礦庫設(shè)計、建設(shè)、運行及安全監(jiān)管等方面均制訂了相關(guān)的法規(guī)標準。尾礦庫需要遵守的基本法律法規(guī)有《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《中華人民共和國礦山安全法》、《中華人民共和國礦山安全法實施條例》。尾礦庫工程設(shè)計和建設(shè)方面主要有《尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范》、《尾礦設(shè)施施工及驗收規(guī)程》、《尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程》等。

4 中澳尾礦庫全生命周期安全管理流程

4.1 澳大利亞尾礦庫全生命周期安全管理流程

澳大利亞尾礦庫全生命周期管理工作主要分為三部分：①進行礦藏量和周邊地質(zhì)環(huán)境、水資源的信息輸入，明確礦山的儲藏量和地理位置；②尾礦庫管理程序，包含可行性研究報告、計劃、設(shè)計和運行四大過程，清晰地闡述了礦山開發(fā)期間尾礦庫從前期規(guī)劃到最終閉庫各個流程及相關(guān)責任主體；③閉庫后尾礦再利用，考慮尾礦的可持續(xù)發(fā)展策略，應經(jīng)監(jiān)察部門和利益相關(guān)者同意。澳大利亞尾礦庫全生命周期管理流程見圖6。

圖6 澳大利亞尾礦庫全生命周期流程

4.2 我國尾礦庫全生命周期管理流程

我國尾礦庫全生命周期管理從時間上可以分為3個階段[5-6]：①礦山開發(fā)階段，包括礦山開發(fā)前的決策階段及后期的設(shè)計、施工、運行3個階段，其中礦山建設(shè)工程的安全設(shè)施必須滿足“三同時”的要求，即和主體工程同時設(shè)計、同時施工、同時投入生產(chǎn)和使用；②尾礦庫管理階段，包括尾礦庫設(shè)計前的準備工作以及尾礦庫設(shè)計、運行和最終閉庫；③資料歸檔及尾礦再利用階段，尾礦庫閉庫后，尾礦庫安全管理過程中涉及的工程建設(shè)檔案、生產(chǎn)運行檔案和閉庫及閉庫后再利用檔案需歸檔，尾礦庫再利用主要包括綠化和復墾。

5 中澳尾礦庫設(shè)計要求

5.1 澳大利亞尾礦庫設(shè)計要求

通過模擬尾礦庫潰壩，根據(jù)潰壩后對人口、環(huán)境、經(jīng)濟等影響的嚴重程度，將尾礦庫分為低、中、高和極高4個等級。在設(shè)計過程中，根據(jù)尾礦庫等級進行參數(shù)選擇。尾礦庫設(shè)計內(nèi)容主要包含：①設(shè)計概念(理念)及設(shè)計參數(shù)，如溢洪道設(shè)計、防洪標準、排滲、抗震設(shè)計等內(nèi)容；②應急預案。

澳大利亞尾礦庫防洪標準見表1，壩體安全系數(shù)標準見表2。

表1 澳大利亞尾礦庫防洪設(shè)計標準

表2 尾礦庫不同加載條件下安全系數(shù)

澳大利亞尾礦庫的防洪設(shè)計標準主要按照年概率進行計算，此外在尾礦庫設(shè)計階段還要求建立水平衡模型，并考慮最終閉庫。

5.2 我國尾礦庫設(shè)計要求

我國尾礦庫分設(shè)計等別和安全度2種。設(shè)計等別根據(jù)尾礦庫的庫容和壩高分為一等、二等、三等、四等、五等，一等庫級別最高，五等最低。安全等級根據(jù)尾礦庫防洪能力和壩體穩(wěn)定性分為危庫、險庫、病庫、正常庫。我國尾礦庫設(shè)計內(nèi)容主要包括：①安全運行控制參數(shù)，如設(shè)計最終堆積高程、最終壩體高度、總庫容、庫內(nèi)控制的正常水位、調(diào)洪高度等內(nèi)容；②安全設(shè)施設(shè)計，如庫區(qū)存在的安全隱患及對策、初期壩和堆積壩的穩(wěn)定性分析、安全管理要求等內(nèi)容。我國尾礦庫設(shè)計標準主要根據(jù)尾礦庫的庫容和壩高等級進行選擇，見表3。

5.3 分析比較

從對比結(jié)果可知，澳大利亞尾礦庫的設(shè)計分級除考慮壩高和庫容因素外，還考慮了尾礦庫可能發(fā)生事故造成的風險，將尾礦庫分為低、中、高及極高4個等別，不同于我國劃分的5個等別。

表3 我國尾礦庫安全設(shè)計標準

針對每個等別，澳大利亞在洪水設(shè)防標準上對風險高和極高的尾礦庫采用最大可能洪水的最高設(shè)計標準；壩體穩(wěn)定安全系數(shù)大都采用1.5。這兩個最重要的指標高于我國的設(shè)計標準，值得我國學習和借鑒。

6 中澳尾礦庫建設(shè)管理要求

6.1 澳大利亞尾礦庫建設(shè)管理要求

本文利用2010～2017年21個國家和地區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)對經(jīng)濟政策不確定性與創(chuàng)新產(chǎn)出關(guān)系進行了實證研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟政策不確定性與創(chuàng)新產(chǎn)出顯著負相關(guān)，這一結(jié)果支持經(jīng)濟政策不確定性的創(chuàng)新抑制假說。進一步研究還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟政策不確定性的提高主要導致商標等無形資產(chǎn)、創(chuàng)意產(chǎn)品與服務的顯著減少，但對知識創(chuàng)造和知識擴散沒有產(chǎn)生顯著影響。另外，經(jīng)濟體的人力資本投資與開發(fā)能夠削弱經(jīng)濟政策不確定性對創(chuàng)新產(chǎn)出的抑制作用。

澳大利亞尾礦庫施工管理方式分為業(yè)主自主施工、承包商施工、業(yè)主和承包商共同施工。施工過程中，現(xiàn)場需設(shè)置責任工程師，負責施工現(xiàn)場監(jiān)管和認證，原則上責任工程師應由該項目的設(shè)計工程師擔任，若條件不滿足，責任工程師與設(shè)計工程師需有相應限定關(guān)系以滿足雙方互動要求，確保設(shè)計意圖的實現(xiàn)。施工期間所有設(shè)計變更必須由設(shè)計工程師批準，并通過文件或注釋、修訂施工圖紙實現(xiàn)。施工過程中應有質(zhì)量保證計劃和質(zhì)量控制措施，質(zhì)量控制應由責任工程師執(zhí)行，或交由有資質(zhì)的單位將監(jiān)測結(jié)果報給責任工程師，及時跟蹤檢查質(zhì)量，在必要條件下根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整。承包商施工管理結(jié)構(gòu)見圖7，業(yè)主自主施工結(jié)構(gòu)見圖8。

圖7 澳大利亞承包商施工管理結(jié)構(gòu)

圖8 澳大利亞業(yè)主施工管理結(jié)構(gòu)

從圖7、圖8中可以看出，礦山企業(yè)是尾礦庫的所有者和構(gòu)造者以及工程師的客戶端，承包商接受礦業(yè)公司和責任工程師的監(jiān)督，團隊的大小主要受項目的大小和復雜性控制。

6.2 我國尾礦庫建設(shè)管理要求

我國尾礦庫施工主要采用招投標的方式，選定具有資質(zhì)的承包商，施工過程中，由業(yè)主委托有資質(zhì)的監(jiān)理單位進行現(xiàn)場監(jiān)督和認證，并派遣甲方相關(guān)人員駐場監(jiān)督。

施工期間所有變更均由設(shè)計工程師批準，以變更通知單或注釋、修訂圖紙形式由業(yè)主交給監(jiān)理單位，再由監(jiān)理單位監(jiān)督承包商實施，重大設(shè)計變更需要經(jīng)過尾礦庫原審查單位重新審查。質(zhì)量保證計劃由施工方負責編撰，并及時跟蹤檢查，結(jié)合實際情況進行調(diào)整。質(zhì)量控制中待檢測的試樣應由相應有資質(zhì)的單位進行檢測，出具檢測報告并上報監(jiān)理工程師。我國承包商施工管理結(jié)構(gòu)見圖9。

圖9 我國承包商施工管理結(jié)構(gòu)

7 中澳尾礦庫運行期檢查要求

澳大利亞尾礦庫自施工完成后，企業(yè)開始日常檢查和維護。政府和咨詢機構(gòu)依據(jù)不同風險等級開展常規(guī)檢查和專項檢查，具體檢查要求見表4。

表4 澳大利亞尾礦庫檢查類型和頻率

8 中澳尾礦庫閉庫要求

澳大利亞尾礦庫閉庫和復墾計劃在全生命周期前期階段進行評估，作為初始項目開發(fā)的一部分，包含在項目可行性的經(jīng)濟、社會和環(huán)境分析中。閉庫計劃是動態(tài)管理計劃，隨著項目開發(fā)、設(shè)計、建設(shè)、運營等過程進行定期審查和更新。尾礦庫閉庫計劃主要解決最終地貌及與壩體和庫區(qū)幾何關(guān)系，土方工程規(guī)劃和施工，尾礦覆蓋類型，極端環(huán)境可能造成的后果(干旱、洪水、火災、地震)，結(jié)構(gòu)、巖土完整性等問題，以保證閉庫后，尾礦壩可以應對設(shè)計年限延長期間遇到的潛在風險，澳大利亞尾礦庫延長時間可能是1 000 a或更長。

我國尾礦庫閉庫前需委托具有相應資質(zhì)的評價機構(gòu)進行尾礦壩、尾礦庫防洪能力及安全度等內(nèi)容的安全評價。安全評價結(jié)束后，再委托相關(guān)設(shè)計單位進行閉庫設(shè)計。閉庫前安全評價和閉庫設(shè)計時間均為閉庫前1年。我國尾礦庫閉庫設(shè)計主要包括尾礦壩整治和排洪系統(tǒng)整治，以確保尾礦庫防洪能力和尾礦壩穩(wěn)定性滿足相關(guān)規(guī)定要求，維持尾礦庫閉庫后長期安全穩(wěn)定。但我國尾礦庫閉庫一般都在運行后期才考慮，需要學習澳大利亞做法，在尾礦庫建設(shè)初期即考慮尾礦庫閉庫方式方法。

9 提高我國尾礦庫管理水平的對策

由于我國存在尾礦庫數(shù)量多、安全基礎(chǔ)薄弱、“頭頂庫”占比高等特點，在尾礦庫法規(guī)標準體系建設(shè)、安全監(jiān)測要求等方面優(yōu)于澳大利亞，但以下幾個方面應該借鑒和學習澳大利亞的做法和經(jīng)驗：

(1)進一步強化尾礦庫全生命周期監(jiān)管，在尾礦庫設(shè)計中考慮尾礦庫閉庫和銷庫環(huán)節(jié)，完善尾礦庫閉庫和銷庫法規(guī)標準，實現(xiàn)尾礦庫全生命周期閉環(huán)管理。

(2)進一步完善尾礦庫等別劃分方法，5個等別尾礦庫的劃分也應考慮尾礦庫的安全和環(huán)境風險。

(3)提高尾礦庫防洪和壩體穩(wěn)定安全系數(shù)的設(shè)防標準，建議考慮最大可能洪水和1.5安全系數(shù)2個指標。

(4)強化尾礦庫運行期和閉庫后安全監(jiān)督檢查的技術(shù)水平，提高我國尾礦庫專業(yè)化管理水平。

(5)加強對國外發(fā)達國家法規(guī)標準調(diào)研和學習，充分吸收其他國家尾礦庫管理中的先進經(jīng)驗和技術(shù)。

[1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.AQ 2006—2005 尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程[S].北京：國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，2006.

[2] 吳宗立,梅國棟.尾礦庫事故統(tǒng)計分析及潰壩成因研究[J].中國安全科學學報，2014，24(9)：70-76.

[3] 謝旭陽,王云海,張興凱,等.我國尾礦庫數(shù)據(jù)庫的建立[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2008，4(2):53-56.

[4] Hardy A L,Beeton R J S.Sustainable tourism or maintainable tourism:Managing resources for more than average outcomes[J].Journal of Sustainable Tourism,2001,9(3):168-192.

[5] Mchaina D M.Environmental planning considerations for the decommissioning,closure and reclamation of a mine site[J].International Journal of Surface Mining,Reclamation and Environment,2001,15(3):163-176.

[6] Jordan G.Sustainable mineral resources management:From regional mineral resources exploration to spatial contamination risk assessment of mining[J].Environmental Geology,2009,58(1):153-169.

Comparison Analysis of Safety Management of Tailings Ponds Life Cycle in China and Australia

Li Quanming1,2Zhang Hong2Li Gang1

(1.China Academy of Safety and Science & Technology;2.North China Institute of Science & Technology)

Since 2007,the remarkable results is achieved by continuous conducting the special rectification and comprehensive management of tailings in China,the total amount of tailings ponds is reduced to 8 869,among them,the number of "head-top tailings ponds" is still 1 425.Based on summarizing the main tailings ponds accidents all over then from from 1961 to 2015,the types and reasons of the tailing ponds are analyzed systematically.Besides that,comparison analysis of the characteristics and differences between China and Australia is conducted from the seven aspects of basic situation of tailings ponds,regulations and standards,full lifecycle safety management process of tailings ponds,design standards of the important parameters of tailings ponds，construction requirement of tailings ponds,operation and management of tailings ponds and close requirement of tailings ponds,based on the above analysis results,the countermeasures about improving the full lifecycle safety management of tailings ponds in China are proposed.

Tailings ponds of China and Australia,Safety management,Full lifecycle

*國家自然科學基金項目(編號：71373245)。

2016-09-18)

李全明(1979—)，男，教授級高級工程師，博士，100012 北京市朝陽區(qū)北苑路32號甲1號樓。