鄭學(xué)鑫，岑 建

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

0 引言

我國(guó)是一個(gè)礦業(yè)大國(guó)，金屬非金屬礦山是工業(yè)生產(chǎn)的高危行業(yè)，其事故發(fā)生數(shù)和死亡人數(shù)在全國(guó)工業(yè)安全生產(chǎn)領(lǐng)域占較大的比重[1]。尾礦庫(kù)是礦山企業(yè)專門用于存儲(chǔ)尾礦的堆存系統(tǒng)，一般在山谷口部或洼地的周圍筑壩而成，作為金屬非金屬礦山重要的生產(chǎn)設(shè)施、安全設(shè)施和環(huán)保設(shè)施，是金屬非金屬礦山安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，但其作為具有高勢(shì)能的人造泥石流源，一旦失事，將會(huì)給下游人民財(cái)產(chǎn)造成巨大損失，給當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成嚴(yán)重污染，給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定也帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響[2]。尾礦庫(kù)的安全風(fēng)險(xiǎn)是客觀存在的，有必要對(duì)尾礦庫(kù)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析并提出對(duì)策措施，進(jìn)而降低尾礦庫(kù)安全事故發(fā)生的概率、控制事故造成的后果。

1 尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)定義

尾礦庫(kù)是選擇有利地形筑壩攔截谷口或圍地形成的具有一定容積，用以貯存尾礦和澄清尾礦水的專用場(chǎng)地[3]，通常設(shè)有尾礦壩、排洪系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、值班室和尾礦分散排放系統(tǒng)等建、構(gòu)筑物。尾礦庫(kù)是礦山企業(yè)生產(chǎn)不可或缺的重要設(shè)施之一，但是尾礦庫(kù)也面臨著各種安全風(fēng)險(xiǎn)，如不加以控制，將發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，相關(guān)安全事故往往導(dǎo)致巨大的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失或環(huán)境污染。20世紀(jì)末，國(guó)外相繼發(fā)生了數(shù)起尾礦庫(kù)安全事故[4-6]，造成了大量人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失，引起了相關(guān)國(guó)家對(duì)尾礦庫(kù)安全研究的深入和管理的日益強(qiáng)化，國(guó)外尾礦庫(kù)安全問(wèn)題已經(jīng)得到持續(xù)改善。我國(guó)20世紀(jì)末和21世紀(jì)初處于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的高速期，由于礦產(chǎn)資源的大量開(kāi)發(fā)，建設(shè)了大量尾礦庫(kù)，最高峰時(shí)，我國(guó)尾礦庫(kù)數(shù)量超過(guò)1.2萬(wàn)座，大量的尾礦庫(kù)面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題日益突出[7-9]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外發(fā)生了數(shù)起重大的尾礦庫(kù)安全事故，2008年9月8日山西省襄汾縣新塔礦業(yè)有限公司尾礦庫(kù)發(fā)生潰壩事故，造成271人遇難，巴西在2015年和2019年分別發(fā)生了兩次潰壩事故，合計(jì)造成近300人的人員傷亡，這些事故造成的重大的環(huán)境污染和人員傷亡，影響了社會(huì)的和諧穩(wěn)定。

尾礦庫(kù)與水庫(kù)相似，對(duì)周邊生命、健康、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境負(fù)面影響主要為尾礦壩潰壩；但區(qū)別于水庫(kù)的是尾礦庫(kù)庫(kù)內(nèi)一般均設(shè)有排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)出現(xiàn)事故除了可能會(huì)引起尾礦庫(kù)潰壩，也可能只是發(fā)生尾砂泄露事故。所以本文綜合上述兩方面原因并借鑒澳大利亞大壩委員會(huì)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的定義對(duì)尾礦庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)的定義為：尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)是指對(duì)生命、健康、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境負(fù)面影響的可能性和嚴(yán)重性的度量，是潰壩、庫(kù)內(nèi)排水系統(tǒng)泄露可能性和產(chǎn)生的后果的乘積。

2 尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及分類

安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是安全風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策措施研究工作的第一步，也是對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策措施研究的基礎(chǔ)。尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的主要工作就是確定哪些因素會(huì)影響到尾礦庫(kù)的安全，并將這些因素進(jìn)行匯總、分類。

聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)和美國(guó)大壩委員會(huì)(USCOLD)對(duì)197起尾礦庫(kù)事故進(jìn)行了調(diào)查，事故類型見(jiàn)表1。從表1中可以看出尾礦庫(kù)可能發(fā)生的事故類型主要有：邊坡失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞、洪水漫頂、滲流破壞、地震破壞、基礎(chǔ)破壞。

從表1中可以看出，我國(guó)發(fā)生尾礦庫(kù)潰壩的主要事故類型為：邊坡失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞、洪水漫頂、滲流破壞。

表1 尾礦庫(kù)事故類型統(tǒng)計(jì)表

綜合分析上述兩組數(shù)據(jù)結(jié)果可知，尾礦壩事故類型主要為：邊坡穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)破壞、洪水漫頂、滲流破壞、地震破壞及基礎(chǔ)破壞。

根據(jù)尾礦庫(kù)的事故類型可以把尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)一次分解為：(1)邊坡失穩(wěn)；(2)結(jié)構(gòu)破壞；(3)洪水漫頂；(4)滲流破壞；(5)地震破壞；(6)基礎(chǔ)破壞。

3 尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)二次分解

安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的基礎(chǔ)在于對(duì)項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)的分解，然而通過(guò)一次分解意識(shí)到項(xiàng)目存在風(fēng)險(xiǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要進(jìn)一步判斷是哪些安全風(fēng)險(xiǎn)因素，在何種條件下、以何種方式導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)的分解就是根據(jù)項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)的相互關(guān)系將其分解成若干個(gè)子系統(tǒng)，而且分解的程度足以使人們較為容易地識(shí)別出項(xiàng)目的安全風(fēng)險(xiǎn)，使風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別具有較好的準(zhǔn)確性、完整性和系統(tǒng)性。

為了進(jìn)一步找出尾礦庫(kù)的安全風(fēng)險(xiǎn)，有必要對(duì)一次分解后的6個(gè)尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行二次分解。以便清楚地了解尾礦庫(kù)工程全生命周期所面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 邊坡失穩(wěn)安全風(fēng)險(xiǎn)二次分解

(1)工程勘察不全面，對(duì)壩體區(qū)域勘察范圍不夠，給出的物理力學(xué)參數(shù)與工程實(shí)際不符。

(2)采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。

(3)初期壩、后期壩選型不當(dāng)。

(4)采用上游法尾礦堆壩時(shí)，尾礦壩上升速度太快，庫(kù)內(nèi)沉積尾礦固結(jié)時(shí)間不夠。

(5)尾礦概化分區(qū)不合理。

(6)對(duì)于庫(kù)長(zhǎng)較短的尾礦庫(kù)，為了追求庫(kù)容或澄清距離，堆積壩坡過(guò)陡。

(7)由于施工單位資質(zhì)、施工材料質(zhì)量造成壩體施工質(zhì)量不合格。

(8)寒冷地區(qū)后期壩采用上游法尾礦堆壩時(shí)，冬季排礦過(guò)程中形成的夾冰層。

3.2 結(jié)構(gòu)破壞安全風(fēng)險(xiǎn)二次分解

(1)排水系統(tǒng)施工質(zhì)量差。

(2)排水系統(tǒng)沿線地基不均勻沉降或抗壓強(qiáng)度不夠造成變形、破壞、斷裂。

(3)對(duì)排水系統(tǒng)的封堵不滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)在尾礦庫(kù)的日常運(yùn)行管理中，不重視對(duì)排水設(shè)施的日常檢查、維護(hù)工作，將不能發(fā)現(xiàn)事故隱患并排出，不能保證排水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 洪水漫頂安全風(fēng)險(xiǎn)二次分解

(1)防洪等級(jí)選擇偏低、匯水面積計(jì)算偏小和暴雨強(qiáng)度選擇不當(dāng)?shù)仍斐蓪?duì)洪峰流量估算不足，排水構(gòu)筑物的泄水能力不足、調(diào)洪庫(kù)容偏小及壩的安全超高不足。

(2)未按設(shè)計(jì)要求放礦，沉積灘的坡度不滿足設(shè)計(jì)要求等造成調(diào)洪庫(kù)容變小。

(3)對(duì)于大庫(kù)容尾礦庫(kù)，未按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行庫(kù)尾和周邊放礦，影響調(diào)洪庫(kù)容。

(4)發(fā)生了超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的大洪水。

(5)施工過(guò)程中隨意變更排水系統(tǒng)的型式、布置及尺寸。

(6)對(duì)尾礦庫(kù)的觀測(cè)和科學(xué)管理不到位，暴雨時(shí)的應(yīng)急措施不科學(xué)，造成洪水漫頂。

(7)未設(shè)置庫(kù)內(nèi)水位標(biāo)尺，不易隨時(shí)掌握庫(kù)內(nèi)水位信息。

3.4 滲流破壞安全風(fēng)險(xiǎn)二次分解

(1)對(duì)尾礦庫(kù)勘察的范圍不夠，勘察階段對(duì)水文地質(zhì)的工作不夠。

(2)前期庫(kù)尾放礦，壩前淤泥太厚，浸潤(rùn)線高；在轉(zhuǎn)向壩前放礦，加固處理不當(dāng)，導(dǎo)致失穩(wěn)潰壩。

(3)庫(kù)側(cè)或壩頂獨(dú)頭放礦，在尾礦壩中產(chǎn)生淤泥夾層，抬高浸潤(rùn)線。

3.5 地震破壞

(1)針對(duì)地震開(kāi)展工程地質(zhì)勘察工作深度不夠，未能對(duì)找出庫(kù)區(qū)對(duì)抗震不利的因素，無(wú)法提出動(dòng)力計(jì)算必須的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

(2)設(shè)計(jì)采用的壩型對(duì)抗震不利。

3.6 基礎(chǔ)破壞

(1)選擇的壩址存在不良地質(zhì)情況。

(2)軟土、濕陷性性黃土、易液化土、凍土地基：處理不當(dāng)，滑坡和潰壩。

(3)易管涌地基：滲透破壞，潰壩。

(4)巖溶地基：坍塌潰壩。

4 降低安全風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策措施

通過(guò)對(duì)尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和分析研究，本文提出了相應(yīng)的對(duì)策措施，主要措施如下：

(1)尾礦庫(kù)應(yīng)以壩高作為尾礦庫(kù)定等的依據(jù)，不應(yīng)根據(jù)庫(kù)容降低尾礦庫(kù)的等別。

(2)重視尾礦庫(kù)選址工作，加強(qiáng)尾礦庫(kù)選址過(guò)程中的工程地質(zhì)勘察工作。

(3)加強(qiáng)尾礦庫(kù)全生命周期的工程地質(zhì)勘察工作，并根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料對(duì)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行復(fù)核。

(4)加強(qiáng)尾礦壩筑壩材料的勘察工作，確保工程施工達(dá)到設(shè)計(jì)文件的要求。

(5)對(duì)于高震區(qū)的高壩尾礦庫(kù)應(yīng)適當(dāng)限制采用對(duì)抗震不利的壩型，加大高震區(qū)高壩尾礦庫(kù)抗震設(shè)計(jì)的研究工作。

(6)對(duì)于高壩尾礦庫(kù)，應(yīng)適當(dāng)限制上游法尾礦堆壩，條件允許時(shí)應(yīng)采用中線法、下游法尾礦堆壩及當(dāng)?shù)夭牧蠅巍?/p>

(7)對(duì)于上游法尾礦堆壩的高壩尾礦庫(kù)，應(yīng)限制尾礦壩上升速度，為尾礦壩整體穩(wěn)定提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，降低尾礦壩壩坡失穩(wěn)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

(8)對(duì)于上游法尾礦堆壩的高壩尾礦庫(kù)，應(yīng)加強(qiáng)初期排礦安全監(jiān)管工作；在使用初期壩所形成庫(kù)容時(shí)，應(yīng)盡快形成沉積灘，尾礦在壩前不得水下排礦，尾礦庫(kù)應(yīng)具備初期壩標(biāo)高以下維持低水位運(yùn)行的工程措施。

(9)對(duì)于大庫(kù)容尾礦庫(kù)，設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮周邊和庫(kù)尾排礦對(duì)尾礦庫(kù)安全的影響，加強(qiáng)周邊和庫(kù)尾排礦的管理工作，使大庫(kù)容尾礦庫(kù)的周邊和庫(kù)尾排礦安全有序的進(jìn)行。

(10)對(duì)于寒冷地區(qū)上游法高壩尾礦庫(kù)，應(yīng)限制冬季壩前放礦，降低冬季放礦形成永久夾冰層的可能性，從而降低由此帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

(11)對(duì)于采用尾礦堆壩的尾礦庫(kù)，尾礦庫(kù)使用前期不得進(jìn)行周邊和庫(kù)尾放礦，不得在庫(kù)側(cè)或壩頂獨(dú)頭放礦，須在壩前進(jìn)行均勻放礦，防止壩前形成尾礦泥軟弱層。

(12)對(duì)于服務(wù)期長(zhǎng)的尾礦庫(kù)，特別是高壩尾礦庫(kù)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)入庫(kù)尾礦的粒度、比重、濃度及入庫(kù)量的監(jiān)管，一旦發(fā)現(xiàn)某項(xiàng)指標(biāo)發(fā)生劇烈變化，應(yīng)要求使用單位重新對(duì)尾礦庫(kù)安全性論證。

(13)加強(qiáng)庫(kù)區(qū)及上游設(shè)施和人類活動(dòng)監(jiān)管工作，限制庫(kù)區(qū)及上游設(shè)施和人類活動(dòng)。

(14)應(yīng)加強(qiáng)排水設(shè)施封堵的設(shè)計(jì)及安全管理工作。

(15)對(duì)于高壩尾礦庫(kù)，排水系統(tǒng)應(yīng)限制使用排水管型式，防止尾礦庫(kù)排水系統(tǒng)在高應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生破壞。

(16)強(qiáng)調(diào)尾礦庫(kù)管理單位技術(shù)人員的培訓(xùn)工作，并建立尾礦庫(kù)管理單位與咨詢?cè)O(shè)計(jì)單位長(zhǎng)期服務(wù)機(jī)制。

(17)應(yīng)盡可能采用低水位運(yùn)行。

(18)條件允許的前提下，尾礦應(yīng)優(yōu)先選用超高濃度堆存、干式堆存。

5 結(jié)論

(1)本文通過(guò)對(duì)尾礦庫(kù)的分析，給出了尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)是指對(duì)生命、健康、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境負(fù)面影響的可能性和嚴(yán)重性的度量，是潰壩、庫(kù)內(nèi)排水系統(tǒng)泄露可能性和產(chǎn)生的后果的乘積。

(2)尾礦庫(kù)面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)可以總體分為：邊坡失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞、洪水漫頂、滲流破壞、地震破壞和基礎(chǔ)破壞六大類。

(3)本文通過(guò)尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)的二次分解，可以清楚的了解尾礦庫(kù)工程全生命周期所面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)，有助于礦山企業(yè)在尾礦庫(kù)日常管理過(guò)程中盡快找到尾礦庫(kù)所面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)，獲得切實(shí)可行的降低安全風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策措施。

(4)在尾礦庫(kù)項(xiàng)目的全生命周期過(guò)程中，采取合適的對(duì)策措施，有利于降低尾礦庫(kù)的安全風(fēng)險(xiǎn)。在尾礦庫(kù)安全管理過(guò)程可根據(jù)工程自身特點(diǎn)結(jié)合本文給出的對(duì)策措施盡快給出不同尾礦庫(kù)項(xiàng)目降低安全風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策措施。