尾礦庫安全評價方法研究

1、秦秦 毅毅 教授教授20162016年年5 5月月匯 報 目 錄匯 報 目 錄尾礦庫安全問題尾礦的堆存處理，通常是利用有利地形，圍筑堤壩，形成一定的容積，將尾礦的堆存處理，通常是利用有利地形，圍筑堤壩，形成一定的容積，將尾礦排入其中，這種設施稱為尾礦排入其中，這種設施稱為尾礦庫。尾礦庫通常具有高勢能，一旦發(fā)生尾礦庫。尾礦庫通常具有高勢能，一旦發(fā)生事故，會產(chǎn)生泥石流事故，會產(chǎn)生泥石流，給下游人民的生命財產(chǎn)帶來嚴重損失，同時破壞生，給下游人民的生命財產(chǎn)帶來嚴重損失，同時破壞生態(tài)環(huán)境。態(tài)環(huán)境。（1 1）美國克拉克大學公害評定小組的研究表明）美國克拉克大學公害評定小組的研究表明, ,尾礦庫事故的危害在

2、世界尾礦庫事故的危害在世界9393種事故、公害的隱患中種事故、公害的隱患中, ,名列第名列第1818位位, ,它僅次于核爆炸、神經(jīng)毒氣、核輻射等它僅次于核爆炸、神經(jīng)毒氣、核輻射等危害。危害。尾礦庫事故統(tǒng)計尾礦庫事故統(tǒng)計（2 2）據(jù)統(tǒng)計，自）據(jù)統(tǒng)計，自19651965年以來，美國、智利、南非、加拿大、保加利亞、秘魯年以來，美國、智利、南非、加拿大、保加利亞、秘魯、菲律賓、贊比亞等國共發(fā)生了、菲律賓、贊比亞等國共發(fā)生了6060起尾礦庫事故其中，起尾礦庫事故其中，潰壩潰壩5656起、占起、占9 93.3%3.3%，泄漏泄漏4 4起、占起、占6.7%6.7%。（3 3）2001-20132001-20

3、13年，我國共發(fā)生尾礦庫事故年，我國共發(fā)生尾礦庫事故9090起，加之起，加之1960-20001960-2000年年1010起有重起有重大傷亡的尾礦庫事故。大傷亡的尾礦庫事故。約約100100起尾礦庫事故中，潰壩占起尾礦庫事故中，潰壩占65%65%，尾砂泄露占，尾砂泄露占31%31%。0102030滲透破壞洪水漫頂?shù)卣鹨夯櫨€高速度快其他國外潰壩事故統(tǒng)計010203040滲透破壞洪水漫頂壩坡過陡浸潤線高地震液化國內(nèi)潰壩事故統(tǒng)計9898山西襄汾新塔礦業(yè)尾礦庫潰壩事故山西襄汾新塔礦業(yè)尾礦庫潰壩事故 20082008年年9 9月月8 8日，山西省襄汾縣新塔礦業(yè)有限公司新塔礦區(qū)發(fā)生特日，山西省襄汾縣

4、新塔礦業(yè)有限公司新塔礦區(qū)發(fā)生特別重大潰壩事故。事故泄容量別重大潰壩事故。事故泄容量26.826.8萬立方米，過泥面積萬立方米，過泥面積30.230.2公頃，波公頃，波及下游及下游500500米左右的礦區(qū)辦公樓、集貿(mào)市場和部分民宅，米左右的礦區(qū)辦公樓、集貿(mào)市場和部分民宅，造成造成277277人死人死亡、亡、4 4人失蹤、人失蹤、3333人受傷，直接經(jīng)濟損失達人受傷，直接經(jīng)濟損失達9619.29619.2萬元萬元。是一起違法。是一起違法違規(guī)生產(chǎn)導致的重大責任事故。違規(guī)生產(chǎn)導致的重大責任事故。12201220深圳山體滑坡深圳山體滑坡 2015 2015年年1212月月2020日日1111時時4040

5、分，廣東省深圳市光明新區(qū)鳳凰社區(qū)恒泰分，廣東省深圳市光明新區(qū)鳳凰社區(qū)恒泰裕工業(yè)園發(fā)生山體滑坡裕工業(yè)園發(fā)生山體滑坡 。此次災害滑坡覆蓋面積約。此次災害滑坡覆蓋面積約3838萬平方米，造成萬平方米，造成3333棟建筑物被掩埋或不同程度受損，棟建筑物被掩埋或不同程度受損，災害造成災害造成6969人死亡。人死亡。 值得注意的是，專家認定值得注意的是，專家認定此事故非山體滑坡，是此事故非山體滑坡，是“人工堆土垮塌人工堆土垮塌”。 基于尾礦庫存在的安全問題，保證其安全運行，國家制定了一些列的基于尾礦庫存在的安全問題，保證其安全運行，國家制定了一些列的法律、法規(guī)、規(guī)范。法律、法規(guī)、規(guī)范。 安全評價通則安全評

6、價通則。 非煤礦礦山建設項目安全設施設計審查與竣工驗收辦法非煤礦礦山建設項目安全設施設計審查與竣工驗收辦法。 安全驗收評價導則安全驗收評價導則。 安全預評價導則安全預評價導則。 尾礦庫安全技術規(guī)程尾礦庫安全技術規(guī)程。 然而，以上法律法規(guī)中較多為然而，以上法律法規(guī)中較多為定性規(guī)定定性規(guī)定與與“一刀切一刀切”的條文的條文。例如。例如關于印發(fā)深入開展尾礦庫綜合治理行動方案的通知規(guī)定，尾礦壩關于印發(fā)深入開展尾礦庫綜合治理行動方案的通知規(guī)定，尾礦壩下游下游1 1公里范圍公里范圍以內(nèi)的居民、學校等重要設施統(tǒng)一實施搬遷。陜西省安監(jiān)局發(fā)布以內(nèi)的居民、學校等重要設施統(tǒng)一實施搬遷。陜西省安監(jiān)局發(fā)布的文件關于印發(fā)深

7、入開展尾礦庫綜合治理行動方案的通知尾礦庫的文件關于印發(fā)深入開展尾礦庫綜合治理行動方案的通知尾礦庫下游下游2 2公里范圍公里范圍以內(nèi)不能有居民、學校等重要建構筑物等的管理規(guī)定。以內(nèi)不能有居民、學校等重要建構筑物等的管理規(guī)定。匯 報 目 錄匯 報 目 錄尾礦庫安全評價現(xiàn)狀尾礦庫安全尾礦庫安全評價體系評價體系 尾礦庫安全評價體系將其分為尾礦庫安全評價體系將其分為5 5大單元，大單元，尾礦庫安全管理單元尾礦庫安全管理單元、尾尾礦排放與筑壩單元礦排放與筑壩單元、排洪系統(tǒng)單元排洪系統(tǒng)單元、水力輸送系統(tǒng)單元水力輸送系統(tǒng)單元和和回水系統(tǒng)及回水系統(tǒng)及環(huán)境保護單元環(huán)境保護單元。尾礦庫尾礦庫現(xiàn)狀現(xiàn)狀安全安全評價方法

8、評價方法（1 1）尾礦壩壩體穩(wěn)定性評價方法。）尾礦壩壩體穩(wěn)定性評價方法。（2 2）尾礦壩潰壩事故危險性預先分析法。）尾礦壩潰壩事故危險性預先分析法。（3 3）尾礦設施安全檢查表法。）尾礦設施安全檢查表法。極限平衡法極限平衡法數(shù)值分析法數(shù)值分析法 概率分析法概率分析法（1 1）尾礦尾礦壩壩體穩(wěn)定性評價方法壩壩體穩(wěn)定性評價方法基本土力學理論方基本土力學理論方法計算壩體穩(wěn)定性法計算壩體穩(wěn)定性建立數(shù)學模型求解建立數(shù)學模型求解壩壩體應力體應力應變應變值值分析壩體穩(wěn)定性或分析壩體穩(wěn)定性或失穩(wěn)的概率失穩(wěn)的概率（2 2）尾礦尾礦壩潰壩事故危險性預先分析法壩潰壩事故危險性預先分析法潛在事故產(chǎn)生原因事故后果危險等

9、級措施（1）壩體整體失穩(wěn)庫內(nèi)存水過多；汛期雨量大；地震；排水構筑物堵塞、損毀；尾礦庫壩體出現(xiàn)裂縫、滑坡、滲漏以及管涌流土；壩體施工不當尾礦壩垮塌，形成泥石流，導致人員傷亡、財產(chǎn)損失和嚴重的環(huán)境污染；尾礦壩局部滑坡、沉陷，威脅整體的安全 認真選址,并做好工程地質(zhì)勘察工作；請具有資質(zhì)和經(jīng)驗的設計人員精心設計尾礦壩，嚴格審查設計方案；嚴格實行工程監(jiān)理制，確保尾礦壩施工質(zhì)量（2）尾礦壩的滲漏尾礦排放超過設計標準；壩體厚度窄有毒有害液體泄漏，造成環(huán)境污染；尾礦壩垮塌，導致人畜傷亡、房屋倒塌嚴格設計方案審查制；嚴把施工質(zhì)量和施工材料質(zhì)量觀；查清滲漏部位和施工原因，即使堵漏；建立完善的排滲設施；加強監(jiān)測，注

10、意壩體浸潤線出溢點的變化（3 3）設施安全檢查表法）設施安全檢查表法 根據(jù)尾礦庫易出現(xiàn)事故的頻率、危險程度及危害等級賦予分值根據(jù)尾礦庫易出現(xiàn)事故的頻率、危險程度及危害等級賦予分值。尾礦。尾礦庫安全檢查表總分為庫安全檢查表總分為100,100,尾礦庫安全管理單元尾礦庫安全管理單元4040、尾礦排放與筑壩單元、尾礦排放與筑壩單元2020、排洪系統(tǒng)單元、排洪系統(tǒng)單元2020、水力輸送系統(tǒng)單元、水力輸送系統(tǒng)單元1010、回水系統(tǒng)及環(huán)境保護單元、回水系統(tǒng)及環(huán)境保護單元1010。 盡管尾礦庫安全監(jiān)督管理規(guī)定中要求企業(yè)盡管尾礦庫安全監(jiān)督管理規(guī)定中要求企業(yè)每每3 3年年對尾礦庫進行一對尾礦庫進行一次安全評價，

11、但次安全評價，但評價質(zhì)量不高、方法有限評價質(zhì)量不高、方法有限，主要體現(xiàn)在以下，主要體現(xiàn)在以下2 2點點: :安評方法評價安評方法評價 定性評價居多，定量分析較少。定性評價居多，定量分析較少。采用的大多是安全檢查表法、采用的大多是安全檢查表法、 預先預先危險性分析法等評價方法，主要依靠評價人員經(jīng)驗，缺少定量分析和危險性分析法等評價方法，主要依靠評價人員經(jīng)驗，缺少定量分析和定量評價結(jié)果。定量評價結(jié)果。 “一刀切一刀切”模式。過多關注尾礦庫本身，忽略了尾礦壩下游狀況。模式。過多關注尾礦庫本身，忽略了尾礦壩下游狀況。對對尾礦庫進行評價，只關注于尾礦壩滲流穩(wěn)定和壩體穩(wěn)定性計算，而不尾礦庫進行評價，只關注

12、于尾礦壩滲流穩(wěn)定和壩體穩(wěn)定性計算，而不考慮下游居民、重要工業(yè)設施多寡及分布情況，造成下游人煙罕至的考慮下游居民、重要工業(yè)設施多寡及分布情況，造成下游人煙罕至的尾礦庫風險與下游有密集城市的尾礦庫風險相同，嚴重脫離了風險評尾礦庫風險與下游有密集城市的尾礦庫風險相同，嚴重脫離了風險評價的實際。價的實際。匯 報 目 錄匯 報 目 錄安評合理方法探討定性分析與定性分析與“一刀切一刀切”模式模式安評現(xiàn)狀安評現(xiàn)狀尾礦庫事故中尾礦庫事故中65%65%以上以上由潰壩事故導致，漫頂由潰壩事故導致，漫頂洪水為主要原因之一洪水為主要原因之一漫頂洪水漫頂洪水確定漫頂或潰壩后確定漫頂或潰壩后準確的淹沒范圍、準確的淹沒范圍

13、、淹沒深度等淹沒深度等定量分析定量分析二維水動力學模型二維水動力學模型主要手段主要手段二維水動力模型原理二維水動力模型原理地形、地形、流域流域信息信息計算計算區(qū)域區(qū)域確定確定網(wǎng)格網(wǎng)格剖分剖分邊界條邊界條件與初件與初始條件始條件模型模型計算計算結(jié)果結(jié)果分析分析匯 報 目 錄匯 報 目 錄實例分析以陜西省某尾礦庫為例。該尾礦庫設計標準為以陜西省某尾礦庫為例。該尾礦庫設計標準為10001000年一遇，下游約年一遇，下游約2Km2Km為縣城，為縣城，1500m1500m處高速公路和變電站，處高速公路和變電站，800m800m左右有人家。左右有人家。安全洪水壩面沖刷水沙輸移壩體穩(wěn)定分析計算分析計算實驗分

14、析實驗分析 工況：根據(jù)泥沙的起動流速，選取使流速大于工況：根據(jù)泥沙的起動流速，選取使流速大于0.5m/s0.5m/s的流量的平均，即的流量的平均，即2m2m3 3/s/s進行流場計算，沖刷有效歷時為進行流場計算，沖刷有效歷時為1.151.15小時。小時。設計洪水推求設計洪水推求壩體穩(wěn)定分析壩體穩(wěn)定分析1. 1.物料的物理性物料的物理性質(zhì)試驗質(zhì)試驗2. 2.物料的力物料的力學性質(zhì)學性質(zhì)3. 3.最不利條件下最不利條件下壩體穩(wěn)定性分析壩體穩(wěn)定性分析利用二維數(shù)學模型模擬利用二維數(shù)學模型模擬計算壩面在垮壩或漫頂計算壩面在垮壩或漫頂?shù)膲蚊嫠畡恿l件的壩面水動力條件壩面沖淤分析壩面沖淤分析水動力條件水動力

15、條件泥沙運動特性泥沙運動特性沖淤沖淤+實驗確定實驗確定（1）（2）（3 3）率定參數(shù)并驗證模型后，計算設計洪水下的流速場率定參數(shù)并驗證模型后，計算設計洪水下的流速場（4 4）統(tǒng)計計算壩坡相似流速區(qū)信息統(tǒng)計計算壩坡相似流速區(qū)信息（5 5）壩坡沖刷量計算壩坡沖刷量計算流區(qū)流速0.5水深最小水深最大水深沖刷終止水深h沖刷深度hp沖刷面積m2部分體積（m3）1區(qū)=3mMIKE864.26370.35234.5200.3450.148.93本模型806.28350.62215.19182.4647.0310.98相對誤差(%)-6.71%-5.33%-8.23%-8.92%-6.20%22.96%（2

16、2）洪水風險圖相比）洪水風險圖相比洪水演進實時計算洪水演進實時計算在同一臺計算機以及相同計算環(huán)境下，模擬在同一臺計算機以及相同計算環(huán)境下，模擬878878個小時的洪水過程，本模個小時的洪水過程，本模型與型與MIKEMIKE模型的計算效率對比如下：模型的計算效率對比如下：MIKEMIKE計算網(wǎng)格數(shù)量為計算網(wǎng)格數(shù)量為168277168277，計算耗時約計算耗時約2222小時小時，即平均每，即平均每1 1小時模擬小時模擬洪水演進過程洪水演進過程40.740.7小時；本模型計算網(wǎng)格數(shù)量為小時；本模型計算網(wǎng)格數(shù)量為179296179296，計算耗時情況為，計算耗時情況為：t=0263ht=0263h為潰口進洪時段（潰口流量為潰口進洪時段（潰口流量00），本模型耗時），本模型耗時11min11min；t=263h898ht=263h898h為洪水擴散時段為洪水擴散時段( (潰口流量潰口流量=0)=0)，本模型耗時，本模型耗時1.51.5小時，即本模小時，即本模型模擬整個洪水演進過程，型模擬整個洪水演進過程，共耗