尾礦庫地質(zhì)災(zāi)害的危險性評估內(nèi)容

1、尾礦庫地質(zhì)災(zāi)害與危險性評估摘要：尾礦庫是礦山選廠的主要設(shè)施，也是事故易發(fā)部位，近年來病害事故頻發(fā)，除了本身遭受地質(zhì)災(zāi)害影響外，尾礦庫工程更重要的是事故伴生、次生地質(zhì)災(zāi)害。尾礦庫事故可引發(fā)泥石流、滑坡、水土污染等次生災(zāi)害而進(jìn)一步擴大事故的危害性，概括了尾礦庫的工程特點，分析了尾礦庫建設(shè)遭受、引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要類型、致災(zāi)因素及危害性，針對尾礦庫地質(zhì)災(zāi)害評估工作，指出評估要點和需注意的問題。尾礦庫，亦稱尾砂庫。礦山開采出的礦石，經(jīng)選廠選出有價值的礦產(chǎn)品后產(chǎn)出大量廢渣，即尾礦或尾砂，為堆存尾礦砂所建的構(gòu)筑物系統(tǒng)稱為尾礦庫，通常包括尾礦壩、庫區(qū)、排洪設(shè)施等。一般情況下，尾礦庫在堆存尾礦砂的同時，也儲存選

2、廠廢水以供循環(huán)利用。我國目前建有幾千座尾礦庫，星羅棋布于礦區(qū)溝壑山谷之中，數(shù)量多、分布廣，占地面積、庫容規(guī)模相當(dāng)大。初步統(tǒng)計，具有一定規(guī)模的尾礦庫約1500座，庫容超過1億m³的有10座，最大的江西德興銅礦4#³。目前壩高超過100m的有26座，最高達(dá)270m，壩高小于30m的小庫占80%。近年來，隨著私營企業(yè)進(jìn)入礦山采、選礦領(lǐng)域，小規(guī)模尾礦庫數(shù)量增長很快。1 尾礦庫病害事故與地質(zhì)災(zāi)害尾礦庫作為礦山選礦生產(chǎn)的主要設(shè)施，是事故易發(fā)部位，也是隱伏巨大安全隱患的危險源。尾礦庫占用大量土地，改變和破壞原有生態(tài)環(huán)境；尾礦中的污染物，通過徑流和滲透，污染周圍的土地、水體；最嚴(yán)重的當(dāng)屬潰

3、壩事故，尾礦庫下游通常是人口稠密的居民區(qū)。潰壩時，尾礦砂、廢水傾瀉而下，農(nóng)田、村鎮(zhèn)頃刻間遭受滅頂之災(zāi)，其危害比水庫更為嚴(yán)重，造成人員傷亡、淤塞河道、嚴(yán)重污染土地和水體，而且這種污染災(zāi)害將是長期的，難以恢復(fù)。美國克拉克大學(xué)公害評定小組的研究表明，尾礦庫事故的危害，在世界93種事故、神經(jīng)毒氣、核輻射等災(zāi)害，而比航空失事、火災(zāi)等其他災(zāi)害嚴(yán)重。我國主要尾礦庫事故見表1。地質(zhì)災(zāi)害在尾礦庫病害事故中起著至關(guān)重要的作用。尾礦庫建設(shè)運營，一方面可能遭受諸如滑坡、塌陷等自然地質(zhì)災(zāi)害；另一方面尾礦庫病害事故多伴生、次生地質(zhì)災(zāi)害，從而加大尾礦庫病害事故的危害性，如泥石流、水土污染等。2 尾礦庫的工程特點尾礦庫的工程

4、特點：（1）分布于礦區(qū)山谷、洼地。通常尾礦庫多利用自然溝谷地形，筑壩成庫，三面環(huán)坡，上游匯水面積較大，直接面對暴雨、山洪沖擊。（2）尾礦庫下游多為人口稠密的居民區(qū)。通常尾礦庫位于江、湖、水源地的上游，下游分布有村鎮(zhèn)、工廠、農(nóng)田、交通設(shè)施等，尾礦庫事故直接威脅居民生命、財產(chǎn)安全。（3）壩體多采用二期筑壩法，即包括初期壩和后期壩兩部分。初期壩，亦稱基礎(chǔ)壩，多采用土石壩，相對而言，壩體厚度大、穩(wěn)定性好、高度小、不透水；后期壩是指利用尾礦砂在初期壩上筑壩加高，目前我國90%以上的后期壩采用上游法筑壩，即隨著庫區(qū)尾礦砂堆放，不斷加高壩體，這種筑壩方法簡單易行，費用低，但壩體固結(jié)度偏低、孔隙比大、含水量高

5、、壩體強度低，不利于壩體穩(wěn)定。同時，在初期壩與后期壩之間形成了一個抗剪能力極低的潛在滑動面。表1 我國主要尾礦庫事故統(tǒng)計時間尾礦庫傷亡人數(shù)事故原因與主要災(zāi)害死傷1962-09-26云南錫業(yè)公司火谷都尾礦庫17195壩體滑坡跨壩泥石流沖毀村莊、農(nóng)田，水土污染1985-08-25湖南柿竹園有色礦牛角壟尾礦庫49洪水漫頂跨壩泥石流1986-04-30安徽黃梅山鐵礦金山尾礦庫1997壩體中部滑坡跨壩泥石流1988-04陜西華縣金雄城鉬業(yè)公司栗西尾礦庫排洪隧洞塌陷泄露：水源地嚴(yán)重污染1992-05-24河南灤川縣赤土店鉬礦12排洪洞破壞庫區(qū)塌陷泥石流1993福建潘洛鐵礦尾礦庫144庫區(qū)滑坡跨壩1994-

6、07-12湖北新冶銅礦尾礦庫28洪水漫頂跨壩泥石流1994-05-07云南永福錫礦尾礦庫13壩下挖沙潰壩泥石流1994-05-10四川錦屏磷礦尾礦庫排水井塌落尾礦外泄：嚴(yán)重污染環(huán)境2000-10-18廣西鴻圖選礦廠2856壩體滑坡跨壩泥石流2004-04-22陜西鳳縣安河鉛鋅選廠尾礦庫庫排水管破裂泄露：廢水流入嘉陵江，水體污染2004-08-28陜西渭南華西礦業(yè)公司黃村鉛鋅礦尾礦庫跨壩泥石流：覆蓋耕地、水源地污染2005-09-21廣西樂平縣二塘錳礦3跨壩泥石流：沖毀村莊、農(nóng)田2005-11-08山西臨汾市浮山縣峰光選礦廠尾礦庫8跨壩泥石流2006-04-23河北遷安市蔡園鎮(zhèn)廟嶺溝鐵礦尾礦庫6

7、跨壩泥石流2006-04-30陜西鎮(zhèn)安縣黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司尾礦庫175跨壩泥石流：沖毀村莊、農(nóng)田、水土氰化物污染（4）尾礦砂顆粒細(xì)且飽水。選礦廠為增加礦物提取率，要求磨礦粒度很細(xì)，顆粒越細(xì)，尾礦庫沉積灘面越平緩，庫水位逼近壩前，尾礦砂多呈飽水狀態(tài)，在振動、攪動條件下極易液化。（5）起沉淀池的作用。尾礦庫通常在庫尾形成大小不一的積水塘，選礦廠廢水在此簡單沉淀、澄清后，再抽取至選廠循環(huán)使用。（6）設(shè)置有排洪設(shè)施。與一般水庫不同的是，尾礦庫本身不具備儲水調(diào)洪能力，為排泄上游進(jìn)庫洪水，通常在庫底設(shè)置排洪斜槽、管道或隧洞等構(gòu)筑物，或在一側(cè)開挖排水明渠。（7）極具威脅的污染源。尾礦砂通常含有酸性、堿性、

8、毒性污染物及鎘、砷、鉛、鋅、銀、汞等有害金屬，是一個隱伏巨大隱患的“毒場”，其污染影響面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過尾礦庫本身。（8）尾礦庫服務(wù)期就是尾礦壩筑壩期。后期壩隨著庫區(qū)尾礦砂的持續(xù)堆高而不斷堆填、加高，即尾礦壩的筑壩施工貫穿整個尾礦庫的運營、服務(wù)期，導(dǎo)致尾礦壩管理、監(jiān)督難度大。（9）閉庫后仍存在安全隱患。尾礦庫最佳恢復(fù)利用途經(jīng)是復(fù)墾，即在庫區(qū)覆土恢復(fù)土地或植樹、種草，恢復(fù)生態(tài)，改善礦區(qū)環(huán)境，但目前由于監(jiān)管不到位，礦主出于經(jīng)濟考慮，往往簡單平整，任其自然。由于壩體、排洪設(shè)施等相對簡陋，加上尾礦庫所處自然環(huán)境惡劣，即使閉庫后尾礦庫仍存在發(fā)生安全事故進(jìn)而引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的隱患。（10）私營業(yè)主進(jìn)入選礦領(lǐng)域，對尾礦

9、庫管理更加不利。今年來，私營經(jīng)濟大量涌入采、選礦業(yè)，相比公有制經(jīng)濟，私營業(yè)主追求利益最大化的特點更加突出，不愿為尾礦庫長期安全投資，抱有應(yīng)付、僥幸心理，短期冒險行為嚴(yán)重。從調(diào)查結(jié)果來看，目前大中型庫較好，小型庫較差，國有企業(yè)的較好，非國有企業(yè)的較差。3 尾礦庫主要地質(zhì)災(zāi)害類型及特點3.1 泥石流對尾礦庫而言，泥石流主要表現(xiàn)為潰壩次生災(zāi)害，據(jù)統(tǒng)計，70%以上的尾礦庫潰壩伴生泥石流或泥漿流災(zāi)害，正在運行的尾礦庫因庫區(qū)積水則比例更高。尾礦壩高度大，存放的尾礦砂多且飽水，形成大規(guī)模泥石流災(zāi)害的可能性較大。尾礦庫潰壩形成的泥石流具有高勢能、速度快、前鋒高度大的特點，與壩高、壩前地形、尾礦砂堆存量以及含水

10、狀態(tài)等密切相關(guān)。尾礦庫潰壩通常發(fā)生在雨季，平常含水量低的尾礦砂因雨水、山谷洪水的加入，同樣易于形成泥石流。壩前方陡（前傾）、窄的溝谷地形進(jìn)一步為泥石流增勢。3.2 滑坡尾礦庫滑坡災(zāi)害包括壩體滑坡、誘發(fā)庫岸滑坡或遭受自然滑坡災(zāi)害三個方面。尾礦庫后期壩多采用上游法筑壩，尾礦砂為筑壩材料，壩體強度低，穩(wěn)定性差，在初期壩與后期堆積壩之間存在一個抗剪能力極低的潛在滑動面。隨著庫區(qū)尾礦砂的不斷增高，對壩體的壓力逐漸加大，壩體最終因承受不住巨大壓力而滑坡破壞，導(dǎo)致壩體垮塌。尾礦庫通常位于山谷等低洼部位，堆放的尾礦砂多呈飽水狀態(tài)，尾礦積水以便選廠循環(huán)利用，因此，同水庫一樣，尾礦庫運行期間，將對庫岸坡體產(chǎn)生浸泡

11、、坡腳沖刷等作用，庫岸自然地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化，如巖土體飽水、強度降低，使得出于平衡狀態(tài)的岸坡發(fā)生破壞，破壞形式包括滑坡、崩塌、塌岸，影響因素主要有庫岸形態(tài)特征、巖土體性質(zhì)、沖刷作用強度等，結(jié)構(gòu)松軟和對水反應(yīng)敏感的巖土體，往往容易產(chǎn)生岸坡破壞。尾礦庫建設(shè)及運營在誘發(fā)庫岸滑坡的同時，還可能遭受自然滑坡災(zāi)害。大規(guī)模庫區(qū)滑坡可造成涌浪，導(dǎo)致污水、尾礦砂溢壩，甚至跨壩事故。影響庫岸滑坡的因素可歸為以下三類：一類是巖土體強度，如巖土體性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、風(fēng)化等；第二類是斜坡的形態(tài)特征，如地形坡度、人工開挖、填土等；第三類則是斜坡內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，如地下水壓力、堆載、地震和人工爆破等?；聻?zāi)害具有突發(fā)性、危害大的特點，潰壩

12、事故往往是先滑坡，后轉(zhuǎn)化為泥石流。3.3 塌陷分為巖溶塌陷和構(gòu)筑物破壞塌陷兩類。巖溶地區(qū)一些尾礦庫利用巖溶谷地或洼地成庫，尾礦庫投入使用后，飽水尾礦砂一方面增加地表荷重，同時將浸泡溶洞上覆土體、改變水動力條件，引發(fā)巖溶塌陷。庫區(qū)巖溶塌陷可導(dǎo)致大量尾礦砂、污水進(jìn)入地下巖溶系統(tǒng)，堵塞巖溶管道，污染巖溶地下水，而巖溶地區(qū)地下水十分脆弱，一旦污染將很難治理。是否發(fā)生巖溶塌陷取決于地下巖溶發(fā)育特征（是否存在溶洞、管道及其開口情況）和上覆土層特征（厚度、性質(zhì)）。尾礦庫為排泄上游洪水，庫區(qū)下通常布設(shè)排洪管、塔、斜槽、排洪隧洞等構(gòu)筑物，這些構(gòu)筑物一旦破壞，將造成庫區(qū)塌陷、尾礦砂泄露，污染下游水體、土壤。據(jù)統(tǒng)計

13、，因構(gòu)筑物破壞導(dǎo)致尾礦泄露占尾礦庫災(zāi)害的33.3%。發(fā)生的事故的主要原因是構(gòu)筑物強度、施工質(zhì)量及地基不均勻沉降等。3.4 水土污染有色金屬礦山多為共生或伴生礦，由于選礦工藝技術(shù)所限或出于經(jīng)濟考量，選礦廠多僅提取一種或幾種金屬成分，其他作為尾礦庫廢棄，同時選礦過程要加入各種浮選藥劑（有些是劇毒，如選黃金的氰化物），大量酸性、堿性、毒性和重金屬滯存于尾礦庫，可以說每一座尾礦庫都是一個“毒場”。伴隨著尾礦庫潰壩、泄露（巖溶塌陷或排洪構(gòu)筑物塌陷）或滲漏、非法排放、雨水沖刷等，有毒廢水、尾礦砂排入下游，污染水體、土壤，導(dǎo)致江河、湖泊、地下水等污染，水生生物滅絕，人畜中毒。流失的尾礦砂堆積于耕地表層，尾礦

14、庫污染水用于農(nóng)田灌溉，均可導(dǎo)致農(nóng)業(yè)耕作層土壤污染，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)、絕收，更為嚴(yán)重的是，水土污染具有長期性、隱蔽性的特點，一些農(nóng)作物對某些重金屬具有富集效應(yīng)，污染農(nóng)作物進(jìn)入人類食物鏈，對人體健康構(gòu)成極大威脅，而農(nóng)業(yè)耕作層、地下水重金屬污染具有難以降解性、污染積累性、長期性、后果嚴(yán)重的特點，污染治理需要花費大量資金，而且是一個極其漫長的過程。4 尾礦庫地質(zhì)災(zāi)害危險性評估要點4.1 查明地質(zhì)環(huán)境背景通過查閱資料、現(xiàn)場勘察（必要時利用鉆探手段），對尾礦庫場地的區(qū)域地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層、巖性、地震、氣象（降雨）以及滑坡、崩塌、泥石流、巖溶發(fā)育等不良地質(zhì)現(xiàn)象準(zhǔn)確把握，尤其要注意對尾礦庫運行構(gòu)成威脅的不

15、穩(wěn)定地質(zhì)體。4.2 掌握尾礦庫本身的工程特點包括以下內(nèi)容：（1） 尾礦庫的規(guī)模：占地范圍、堆存量、最大堆高等。（2） 尾礦壩：筑壩方式、壩高、壩體坡度、筑壩材料的物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行壩體穩(wěn)定性評價。（3） 排洪設(shè)施：最大洪水來水量以及排洪管、渠、隧道等構(gòu)筑物的分布、尺寸、材料，尤其注意排泄口位置。（4） 防滲與污水處理措施。（5） 尾礦砂及廢水的主要污染成分、濃度。（6） 尾礦庫閉庫后的處置方案。4.3 把握主要地質(zhì)災(zāi)害類型 地質(zhì)災(zāi)害評估包括現(xiàn)狀評估和預(yù)測評估，相對而言，預(yù)測施工期間及建成運營后可能引發(fā)或遭受的地質(zhì)災(zāi)害難度較大，也更加重要。首先要根據(jù)尾礦庫所處的地質(zhì)環(huán)境條件極其本身的過程特點，確

16、定地質(zhì)災(zāi)害類型，值得注意的是，確定評估區(qū)范圍要考慮災(zāi)害類型及其影響范圍，而后針對各種災(zāi)害的誘發(fā)、觸發(fā)等致災(zāi)因素進(jìn)行分析（計算）評價。（1）泥石流：與壩高、壩前地形、尾礦砂堆存量、粒度以及含水狀態(tài)、上游來水量等密切相關(guān)，必須針對上述因素進(jìn)行詳細(xì)勘察，預(yù)測潰壩造成泥石流災(zāi)害的可能性，并對其規(guī)模、運移路線、運行距離等做出判斷，準(zhǔn)確評估泥石流災(zāi)害的危險性。（2）滑坡：壩體和庫區(qū)滑坡的影響因素較多，包括主導(dǎo)因素：壩體及庫岸巖土類型和性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造和巖土體結(jié)構(gòu)、風(fēng)化和沖刷作用、地下水活動等；觸發(fā)因素，如：洪水、堆載、地震和人工爆破等，分析各因素的現(xiàn)狀及組合特征，尤其要注意老滑坡體和滑坡危險體。（3）塌陷：

17、對巖溶區(qū)尾礦庫，必須查清地下巖溶發(fā)育與覆蓋層狀況，尾礦庫與地下巖溶的作用關(guān)系，必要時采用物探、鉆探方法；了解排洪設(shè)施的布設(shè)，排洪構(gòu)筑物的類型、施工工藝等，對發(fā)生塌陷災(zāi)害的可能性、影響范圍、危害性作出準(zhǔn)確評估。（4）水土污染：掌握原礦石、助選劑和尾礦砂的成分及含量（重點是污染物）、可能的泄露途徑、方式與數(shù)量，預(yù)測相應(yīng)的污染范圍和污染物成分，結(jié)合居民區(qū)、耕地、水源地的分布關(guān)系，預(yù)測評估其危害性與危險性。4.4 提出必要的防治措施評估報告中要針對每一種可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，提出相應(yīng)的防治措施，包括避讓、工程加固、監(jiān)測三大方面。（1）選址盡量避開巖溶區(qū)或居民區(qū)、重要交通干線、水源地等，對泥石流等地質(zhì)災(zāi)害目前有效的方法仍是避讓，即在泥石流影