尾礦庫安全評(píng)價(jià)方法研究

1、秦秦 毅毅 教授教授20162016年年5 5月月匯 報(bào) 目 錄匯 報(bào) 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(shè)施稱為尾礦排入其中，這種設(shè)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(huì)產(chǎn)生泥石流事故，會(huì)產(chǎn)生泥石流，給下游人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失，同時(shí)破壞生，給下游人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失，同時(shí)破壞生態(tài)環(huán)境。態(tài)環(huán)境。（1 1）美國克拉克大學(xué)公害評(píng)定小組的研究表明）美國克拉克大學(xué)公害評(píng)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(jì)尾礦庫事故統(tǒng)計(jì)（2 2）據(jù)統(tǒng)計(jì)，自）據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jì)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(jì)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(jì)損失達(dá)人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9619.29619.2萬元萬元。是一起違法。是一起違法違規(guī)生產(chǎn)導(dǎo)致的重大責(zé)任事故。違規(guī)生產(chǎn)導(dǎo)致的重大責(zé)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(shí)時(shí)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(zāi)害滑坡覆蓋面積約。此次災(zāi)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(zāi)害造成災(zāi)害造成6969人死亡。人死亡。 值得注意的是，專家認(rèn)定值得注意的是，專家認(rèn)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(yùn)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(yùn)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(píng)價(jià)通則安全評(píng)

6、價(jià)通則。 非煤礦礦山建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施設(shè)計(jì)審查與竣工驗(yàn)收辦法非煤礦礦山建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施設(shè)計(jì)審查與竣工驗(yàn)收辦法。 安全驗(yàn)收評(píng)價(jià)導(dǎo)則安全驗(yàn)收評(píng)價(jià)導(dǎo)則。 安全預(yù)評(píng)價(jià)導(dǎo)則安全預(yù)評(píng)價(jià)導(dǎo)則。 尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程尾礦庫安全技術(shù)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(guān)于印發(fā)深入開展尾礦庫綜合治理行動(dòng)方案的通知規(guī)定，尾礦壩關(guān)于印發(fā)深入開展尾礦庫綜合治理行動(dòng)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(xué)校等重要設(shè)施統(tǒng)一實(shí)施搬遷。陜西省安監(jiān)局發(fā)布以內(nèi)的居民、學(xué)校等重要設(shè)施統(tǒng)一實(shí)施搬遷。陜西省安監(jiān)局發(fā)布的文件關(guān)于印發(fā)深

7、入開展尾礦庫綜合治理行動(dòng)方案的通知尾礦庫的文件關(guān)于印發(fā)深入開展尾礦庫綜合治理行動(dòng)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(xué)校等重要建構(gòu)筑物等的管理規(guī)定。以內(nèi)不能有居民、學(xué)校等重要建構(gòu)筑物等的管理規(guī)定。匯 報(bào) 目 錄匯 報(bào) 目 錄尾礦庫安全評(píng)價(jià)現(xiàn)狀尾礦庫安全尾礦庫安全評(píng)價(jià)體系評(píng)價(jià)體系 尾礦庫安全評(píng)價(jià)體系將其分為尾礦庫安全評(píng)價(jià)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(hù)單元環(huán)境保護(hù)單元。尾礦庫尾礦庫現(xiàn)狀現(xiàn)狀安全安全評(píng)價(jià)方法

8、評(píng)價(jià)方法（1 1）尾礦壩壩體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。）尾礦壩壩體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。（2 2）尾礦壩潰壩事故危險(xiǎn)性預(yù)先分析法。）尾礦壩潰壩事故危險(xiǎn)性預(yù)先分析法。（3 3）尾礦設(shè)施安全檢查表法。）尾礦設(shè)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(píng)價(jià)方法壩壩體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法基本土力學(xué)理論方基本土力學(xué)理論方法計(jì)算壩體穩(wěn)定性法計(jì)算壩體穩(wěn)定性建立數(shù)學(xué)模型求解建立數(shù)學(xué)模型求解壩壩體應(yīng)力體應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)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(xiǎn)性預(yù)先分析法壩潰壩事故危險(xiǎn)性預(yù)先分析法潛在事故產(chǎn)生原因事故后果危險(xiǎn)等

9、級(jí)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(gòu)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(dāng)尾礦壩垮塌，形成泥石流，導(dǎo)致人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和嚴(yán)重的環(huán)境污染；尾礦壩局部滑坡、沉陷，威脅整體的安全 認(rèn)真選址,并做好工程地質(zhì)勘察工作；請(qǐng)具有資質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員精心設(shè)計(jì)尾礦壩，嚴(yán)格審查設(shè)計(jì)方案；嚴(yán)格實(shí)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；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(dǎo)致人畜傷亡、房屋倒塌嚴(yán)格設(shè)計(jì)方案審查制；嚴(yán)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(shè)施；加強(qiáng)監(jiān)測，注

10、意壩體浸潤線出溢點(diǎn)的變化（3 3）設(shè)施安全檢查表法）設(shè)施安全檢查表法 根據(jù)尾礦庫易出現(xiàn)事故的頻率、危險(xiǎn)程度及危害等級(jí)賦予分值根據(jù)尾礦庫易出現(xiàn)事故的頻率、危險(xiǎn)程度及危害等級(jí)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(hù)單元、回水系統(tǒng)及環(huán)境保護(hù)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(duì)尾礦庫進(jìn)行一對(duì)尾礦庫進(jìn)行一次安全評(píng)價(jià)，

11、但次安全評(píng)價(jià)，但評(píng)價(jià)質(zhì)量不高、方法有限評(píng)價(jià)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(diǎn)點(diǎn): :安評(píng)方法評(píng)價(jià)安評(píng)方法評(píng)價(jià) 定性評(píng)價(jià)居多，定量分析較少。定性評(píng)價(jià)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(yù)先預(yù)先危險(xiǎn)性分析法等評(píng)價(jià)方法，主要依靠評(píng)價(jià)人員經(jīng)驗(yàn)，缺少定量分析和危險(xiǎn)性分析法等評(píng)價(jià)方法，主要依靠評(píng)價(jià)人員經(jīng)驗(yàn)，缺少定量分析和定量評(píng)價(jià)結(jié)果。定量評(píng)價(jià)結(jié)果。 “一刀切一刀切”模式。過多關(guān)注尾礦庫本身，忽略了尾礦壩下游狀況。模式。過多關(guān)注尾礦庫本身，忽略了尾礦壩下游狀況。對(duì)對(duì)尾礦庫進(jìn)行評(píng)價(jià)，只關(guān)注于尾礦壩滲流穩(wěn)定和壩體穩(wěn)定性計(jì)算，而不尾礦庫進(jìn)行評(píng)價(jià)，只關(guān)注

12、于尾礦壩滲流穩(wěn)定和壩體穩(wěn)定性計(jì)算，而不考慮下游居民、重要工業(yè)設(shè)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(shè)施多寡及分布情況，造成下游人煙罕至的尾礦庫風(fēng)險(xiǎn)與下游有密集城市的尾礦庫風(fēng)險(xiǎn)相同，嚴(yán)重脫離了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)尾礦庫風(fēng)險(xiǎn)與下游有密集城市的尾礦庫風(fēng)險(xiǎn)相同，嚴(yán)重脫離了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的實(shí)際。價(jià)的實(shí)際。匯 報(bào) 目 錄匯 報(bào) 目 錄安評(píng)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(píng)現(xiàn)狀安評(píng)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(dǎo)致，漫頂由潰壩事故導(dǎo)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(zhǔn)確的淹沒范圍、準(zhǔn)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(dòng)力學(xué)模型二維水動(dòng)力學(xué)模型主要手段主要手段二維水動(dòng)力模型原理二維水動(dòng)力模型原理地形、地形、流域流域信息信息計(jì)算計(jì)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(jì)算計(jì)算結(jié)果結(jié)果分析分析匯 報(bào) 目 錄匯 報(bào) 目 錄實(shí)例分析以陜西省某尾礦庫為例。該尾礦庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為以陜西省某尾礦庫為例。該尾礦庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算分析計(jì)算實(shí)驗(yàn)分

14、析實(shí)驗(yàn)分析 工況：根據(jù)泥沙的起動(dòng)流速，選取使流速大于工況：根據(jù)泥沙的起動(dòng)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(jìn)行流場計(jì)算，沖刷有效歷時(shí)為進(jìn)行流場計(jì)算，沖刷有效歷時(shí)為1.151.15小時(shí)。小時(shí)。設(shè)計(jì)洪水推求設(shè)計(jì)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(yàn)質(zhì)試驗(yàn)2. 2.物料的力物料的力學(xué)性質(zhì)學(xué)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(xué)模型模擬利用二維數(shù)學(xué)模型模擬計(jì)算壩面在垮壩或漫頂計(jì)算壩面在垮壩或漫頂?shù)膲蚊嫠畡?dòng)力條件的壩面水動(dòng)力條件壩面沖淤分析壩面沖淤分析水動(dòng)力條件水動(dòng)力

15、條件泥沙運(yùn)動(dòng)特性泥沙運(yùn)動(dòng)特性沖淤?zèng)_淤+實(shí)驗(yàn)確定實(shí)驗(yàn)確定（1）（2）（3 3）率定參數(shù)并驗(yàn)證模型后，計(jì)算設(shè)計(jì)洪水下的流速場率定參數(shù)并驗(yàn)證模型后，計(jì)算設(shè)計(jì)洪水下的流速場（4 4）統(tǒng)計(jì)計(jì)算壩坡相似流速區(qū)信息統(tǒng)計(jì)計(jì)算壩坡相似流速區(qū)信息（5 5）壩坡沖刷量計(jì)算壩坡沖刷量計(jì)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(duì)誤差(%)-6.71%-5.33%-8.23%-8.92%-6.20%22.96%（2

16、2）洪水風(fēng)險(xiǎn)圖相比）洪水風(fēng)險(xiǎn)圖相比洪水演進(jìn)實(shí)時(shí)計(jì)算洪水演進(jìn)實(shí)時(shí)計(jì)算在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)以及相同計(jì)算環(huán)境下，模擬在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)以及相同計(jì)算環(huán)境下，模擬878878個(gè)小時(shí)的洪水過程，本模個(gè)小時(shí)的洪水過程，本模型與型與MIKEMIKE模型的計(jì)算效率對(duì)比如下：模型的計(jì)算效率對(duì)比如下：MIKEMIKE計(jì)算網(wǎng)格數(shù)量為計(jì)算網(wǎng)格數(shù)量為168277168277，計(jì)算耗時(shí)約計(jì)算耗時(shí)約2222小時(shí)小時(shí)，即平均每，即平均每1 1小時(shí)模擬小時(shí)模擬洪水演進(jìn)過程洪水演進(jìn)過程40.740.7小時(shí)；本模型計(jì)算網(wǎng)格數(shù)量為小時(shí)；本模型計(jì)算網(wǎng)格數(shù)量為179296179296，計(jì)算耗時(shí)情況為，計(jì)算耗時(shí)情況為：t=0263ht=0263h為潰口進(jìn)洪時(shí)段（潰口流量為潰口進(jìn)洪時(shí)段（潰口流量00），本模型耗時(shí)），本模型耗時(shí)11min11min；t=263h898ht=263h898h為洪水?dāng)U散時(shí)段為洪水?dāng)U散時(shí)段( (潰口流量潰口流量=0)=0)，本模型耗時(shí)，本模型耗時(shí)1.51.5小時(shí)，即本模小時(shí)，即本模型模擬整個(gè)洪水演進(jìn)過程，型模擬整個(gè)洪水演進(jìn)過程，共耗