尾矿库安全评价方法研究

1、秦秦 毅毅 教授教授20162016年年5 5月月汇 报 目 录汇 报 目 录尾矿库安全问题尾矿的堆存处理，通常是利用有利地形，围筑堤坝，形成一定的容积，将尾矿的堆存处理，通常是利用有利地形，围筑堤坝，形成一定的容积，将尾矿排入其中，这种设施称为尾矿排入其中，这种设施称为尾矿库。尾矿库通常具有高势能，一旦发生尾矿库。尾矿库通常具有高势能，一旦发生事故，会产生泥石流事故，会产生泥石流，给下游人民的生命财产带来严重损失，同时破坏生，给下游人民的生命财产带来严重损失，同时破坏生态环境。态环境。（1 1）美国克拉克大学公害评定小组的研究表明）美国克拉克大学公害评定小组的研究表明, ,尾矿库事故的危害在

2、世界尾矿库事故的危害在世界9393种事故、公害的隐患中种事故、公害的隐患中, ,名列第名列第1818位位, ,它仅次于核爆炸、神经毒气、核辐射等它仅次于核爆炸、神经毒气、核辐射等危害。危害。尾矿库事故统计尾矿库事故统计（2 2）据统计，自）据统计，自19651965年以来，美国、智利、南非、加拿大、保加利亚、秘鲁年以来，美国、智利、南非、加拿大、保加利亚、秘鲁、菲律宾、赞比亚等国共发生了、菲律宾、赞比亚等国共发生了6060起尾矿库事故其中，起尾矿库事故其中，溃坝溃坝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，我国共发生尾矿库事故年，我国共发生尾矿库事故9090起，加之起，加之1960-20001960-2000年年1010起有重起有重大伤亡的尾矿库事故。大伤亡的尾矿库事故。约约100100起尾矿库事故中，溃坝占起尾矿库事故中，溃坝占65%65%，尾砂泄露占，尾砂泄露占31%31%。0102030渗透破坏洪水漫顶地震液化浸润线高速度快其他国外溃坝事故统计010203040渗透破坏洪水漫顶坝坡过陡浸润线高地震液化国内溃坝事故统计9898山西襄汾新塔矿业尾矿库溃坝事故山西襄汾新塔矿业尾矿库溃坝事故 20082008年年9 9月月8 8日，山西省襄汾县新塔矿业有限公司新塔矿区发生特日，山西省襄汾县

4、新塔矿业有限公司新塔矿区发生特别重大溃坝事故。事故泄容量别重大溃坝事故。事故泄容量26.826.8万立方米，过泥面积万立方米，过泥面积30.230.2公顷，波公顷，波及下游及下游500500米左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅，米左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅，造成造成277277人死人死亡、亡、4 4人失踪、人失踪、3333人受伤，直接经济损失达人受伤，直接经济损失达9619.29619.2万元万元。是一起违法。是一起违法违规生产导致的重大责任事故。违规生产导致的重大责任事故。12201220深圳山体滑坡深圳山体滑坡 2015 2015年年1212月月2020日日1111时时4040

5、分，广东省深圳市光明新区凤凰社区恒泰分，广东省深圳市光明新区凤凰社区恒泰裕工业园发生山体滑坡裕工业园发生山体滑坡 。此次灾害滑坡覆盖面积约。此次灾害滑坡覆盖面积约3838万平方米，造成万平方米，造成3333栋建筑物被掩埋或不同程度受损，栋建筑物被掩埋或不同程度受损，灾害造成灾害造成6969人死亡。人死亡。 值得注意的是，专家认定值得注意的是，专家认定此事故非山体滑坡，是此事故非山体滑坡，是“人工堆土垮塌人工堆土垮塌”。 基于尾矿库存在的安全问题，保证其安全运行，国家制定了一些列的基于尾矿库存在的安全问题，保证其安全运行，国家制定了一些列的法律、法规、规范。法律、法规、规范。 安全评价通则安全评

6、价通则。 非煤矿矿山建设项目安全设施设计审查与竣工验收办法非煤矿矿山建设项目安全设施设计审查与竣工验收办法。 安全验收评价导则安全验收评价导则。 安全预评价导则安全预评价导则。 尾矿库安全技术规程尾矿库安全技术规程。 然而，以上法律法规中较多为然而，以上法律法规中较多为定性规定定性规定与与“一刀切一刀切”的条文的条文。例如。例如关于印发深入开展尾矿库综合治理行动方案的通知规定，尾矿坝关于印发深入开展尾矿库综合治理行动方案的通知规定，尾矿坝下游下游1 1公里范围公里范围以内的居民、学校等重要设施统一实施搬迁。陕西省安监局发布以内的居民、学校等重要设施统一实施搬迁。陕西省安监局发布的文件关于印发深

7、入开展尾矿库综合治理行动方案的通知尾矿库的文件关于印发深入开展尾矿库综合治理行动方案的通知尾矿库下游下游2 2公里范围公里范围以内不能有居民、学校等重要建构筑物等的管理规定。以内不能有居民、学校等重要建构筑物等的管理规定。汇 报 目 录汇 报 目 录尾矿库安全评价现状尾矿库安全尾矿库安全评价体系评价体系 尾矿库安全评价体系将其分为尾矿库安全评价体系将其分为5 5大单元，大单元，尾矿库安全管理单元尾矿库安全管理单元、尾尾矿排放与筑坝单元矿排放与筑坝单元、排洪系统单元排洪系统单元、水力输送系统单元水力输送系统单元和和回水系统及回水系统及环境保护单元环境保护单元。尾矿库尾矿库现状现状安全安全评价方法

8、评价方法（1 1）尾矿坝坝体稳定性评价方法。）尾矿坝坝体稳定性评价方法。（2 2）尾矿坝溃坝事故危险性预先分析法。）尾矿坝溃坝事故危险性预先分析法。（3 3）尾矿设施安全检查表法。）尾矿设施安全检查表法。极限平衡法极限平衡法数值分析法数值分析法 概率分析法概率分析法（1 1）尾矿尾矿坝坝体稳定性评价方法坝坝体稳定性评价方法基本土力学理论方基本土力学理论方法计算坝体稳定性法计算坝体稳定性建立数学模型求解建立数学模型求解坝坝体应力体应力应变应变值值分析坝体稳定性或分析坝体稳定性或失稳的概率失稳的概率（2 2）尾矿尾矿坝溃坝事故危险性预先分析法坝溃坝事故危险性预先分析法潜在事故产生原因事故后果危险等

9、级措施（1）坝体整体失稳库内存水过多；汛期雨量大；地震；排水构筑物堵塞、损毁；尾矿库坝体出现裂缝、滑坡、渗漏以及管涌流土；坝体施工不当尾矿坝垮塌，形成泥石流，导致人员伤亡、财产损失和严重的环境污染；尾矿坝局部滑坡、沉陷，威胁整体的安全 认真选址,并做好工程地质勘察工作；请具有资质和经验的设计人员精心设计尾矿坝，严格审查设计方案；严格实行工程监理制，确保尾矿坝施工质量（2）尾矿坝的渗漏尾矿排放超过设计标准；坝体厚度窄有毒有害液体泄漏，造成环境污染；尾矿坝垮塌，导致人畜伤亡、房屋倒塌严格设计方案审查制；严把施工质量和施工材料质量观；查清渗漏部位和施工原因，即使堵漏；建立完善的排渗设施；加强监测，注

10、意坝体浸润线出溢点的变化（3 3）设施安全检查表法）设施安全检查表法 根据尾矿库易出现事故的频率、危险程度及危害等级赋予分值根据尾矿库易出现事故的频率、危险程度及危害等级赋予分值。尾矿。尾矿库安全检查表总分为库安全检查表总分为100,100,尾矿库安全管理单元尾矿库安全管理单元4040、尾矿排放与筑坝单元、尾矿排放与筑坝单元2020、排洪系统单元、排洪系统单元2020、水力输送系统单元、水力输送系统单元1010、回水系统及环境保护单元、回水系统及环境保护单元1010。 尽管尾矿库安全监督管理规定中要求企业尽管尾矿库安全监督管理规定中要求企业每每3 3年年对尾矿库进行一对尾矿库进行一次安全评价，

11、但次安全评价，但评价质量不高、方法有限评价质量不高、方法有限，主要体现在以下，主要体现在以下2 2点点: :安评方法评价安评方法评价 定性评价居多，定量分析较少。定性评价居多，定量分析较少。采用的大多是安全检查表法、采用的大多是安全检查表法、 预先预先危险性分析法等评价方法，主要依靠评价人员经验，缺少定量分析和危险性分析法等评价方法，主要依靠评价人员经验，缺少定量分析和定量评价结果。定量评价结果。 “一刀切一刀切”模式。过多关注尾矿库本身，忽略了尾矿坝下游状况。模式。过多关注尾矿库本身，忽略了尾矿坝下游状况。对对尾矿库进行评价，只关注于尾矿坝渗流稳定和坝体稳定性计算，而不尾矿库进行评价，只关注

12、于尾矿坝渗流稳定和坝体稳定性计算，而不考虑下游居民、重要工业设施多寡及分布情况，造成下游人烟罕至的考虑下游居民、重要工业设施多寡及分布情况，造成下游人烟罕至的尾矿库风险与下游有密集城市的尾矿库风险相同，严重脱离了风险评尾矿库风险与下游有密集城市的尾矿库风险相同，严重脱离了风险评价的实际。价的实际。汇 报 目 录汇 报 目 录安评合理方法探讨定性分析与定性分析与“一刀切一刀切”模式模式安评现状安评现状尾矿库事故中尾矿库事故中65%65%以上以上由溃坝事故导致，漫顶由溃坝事故导致，漫顶洪水为主要原因之一洪水为主要原因之一漫顶洪水漫顶洪水确定漫顶或溃坝后确定漫顶或溃坝后准确的淹没范围、准确的淹没范围

13、、淹没深度等淹没深度等定量分析定量分析二维水动力学模型二维水动力学模型主要手段主要手段二维水动力模型原理二维水动力模型原理地形、地形、流域流域信息信息计算计算区域区域确定确定网格网格剖分剖分边界条边界条件与初件与初始条件始条件模型模型计算计算结果结果分析分析汇 报 目 录汇 报 目 录实例分析以陕西省某尾矿库为例。该尾矿库设计标准为以陕西省某尾矿库为例。该尾矿库设计标准为10001000年一遇，下游约年一遇，下游约2Km2Km为县城，为县城，1500m1500m处高速公路和变电站，处高速公路和变电站，800m800m左右有人家。左右有人家。安全洪水坝面冲刷水沙输移坝体稳定分析计算分析计算实验分

14、析实验分析 工况：根据泥沙的起动流速，选取使流速大于工况：根据泥沙的起动流速，选取使流速大于0.5m/s0.5m/s的流量的平均，即的流量的平均，即2m2m3 3/s/s进行流场计算，冲刷有效历时为进行流场计算，冲刷有效历时为1.151.15小时。小时。设计洪水推求设计洪水推求坝体稳定分析坝体稳定分析1. 1.物料的物理性物料的物理性质试验质试验2. 2.物料的力物料的力学性质学性质3. 3.最不利条件下最不利条件下坝体稳定性分析坝体稳定性分析利用二维数学模型模拟利用二维数学模型模拟计算坝面在垮坝或漫顶计算坝面在垮坝或漫顶的坝面水动力条件的坝面水动力条件坝面冲淤分析坝面冲淤分析水动力条件水动力

15、条件泥沙运动特性泥沙运动特性冲淤冲淤+实验确定实验确定（1）（2）（3 3）率定参数并验证模型后，计算设计洪水下的流速场率定参数并验证模型后，计算设计洪水下的流速场（4 4）统计计算坝坡相似流速区信息统计计算坝坡相似流速区信息（5 5）坝坡冲刷量计算坝坡冲刷量计算流区流速0.5水深最小水深最大水深冲刷终止水深h冲刷深度hp冲刷面积m2部分体积（m3）1区=3mMIKE864.26370.35234.5200.3450.148.93本模型806.28350.62215.19182.4647.0310.98相对误差(%)-6.71%-5.33%-8.23%-8.92%-6.20%22.96%（2

16、2）洪水风险图相比）洪水风险图相比洪水演进实时计算洪水演进实时计算在同一台计算机以及相同计算环境下，模拟在同一台计算机以及相同计算环境下，模拟878878个小时的洪水过程，本模个小时的洪水过程，本模型与型与MIKEMIKE模型的计算效率对比如下：模型的计算效率对比如下：MIKEMIKE计算网格数量为计算网格数量为168277168277，计算耗时约计算耗时约2222小时小时，即平均每，即平均每1 1小时模拟小时模拟洪水演进过程洪水演进过程40.740.7小时；本模型计算网格数量为小时；本模型计算网格数量为179296179296，计算耗时情况为，计算耗时情况为：t=0263ht=0263h为溃口进洪时段（溃口流量为溃口进洪时段（溃口流量00），本模型耗时），本模型耗时11min11min；t=263h898ht=263h898h为洪水扩散时段为洪水扩散时段( (溃口流量溃口流量=0)=0)，本模型耗时，本模型耗时1.51.5小时，即本模小时，即本模型模拟整个洪水演进过程，型模拟整个洪水演进过程，共耗