尾矿库安全现状评价体系与方法探讨.pdf

文章编号 1005 - 7854200503 - 0010 - 06 尾矿库安全现状评价体系与方法探讨 吕庭刚,庙延钢,殷 林,杨 溢,张智宇,栾龙发 昆明理工大学国土资源工程学院,昆明650093 摘 要尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流重大危险源,因此加强尾矿库安全管理,提高其规范 化、 标准化水平,确保尾矿库安全运行是非常迫切和需要的。本文针对目前尾矿库的安全评价体系与方 法进行了探讨,通过对尾矿库安全现状评价工作的实践,结合自身的专业水平,提出了尾矿库评价体系 以及单元的划分,编制出了较为科学、 合理和具有可操作性的各个单元安全检查表内容。此评价体系先 后在近40个尾矿库安全现状评价中应用,效果良好。 关键词尾矿库;安全现状评价体系;评价方法;安全检查表 中图分类号X91314 文献标识码A DISCUSSION ON ASSESSMENT SYSTEM AND APPROACH TO SAFETY ACTUALITY OF TAILING POND LΒTing2gang , MIAO Yan2gang , YIN Lin , YAN G Yi , ZHAN G Zhi2yu , L UAN Long2f a Faculty of L and Resource Engineering , Kunming University of Science and Technology , Kunming650093, China ABSTRACT Since tailing pond is a great dangerous source of man2made mud2rock flow with high potential en2 ergy ,strengthening its safety management ,upgrading its standardization level ,and ensuring its safety operation is required and very urgent1This paper discusses safety assessment system and approach to tailing pond1The authors, combining their professional knowledge ,brought forward an assessment systemof tailing pond ,in which the divisionof as2 sessment cells was made ,scientific ,reasonable and operational content of all assessment cells in safety checklist by practic2 ing in work of safety assessment of actuality on tailing pond was determined1This assessment system has been used in more than 40 tailing ponds’s safety assessment of actuality ,and good effect was obtained1 KEY WORDS Tailing pond; Assessment system of safety; Assessment approach ; Safety checklist 收稿日期 2005 - 05 - 30 作者简介吕庭刚,硕士研究生。 1 引 言 美国克拉克大学公害评定小组的研究表明,尾 矿库事故的危害在世界93种事故、 公害的隐患中, 名列第18位,它仅次于核爆炸、 神经毒气、 核辐射等 危害。尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流重大 危险源,在长达十多年甚至数十年时间里,各种自然 和人为不利因素威胁它的安全。事实一再表明,尾 矿库一旦失事,给当地的工农业生产及尾矿库下游 的人民生命财产造成的灾害和损失是巨大的。我国 现有各类大小尾矿库几千座,其中80 集中在有色 和冶金矿业。因此加强尾矿库安全管理,提高其规 范化、 标准化水平,确保尾矿库安全运行是十分迫切 和重要的。 2004年5月17日,国家安全生产监督管理局 颁布第9号令,关于 非煤矿山企业安全生产许可证 实施办法,在文件第五条中九小条规定,凡申办 安全生产许可证的非煤矿山企业必须 “依法进行安 全评价”;在文件第十二条规定尾矿库企业的生产 系统除符合本实施办法第五条的规定外,其厂房、 作 业场所和安全设施、 设备、 工艺还应当具备下列条 件 第14卷 第3期 2005年9月 矿 冶 MINING 2尾矿堆积坝整体外坡比不得陡于设计规定 值,部分高程堆积坝边坡过陡的,不得出现局部失 稳,并满足坝体稳定安全系数和渗流控制要求,无明 显沉陷、 滑坡、 裂缝、 流土、 管涌,外坡坡面无沼泽化 和较多大的冲沟,运行工况正常,在堆积坝整体外 坡比陡于设计规定值时,应当由具有资质的中介机 构进行稳定性分析,其分析方法和分析结果应当满 足规范要求; 3尾矿坝最小安全超高和最小干滩长度必须 满足规范要求; 4尾矿库排水设施应当符合设计要求,对出现 的堵塞、 坍塌、 裂缝、 变形、 腐蚀或磨蚀、 漏砂等现象 采取治理措施,运行工况正常。 尾矿库安全现状评价的目的是查找出尾矿库建 设运行过程中存在或可能出现的危险因素,提出科 学、 合理、 可行的安全技术调整方案与安全管理对 策,以消除危险因素,使尾矿库达到安全运行的目 的。尾矿库的安全评价程序及要求是依据原国家经 贸委20号令 “尾矿库安全生产管理规定” 文件。尾 矿库的安全评价体系与方法,目前尚无统一的规范, 基本上还处于探讨、 摸索阶段。在评价体系与方法 的选择、 定性定量评价内容的深度与广度、 评价指标 的确定等方面,由于评价人员专业水平的不同,编制 出的评价报告质量差异较大。作者通过收集的资料 和对尾矿库现场调查研究,对尾矿库的评价体系与 方法进行分析探讨,并结合对尾矿库安全现状评价 工作,编制出了具有较为科学、 合理、 可操作的尾矿 库评价体系与方法,可供评价人员和尾矿库企业人 员作为参考。 2 尾矿库安全现状评价体系 211 尾矿设施 尾矿库安全现状的评价对象不仅仅是尾矿堆存 系统,应该是整个尾矿设施。通常,尾矿设施由以下 四部分组成 1尾矿水力输送系统。包括尾矿浓缩池、 尾矿 输送管槽、 砂泵站和尾矿分散管槽等,用以将选矿厂 排出的尾矿浆送往尾矿库堆存。 2尾矿回水系统。包括回水泵站、 回水管道和 回水池等,用以回收尾矿库或浓缩池的澄清水,送回 选矿厂供选矿生产重复利用。 3尾矿堆存系统。通常简称为尾矿库,包括库 区、 尾矿坝、 排洪构筑物和坝的观测设备等,用以贮 存选矿厂排出的尾矿。 4尾矿水处理系统。包括水处理站和截渗、 回 收设施等,用以处理不符合重复利用或排放标准要 求的尾矿水,使之达到标准。 212 尾矿坝 尾矿坝坝型可分为两大类一类是初期坝,用 土、 石材料筑成,后期坝也称为子坝用尾矿筑成。 初期坝可做成透水坝近年来采用较多 , 也可做成 不透水坝国内早期采用较多 ; 后期坝一般采用上 游法筑坝,在地震较多的国家如日本、 智利等常采 用下游法或中间加高法筑坝。另一类是整个坝体全 用土、 石材料筑成,为延缓投资,也可分期筑坝。 目前,尾矿的湿法堆积形式有上游法、 中线法、 下游法、 高浓度尾矿堆积法和水库式尾矿堆积法尾 矿库挡水坝五种。 213 尾矿库安全现状评价体系 尾矿库安全评价体系将其分为5大单元,尾矿 库安全管理单元、 尾矿排放与筑坝单元、 排洪系统单 元、 水力输送系统单元和回水系统及环境保护单元。 评价内容包括 1尾矿坝稳定性安全评价① 尾矿坝库的地 质情况;② 尾矿颗粒组成分析;③ 尾矿物理力学特性 分析;④ 坝体结构、 构造的情况;⑤ 坝体沉陷、 裂缝、 坍塌及位移情况;⑥ 坝面渗流破坏情况包括管涌、 流土等现象 ; ⑦尾矿堆积坝安全超高和沉积滩长 度;⑧ 尾矿堆积坝坝坡比及坝面防护情况;⑨ 坝内排 渗设施效果及坝体浸润线观测情况;⑩ 尾矿坝各种 安全监测设施评价分析;λ ϖ尾矿坝静力、 动力和渗流 稳定分析结果。 2尾矿库防洪能力安全评价① 尾矿库防洪标 准;② 尾矿库调洪与排洪能力情况;③ 排洪构筑物完 好程度及可靠性情况。 3尾矿水力输送系统安全评价① 浓缩池的安 全评价分析;②尾矿管槽包括输送管槽及分散管 槽输送能力及其环境条件的安全评价分析;③ 砂泵 站的安全评价分析。 4尾矿回水系统安全评价① 回水泵站的安全 评价分析;② 回水管道的安全评价分析;③ 回水水量 平衡评价分析。 5尾矿水处理系统及安全评价① 水质安全评 价分析;② 截渗设施的安全评价分析。 6环境保护安全评价。 11吕庭刚等尾矿库安全现状评价体系与方法探讨 3 尾矿库安全现状评价方法 311 尾矿坝坝体稳定性评价方法 由于尾矿性质极为复杂,分析条件很少常规,同 时,尾矿坝技术起步较晚,尾矿坝安全稳定性分析至 今未形成自身的独立分析体系,均是沿用土力学得 到的传统分析方法。目前,尾矿坝的稳定性分析方 法主要有三种① 极限平衡法,如瑞典法、 毕肖普法、 余推力法、Sarma法等;② 数值分析法,也叫应力- 应变法,如有限元法、 拉格朗日元法FLAC法、 边 界元法等;③ 概率分析法,如蒙特卡洛法、 统计矩阵 等。 极限平衡法原理简单、 实用性强、 能够直接提供 坝体稳定性的定量结果,所以应用较广;数值分析法 是通过建立数学模型,选择材料的本构模型,来模拟 求解坝体的应力应变值,然后再按照一定的准则,判 断并给出坝体的稳定性区域等指标;概率分析法则 是在上述计算方法的基础上,进一步给出坝体的稳 定性的概率或坝体失稳破坏的概率。 一般而言,对尾矿坝工程的稳定性分析,先是确 定计算剖面,然后进行极限平衡的分析与计算,之后 再作数值分析,以检验极限平衡法的结果,最后采用 概率分析法,以确定坝体工程破坏风险程度。 目前,尾矿坝的稳定性分析方法主要是极限平 衡法,根据 选矿厂尾矿设施设计规范ZBJ12 90 第 31411条规定尾矿初期坝与堆积坝坝坡的抗滑稳 定性应根据坝体材料及坝基土的物理力学性质,考 虑各种荷载组合,经计算确定;计算方法宜采用瑞典 圆弧法。当坝基或坝体内存在软弱土层时,可采用 改良圆弧法;考虑地震荷载时,应按 水工建筑物抗 震设计规范 的有关规定进行计算。 312 尾矿坝溃坝事故危险性预先分析法 尾矿库溃坝事故是尾矿库重大危险,其危险性 预先分析PHA结果见表1。 表1 尾矿库溃坝事故危险性预先分析表 Table 1 The PHA on caving fault of tailing pond 潜在 事故 产生原因事故后果 危险 等级 措施 1坝体 整体失稳 ①库内存水过 多;② 汛期雨量 大;③地震;④ 排水构筑物堵 塞、 损毁;⑤尾 矿库坝体出现 裂缝、 滑坡、 渗 漏以及管涌流 土;⑥ 坝体施工 不当 ① 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;② 尾矿坝局部滑 坡、 沉陷,威胁 整体的安全 Ⅳ① 认真选址,并做好工 程地质勘察工作;② 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;③ 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 ①尾矿排放超 过设计标准;② 坝体厚度窄 ①有毒有害液 体泄漏,造成环 境污染;② 尾矿 坝垮塌,导致人 畜伤亡、 房屋倒 塌 Ⅳ① 严格设计方案审查 制;② 严把施工质量和 施工材料质量关;③ 查 清渗漏部位和施工原 因,及时堵漏;④建立 完善的排渗设施;⑤ 加 强监测,注意坝体浸润 线出溢点的变化 313 尾矿设施安全检查表法 31311 尾矿库安全检查表定量赋分 尾矿库各单元赋分及表中各项分数,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。尾矿库安全检查表总分为100 ,尾矿库安全管 理单元40、 尾矿排放与筑坝单元20、 排洪系统单元 20、 水力输送系统单元10、 回水系统及环境保护单 元10。 31312 尾矿库各单元安全检查表 尾矿库各单元安全检查表内容见图1 ,具体内 容如表2至表7所示。 21矿 冶 表2 尾矿库安全管理单元安全检查表 Table 2 Safety assessment table on safety management unit of tailing pond 检查 项目 安全标准 目标 分数 得 分 备 注 检查 项目 安全标准 目标 分数 得 分 备 注 1 尾 矿库管 理机构 设置 ① 设置尾矿库日常管理机构2 ② 尾矿库专职巡逻、 维护人员2 ③ 制定尾矿库安全工作年度计划和长远规划2 ④ 建有尾矿库安全生产规章制度和应急预案3 2 尾 矿库管 理档案 ① 建设文件及具有相应资质设计单位出具的 设计书 1 ② 组织机构和规章制度建设资料1 ③ 特种作业人员的安全技术培训和持证上岗 情况 2 ④ 尾矿库各构筑物运行记录1 ⑤ 事故隐患的整改情况3 3 尾 矿库 坝维 护管理 ① 尾矿库的检查周期“危” 级尾矿库每周不 少于1次,“险” 级尾矿库每月不少于1次, “病” 级尾矿库每季不少于1次,正常库的检 查每半年不少于1次 3 ② 尾矿库坝在汛前、 汛期、 汛后必须进行大 检查,带病运行的尾矿库在汛期中增加检查 次数 2 ③ 尾矿堆存作业严格按设计进行2 ④ 对坝体及库水位的各种监测要按计划定期 执行,并在汛期适当增加监测次数 2 ⑤ 周边山体无滑坡、 塌方、 泥石流2 ⑥ 库区周围无违章建筑,无违章施工、 爆破、 采石和违章民办采选活动 2 ⑦ 库内无违章取尾矿再选,无外来尾矿、 废 石、 废水和废弃物排入,无放牧和开垦 2 ⑧ 库区有岩溶或裂隙时,确保泄漏时不会对 周边及下游造成污染 2 ⑨ 上坝道路、 通讯、 供电及照明线路可靠和畅通1 4 沉积滩 ① 最小滩长符合设计及有关规定要求3 ② 滩面均匀平整,坡度符合设计及规范要求2 合计40 表3 尾矿排放与筑坝单元安全检查表 Table 3 Safety assessment table on damming and discharging unit of tailing pond 检查 项目 安全标准 目标 分数 得 分 备 注 检查 项目 安全标准 目标 分数 得 分 备 注 1 初 期坝 ① 坝的上下游坡比符合设计及规范要求015 ② 透水堆石坝设置反滤层,采用土工布组合反 滤层时,土工布嵌入坝基及坝肩的深度不小于 015m,并需用土料填实;不透水坝设置防水层 015 ③ 坝顶宽度及路面构造符合设计要求及规范 要求 015 2 子坝 ① 子坝堆积材料符合设计及有关规定要求015 ② 子坝最小安全超高满足设计及规范要求210 ③ 子坝堆积碾压或夯实015 ④ 子坝上不得设置泄洪口015 ⑤ 子坝外坡坡比符合设计110 ⑥ 子坝轴线避开沟谷015 ⑦ 地震7度以下地区可采用上游式筑坝,否 则采用下游及中线式筑坝或其它筑坝方法 015 ⑧ 子坝坝顶宽度及最终高度符合设计及规范 要求 210 3 坝体 ① 坝基无透水性较大的厚层砂砾石,无容易 液化土、 软黏土和湿陷性黄土,以及无溶岩发 育,并且设有排渗褥垫 110 ② 尾矿堆积体内设置水平排渗管沟及排渗井110 ③ 与山坡接触处的尾矿堆积坡脚处设置有帖 坡排渗或排渗管沟等 015 ④ 坝面无渗漏、 管涌、 沼泽化、 裂缝和滑坡现象110 ⑤ 堆积坝坡无冲沟,坝端有截水沟,无雨水冲 刷坝肩 110 ⑥ 坝面修筑人字沟或网状排水沟,或坡面植 草,或采用碎石、 废石或山坡土覆盖坝坡 015 4 尾矿 排放 ① 尾矿排放按设计进行,尾矿颗粒从粗到细 分布,在有效沉积滩范围内,无大面积和较厚 的矿泥沉积 015 ② 坝顶放矿支管的间距应采用8～15m015 ③ 矿浆流量和浓度稳定,并无沿子坝内坡趾 横向流动冲刷坝体现象 110 ④ 同时放矿的支管断面面积之和应为主管的 115～2倍 015 ⑤ 较长的尾矿坝应用矿浆阀门将主管分成几 段放矿 015 ⑥ 上游法筑坝,采用坝前分散放矿或水力旋 流器分级排矿,不得从库后排矿;冰冻期、 汛 期、 事故期或某种原因,确需从库后、 库侧、 库 周放矿,必须保证不会危及坝体安全 015 ⑦ 为满足坝顶放矿管移管堆坝的需要,应设 置向库内集中放矿的管道,寒冷地区还应设 置冰下放矿的措施 110 ⑧ 寒冷地区在冰冻期,采用库内冰下放矿,不 得在坝前分散放矿 015 ⑨ 岩溶或裂隙发育地区的尾矿库,采用周边 放矿,藉以形成防渗垫层,减少渗漏和落水洞 事故 110 合计20 31吕庭刚等尾矿库安全现状评价体系与方法探讨 表4 尾矿库排洪系统单元安全检查表 Table 4 Safety assessment table on flood discharging unit of tailing pond 检查 项目 安全标准 目标 分数 得 分 备 注 检查 项目 安全标准 目标 分数 得 分 备 注 1 排洪 系统 检查 ① 排水构筑物按设计施工,满足排洪能力要 求 310 ② 排水井无剥蚀、 剥落、 渗漏、 裂缝,井口水面 无漂浮物 115 ③ 排水斜槽无损毁、 坍塌、 裂缝、 渗漏、 淤堵115 ④ 排水涵管无破损、 断裂、 磨蚀、 裂缝、 渗漏、 淤堵 115 ⑤ 溢洪道无淤堵、 开裂、 损毁115 ⑥ 截洪沟无淤堵、 开裂、 损毁115 ⑦ 消能设施完好,无损毁、 淤堵110 ⑧ 排水系统终止使用时,排水井、 管、 洞的善 后封堵,严格按设计方案施工。一般在井底 部或支隧洞出口处封堵;通过坝下的涵管,应 在外坡址部出口外封堵 110 2 洪水 控制 ① 库内设醒目的水位观测标尺,标明正常水 位及警戒水位 110 ② 水边线与坝顶轴线基本保持平行,弯曲度 变化不大 110 ③ 水边线远离坝顶安全位置,不得逼近坝前, 也不得偏于坝端或一侧 110 ④ 泄空库池或大幅度降低水位时,控制流量。 若非情况特殊,不得高速骤降 015 ⑤ 位于地震区的尾矿库,有地震预报时,必须 按设计要求及时采取措施降低库水位和坝体 浸润线 110 ⑥ 岩溶或裂隙发育的尾矿库,加强巡视和细 心观察库池水变化情况,发现水变浑浊和气 泡及旋涡,须查明原因并及时处理 210 ⑦ 坝外坡及其两侧沟谷,不得有地表积水;发 现积水,查明原因并及时处理 110 合计20 表5 尾矿库水力输送系统单元安全检查表 Table 5 Safety assessment table on hydraulic2transporting unit of tailing pond 检查 项目 安全标准 目标 分数 得 分 备 注 检查 项目 安全标准 目标 分数 得 分 备 注 1 浓缩机 ① 严格按设计要求及有关规定进行操作和运 行,不得时停时转,并且操作人员须持证上 岗,并配有劳动保护用品 015 ② 开、 停机前预先通知主厂房和泵站采取相 应的安全措施,且不得使浓缩机超负荷运行 015 ③ 浓缩机有过载报警保护装置、 必要的计量 及检测仪表,并且需操作、 检修的部位设有照 明设施 015 2 浓缩池 ① 浓缩池的来矿流槽进口、 溢流出口处的隔 栅与挡板装置及排矿管槽、 沟易发生尾矿 沉积的部位应定期冲理,且检修部位设有照 明设施 015 ② 给入和排出浓缩池的尾矿浆浓度、 流量、 粒 度、 密度和溢流水水质等应符合设计要求,并 定时测定 015 3 尾矿 泵站 ① 定期检查维修设备仪器,保证矿浆稳定,无 漏损送至尾矿库 015 ② 严格按安全生产条例和设备仪器的有关技 术规定进行操作 015 ③ 储备有易磨损物品的备件和备用的设备、 仪器、 仪表等,并保持完好,磨损部件应及时 修补或更换 015 ④ 事故池要定时清理,并保有足够的容积;事 故的尾矿溢流不得任意排放 015 ⑤ 间接串联或远距离直接串联的砂泵站和油 隔离泥浆泵设置的逆止阀及其它安全保护装 置,应经常检查和维护 015 ⑥ 矿浆仓在来矿处设置的隔栅和仓内设置的 水位指标装置应经常冲洗与维护,进入仓内 的矿浆或补充水的落点应远离矿浆排矿口, 防止空气进入泵内 015 ⑦ 设置必要的辅助设施015 4 管槽沟 渠洞 ① 加强管理、 维护及定期巡视,保持畅通无阻015 ② 严禁将坝上管、 槽、 闸、 阀等杂物埋入坝内015 ③ 寒冷地区有防冻措施015 ④ 压力输送管道有备用线路,并保持完好015 ⑤ 尾矿输送管道V形管段的管径不大于临 界管径,最低处设有排矿口,并且尾矿管道上 的截流阀门应选用矿浆专用阀门 015 5 矿浆池 ① 每台组泵有单独的矿浆池;对于矿浆泵 应满足设计及技术要求;兼起调节和事故池 作用的矿浆池容积加大;若使用油隔离、 水隔 离泥浆泵时,矿浆池前设置隔网 110 ② 矿浆池可设在室外,有溢流管,并设斜梯、 池内爬梯及有栏杆维护的操作平台 015 合计10 31313 尾矿库定性定量评价指标的确定 按照原国家经贸委20号令,根据尾矿库的防洪 能力和尾矿库坝体的稳定性,尾矿库安全度分为危 库、 险库、 病库和正常库。 若尾矿库只要有一条属于危库、 险库及病库安 全度分类中的隐患,则属于危库的,安全检查表得分 总分扣30分;属于险库的安全检查表得分总分扣 20分;属于病库的,安全检查表得分总分扣10分。 41矿 冶 表6 尾矿库回水系统及环境保护单元安全检查表 Table 6 Safety assessment table on environment protection and backwater unit of tailing pond 检查 项目 安全标准 目标 分数 得 分 备 注 1 回水 ① 尾矿库回水水量保持平衡1 ② 有专人管理回水系统,并定期检修1 ③ 回水泵站设必要的维护设施1 ④ 囤船回水时,走道牢靠并有护栏,且囤 船负载量不得超过其设计要求,兼有排洪 功能时,要有应急措施 1 2 环境 保护 ① 排放的尾矿水,其水质应符合工业废水 排放标准的规定 1 ② 城镇集中式生活饮用水水源的卫生防 护地带和风景游览区,不得排入尾矿水 1 ③ 在城镇、 工矿区或农村集中取水点上游 排放尾矿水时,应保证经地面混合稀释 后,排出口下游最近用水点的地面水水质 符合 “工业企业设计卫生标准” 的规定 1 ④ 不得直接向水产养殖场排放尾矿水;尾 矿水排入地面后,在最近的渔业水体的水 质,必须符合渔业水体的要求 1 ⑤ 利用尾矿水灌溉农田时,其水质必须符 合农林部制定的有关规定 1 ⑥ 库内无尾矿粉尘飞扬1 合计10 在实际评价中采用综合评价得分给尾矿库安全 度分类。分类如下危库综合评价得分60分以下; 险库综合评价得分60～70分;病库综合评价得分 70～85分;正常库综合评价得分85分以上。 4 结 论 作者根据以上提出的尾矿库安全现状评价体系 与方法,先后在近40个尾矿库安全现状评价中应 用。在评价中,既有定性的评价内容,又有定量的评 价指标,该评价体系科学、 合理、 可操作性强,并具有 一定的广度和深度,尤其是各单元的安全检查表,通 过现场对照检查,容易查找出尾矿库在运行中存在 的安全隐患或可能出现的危险因素,便于评价人员 根据安全检查表查找出其安全隐患及危险因素,制 定相应的整改措施。 参考文献 〔1〕 国家安全生产监督管理局 1 安全评价[M]1 北京煤炭工 业出版社,20021 〔2〕 李作章,徐日升,穆鲁生,等 1 尾矿库安全技术[ M]1 北 京航空工业出版社,19961 〔3〕 赵晖 1 尾矿工程[ R]1 长春冶金工业部长春黄金设计 院,19861 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