金属矿山尾矿库定量安全评价研究.pdf

46 环 保 与 分 析 黄 金 GOLD 2009年第5期/第30卷 金属矿山尾矿库定量安全评价研究 收稿日期 2009 - 02 - 23 作者简介王良忠1976 , 男,山东聊城人,硕士,讲师,从事机械工程、 矿业工程方面的研究;山东省青岛市,青岛理工大学黄岛校区国资处,266520 王良忠,张永亮,史美芳 青岛理工大学 摘要针对金属矿山尾矿库的特点,采用事故树分析法对尾矿库溃坝事故进行定性、 定量评价, 分析了金属矿山尾矿库中存在的各种危险因素及薄弱环节,并结合实际情况提出了相应的预防措 施。 关键词金属矿山;尾矿库;安全评价;事故树分析法 中图分类号 TD74 文献标识码B 文章编号 1001 - 12772009 05 - 0046 - 03 金属矿山尾矿库是矿山事故的频发领域。通过对 尾矿库进行安全现状评价,分析尾矿库在运行过程中 存在的危险、 有害因素,确定其危险度,对尾矿库各系 统、 安全设施和管理状况给予客观评价,可以对存在的 问题提出合理、 可行的对策、 措施及建议,以提高矿山 生产的安全程度和安全管理水平,减少和控制在生产 中的危险、 有害因素,预防事故发生,保护企业财产安 全及员工的健康和生命安全 [1]。 1 矿山概况 江西省某钨矿尾矿库始建于2001年。尾矿库属 山谷型上游式尾矿库,初期坝为浆砌石坝初期坝坝 顶标高为458. 5m,坝高为22m ,后期坝采用尾砂筑 坝,由江西省一家选矿企业共同出资340万元修建。 尾矿库于2002年初投入运行。2003年6月,在各级安 全生产监督管理部门例行安全生产大检查中发现该尾 矿库筑坝不规范,干滩长度不足,堆积坝高度已超过设 计最大高度,要求立即停止使用并着手进行整改。 整改方案采取以下措施 1新建排洪系统。采用排水井 隧洞的形式 排洪。框架式排水井直径3m,高15m,隧洞净断面 217m 2。 2对原排洪斜槽进行反滤封堵处理,全管道尾 砂充填塞实。 3初期坝下游增设底宽30m、 顶宽10m、 高约 14m的反压平台。 4调整堆积坝堆积位置,沿初期坝顶向库内平 推10m后,再按1∶3边坡堆坝。 该尾矿库属山谷型上游式尾矿库,基础资料为 选矿厂年尾矿产量5万t;年工作日250d;尾矿密度 干 2 10t/m 3 ;尾 矿 产 率80;库 区 汇 水 面 积 1126km 2 ,设计总坝高33. 5m,总库容150万m 3。安 全超高为1. 02m,干滩长度为51m,目前堆放尾矿约 32万m 3。尾矿库下游没有居民居住。 2 主要危险、 有害因素辨识与分析 根据对尾矿库生产场所、 使用设备和管理状况等 调查分析,该尾矿库在运行过程中主要存在坍塌、 尾 矿泄漏、 淹溺、 高处坠落等危险因素,其中坍塌是可能 造成重大事故的危险因素 [2 ]。尾矿库的有害因素对 环境影响主要表现为① 尾矿库在建设和堆积过程中 将对库区形成的自然景观、 环境要素、 生态平衡造成 局部破坏和改变,从而使环境质量发生一定的变化; ② 以风为载体的粉尘污染环境的有害因素;③ 以水为 载体的污水污染环境的有害因素。 2. 1 主要危险因素 2. 1. 1 坍 塌 尾矿库坍塌危害主要是指尾矿坝溃坝事故和库 区内山体滑坡。引起溃坝事故的主要原因包括初期 坝地基不良;尾矿库设计不合理;初期坝施工质量缺 陷;库内水位过高,安全超高不足;干滩长度不足;违 章在库区内采矿、 采石、 取土、 爆破、 炸鱼及滥取尾矿; 泥石流、 地震、 滑坡等地质灾害因素;尾矿排放不合 理;尾矿坝浸润线过高;子坝没有按设计堆积,操作不 合理;防洪系统、 排渗系统失效等。 根据对国内外尾矿坝事故的统计资料,各种事故 原因与机率见表1。 表1 尾矿坝失事原因与机率 失事原因机率/ 洪水漫顶 坝体渗漏 基础渗漏 溢洪或泄洪工程 其他 28 19 22 16 15 2009年第5期/第30卷 环 保 与 分 析47 由表1可以看出,洪水漫顶和基础渗漏造成的失 事机率较大。对正在服务的尾矿库而言,尾矿库的失 事主要是洪水漫顶、 坝坡稳定性差、 坝体振动液化而 溃坝。 2. 1. 2 尾矿泄漏 尾矿泄漏是尾矿库的主要危害之一,可造成环境 污染,严重时可导致溃坝事故的发生。尾矿泄漏原因 是尾矿输送管泄漏;尾矿坝泄漏;排水设施泄漏等。 尾矿泄漏危害的主要形式是污染下游河流、 农田、 植 被,导致溃坝事故的发生。 2. 1. 3 淹溺、 高处坠落 引起淹溺的原因是员工行进中意外滑入积水的 尾矿库内。引起高处坠落的原因是初期坝处的坠落。 2. 2 主要有害因素 主要有害因素的辩别与分析 1以风为载体的粉尘污染环境的有害因素。 该尾矿库已形成大面积尾矿堆积坝坡面,以及尾矿干 滩区域;当尾矿脱水后,黏结性很差,粉尘粒度一般 以0. 005～0. 1mm之间为主,一遇风吹易造成粉尘飞 扬,如果没有有效防尘措施,易造成附近大气环境的 污染,对人类健康及动物、 植物的生长造成危害。 2以水为载体的污水污染环境的有害因素。 水污染主要是尾矿库外排水、 从坝体渗出的污水及雨 水冲蚀坝体夹带尾砂的污水等,若水中污染物超过排 放标准时,排入下游河流或水体中,就破坏了水体的 原有质量,甚至危及原有的生态系统。水体污染将对 下游河流及地下水体的污染,对居民健康、 工农业生 产和鱼类、 水生物等自然环境均造成危害。 3 定性、 定量评价的应用 3. 1 事故树分析法简介 事故树分析又称故障树分析,是一种演绎的系统 安全分析方法。它是从要分析的特定事故或故障开 始,逐层分析其发生原因,一直到不能分析为止;将特 定的事故和各种原因危险因素之间用逻辑门符号 连接起来,得到形象、 简洁地表达其逻辑关系因果 关系的逻辑树图形,即事故树。通过对事故树简 化、 计算达到分析、 评价的目的。 3. 1. 1 事故树分析法的特点 1能详细查明系统各种固有、 潜在的危险因素 或事故原因,为改进安全设计、 制定安全技术对策、 采 取安全管理措施和事故分析提供依据。 2可以用于定性分析,求出各危险因素原因 对事故影响的程度;也可以用于定量分析,由各危险 因素原因的概率计算出事故发生的概率,从数量 上说明是否能满足预定目标值的要求,从而明确采取 对策和措施的重点,排出轻、 重、 缓、 急顺序。 3分析人员必须非常熟悉对象系统,具有丰富 的实践经验,能准确和熟练地应用分析方法。有时往 往会出现不同分析人员编制的事故树和分析结果不 同的现象。 4复杂系统的事故树一般很庞大,分析、 计算 的工作量大;有时,其定量分析连一般计算机都难胜 任。 5进行定量分析时,必须知道事故树中各事件 的故障率数据;若这些数据不准确,定量分析就不可 能进行。 3. 1. 2 事故树分析的基本步骤 1确定分析对象系统和要分析的各对象事件 顶上事件。通过经验分析、 事件树分析、 故障类型 和影响分析确定顶上事件何时、 何地、 何类 , 明确 对该系统的边界、 分析深度、 初始条件、 前提条件和不 考虑条件,熟悉系统、 收集相关资料工艺、 设备、 操 作、 环境、 事故等方面的情况和资料。 2确定系统事故发生概率、 事故损失的安全目 标值。 3调查原因事件。调查与事故有关的所有直 接原因和各种因素设备故障、 人员失误和环境不良 因素。 4编制事故树。从顶上事件起,逐步往下找出 所有原因事件直到最基本的原因事件为止,按其逻辑 关系画出事故树。每个顶上事件对应一株事故树。 5定性分析。按事故树结构进行简化,求出最 小割集和最小径集,确定各基本事件的结构重要度。 6定量分析。找出各基本事件的发生概率,计 算出顶上事件的发生概率,求出概率重要度和临界重 要度。 7结论。当事故发生概率超过预定目标值时, 从最小割集着手研究降低事故发生概率的所有可能 方案,利用最小径集找出消除事故的最佳方案;通过 重要度重要系数分析,确定采取对策和措施的重 点和先后顺序,从而得出分析、 评价的结论 [3 ]。具体 分析时,要根据分析的目的、 人力物力的条件、 分析人 员的能力选择事故树分析基本步骤的全部或部分内 容实施分析、 评价。对事故树规模很大的复杂系统进 行分析时,可应用事故树分析软件包,利用计算机进 行定性、 定量分析。 3. 2 溃坝事故分析 尾矿库坍塌危害主要是指尾矿坝溃坝事故,造成 下游的人员大量伤亡,建筑物、 构筑物、 公路、 铁路、 农 田等被冲毁,河流、 农田、 植被受到污染,尾矿设施被 毁坏的严重后果。 48 环 保 与 分 析 黄 金 笔者采用事故树的方法对溃坝事故进行分析,所绘制的事故树见图1。 图1 溃坝事故树 1最小割集的求解。 该事故结构函数式为 TA1A2A3A4A1 B 1B2B3A3 X13X14X15B41 代入各基本事件,分解上式可求得最小割集13 组为 K1X1 K2X2 K3X3 K4X4K5X5K6X6 K7X7K8X8K9X9 K10X10K11X16K12X17 K13X18 2结构重要度分析。 由最小割集,得到结构重要程度为 I1I2I3I4I5I6I7I8 I9I10I16I17I18 0.076 9。 3分析结论。 从最小割集可见,导致溃坝事故发生的途径有 13个,这些事故发生的途径是在生产过程中应该努 力排除的。 4 预防措施 1建立尾矿库安全管理机构,配备必要的技术 人员,建立健全各种规章制度。 2尾矿库应聘请具有资质的单位进行勘察、 设 计、 施工,并做好工程验收工作。 3确保有足够的干滩长度和安全超高。 4库内严禁滥挖尾砂、 取土、 炸鱼或其它爆破 等危害尾矿库安全的活动。 5在尾矿库的下游,不准建筑住宅和其它设施。 6堆积坝外坡采用植草皮、 覆盖坡土等措施护坡。 [参考文献] [1] 徐宏达.尾矿库安全评价初探[ J ].工业安全与环保, 2000, 31 9 15 - 18. [2] 彭承英.尾矿库事故及预防措施[J ].有色矿山, 1996 5 38 - 40. [3] 彭力,李发新.危害辨识与风险评价技术[M ].北京石油工业出 版社, 1998. Study on quantitative safety uation of ta ilings reservior in metalm ines Wang Liangzhong, Zhang Yongliang, ShiMeifang Q ingdao Technological University AbstractAiming at the characteristicsof tailings reserviors in metalmines, the qualitative and quantitative 2 uation of dam failure accidents is carried outwith event tree analysis. All kinds of risk factors and weak links in tailings reserviors are analyzed. Combining with the production practice, some countermeasures are put forward. Keywordsmetalmine; tailings reservior; safety uation; event tree analysis编辑赵玉娥