尾矿库环境风险评价方法探讨.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 尾矿库环境风险评价方法探讨 苏彩丽 1 ,余泳昌 1 ,常亚芳 2 1. 河南农业大学机电工程学院,郑州450002; 2.黄河水资源保护科学研究所,郑州450004 摘要环境风险评价是有色金属选矿项目环境影响评价的重要内容,目前尚没有统一的、 系统的评价方法。采用定量 预测的方法系统地对某拟建锑矿选厂尾矿库进行了环境风险评价,结果表明该尾矿库属于重大危险源,溃坝事故概 率为013 ,溃坝影响范围为636 m,溃坝将使下游河流遭受污染,As、Pb超标严重,对下游居民生活用水造成影响,必 须加强风险防范。定量预测方法可以准确地预测溃坝影响的范围和程度,对于尾矿库环境风险评价有一定的指导 作用。 关键词尾矿库;溃坝;环境风险评价;方法;风险防范措施 OF ENVIRONMENTAL RISK ASSESSMENT ON TAILINGS PONDS Su Caili1 Yu Y ongchang1 Chang Yafang2 1. College of Mechanical and Electrical Engineering , Henan Agricultural University , Zhengzhou 450002 , China; 2. Yellow River Water Resources Protection Insitute , Zhengzhou 450004 , China Abstract The environmental risk assessment is an important content of environmental impact assessment for non2ferrous metal beneficiation project. Up to now , there is no unified and systemic assessment . Taking an antimony ore beneficiation plant for example , environmental risk of tailings pond was analysed systematically using quantitative analysis . The results showed that the tailing pond was a source of major hazard and the accident probability of dam break was 013 . When the dam was broken , 636 m would be affected and the downstream rivers would be polluted seriouslywith the concentration of As and Pb over2standard to a great extent to have an influence on the water for the residents in the downriver.Therefore , the risk prevention should be strengthened. The influencing range and extent of the dam2break could be predicted accurately by the quantitative prediction , which can instruct the environmental risk assessment of the tailings pond. Keywords tailings pond; dam2break; environmental risk assessment ; ; risk prevention measure 0 引言 环境风险评价是指对人类的各种社会经济活动 所引发或面临的危害包括自然灾害对人体健康、 社 会经济、 生态系统等所造成的可能损失进行评估,并 据此进行管理和决策的过程 [1] 。它主要考虑建设项 目在建设和营运过程中的突发性灾难事故。突发性 灾难事故发生的概率虽然很小,但其影响程度往往是 巨大的。因此,科学准确的进行环境风险预测评价, 对于管理部门的决策和风险防范措施的制定起着重 要作用。 目前,对环境风险评价研究的热点主要集中在化 工项目的环境风险评价 [2] 。尾矿库与化工建设项目 不同,其风险主要集中在尾矿坝溃坝对环境的影响。 加拿大克拉克大学公害评定小组研究表明,尾矿坝一 类坝体的危害性事故,在世界93种事故、 公害和辐射 隐患中名列第18位,比航空失事、 火灾等还要严 重 [3] 。目前,对于尾矿库溃坝环境风险的预测尚未见 统一的、 系统的方法,因此,本文以一个拟建锑矿选厂 为例,对尾矿库的环境风险评价方法作以系统地分析 和探讨。 1 风险识别 111 尾矿库概况 拟建锑矿选厂生产规模200 tΠd ,拟采用浮选生产 工艺。浮选药剂有硝酸铅、 乙硫氮、2 油、 乙黄药等。 尾矿产生量为3175万tΠa ,计2137万m 3Π a。拟建尾矿 库位于山沟内,占地1133 hm 2 ,上游汇水面积约 01138 km 2 ,库容16143万m 3 ,服务年限约619 a。尾矿 库库内为灌草地,无居民。 47 环 境 工 程 2009年2月第27卷第1期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 设计初期坝采用拱形浆砌石重力坝,坝高12 m。 坝顶宽215 m ,底宽713 m ,坝顶弦长42 m ,坝顶轴线弧 长4415 m ,弧顶弓高5 m ,圆弧半径49 m ,圆心角52, 下游坡比为1∶014。在初期坝堆满后,进行后期坝的 堆筑。后期坝采用尾砂冲积法筑坝。尾砂堆积坝坝 顶宽2 m ,高2 m ,上游坡比1∶1 ,下游坡比1∶3 ,分层夯 实,平均坡比1∶4。共堆筑8级堆积坝,最终形成堆 积坝坝顶宽15 m ,高度为16 m ,下游坡比1∶4。 112 尾矿库风险源辩识 11211 辩识依据 根据国家安全生产监督管理总局 “总协调函字 20053号” 文下发的 尾矿库重大危险源辨识征求 意见稿,满足下列3个条件之一的尾矿库即为重大 危险源 [4] 1 全库容1 000万m 3 以上或坝高60 m以上的尾 矿库; 2 一旦发生最大程度的溃坝事故,可能造成下游 居民死亡50人以上的尾矿库; 3 一旦发生事故,将会对下游城镇、 工矿企业、 交 通运输及其他重要设施造成严重危害,或有毒有害物 质会大面积扩散的尾矿库。 11212 辨识结果 1 该尾矿库总坝高28 m ,有效库容16143万m 3 , 不满足第一个条件。 2 按照溃坝时造成下游居民死亡人数的估算 公式 S 015∑Ni 01125∑Mj 式中 S 尾矿库事故可能造成的死亡人数; i 尾矿坝下游10倍坝高范围内,n个居民 点的顺序数; Ni 第i个居民点的居民人数; j 尾矿坝下游10倍坝高以外,40倍坝高 范围内,m个居民点的顺序数; Mj 第j个居民点的居民人数。 该尾矿库下游10倍坝高范围内280 m有2户 居民,8口人;40倍坝高范围内1 120 m有149人。 按上述公式估算,在溃坝事故发生时,可能会造成 23人死亡,不满足第二个条件。 3 尾矿坝下游155 m处有一条河流,该河流为当 地饮用水源地的支流。如果尾矿库溃坝,将会使尾矿 中的有毒有害物质铅、 砷等重金属扩散到该河流, 对下游居民供水造成严重影响。由此可见,该尾矿库 满足第三个条件。 综合以上分析,该尾矿库属于重大危险源。 按照H JΠT16922004建设项目环境风险评价技术 导则 [5]中关于风险评价级别的确定依据 ,本项目环 境风险评价工作等级确定为一级重大危险源、 一般 毒性危险物质、 环境敏感地区。 2 源项分析 211 最大可信事故概率 由于尾矿库溃坝的案例时有发生。因此,将尾矿 库发生溃坝事故作为本工程的最大可信事故。 根据土石坝事故统计分析资料 [6] ,1900年 1951 年共建各种大坝5 286座,其中溃坝117座,溃坝率 212 。1951年 1986年共建大坝12 138座,其中溃 坝59座,溃坝率0149 。表明1950年后,随着技术 进步,大坝安全率有提高。 土石坝溃坝原因及发生事故的概率见表1 [6] 。 由表1可以看出,尾矿库溃坝原因主要有洪水漫顶、 渗透破坏和沿管道渗漏。其中洪水漫顶发生几率最 高,渗透破坏次之。 本项目初期坝为浆砌石坝,上游汇水面积较小, 类比确定尾矿库事故发生概率为013 。 表1 土石坝溃坝原因及事故发生概率 溃坝原因溃坝比率Π 洪水漫顶30 渗透破坏25 沿管道渗漏13 滑坡15 其他12 原因不明5 212 事故源项 21211 溃坝流量及排水水质 正常生产状况下,尾矿库废水经沉淀、 收集后回 用于选矿生产过程。每天回用水量为356 m 3Π d ,按照 选矿废水在尾矿库的水力停留时间为30 d计算,正常 情况下尾矿库的总废水量是10 680 m 3 。为预测最不 利情况下溃坝对河水的影响,假设溃坝发生在非降雨 期,不考虑雨水对污染物的稀释作用,溃坝后液体外 泄时间假设为015 h ,则液体泄流量为5193 m 3Π s。根 据项目区附近已有锑矿选厂尾矿浸出试验结果,见表 2 ,类比确定溃坝时排放废水的水质。 57 环 境 工 程 2009年2月第27卷第1期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表2 尾矿浸出试验结果mgΠL ρHgρCdρAsρPbρCuρZnρ Cr 6 01000 01010030109901213010030101701025 21212 溃坝影响范围 尾矿库溃坝后,液体以涌波形式下泄,逐渐向下 游形成扇形流推进,当下游为山谷等地形时则沿地势 条件推进。溃坝影响范围可根据液体蔓延过程的传 播公式计算 [7] r t Π β 1Π2 β π ρ1Π8gm 1Π2 式中 m 液体质量,kg; ρ1 液体密度,kgΠm3; r 扩散半径,m; t 时间,s。 假设溃坝后液体外泄时间为015 h ,通过计算,最 不利情况下,即尾矿库服务期满时,100年一遇洪水 24 h降雨量1781 1 mm导致溃坝后,015 h外泄扩散半 径为636 m ,即影响范围为尾矿坝下636 m。 3 风险事故后果预测分析 311 预测内容 尾矿坝下游155 m处为河流,260 m处有2户居 民,由于这2户居民位于河流的另一侧,且地势高于 河床有14 m高,因此溃坝后,尾矿混合液将直接进入 河流,对河水水质产生较大影响,而对居民人身安全 影响较轻微。因此,将溃坝对河流水质的影响作为预 测内容。由表2可知,尾矿浸出液中铅、 砷浓度较高, 因此,将铅、 砷做为预测因子。 312 纳污河流水文、 水质 纳污河流河宽615 m ,枯水期流量为0128 m 3Π s ,丰 水期流量可达816 m 3Π s。现场监测时河流流量及水质 情况见表3。 313 预测模式 根据H JΠT 213293环境影响评价技术导则 地面水环境 [8] ,选用河流完全混合模式进行预测。 C cpQpchQhΠQpQh 式中 C 预测断面平均浓度,mgΠL ; cp 污染物排放浓度,mgΠL ; Qp 废水排放量,m 3Π s; ch 河流上游污染物浓度,mgΠL ; Qh 河流流量,m 3Π s。 314 预测结果 根据溃坝排放废水水质和河流现状水质,按上述 预测模式,计算溃坝对河流的影响程度,预测结果见 表3。 表3 溃坝影响预测结果 项目水量Π m 3 s- 1砷Π mg L - 1 铅Π mg L - 1 风险源强51930109901213 河流流量及水质1120102301028 预测结果010860118 G B383822002Ⅲ 类标准值≤0105≤0105 由表3可知,尾矿库溃坝后,将会使下游河流中 的砷、 铅浓度升高,超出G B383822002地表水环境质 量标准 Ⅲ 类标准限值。如果受污染的河水汇入下游 的饮用水源地,将对当地居民生活用水造成严重影 响。 4 风险防范措施 由上述分析计算结果可知,尾矿库属重大危险 源,溃坝后影响范围为尾矿坝下游636 m ,对下游河流 水质影响严重。为预防尾矿库事故发生,应做好以下 防范措施 411 设计阶段 必须委托有设计资质的设计单位进行设计。设 计前应切实做好气象、 水文等基础资料的收集和方案 论证工作,必须严格按 选矿厂尾矿设施设计规范 和 尾矿库安全监督管理规定 的规范进行。设计完成 后必须请具备评价资格的机构进行尾矿库安全预评 价,评价合格后方可施工筑坝。 412 施工阶段 在初期坝施工过程中,由于清基不彻底、 坝体密 实不均、 坝料不符合要求、 反滤层铺设不当等因素,可 能会造成坝体沉降不均、 坝体或坝基漏矿、 后期坝局 部塌陷等事故;若排洪构筑物有蜂窝、 麻面或强度不 达标,且负荷逐渐增大时,便会造成掉块、 露筋、 断裂、 甚至倒塌等危害 [9] 。因此,在施工时必须按 尾矿库 安全监督管理规定 严格执行,在尾矿库施工验收阶 段必须严格按 非煤矿矿山建设项目安全设施设计审 查与竣工验收办法 、尾矿设施施工及验收规程 的 要求进行。 413 运行阶段 由于尾矿库具有边施工边使用的特点,坝体形成 的过程要借助尾砂堆坝,堆坝周期较长。因此,尾矿 库的日常维护与管理将对尾矿库安全稳定运行起着 至关重要的作用。必须按照 尾矿库安全监督管理规 定 进行科学管理,做好放矿、 筑坝、 防汛、 防渗、 防震、 67 环 境 工 程 2009年2月第27卷第1期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 维护、 修理检查、 观测等日常管理工作,建立健全组织 机构、 规章制度和检查台账 [10] 。 414 闭库阶段 尾矿库即使停止了使用,库内已无积水,但洪水 及地震的威胁将长期存在,况且库内沉积滩面在常年 风雨吹淋之下,滩面坡度渐趋平缓、 调洪库容随之减 少,洪水位的安全高度及安全滩长大多不能满足安全 要求。排洪构筑物的寿命也是有限的,滩面表面干 燥,甚至开裂,但内部仍呈饱和状态,一旦失事,其造 成的灾害和正在使用的尾矿库的失事同等严重 [11] 。 因此,从尾矿库使用到最终设计高程前2～3年必须 进行闭库设计,且设计和施工方案应符合 尾矿库安 全监督管理规定 等相关法规、 技术规范。 415 风险应急预案 必须编制详细的事故应急预案,成立企业内部急 救指挥小组,完善抢险救援机制。 416 安全防护距离 为防止溃坝对下游居民生命财产造成损失,根据 预测结果,确定本项目尾矿库安全防护距离为700 m。 在此范围之内,不允许新建居民点及其他构筑物。 5 结语 环境风险评价是建设项目环境影响评价工作的 新内容,也是有色金属选矿项目环境影响评价的重 点。本项目结合一个拟建锑矿选厂项目,系统地给出 尾矿库风险评价的方法与步骤。采用定量预测方法 对尾矿库风险事故的影响范围和影响程度进行分析, 并提出相应的风险防范措施,为有色金属选矿项目环 境风险评价提出一套可行的方法。 参考文献 [ 1 ] 陆雍森.环境评价[M]. 2版.上海同济大学出版社,19995312 5581 [ 2 ] 段宁,程胜高.环境影响评价研究的发展方向[J ].安全与环境 工程,2007 ,141 572601 [ 3 ] 翁建浩.大型磷石膏渣场环境风险评价方法[J ].化工矿物与加 工,2000 ,299 222251 [ 4 ] 国家安全生产监督管理总局.尾矿库重大危险源辨识征求意 见稿 .20051 [ 5 ] HJΠT 16922004 建设项目环境风险评价技术导则[S]. [ 6 ] 汝乃华,牛运光.土石坝的事故统计和分析[J ].大坝与安全, 20011 312371 [ 7 ] 刘翼翎.环境影响评价中的 “风险评价” 实例[J ].云南环境科 学,20032 512541 [ 8 ] HJΠT 213293 环境影响评价技术导则2地面水环境[S]. 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