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第61卷 第1期有 色 金 属矿山部分2009年1月 汶川地震对尾矿库设计与管理的启示 沈楼燕 1, 2 ,龙卿吉 3 1. 武汉大学经济与管理学院,武汉430000; 2.中国瑞林工程技术有限公司,南昌330002; 3.江西省安全生产监督管理局,南昌330002 摘 要汶川大地震给震区的尾矿库工程带来了较大的影响,特别是对私营矿山小型尾矿库工程影响尤甚。 笔者借鉴四川省内受灾水库大坝的险情进行科学分析,从尾矿库的设计和管理角度总结出一些尾矿库抗震防震 的工程经验,以启示未来的尾矿库设计与管理工作。 关键词地震;尾矿库;设计与管理;启示 中图分类号TV64 文献标识码A 文章编号1671 - 41722009 01 - 0075 - 03 Enlightenments ofW enchuan Earthquake to Design andManagement of Ta iling Ponds SHEN Louyan 1, 2 ,LONG Qingji 3 1. Economics andManagement School ofWuhan University,Wuhan 430000, China; 2. China Nerin Engineering Co. ,Ltd,Nanchang 330002, China; 3. Jiangxi Safety Production Supervision Bureau,Nanchang 330002, China AbstractWenchuan megaseis m brought great impact to tailing ponds in seis mic zone, especially to the s mall2size tailing ponds of private mines . The author summarized some experience in antiseismic engineering of tailing ponds in termsof design andmanagementof tailing ponds through a scientific analysison dangerous conditionsof affected reservoir dams in Sichuan province,which are expected to have some help for future design and management of tailing ponds . Key wordsearthquake; tailing pond; design and management; enlightenment 作者简介沈楼燕1970 - ,女,高级工程师,在读博士研究生 2008年5月12日14时28分,四川省汶川县发生8. 0 级强烈地震,震中最大烈度达11度。这次地震是新中国成 立以来震级最强、 波及的范围最广、 造成的灾害损失最大、 抗 震救灾难度最大的一次地震,给震区特别是震中附近广大范 围内造成重大灾害。作为一名专业尾矿库工程技术人员,职 业的本能使笔者特别关注震区的尾矿库状况。多方搜寻关 于震区尾矿库的震后资料,希望从血的教训中得到一些启 示,以警示后来的尾矿库设计、 施工及管理者们。 1 汶川地震对尾矿库设计的几点启示 据初步统计,受四川地震影响,四川省4座尾矿库受损, 甘肃有26座受损 [1] ,陕西省仅一个略阳县就有33座尾矿库 不同程度受损其中煎茶岭原华澳公司黄家沟尾矿库子坝发 生溃坝约3万m3尾砂下泄 ; 小汉钢木瓜岭尾矿旧库子坝 出现裂缝、 新库基础坝出现移位现象;鑫峰何家岩铁矿尾矿 库子坝、 宏源公司尾矿库排洪沟出现明显裂缝;风华公司大 坝尾矿库子坝移位下沉,险情较为严重;四川米易县安宁铁 钛尾矿库溢洪洞盖板产生裂纹、 裂缝。所幸此次地震没有引 起较大的尾矿库次生灾害 [2]。 由于震区尾矿库调研资料非常有限,而震区水库大坝的 灾后调研资料较为丰富,笔者考虑到我国数量70以上的尾 矿库属小型尾矿库此处小型尾矿库是指等级为五等、 库容 小于100万m3且坝高小于30 m的尾矿库 [3] , 且近年尾矿 坝主流坝型为土石坝,因此,笔者认为完全可以借鉴水库 大坝的灾后调研资料来进行分析。 1. 1 尾矿坝坝型设计优先选择柔性坝 堆石坝 四川省是我国水库数量最多的省份之一,目前有6 678 座水库。5112汶川大地震导致1 803座水库出险,出险率达 27。险情主要表现为大坝裂缝、 渗漏、 坝坡滑塌、 溢洪启闭 设备变形等,其中,坝体裂缝占震灾险情的6613。以纵缝 居多,横缝次之,很少发现有水平缝仅砌石坝才发现有,土 坝未发现 ; 纵缝表现在坝顶中部、 与刚性结构相接触部位, 最长的有200 m以上,宽超过40 cm;横缝大多表现在两岸坝 肩,少量在坝中部。出现灾情的大坝以土坝居多,其次是砌 石坝 [4]。 分析认为,当地震发生时,由于地震波对坝体在水平和 垂直两个方向剧烈震荡作用,再加上坝体边坡偏陡,坝身受 拉应力作用部位便会产生裂缝。沿土坝轴线方向刚度大而 上下游方向刚度小,主要表现为纵缝;若坝身和坝基发生不 均匀沉陷,也会引起裂缝,沿坝轴线方向容易有不均匀沉陷, 所以大多表现为横缝,特别是两岸坝肩由于土坝与山体连接 部位刚度差异大而产生不均匀沉陷。纵缝往往是滑坡的先 兆;横缝有发展为集中渗漏通道的危险。 2005年江西九江地区瑞昌地震 5 17级 , 江西铜业股份 有限公司武山铜矿2003年尾矿库扩容时建设的两座尾矿 坝,其中2号坝为浆砌石重力坝,震后大坝裂缝纵、 横缝交 错,而1号主坝是机械碾压堆石坝,并且还是构建在赤湖湖 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 76 有 色 金 属矿山部分第61卷 湾深厚淤泥层上最大淤泥层厚14 m ,居然安然无恙。 笔者力荐尾矿坝或尾矿库初期坝坝型采用机械碾压 堆石坝。从上个世纪八十年代开始,机械碾压堆石坝逐渐成 为水工大坝中的一种主流坝型,它以其筑坝速度快、 施工不 受天气气候制约、 坝体稳定性好、 大坝适应地基变形能力强 等显著的优点而迅速推广,特别是作为尾矿堆坝的初期坝坝 型时,它具有良好的渗透性能,有利于加速尾矿堆积坝渗透 固结,提高尾矿坝的抗滑稳定性。由于它自身的筑坝孔隙率 在28～35之间,号称“ 柔性坝 ”,所以它适应地基变形能力 极强,能较好地抵抗地震波的震荡作用。土坝作为一种便于 实施的经济坝型在国内数量众多,但因此种坝的设计碾压压 实度规范要求不得小于0196,它适应地基变形能力较砌石坝 强、 但是比碾压堆石坝就逊色多了。 1. 2 设计者要严格把握尾矿库库址选择的安全性及合理性 小型水库虽然库容不大,但对当地老百姓来说其作用很 大。地震发生前夕正值春耕时节,许多水库发挥了很大灌溉 作用。地震发生后,部分水库出现了险情,且相当一部分险 情水库直接位于乡镇的上游不远处,水库一旦失事,直接冲 刷范围内的居民较多,将造成巨大损失。使得水库的抢险者 们面临着抢险安全与供水的巨大矛盾。 无独有偶,近期山西省临汾市新塔矿业有限公司尾矿库 “918” 特大溃坝事故中的尾矿库就是位于矿山办公楼及一个 集镇的上游,且高出这些居民区50 m之多 [5]。还有 2006年 陕西镇安金矿尾矿库溃坝,坝下游毗邻着村户住宅; 2000年 广西南丹县鸿图选矿厂尾矿库“10118” 垮坝尾声矿坝下游正 对着民工棚等事故 [6]。因此 ,尾矿库的设计者在库址选址论 证时,一定要实地踏勘,本着科学负责的态度,库址选址时要 确保尾矿库直接冲刷范围内无居民村户、 良田,选址尽可能 远离人民群众生产生活相对集中的区域。在选矿厂尾矿设 施设计规范 ZBJ1 - 90里已经对尾矿库选址作了较为详 尽的规定,设计者在工程设计实践中一定要严格遵循规程规 范,理论联系实际,实事求是地分析每个尾矿库的选址的安 全性及合理性,从源头上规避事故的发生。 1. 3 尾矿坝坝坡适当放缓、 坝顶宽度适当放宽 此次震后核查结果表明,大坝坝坡滑塌的占震损水库的 1214。主要原因是由于边坡偏陡、 坝顶宽度偏窄、 施工质 量差等 [4] ,在地震惯性力的作用下,产生坝坡滑塌现象。 许多小型尾矿库的设计者们,因小型尾矿坝的坝高不 高,首先思想上不够重视,加上业主们期望节省筑坝工程量 的原动力驱动,导致小型尾矿坝的坝坡较陡、 坝顶宽度不足, 连设计规范的下限值都难以满足,加之小型尾矿坝的施工质 量往往很差因造价缘故缺乏正规的施工 , 使得尾矿坝不能 满足抗滑稳定要求而导致坝坡滑塌。设计者应当考虑到小 型尾矿坝实际施工的压实度小于规范要求的压实度这一客 观因素,在坝坡坡度、 坝顶宽度两个要素上留有一定的安全 储备,坝坡应比理论计算值或规范下限值适当放缓,坝顶 宽度相应适当放宽,从而有利于尾矿坝的稳定安全。 1. 4 正确设置尾矿库排洪系统的型式及高程 地震现场调查发现,许多小型水库的泄洪设施位置比较 高,水库放空能力低,出现震害后,仅靠灌溉、 供水管放水,放 水速度很慢,难以起到应急降水的作用 [4]。笔者曾踏勘过近 百座私营矿山的小型尾矿库,发现尾矿库排洪系统大多数为 坝下埋管式,泄流进水构筑物多为排水管壁上开孔或加盖板 的排水斜槽,随着库内尾砂滩面的升高,排水孔或斜槽上的 盖板都将被逐一封堵严实,当尾砂滩面升高至相当高度时, 倘若遭遇地震或其他不测情况,仅靠剩余的未封堵的排水孔 或斜槽口无法及时排泄洪水、 降低库内水位。笔者认为小 型尾矿库的排洪系统设计时应当遵循“ 大水大走,小水小走 ” 的原则 [7] ,采用溢洪道 小断面坝下排洪系统的联合排洪系 统。即通过改变尾矿库放矿方式,另建地表溢洪道排泄低频 率大流量洪水,而高频率小流量洪水从坝下排洪系统 排泄,从而减小坝下排洪系统的泄流横断面并大大缩短排洪 系统纵向长度,显著降低坝下排洪系统的投资;同时因排泄 大流量洪水的溢洪道是地表构筑物,较之坝下排洪系统而言 其施工、 管理、 维护都非常简便,较大地提高了尾矿库排洪系 统的安全可靠度。 2 汶川地震对尾矿库管理的启示 5112汶川大地震导致四川省1 803座水库大坝出险,其 中小型水库出险1742座,占出险水库的9616。379座高危 险情以上水库中,有小型水库364座,占96。 笔者曾在2008年1月5日的 中国有色金属报 上撰写 过一篇名为 关于尾矿库安全管理的思考 文章,文中指出 小型尾矿库的数量占据了我国尾矿库总数的70以上。但 小型尾矿库失事造成的灾难和损失同样是巨大的,而导致小 型尾矿库失事的主要原因是对安全生产的漠视和失职,因为 90以上的小型尾矿库隶属非公有制经济性质的矿山企业, 由于非公有制经济追求利益最大化的固有特性和无主管部 门性质带来的信息和专业技术指导的缺乏,导致其不能按照 生产的规律和经济的特点组织生产,而采取短期化的冒险行 为,降低安全要求 [6]。2000年广西南丹县鸿图选矿厂尾矿 库“10118” 垮坝事故、2006年陕西镇安金矿尾矿库“4130” 溃 坝事故、2007年辽宁海城尾矿库“11125” 溃堤事故以及近期 2008年山西省临汾市新塔矿业有限公司尾矿库“918” 特大 溃坝事故都主要涉及私企的小型尾矿库。 2003～2004年,国家安全生产监督管理总局开展了金属 非金属尾矿库安全状况的调查工作,此次共调查2 692座具 有代表性的尾矿库,按照 尾矿库安全管理规定 的标准衡量 我国的尾矿库,其中正常库不足30 ,而危库、 险库、 病库,则 占2/3以上 [8]。由此可见 ,尾矿库的安全状况不容乐观。总 体上看,三等及三等以上的大、 中型尾矿库安全状况较好,四 等及四等以下的小型尾矿库较差;国有企业尾矿库安全状况 较好,民营企业的尾矿库较差 [8];因此加强对尾矿库尤其是 私营矿山的小型尾矿库的安全生产管理必须引起高度地重 视。 3 结语 汶川大地震对矿山尾矿库工程的影响比较大,特别是对 私营矿山小型尾矿库工程影响尤甚。除了由于地震作用产 生了震害外,普遍是原来就已经存在一定的病患、 隐患,此次 地震加重了病患的危害。分析其主要原因有设计不当、 施工 质量不良等,最为重要的原因是安全生产管理的不力和矿山 技术力量的薄弱。因此,加大矿山的技术投入和加强安全生 产管理很有必要。 下转第78页 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 78 有 色 金 属矿山部分第61卷 品。美国的钼公司现在也基本停产,转而每年从中国进口。 韩国也公布了和日本类似的一些政策,增加国家储备。 法国罗地亚公司已经在中国合资生产稀土,同时缩减了 在其它国家的产量。 3 我国稀有资源的贸易状况 以稀土为例,我国稀土有2/3出口国外,占世界市场 90以上的销售份额,按照国际定价惯例,一个企业或者国 家如果拥有某类产品的一半市场份额,就应该有市场价格的 决定权。但国际市场稀土价格完全不受我国主导,而是受制 于国外市场控制,结果形成对我国稀土发展的不利国际环境 4 对策及结论 1 从国家安全和经济发展战略的高度制定严格科学的 资源保护政策和组建统一的管理机构。 尽快制定并颁布有关政策法规,并据此设立相应的管理 各类战略资源的专门机构,对国家战略资源的开发、 保护和 贸易政策,进行持续系统的科学研究和规划。 2 加强出口管制。尽快控制各类稀有金属矿产原料和 初级加工品的出口,严格堵截走私出口,将战略矿产列入限 制外资进入产业名录。 3 促进产业整合 目前我国稀土企业约有100多家,大型企业少,而中小 型企业多,中小企业的生产能力只有几百t或几十t。这样很 容易造成稀土企业之间的恶性竞争,相互压低稀土价格,贱 卖国家的宝贵资源,造成自然资源和社会结构性浪费。同时 稀土企业由于部门和地方利益分割,行业集中度低,企业规 模小,造成稀土资源利用率低。再有就是技术含量低,开采 利用率只有10左右,对资源的浪费惊人。 因此积极整合国内的稀有金属资源,着力建立几家综合 实力强,研发水平高的大型企业进行稀有金属的开发迫在眉 睫。 4 利用外汇资金,加大储备稀有资源 我国拥有如此充足的外汇储备,可利用我国的部分外汇 资金进行收储国外的稀有资源,积极开发国外资源,在国家 层面上,对国内资源进行战略储备,尽量封存国内的矿产资 源,充分利用国外资源,实现国家资金的保值增值。 5 充分发挥举国体制的优势,增加战略矿产资源的科研 投入,对核心技术形成联合攻关,研发具有我国自主知识产 权的专利技术,提升我国矿业产品的科技含量,生产出高附 加值的产品,改变目前出口大量初级产品,消耗巨大的矿产 资源和能源,对环境造成较大的破坏才能换回少量外汇的贸 易局面。 参 考 文 献 [1] 孔锐,王文杰,雷涯邻.由中国稀土贸易现状而引发的战略思考 [J ].资源.产业,20026 71 - 73. 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