我国尾矿库病害事故统计分析.pdf

工程事故分析 我国尾矿库病害事故统计分析 徐宏达 冶金工业部建筑研究总院 北京 100088 摘 要通过对我国黑色、 有色、 黄金、 化工、 核工业、 建材等行业的尾矿库运行中所发生的78个事件的统计分析,介 绍了我国尾矿库运行的现状、 安全管理机制、 工程特点,提出了减少尾矿库次生矿灾害、 保护环境、 改善安全运行状况的建 议。 关键词尾矿库 病害 事故 漫顶 溃坝 灾害 STATISTICAL ANALYSES OF TAILING RESERVOIR DISEASE ACCIDENTS IN CHINA Xu Hongda Central Research Institute of Construction and Building of MMI Beijing 100088 Abstract On the basis of statistical analyses of seventy eight accidents of working tailing reservoirs in the field of ferrous metal , non2ferrous metal , gold , chemical industry , nuclear industry and building materials in China , this paper introduced the operating status and safety management mechanism of tailing reservoirs as well as the characteristics of tailing reservoir engineering. Furthermore , some suggestions about reducing the disaster , protecting the environment and improving the safe operation condition of tailing reservoirs were put forward. Keywords tailing reservoir disease accident overflow weir dam falling disaster 作 者徐宏达 男 1950年8月出生 高级工程师 收稿日期2000 - 08 - 20 1 尾矿库现状 我国黑色、 有色、 黄金、 化工、 核工业、 建材等行业的矿山 每年产出尾矿约3亿t ,基本上堆存在大约1 500座尾矿库 中,其中80 属于黑色、 有色冶金矿山,其它行业只占20 。 这些库中最大设计坝高260 m ,超过100 m的有26座,库容 大于1108m3的有10座。坝高小于30 m的小库占80 左右。但是20 的大、 中型库的库容却占了总设计库容的 80 。各行业主要企业的尾矿库统计结果见表1[1]。 表1 国内主要矿山企业尾矿库数量统计 行 业总数/座 坝高/ m 6030～60 30 病险坝/ 黑色冶金矿山7835202330 有色冶金矿山193465988399 黄金矿山10012882618 化工矿山185492219 核工业15492 建材矿山66 合计41090104216 注 内为超服务期运行的尾矿库。 据有关专家估计[1],在这些尾矿库中,正常运行的库不 足70 。有的行业大约44 的库处于险、 病、 超期服务状 态。这是一个巨大的潜在隐患,甚至是灾难。2000年1月 30日,罗马尼亚乌鲁尔金矿废水大坝发生泄漏,10万多升含 有氰化物、 铜、 铅等重金属的污水流入多瑙河支流蒂萨河。 污水流经之处,所有生物一律暴毙。为了避免这种灾难性事 故不在我国重演,我们的有关部门、 企业都要以极大的社会 责任感关注尾矿库的安全运行,采取措施改善尾矿库的安全 运行状态。 2 尾矿库的特色 我国多数尾矿库的地理位置十分重要,选址时很难避开 生态敏感区或人口密集区。有的位于大江、 大湖、 重要水源 地上游,有的位于重要公交设施上游,有的在密集的居民区 上游。马家田尾矿库,设计库容1186108m3,位于金沙江 畔;包钢尾矿库,设计库容619107m3,面临黄河、 包兰铁 路;广东大顶铁矿尾矿库,设计库容515106m3,位于著名 的新丰江水库上游;云锡牛坝荒尾矿库,库容3107m3,位 于个旧市之上,高出个旧湖250 m[2];本钢的小庙儿沟尾矿 库,设计库容1105108m3,大坝下游工业与民用建筑密集; 承钢双塔山尾矿库,设计库容7125106m3,下游南侧为白 庙村,居民1 300余人,西侧是两个工厂的车间和住宅,北侧 是中小学、 工厂、 居民点。这些特点是我国尾矿库所独有的。 96 Industrial Construction 2001 ,Vol131 ,No11工业建筑 2001年第31卷第1期 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 由于矿石品位低,选矿要求磨矿粒度细,筑坝的尾矿颗 粒也细。筑坝颗粒越细,沉积滩面就越平缓,库水位易逼近 坝前,使得防洪库容减小,不利于安全渡汛;渗透距离缩短, 渗水量加大,这就抬高了坝内浸润线位置,甚至造成出溢。 一般说来,细粒尾矿堆积的坝体孔隙比大、 含水量高、 固结度 低、 强度也低,不利于坝的稳定性。 我国90 以上的尾矿坝都采用上游法筑坝,这种筑坝 方法简单易行,便于管理,适应性强,筑坝费用低。但是坝体 的沉积密度一般偏低,浸润线偏高,渗流难以控制。 3 尾矿库安全管理体系 我国尾矿库的管理体制和运行机制是在计划经济条件 下逐渐形成的,是以行业为中心,以企业为基础,以设计研究 院所为技术依托的管理体系。在黑色、 有色、 核工业等行业 都先后设立了 “尾矿坝工程技术安全监督站”,有的地区和大 企业也建立了区域性监督站。各企业都设立了 “生产技术 科” 、“尾矿车间” 这样的管理和生产组织。进入20世纪80 年代,黑色冶金矿山在原冶金部矿山司的领导下,组织尾矿 坝工程技术安全监督站和有关设计院所,每年对黑色系统骨 干矿山的尾矿坝逐一进行防汛检查;组织企业负责尾矿库安 全运行人员的技术培训;组织修订 尾矿设施管理规程;组 织有关专家进行尾矿坝排渗、 细粒尾矿筑坝等课题研究。这 些工作有效地促进了病害坝的治理,保证了本系统尾矿库的 安全运行。 1995年以来,随着我国改革的深入,国家机构、 机制进 行了调整改革,设计、 科研体制也发生了较大的变化,不少院 所转制或进入企业。老一代尾矿处理专业人员陆续退休,有 的院所该专业后继乏人。上述管理体系的运行遇到了困难, 需要进行调整、 改革。 4 技术标准、 规范 进入20世纪80年代,先后修订、 制定了有关的勘察、 设 计、 管理、 施工验收规范,使该领域有了配套的工程标准。尾 矿设施的有关规定也被列入国标中。常用的标准、 规范有 选矿厂尾矿设施设计规范ZBJ - 90 ,上游法尾矿堆积坝 工程地质勘察规定 YBT11 - 86 ,铀水冶厂尾矿库安全设 计规定EJ794 - 93 ,冶金矿山尾矿设施管理规程90 冶矿字第185号 , 尾矿设施施工及验收规程 YS5418 - 95 。与 本 专 业 有 关 的 国 标构 筑 物 抗 震 设 计 规 范 GB50191 - 93 ,岩土工程勘察规范 GB50021 - 94 ,防 洪标准 GB50201 - 94。结构、 试验方面的引用标准有 水工建筑物抗震设计规范SL203 - 97 ,碾压式土石坝 设计规范SDJ218 ,水利水电工程水文计算规范试行 SDJ214 - 83 ,水利水电工程土工合成材料应用技术规范 S1/ T225 - 98 ,土的分类标准 GBJ145 - 90 ,土工试验 规程 YBJ42 - 92 ,地基动力特性测试规范 GB/ T50269 - 97 。 5 尾矿库的常见病害和溃坝事故 尾矿库初期坝和必要的附属构筑物竣工验收合格后即 可投入使用。过去及今后也许还有未进行或来不及进行正 规、 全面验收就投入使用的情况。因为大多数矿山都需要分 期建设,施工规范对分期施工的尾矿库工程验收的规定又不 够仔细,在基建工作中难免留下不足和遗憾。在法规不健 全、 执法有漏洞的情况下,施工质量不良的工程总有一定比 例。 尾矿库的服务期也就是整个尾矿筑坝期。这个筑坝施 工和生产使用合一的漫长时期,少则5年、10年,多则十几 年、 几十年。这是不同于一般建设工程的最突出特点,因此, 适合于由业主自己施工,无法也无处请正规施工、 监理队伍。 多年来,尾矿筑坝都是由选矿厂的技术、 生产部门负责组织 实施。他们熟悉采矿、 选矿、 机械等专业,不熟悉和土石坝有 关的土力学、 水力学、 水文学等学科知识。他们需要坝工技 术支持和服务。 尾矿坝及其构筑物所处的自然环境比较恶劣。需要经 常的管理、 观测、 维护和大修,以保证充分发挥其工程功能。 失察、 失修或者工程措施不当,都会留下隐患,甚至酿成大 祸。 由于以上原因,我国尾矿库的正常运行比例偏低,病害 不断,时有重大事故发生,有的引发了巨大的灾害。表2是 对这些病害、 事故的分类统计结果,由于所选样本不同,各类 病害的比率也不同。 表2 国内尾矿库病害分类统计 病害 类型 病害类型描述 所占比例/ 黑色其它全国灾害 49件29件78件45件 Ⅰ坝坡失稳,即各种滑坡03141130 Ⅱ初期坝漏矿8120511415 Ⅲ雨水、 尾矿浆造成的坝面拉 沟,子坝溃口等 14130910212 Ⅳ筑坝困难,库内滑坡,喀斯 特等 1413 131814111111 Ⅴ坝坡、 坝基、 坝肩渗水,流 土、 坝面沼泽化 20143141411415 Ⅵ排洪管、 塔、 斜槽、 遂洞、 排 渗管等构筑物破坏 3217 201828123313 Ⅶ洪水漫顶,各种原因的溃坝611 581625164414 Ⅷ地震引起的液化、 裂缝、 沉 降、 位移等 41102160 6 病害、 事故的分类统计分析 表2中来自黑色冶金的49个事件,溃坝比例明显偏低。 来自其它行业的29个事件,溃坝率偏高,是样本中跨坝事件 偏多所致,不是随机事件的几率。在全国78个事件中选出 45个严重灾害性事件进行了统计。这些事件都造成了一定 程度的灾害尾矿泄漏,污染环境,一次赔款10万元以上;流 失尾矿浆10万m3以上;溃口冲毁坝体,淹没农田、 水塘洪 水漫坝、 跨坝致人死亡;构筑物施工验收不合格造成的返修、 重建。 黑色冶金系统的分类统计结果和灾害分类统计结果,比 较真实地反映了我国尾矿库安全运行的实际情况。为了减 少事故,以下几类事件尤其值得注意 07 工业建筑 2001年第31卷第1期 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 1Ⅴ 类渗流问题引发的灾害性事故占415 ,根据黑 色冶金系统的资料,渗流问题发生的次数占2014 ,这可能 是一个略为保守的数字。及时采取措施排除隐患可以避免 发生更大的事故。 2雨水、 放矿水常造成坝面包括外坡和滩面拉沟,子 坝溃口等事件,若不及时发现、 排除,会酿成大祸。对于滩面 短而平、 子坝断面过小、 支管放矿流量偏大、 浓度偏低的尾矿 库,尤其需要加强筑坝管理,禁止排矿无人值守现象。 3在 Ⅵ 类22个事件中有15件属于45个灾害性事件。 环境污染最严重、 损失最大的是栗西沟尾矿库排洪隧洞塌陷 事件。这类事故的主要原因是地基不均匀沉降问题,结构 强度问题,施工质量问题,也有管理不到位、 维护维修不及时 问题。 4在 Ⅶ 类20起跨坝事件中洪水漫顶有11件,占这类 事件的55 。其中洪山溪抗洪救险及时,未造成损失。库 水位过高,子坝先失事而跨坝的有4件,占20 。一件因渗 流滑坡失事,占5 。余4件原因不详,占20 。搞好安全 渡汛可以有效减少跨坝事故。 7 改善尾矿库安全运行状态减少灾害的措施 1改革、 调整各行业的 “监督站”,通过主管部门资质审 查和工商登记,给予他们按行政事业收取技术服务费的资 格。把它们建成尾矿库安全运行的技术咨询服务中心,技术 培训中心,安全事故技术调查鉴定中心。 2针对尾矿库安全运行的要求加强专题研究攻关,应 该对坝的隐患、 病害、 事故或溃坝灾害进行深入调查研究,摸 清由 “隐患-病害-事故或灾害” 的转化条件、 机制、 预防治 理措施。鉴于细粒尾矿堆积坝的病害率偏高的现状,应该对 高含泥的细颗粒尾矿能否用上游法筑坝进行深入研究,明确 在不同条件下的筑坝可行性,待设计规程修改时将其列入规 程。渗流问题是尾矿坝的难题之一,近十几年来出现了多种 控制渗流、 降低浸润线的方法,各有其适用性,为了提高工程 效能,避免盲目性,应该对这些方法进行甄别研究、 分类推荐 使用。 3选矿厂尾矿设施设计规范ZBJ - 90、冶金矿山 尾矿设施管理规程90冶矿字第185号至今均已经使用 了10年,为了适应尾矿库安全运行的需要应该修订。 4为了提高工作效率,密切与矿山企业的联系,应及时 了解掌握尾矿库的运行情况,充分利用互联网技术,实现远 程咨询、 培训等技术服务。 参考文献 1 李作章等.尾矿库安全技术.北京航空工业出版社,1996 2 欧自强.金属矿山尾矿坝的溃坝事故及其它有关情况介绍.勘察 科学技术,19892 30～34 上接第40页 表5 混凝土28d强度与灰水比关系 内掺锂渣20 回归方程式相关系数离差 R28 1814C/ W 3013MPa0191215MPa 表6 C80、C70混凝土水泥、 锂渣及 NF- 2 - 6减水剂用量 混凝土 强度等级 配制强 度/ MPa W/ C 1 m3混凝土水泥、 锂渣、 NF - 2 - 6用量/ kg 水泥水锂渣NF - 2 - 6 C8089. 90. 314391701106. 6 C7079. 90. 37368170925. 5 注① 为留有余地,离差取610MPa而不取215MPa;②NF - 2 - 6掺 量取112 。 3 几点结论 综上所述,可得出如下结论 1高强度大流动性混凝土中缓凝高效减水剂 的最大掺量应以混凝土不出现分层离析为前提,对 于本文研究的内掺20 锂渣的高强度大流动性混 凝土,其NF - 2 - 6缓凝高效减水剂掺量,不宜超过 胶结料用量的115 ,在满足坍落度要求的条件下, 宜尽量减少NF - 2 - 6的掺量。 2混凝土的用水量和减水剂用量有一个合理 匹配的问题,其原则是既要满足强度的要求,又要满 足坍落度及坍落度损失小的要求。 3人工捣实与机械振捣的高强度大流动性混 凝土的抗压强度无差别,因此在人口稠密区施工的 工程,可考虑采用人工捣实的高强度大流动性混凝 土。 4采用冀东525号 Ⅱ 型硅酸盐水泥,内掺比表 面积1 047 m2/ kg的锂渣,5～20 mm碎石,掺加适量 的NF - 2 - 6缓凝高效减水剂,可配制出C80高强 度大流动性混凝土。 动态2000国际建机展在北京盛大举行 第七届中国国际建筑及建材机械展览会简称2000国际建机展于2000年11月8日～11日假北京中国国际展览中心 盛大举行。展会云集超过60家来自世界各地的展商参加。展品包括混凝土和沥青生产及处理设备、 建筑工程机械、 施工设 备及运载工具、 建筑材料生产机械及设备、 道路建筑及养护设备、 水泵管道设备、 测试设备及其他相关产品等。大会更新增设 混凝土、 水泥、 沥青专题图片展,介绍各参展商的建筑材料之特性,以便观众搜索所需的建筑材料。 香港雅式展览服务有限公司 17 我国尾矿库病害事故统计分析 徐宏达 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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