几个尾矿坝垮塌事故的案例分析与教训.pdf

第2 1卷 第3期 2 0 0 7年6月 资源环境与工程 Re s o ur c e s Env i r o n me nt＆ Eng i n e e r i ng Vo 1 ． 21 ， No ． 3 J u n e ． ， 2 0 0 7 几个尾矿坝垮塌事故的案例分析与教训 范恩让 ， 1 ．机械 工业勘察设计研 究院， 陕西 西安7 1 0 0 4 3； 史剑鹏 2 ，陕西省冶金设计研 究院， 陕西 西安7 1 0 0 3 2 摘要从国内外几个典型尾矿坝事故分析入手，就导致尾矿坝失事的原因进行论述，认为管理、洪水、渗透 及液化等是导致尾矿坝失事的主要原因，从而阐述应吸取的教训。 关键词尾矿坝；垮塌 ；教训 中图分类号P 6 4 2 ． 2 1 ； P D 9 2 6 ． 4 文献标识码A 文章编号 1 6 7 1 1 2 1 1 2 0 0 7 0 3 0 2 9 0- 0 3 0 引言 尾矿坝作为矿 山开采 的三大控 制性建设 工程之 一 ，也是特殊的工业建筑物。尽管尾矿坝的建造有较 长历史 ， 如 B r e n t 尾矿坝于 1 8 3 0年 中期建成 J ， 人们一 直很重视它， 但还是在世界各地出现了许多灾难性的 尾矿坝事故 ， 特别是中国近期矿难频发 ， 有必要对其产 生的原因进行 总结。 国内外尾矿坝的各类灾害时有发生， 这些灾害中， 溃坝带来 的人员伤亡 、 环境污染及经济损失最为严重。 西班牙 A z n a l c o l l a r 尾矿坝于 1 9 9 8年溃坝， 致使下游 4 6 0 0 万平 方米 区域受 到污染 。意 大利 S t a v e尾 矿坝 1 9 8 5年溃坝导致 近 3 0 0人 死亡 和 巨大 的财产损 失 ； 1 9 9 4年南非 M e r r i e s p r u i t 尾矿坝溃坝 ， 导致 1 7人死亡 ； 1 9 9 5年圭亚那 O m a i 金矿尾矿坝遭受破坏后 ， 9 O O名圭 亚那人因饮用氰化物污染水而死亡 ； 1 9 9 4年 C a l i f o r n i a 地震 引起 的 T a o C a n y o n尾矿坝溃坝 ， 带来 了巨大 的经 济损失和环境污染 ； 1 9 5 0年 S o d a B u t t e 河因一座尾矿坝 溃坝使该区域受到严重污染。在中国， 2 0 0 0年广西南 丹尾矿库垮塌 ， 造成 2 0多人死亡 ； 2 0 0 6年陕西镇安某 黄金尾矿坝溃坝 ， 造成 1 7人死亡。 1 尾矿坝垮塌事故案例及分析 1 ． 1 意大利斯塔瓦尾矿坝垮塌 斯塔瓦尾矿坝分为上方坝及下方坝， 于 1 9 6 2年开 始建设下方坝， 用上游法筑子坝， 上升的最终高度大约 为 2 6 i n ， 坝的下游坡角平均为 3 2 。 ； 上方坝淤的初期坝 施工结束， 初期坝高 5 in ， 由天然粘土建成， 没有采用 任何地基处理及加固手段， 在大坝升到 1 0 in 高以前是 采用中线法筑坝， 下游坡面角大约4 0 。 ， 坡角伸人到下 方汇水区域的软沉积层中。1 0 in高以上用上游法筑 坝， 下游坡 面角角度不 变。1 9 7 5年 ， 上方坝继续进行 堆积 ， 下游坡面角变缓平均为 3 5 。 。在 1 9 i n高处修建 了一个 4 i n宽的马道。1 9 7 8年 ， 上方坝堆积坝筑到 2 6 in 高时暂停筑坝， 可是自然地下水继续流人上方库的 汇水区域。这样两坝后都蓄存着高水位水。1 9 8 5年 元月 ， 当上方坝达到 2 8 i n高时， 在上方坝右侧低处坝 坡发生小塌陷， 其原因是排水系统涵管冻结堵塞 ， 造成 渗漏引起。1 9 8 5 年 6 月上旬， 在下方库汇水区域出现 3 0 i n宽 ， 3 4 i n深的漏洞 ， 这是由于排水涵管破裂， 大 量泥性尾矿漏出。1 9 8 5年 7月 1 9日当上方坝升高到 3 0 i n ， 下方库也蓄有大量水时， 上方坝首先发生灾难性 溃坝 ， 同时也冲毁了下方坝 ， 上下两坝的洪流淹没了阿 维苏流域 。 该坝被破坏的主要原因是排水系统冻结堵塞， 渗 漏管涌及流土。 1 ． 2 圭亚那阿迈金矿尾矿坝垮塌 阿迈金矿位于阿迈河岸边 ， 阿迈河宽仅几米 ， 水流 量为 4 ． 5 i n ／ s ， 与南非主要河流之一埃塞奎博河 相连 接。1 9 9 5年 8月 ， 当尾矿坝 中储存尾砂 的高度离最终 高度仅差 1 i n时， 曾对尾矿坝坝体进行检查并未发现 异常情况。但不久 ， 即 8月 1 9日深夜 ， 一位警觉 的驾 驶员发现尾矿坝一端漏水， 黎明， 坝体另一端开裂出 水， 喷泄而出的水 ， 将含有2 5 1 0 的氰化物尾砂废水 2 ． 9 Mm 排 到了阿迈河及埃塞奎博河 ， 造成了近千人 的死亡及非常严重的环境污染 。 阿迈金矿尾矿坝坝体建在残余风化土石基础上， 坝体建筑材料有粘质、 渗透性较差的残余风化土石， 一 座较宽的废石堆与坝体相连， 残余风化土石也是废石 堆的主要成分， 废石堆延伸4 0 0 in ， 直至阿迈河边。除 收稿 日期2 0 0 61 2 2 0；改回 日期2 0 0 7 0 1 0 4 作者简介范恩让 1 9 6 3 一 ， 男， 高级工程师， 水工及岩土工程专业，从事水利及岩土工程方面的勘察设计工作。E m a i l e 乙 f a n 1 6 3 ．c o m 维普资讯 第3 期 范恩让等 几个尾矿坝垮塌事故的案例分析与教亩 l 2 9 1 坝的两端 坝 体破坏位置 外 ， 坝体 均与废石堆相连 。 坝体破坏后 ， 遍布在坝体中的裂缝明显可见 ， 这些裂缝 沿坝体整个长度扩展 ， 最 大的裂缝朝蓄水池方 向旋转 倾斜 ， 在迎水坡面上 ， 有 2 O多个落水洞及沉陷洼地 。 究其原因 ， 在建坝期问 ， 在堤坝底部安装 了波纹排 水钢管临时排水 ， 在 重型设备碾压管线周围的 回填 材 料时， 破坏了管路的完整性 ， 为细粒材料流失创造了条 件 ， 由于没有采取其他有效措施阻止或有效控制管道 周 围回填料 中的渗漏 ， 引起坝体 内部侵蚀破坏 。另外 细砂层与废石堆之 间缺乏反滤 ， 细砂可 以较容易地从 废石堆孔隙之问穿过， 实际上是管涌破坏的典型。 该坝被破坏 的主要原 因是渗漏管涌。 1 ． 3 南丹尾矿坝大坍塌 2 0 0 0年 l O月 1 8日上午， 随着“ 轰隆” 一声巨响， 1 ． 5万立方米的尾砂流冲破坝首 ， 沿着 2 0 m宽 的山沟 狂泄奔腾 ， 瞬间浊流滚滚 ， 尾砂流所到之处 ， 鸡 飞狗跳 ， 房屋倒塌。当地的一些群众还没 回过 神来 ， 就被尾砂 流冲走 。据现场调查 了解 ， 坍塌 的尾 矿库 在事故发生 前 ， 已存入尾矿砂约 2万立方米 ， 垮坝时约有 4 0 0 0 m。 的尾砂下泄 ， 冲出距离达 5 0 0 m， 覆盖面积约 1 ． 5万 平 方米 。由于距离事故现场约 4 k m处有 一个 面积较 大 的水塘， 这个水塘长期以来一直作为洗矿外排废水的 贮存池 ， 事故发生时水塘对下泄废水起到较好的缓冲 和澄清作用 ， 减轻了对下游地表水 的污染。监测结果 表明， l O月 1 8日在距 事故现场下游约 1 k m处 ， 采 集 外泄废水样 中的砷 、 铅 、 p H值 等各项指标均超 过 污 水综合排放标准 一级标准， 其中砷浓度超出国家标 准 9 9 ． 6倍 。l O月 2 0日在距离事故现场约 1 0 k m的 骆马河鸳鸯桥处监测地表水质， 其各项监测指标均未 超过地表水环境质量 3类标准 ， 水质与事故发生前呈 明显变化。 南丹尾矿坝大坍塌 ， 事故原 因主要是 因为业 主对 尾矿库管理不善 ， 违规操作造成的。一方面， 由于当 地前段 时 间降 水少 ， 矿 区生 产 用水 不 足 ， 为 节 约 用 水、 降低成本 ， 业 主有 意使 选矿废水 在库 内停 留沉 淀 的时问延长， 以便废水 回用 ， 于是违规操作， 将溢流 口的排水 口设置在较高的位置 ， 使大量的洗矿水积于 库内 ， 加上 之前连 续下 雨 ， 向库 内补 充 了不 少 水量 ， 库容明显增加 ， 但业主仍未采取排水措施 ， 致使库内 水面与坝首持平 ， 坝体尾砂难 以 固结 ， 坝体无法 承受 库内水体的巨大压力而造成坍塌。另一方面 ， 由于这 家个体选矿企业超 出原来 设计 的生 产能力进行超 量 生产 ， 使尾矿砂大大超过尾 矿库 的设计要 求 ， 加快 了 坝体垒高的速度 ， 不利 于坝 首的加 固， 使坝体 的抗 压 能力 明显降低 ， 从而易于垮坝 。 该坝被破坏的主要原因实际上是人为造成库水位 升高， 流土破坏。 1 ． 4 陕西镇安尾矿坝大坍塌 镇安县黄金矿业有限责任公司位于镇安县城东 6 0 k m 的米粮镇光明村 ， 始建于 1 9 9 3年 l O月 ， 是集采 、 选 、 冶于一体 的黄金企业 ， 日处理矿石 3 0 0 t 。同期修 筑的尾矿库库容约 1 0 0万立方米， 曾先后 5次增容加 坝。2 0 0 6年 4月 3 0日 1 8时 4 0分 ， 镇安县黄金矿业有 限责任公司对其尾矿库实施第六期加坝增容施工时， 部分主体坝 突然垮塌 ， 尾矿浆瞬间奔涌而下 ， 将坝下 9 户群众 4 O问房屋吞 噬。初步查 明， 有 l 7人下落不 明。 据官方报道 ， 金矿尾矿库的六期加坝增容工程 中， 后四 期都属自行设计、 自行施工的违规操作， 设计、 施工方 并无相关资质。 据了解， 镇安金矿尾矿库一、 二期工程 设计容量为 3 O 多万立方米， 三、 四、 五期违规加坝工程 使尾矿库增容至近百万立方米 。事故发生在尾矿库坝 第六次违规加坝增容时。还有专家认为， 在 自行加高 时 ， 尾矿坝周 围在放炮 ， 坝上有机械 、 车辆的震动 ， 引起 局部液化 ， 这从破坏时喷出很远的浆液可以判断出。 另外， 根据调查， 有些中小尾矿坝， 完全是复制其 它尾矿坝的设计来应付检查 ， 其 中许多均没有勘 察设 计及施工验收资料， 是典型的三无产品。 该坝被破坏的主要原 因是属 自行设计 、 自行 施工 的违规操作。 1 ． 5 云南锡业公 司火谷都尾矿库及江西赣南某钨矿 尾矿坝大坍塌等 云南锡业公司火谷都尾矿库发生 溃坝事故 ， 死伤 2 6 3 人， 直接经济损失达2 0 0 0多万元， 直接原因就是洪 水漫顶 ； 江西铜业银山铅锌矿 ， 1 9 6 2年 7月 2日上午 因 排水管质量差 ， 引起排 水管折裂 ， 各 管段相互错动 ， 减 少过水断面， 排水量达不到设计要求， 以致尾矿库洪水 漫顶、 溃坝 ； 江西赣南某钨矿尾矿坝 ， 因为矿山资源 枯竭等原因而停产关闭， 矿井停产关闭后， 尾矿库也就 自然停止使用 ， 但没有对尾矿库实施闭库处理 ， 而是顺 其自然， 无人管理。结果于 1 9 9 3年 5 月因尾矿库内排 水井被树枝石块等杂物堵塞， 排水不畅， 导致尾矿库内 的水位上涨， 造成尾矿库的主坝一半溃决， 洪水夹带着 尾砂呼啸而下 ， 形成泥石流 ， 冲毁了下游许 多民房 ， 淹 没了数百亩良田， 使下游的河床平均抬高了 2 ． 5 m， 损 失惨重， 教训深刻。 该坝被破坏 的主要原因是洪水 漫顶、 排洪排水管 失效。 维普资讯 资源环境与工程 2 0 0 7血 2 应该吸取的教训 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、 1 0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 ， 多数均由业主自己施工， 未请正规施 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 土石坝有关 的土力学、 水力学 、 水文 学等学科技术要求。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， 中国尾矿库的正常运行 比例偏低 ， 灾害不断 ， 时有重大 事故发生 。 尾矿坝的垮塌是危及环境及人民生命财产的大 事 ， 从 国内外的事故中我们应吸取以下教训。 2 ． 1 排洪 水 系统故障及洪水漫顶 据不完全统计 ， 中国有 色金属 矿山因排洪 系统失 事引起的灾难几乎 占尾矿坝事故 的 5 0 ％ ， 排洪系统一 旦有病 ， 会导致洪水漫顶 ， 引起溃坝发生 。因此对尾矿 坝排洪系统应从规划设计人手 ， 严把施工关 ， 进行科学 管理 ， 保证排洪系统安全畅通。 2 ． 2 流土管涌等渗透破坏 千里之堤， 溃于蚁穴。坝基、 坝肩及其它不同材料接 触部位及尾矿与其它构筑物的接触部位是管涌破坏的易 发地 ， 因此在施工中应严格按规范及设计施工， 这些部位 的施工记录应该更为详细 ， 反滤层 、 土工布应重点检查 ， 角落夯压应专人负责 ； 更不得随意抬高尾 矿库运行水 位， 采取措施降低坝体的“ 生命线” 、 “ 浸润线” 。 2 ． 3 加强管理杜绝违规作业 缺乏管理 、 违规作业是 中小尾矿坝普遍存在的现 象_ 4 J 。南丹、 镇安、 江西赣南尾矿坝大坍塌是违规作业 的典型。有的是 自行抬高库 内水位 ； 有 的则属 自行设 计、 自行施工的违规操作； 有的是无人管理； 还有的是 自行变更设计坝坡 、 坝高 、 排 水 洪洞尺寸 ， 有 的是复 制其它尾矿坝图纸来应付检查等等。所有这些， 都可 以通过强化监管、 加强培训、 咨询服务及行政与经济手 段来进行预防。 3 结论 尾矿坝建设是一个复杂而漫长的过程， 不仅涉及 到采矿 、 选矿、 机械 等专业 ， 而且涉及 到土力学 、 水 力 学、 水文学及环境学等学科知识。因此尾矿坝建设要 从严把规划设计质量关开始 ， 从 责、 权、 利统一兼顾 的 施工管理出发 ， 杜绝违规作业 ， 杜绝 自行设计、 自行施 工。在此基础上， 重点预防坝坡、 坝基、 坝肩渗水及流 土管涌破坏， 特别是排 水 洪系统故障及洪水漫顶事 故的发生 。 参考文献 [ 1 ] B a b a e y a n K o o p a e i k ， V a l e n t i n e E M， E r v i n e D A． C a s e s t u d y o n h y a uli c p e r f o r m a n c e o f b r e n t r e s e r v o i r s i p h o n s p i l l w a y [ J ] ． J o u r n al o f H y d r a u l i c E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 2 ， 1 2 8 6 5 6 2-5 6 7 ． [ 2 ] 徐 日升 ， 王海军． 北 意大利斯 塔瓦尾矿 坝特大事故 的分 析 [ M] ． 劳 动保护科学技术 ， 1 9 9 4 ， 1 4 2 5 75 9 ． [ 3 ] 沈楼燕． 关于尾矿库排洪系统设计 中的问题探讨 [ M] ． 有色金属 矿山部分 ， 2 0 0 3 ， 5 5 3 3 84 0 ． [ 4 ] [ 英] 迈克． 剑桥尾矿坝失事的回顾[ J ] ． 水利水电快报， 2 0 0 2 ， 2 3 5 67 ． A Ca s e S t u d y o n Co l l a p s e o f So me Ta i l i n g s Da ms F AN En ． r a n g ．S HI J i a n ． p e n g 1 ． I n v e s t ig a t i o n＆D e s I n s t it u te o f Ma c h i n e r y ， X i ’ 0 ， S h a a n x i 7 1 0 0 4 3 ；2 ．S h a a n x i I nst i tu te ofM e t a l l u r g i c D e s ig n ， X i ’ 0 ， S h a a n x i 7 1 0 0 3 2 Abs t r ac t Af t e r di s c u s s i n g s o me c a s e s a b o ut c o l l a ps e o f t a i l i n g s d a ms，t h e a ut h o r s c o ns i de r t h a t t h e r e a s o ns f o r s u c h da ma g e s a r eb a d ma n a g e me n t ，flo o d i n g，s e e p a g e，a n d l i q u e f a c t i o n，f r o m wh i c h a l e s s o n s h o u l d b e l e a r n e d a n d r e me m- be r e d． Ke y wo r d s t a i l i n g s d a m；c o l l a p s e；l e s s o n 维普资讯