尾矿库溃坝灾害防控现状及发展

尾矿库溃坝灾害防控现状及发展

靳亚州

河南兰瑞矿山工程有限公司河南省三门峡市472000

摘要：尾矿库溃坝灾害的发生往往会带来惨重的人员伤亡和财产损失，本文对尾矿库溃坝灾害的防空做了具体介绍。

关键词：尾矿库溃坝；安全监测；预警。

引言

针对我国尾矿库复杂的安全形势，结合新时代背景下安全生产的新要求，围绕安全监测、灾害预警方法与应急准备、安全管理与标准规范这三大方面核心内容，梳理总结国内外研究现状及前沿进展，探讨我国尾矿库溃坝灾害防控当前所面临的问题，并尝试提出发展建议，为尾矿库防灾减灾理论研究与技术革新提供参考。

一、尾矿库溃坝灾害防控国内外现状

（一）国外现状及前沿进展

安全监测是尾矿库安全管理的耳目，库区健康运营、事故预防及应急响应均离不开准确及时的监测信息。国外尾矿库设计规定的监测内容包括位移、渗流、坝基稳定性等坝体安全指标。安全监测方面，加拿大黄金公司（Goldcorp）为保障BC省一处已闭库、缺乏人员看管的银矿尾矿库安全，引进了由太阳能供电、数据收集、无线传输、自动测量、气象站、图像采集等模块集合而成的TrimbleT4D智能化自动监测系统，包含最优化布置的水位、孔隙水压力、位移等传感器，保证监测信息实时汇总至管理人员；VandenBerghe等研究指出合格的监测方案除水位、坝体位移等参数外，还应涉及基于实时监测数据的坝体稳定性评估、潜在溃坝形式特点及其关键监测参数体现、预警等级划分及其相应对策；在安全监测新技术的研究与应用方面，Coulibaly等、Sjdahl等分别使用电阻率成像仪探测了加拿大Westwood与瑞典南部Enemossen尾矿坝内部含水饱和度、裂缝及变形情况，展现出地球物理方法在尾矿坝监测中的应用前景；Colombo和MacDonald尝试使用干涉合成孔径雷达（InSAＲ）技术监测非洲两座露天矿地貌演化与尾矿坝变形，以及波兰某煤矿地下开采引起的地表沉降，并取得了理想的效果；Palmer指出大型滑坡事故在产生致命破坏之前通常可观测到数月或数年的缓速蠕变，卫星遥感可在地质灾害防控方面发挥重要作用，譬如欧洲航天局于2017年3月部署完成的两颗“哨兵2号”卫星可实现每间隔5d对同一区域的遥感监测；Schmid等通过处理卫星数据提取地形图和航摄影像，监测墨西哥某长达11km的尾矿坝，克服了传统测量方法劳动强度大、危险性高等缺点，为库区建设与运营提供了宝贵参考资料；Emel等探索使用航天飞机雷达、星载热辐射和反射辐射计获取数字高程模型，研究美国坦桑尼亚Geita金矿尾矿库周边2000年～2006年期间的地形地貌和水文演变特征；Minacapilli等、Zwissler等指出利用红外热惯量和热红外图像遥感监测土壤或尾矿中水分时空分布规律具有巨大应用潜力。近几年，无人机摄影测量受益于技术成熟和产品商业化，续航能力、极端条件航行、路径导航、建模算法、模型精度等难题在一定程度上得到解决，应用于古迹维护、环境保护、地质灾害调查、地图测绘、精准农业等领域取得了理想的效果。Pajares列举了大量无人机遥感技术在各个行业的应用实例，所搭载的传感器类型包括普通相机、热红外相机、Lidar激光扫描仪、多光谱和高光谱传感器、合成孔径雷达（SAＲ）、化学传感器、磁传感器、声呐等。

（二）国内现状及前沿进展

近些年在监管部门严格监督与矿山企业积极配合下，我国尾矿库安全监测普及率大幅提高，大大改善了矿山安全保障水平。根据现行《尾矿库安全监测技术规范》与《尾矿库在线安全监测系统工程技术规范》要求，尾矿库在线监测应与人工巡查和尾矿库安全检查相结合，在线监测系统应包含数据自动采集、传输、存储、处理分析及综合预警等部分，并具备在各种气候条件下实现适时监测的能力。基于ZigBee无线传感技术设计了具有自愈、自组网能力的在线监测系统，归纳了防雷保护措施与注意事项，以期提高系统运行稳定性；余乐文等设计了风光互补冗余供电系统，保障监测数据的连续采集。

工程应用实例

（一）工程概况

某尾矿库初期坝为透水堆石坝，坝顶标163.5m，坝高14m，坝顶宽5m，内、外坡坡比1：3.0。初期坝坝顶163.5m标高以上为尾矿堆积坝，坝外坡分别在173.5m、183.5m、193.5m、203.5m、213.5m标高共设5条马道，马道宽5m，各段坡比均为1：2.5，现堆积至220m标高。根据现场地质钻探结果获得其结构图。

（二）物理力学参数

根据该库《工程地质勘察报告》：标准贯入试验、圆锥动力触探试验、现场密度试验、颗分试验和渗透试验结果，获得了该尾矿库有关的物理力学参数。

（三）溃坝概率计算

按照溃坝概率分析方法，依据实测的尾矿坝物理力学参数，利用slide5.0进行计算，便得到了该尾矿坝溃坝失效概率为11.8%。

（四）溃坝淹没范围及其损失计算

利用有效差分法对尾矿库溃坝淹没范围进行计算，可得尾矿库溃坝淹没范围及其淹没深度。

通过专家打分法和层次分析法，得到了各因子权重值：W1=0.45，W2=0.25，W3=0.3。根据该尾矿库下游居民点、工业设施分布状况等，可以计算出生命损失、经济损失和环境损失。生命损失H=400×0.046+1200×0.04+800×0.045+100×0.1/100=1.124。经济损失PE=15687万元/10000万元=1.569。环境损失W=0.6×0.7×0.8×0.9×0.9×0.8×0.7×0.8=1.02。

计算出尾矿库溃坝淹没范围内的损失度：V=0.45×1.124+0.25×1.569+0.3×1.02=93.5%。

（五）尾矿库溃坝风险度

可以计算出该尾矿库溃坝风险度为：R=Pf×V=11.8%×93.5%=0.11。得出虽然溃坝淹没范围内损失度巨大，但因溃坝概率较小，故该尾矿库风险仍在可接受范围内。

三、结束语

在“十三五”国民经济稳速发展、矿产资源需求总量维持高位、传统矿业绿色转型的大背景下，尾矿库溃坝灾害防控的研究对于促进防灾减灾理论研究与技术革新、保障矿山安全生产、实现资源绿色开采、维持社会和谐稳定具有重要意义。

参考文献：

［1］蔡嗣经，杨鹏．金属矿山尾矿问题及其综合利用与治理．中国工程科学，2000，2（4）：89

［2］李长洪，卜磊，陈龙根．尾矿坝致灾机理研究现状及发展态势.工程科学学报，2016，38（8）：1039

［3］李全明，张红，李钢．中国与加拿大尾矿库安全管理对比分析．中国矿业，2017，26（1）：21