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典型尾矿坝垮塌事故与应吸取的教训

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  本分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主要原因进行了论述,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,从而应吸取相应的教训。

  关键词:尾矿坝;垮塌;教训;1、 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Brent尾矿坝于1830年中期建成[1],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事故,特别是在国内近期矿难频发,因此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Aznalc幃llar尾矿坝1998年溃坝,致使下游4600万m2区域受到污染。意大利Stave尾矿坝1985年的溃坝导致了近300人死亡和巨大的财产损失;1994年南非Merriespruit尾矿坝溃坝,导致17人死亡;1995年圭亚那Omai金矿尾矿坝遭受破坏后,900名圭亚那人因饮用氰化物污染水死亡;1994年California地震引起的TaoCanyon尾矿坝溃坝,带来了巨大的经济损失和环境污染;1950年SodaButte河因一座尾矿坝溃坝使该区域受到严重污染。 在国内,2000年广西南丹尾矿库垮塌,造成20多人死亡;2006年陕西镇安某黄金尾矿坝溃坝,造成17 人死亡。

  2、 尾矿坝垮塌事故案例及分析2.1 意大利斯塔瓦尾矿坝垮塌案例及分析斯塔瓦尾矿坝分为上方坝及下方坝,于1962 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26m,坝的下游坡角平均为32 度;上方坝于的初期坝施工结束,初期坝高5m,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10m 高以前是采用中线法筑坝,下游坡面角大约40 度,坡角伸入到下方汇水区域的软沉积层中。10m高以上用上游法筑坝,下游坡面角角度不变。1975 年,上方坝继续进行堆积,下游坡面角变缓平均为35 度。在19m高处修建了一个4m宽的马道。1978年,上方坝堆积坝筑到26m高时暂停筑坝,可是自然地下水继续流入上方库的汇水区域。这样两坝后都蓄存着高水位水。

  1985 年元月,当上方坝达到28m 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,从而由渗漏引起。1985 年6 月上旬,在下方库汇水区域出现30m 宽,3-4m 深的漏洞,这是由于排水涵管破裂,大量泥性尾矿漏出。1785 年7 月19 日当上方坝升高到30m,下方库也蓄有大量的水时,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.该坝的破坏的主要类型有因排水系统冻结堵塞,渗漏管涌及流土破坏。2 圭亚那阿迈金矿尾矿坝垮塌案例及分析阿迈金矿位于阿迈河岸边,阿迈河宽仅几米,水流量为4.5m3/s,与南非主要河流之一埃塞奎博河相临接。1995 年8 月,当尾矿坝中储存尾砂的高度离最终高度仅差1 米时,曾对尾矿坝坝体检查并未发现异常情况。但不久,即8 月19 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25ppm 的氰化物尾砂废水2.9Mm3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400m 直至阿迈河边。除坝的两端(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20多个落水洞及沉陷洼地。

  究其原因,在建坝期间,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。另外细砂层与废石队之间缺乏反滤,细砂可以容易的从废石堆孔隙之间穿过,实际上是管涌破坏的典型。

  该坝的破坏的主要类型有因渗漏管涌破坏。3 南丹尾矿坝大坍塌案例及分析2000年10 月18日随着“轰隆”一声巨响,1.5万立方米的尾砂流冲破坝首,沿着20 米宽的山沟狂泄奔腾,瞬间浊流滚滚,尾砂流所到之处,鸡飞狗跳,房屋倒塌。在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4000 立方米的尾砂下泄,冲出距离达500 米,覆盖面积约1.5 万平方米。由于距离事故现场约4公里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,10月18日在距事故现场下游约1 公里处,采集外泄废水样中的砷、铅、pH 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99.6 倍。10 月20 日在距离事故现场约10 公里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间延长,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,加上近来连续下雨,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。

  该坝的破坏的主要类型实际上是因为人为的使库水位升高,造成的流土破坏。

www.667e.com 4 镇安尾矿坝大坍塌案例及分析镇安县黄金矿业有限责任公司位于镇安县城东60 公里的米粮镇光明村,始建于1993年10月,是集采、选、冶于一体的黄金企业,日处理矿石300吨。同期修筑的尾矿库库容约100万立方米,曾先后5次增容加坝。2006 年4 月30日18时40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40 间房屋吞噬。初步查明,有17 人下落不明。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30 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。

  该坝的破坏的主要类型主要是因为属自行设计、自行施工的违规操作。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案例及分析云南锡业公司火谷都尾矿库发生溃坝事故,死伤263 人,直接经济损失达2000 多万元,直接原因就是洪水漫顶;江西铜业银山铅锌矿,1962 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1993 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,冲毁了下游的许多民房,淹没了数百亩良田,使下游的河床平均抬高了2.5m,损失惨重,教训深刻。

  该坝的破坏的主要类型主要是洪水漫顶、排洪排水管失效。

  3、尾矿坝坍塌的主要原因分析3.1 尾矿坝自身特点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,为了节约成本随意施工,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。2 各自为政监管滞后表面看来,监管部门不少,有安检、环保、土地、水保等等部门监管,但是各管各的。例如,环保部门要求企业在坝上绿化植树,安检部门又从控制浸润线角度不允许植树。这样往往造成部门之间政令互相打架现象。还有的监管部门,由于缺乏专业知识,往往只管收钱罚款,很少去现场看看,有的去现场也看不懂哪里有问题,而且干扰了企业正常管理。3 企业本身重视程度不够由于尾矿坝是只花钱不见效益的工程,对于一些中小企业老板,让其花大把钱按步旧班进行尾矿坝建设,其肯定心理不乐意。因此,他们利用勘察设计施工监理市场不规范的漏洞,自行勘察设计,有的甚至不管水文及地质情况,在反滤层、基础处理及排洪系统等不可补救的关键部位偷工减料;特别是在尾矿坝管理上,他们用最少的投入,最少的人员应付了事,这样的事例在中小企业中时有发生。4 技术手段落后及技术人员匮乏由于尾矿坝建设涉及的知识及专业较多,有些专业领域目前还处于不成熟阶段,有些是需要进一步研究的,有些需要投入较多的资金,有些需要有较多的经验。因此在施工及管理中往往缺乏能正确识别存在的问题的技术人员及手段,导致一些不该发生的事故发生。

  4、应该吸取的教训尾矿坝的垮塌是危及环境及人民的生命财产的大事,从国内外的的事故中我们应吸取以下教训:4.1 教训一排洪(水)系统故障及洪水漫顶据不完全统计,我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50%,排洪系统一旦有病,会导致洪水漫顶,会引起溃坝发生。因此对尾矿坝排洪系统应从规划设计入手,严把施工关,进行科学管理,保证排洪系统安全畅通。2 教训二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。3 教训三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。南丹尾矿坝大坍塌、镇安尾矿坝大坍塌,江西赣南某钨矿,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,设计、施工;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。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。因此尾矿坝建设要严格从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] Babaeyan-KoopaeiK,ValentineEM,ErvineDA。Casestudyonhydraulicperformanceofbrentreservoirsiphonspill way[J]。JournalofHydraulicEngineering,2002,128(6):562-567[2] 徐日升 王海军 北意大利斯塔瓦尾矿坝特大事故的分析 劳动保护科学技术 1994 14(2):57-59[3] 沈楼燕 关于尾矿库排洪系统设计中的问题探讨 有色金属(矿山部分) 2003 55(3)38-40[4] [英]迈克。剑桥 尾矿坝失事的回顾 水利水电快报 2002 23(5)6-7范恩让,1963年2月生,男、高级工程师,1982-1989在西安理工大学学习水工及岩土工程专业,多年来一直从事水利及岩土工程方面的勘察设计工作及相关工作。

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