某尾矿库溃坝后的环境影响分析与预防措施

敖 漉,谢朝新,高殿森,秦华龙,林晓良

某尾矿库溃坝后的环境影响分析与预防措施

敖 漉,谢朝新,高殿森,秦华龙,林晓良

(后勤工程学院,重庆400041)

计算了某尾矿库溃坝后尾矿砂的最大泄流量、泄流时间和可能造成的死亡人数,由计算结果可知,该库溃坝后最大泄流量在4316.40～17183.88 m3/s之间,泄流时间在79.90～318.09 s之间,溃坝可能导致下游30人死亡;溃口越大,最大泄流量越大,泄流时间越短。分析了溃坝后的主要环境影响,尾矿砂中的重金属直接污染土壤,影响该区域内的植被;尾矿砂中的有害物质将进入地表水或渗漏到地下水,使区域地表水和地下水环境悬浮物、重金属超标,并导致水土流失。提出了管理和技术措施以预防溃坝事故发生。

尾矿库;溃坝;最大泄流量;泄流时间;预防措施

尾矿库是具有高势能的人造泥石流危险源,一旦失事,容易造成溃坝等重特大事故。美国克拉克大学公害评定小组的研究表明,尾矿库事故的危害在世界93种事故、公害的隐患中,仅次于核爆炸、神经毒气、核辐射等危害[1]。截止到2007年11月25日,我国共上报43起尾矿库事故,事故发生数量呈上升趋势①。2008年又先后发生多起尾矿库事故其中山西襄汾“9.8”重大尾矿库溃坝事故更是造成直接损失981.9万元人民币,受灾人员达1047人,262人死亡或失踪[2],是我国目前发生的损失最为惨重的一次尾矿库事故。本文以某尾矿库为例,计算该库溃坝后尾矿砂的最大泄流量、泄流时间和死亡人数,分析了环境影响,从管理和技术两个方面提出了预防措施。

1 案例分析

1.1 工程概况及环境现状

某尾矿库位于矿区北东侧山坡、选矿厂下方的山沟中,坝址设在选矿厂下游方向距选矿厂150 m处。尾矿库最低标高为+488 m,最高堆放标高为+520 m,实际有效库容为137.3万m3,尾砂堆积干

① 关于印发全国尾矿库专项政治行动工作2007年工作总结和2008年重点工作安排意见的通知,国家安全生产监督管理总局,安监总管[2008]100号,2008.比重2.6 t/m3。尾矿库下游方向设尾矿坝1座,采用M7.5砂浆MU300块石砌筑。尾矿坝最终坝高32 m,坝顶宽度为106 m,坝底宽度为20 m。尾矿库周边依地势设置截排沟,将降雨产生的径流截住并排到尾矿坝下游,避免雨水进入尾矿库,确保尾矿库的安全。

尾矿库周边无名胜古迹、风景区及自然保护区、水源等重要环境敏感点,主要敏感点为周围村落,其与尾矿库库坝的距离与位置关系详见表1。

表1 环境敏感点分布情况

1.2 计算方法

1.2.1 最大泄流量

采用圣维南法[3]计算尾矿最大泄流量,见公式(1):

式中:Qmax——最大泄流量,m3/s;

b——溃坝口径,m;

B——坝顶宽度,m;

H0——坝高,m;

g——重力加速度,m/s。

1.2.2 泄流时间

按尾矿库内尾矿砂全部泄出,其泄流时间计算见公式(2):

式中:V—尾矿库有效容积,m3;

Qmax—最大泄流量,m3/s。

1.2.3 死亡人数

尾矿库溃坝可能造成的死亡人数按以下经验公式估算[4]:

式中:S—尾矿库事故可能造成的死亡人数,人;

i—尾矿坝下游10倍坝高范围内 n个居民点的顺序数;

N i—第i个居民点的居民人数,人;

j—尾矿坝下游10倍坝高以外、40倍坝高范

围以内m个居民点的顺序数;

Mj—第j个居民点的居民人数,人。

1.3 计算结果与讨论

1.3.1 假设条件和参数取值

(1)假设溃口大小分别为b1=10 m、b2=20 m、b3=30 m、b4=40 m、b5=50 m、b6=60 m、b7=70 m、b8=80 m、b9=90 m、b10=100 m;

(2)假设溃坝时坝体全部垮塌,库内尾矿砂全部泄漏;

(3)尾矿库坝顶宽度B=106 m,坝高为 H0=32 m,g=9.8 m/s,尾矿库实际有效库容为V=137.3万m3。

(4)该尾矿库下游方向为北方,由表1可知,在10倍坝高范围内无人居住,在10倍坝高范围外、40倍坝高1280 m范围内有居民241人,可得 N i=0, Mj=241。

1.3.2 计算结果与讨论

根据公式(1)-(3)计算此10种溃口大小情况下的最大泄流量、泄流时间和死亡人数,计算结果如表2。

表2 最大泄流量和泄流时间计算

根据以上计算结果可知,该尾矿溃坝后,在不同溃口情况下,其最大泄流量在4316.40～17183.88 m3/s之间,泄流时间在79.90 s～318.09 s之间,且溃口越大,最大泄流量越大,泄流时间越短,溃坝后可能造成下游30人死亡。

溃坝发生后最大泄流量大,泄流时间短,溃坝后造成的死亡人数较大,在溃坝发生时再疏散下游人群是不可行的;溃坝后尾矿砂中的重金属直接污染土壤,影响该区域内的植被;尾矿砂中的有害物质将进入地表水或渗漏到地下水,使区域地表水和地下水环境悬浮物、重金属超标,并导致水土流失。因此,必须采取有效措施预防溃坝事故发生。

1.4 预防措施

1.4.1 管理措施

1.4.1.1 尾矿库应远离居民聚居区,在库坝下游设置安全防护距离,搬迁安全防护距离内的居民。

1.4.1.2 成立尾矿库管理小组,制定合理的尾矿设施维护管理规章制度,例行巡查、观测和监测,及时发现、排除各种不安全因素,确保尾矿库正常安全运行。

1.4.1.3 制定尾矿库安全事故应急救援预案,并进行定期演练,做好记录,及时修订和完善应急救援预案。

1.4.2 技术措施

1.4.2.1 尾矿库的设计必须充分考虑降雨量、降雨频率、汇水面积、异常气候等因素,保证足够的安全超高、沉积干滩长度和下游坝面坡度,合理设置排洪设施排洪能力。

1.4.2.2 及时加固和修复出现倾斜、沉陷断裂和裂缝的排洪设施,及时检查、疏通堵塞的排洪设施,必要时可新建排洪设施。1.4.2.3 采用反滤层与压坡处理坝面沼泽化、管涌、流土等渗流破坏。

2 结语

尾矿技术是一种综合性的技术,无论就其基础理论还是实用技术来说,都还处于开始发展的阶段,人们对尾矿库认识还很不系统,更难谈到深入。必须加强科学研究,从基础理论到实用技术上都要深入开展工作,研究新理论和新工艺,开发新材料、研制新的设备和仪器,依靠科技进步,提高建库和管理水平,加速隐患治理,并逐步建立起先进有效的监测、预报系统和应急事故对策系统,避免尾矿事故尤其是溃坝事故的发生。

[1] 门永生,柴建设.我国尾矿库安全现状及事故防治措施[J].中国安全生产科学技术,2009,5(1):48-52.

[2] 李志晖,邹 伟,等.“悲剧就这样发生了……”襄汾溃坝事故幸存者和遇难者的诉说,http://news.xinhuanet.com/newscenter/2008-09/20/content_10082253.htm,2008-09-20.

[3] 陈青生,孙建华.矿山尾矿库溃坝砂流的计算模拟[J].河海大学学报,1995,23(5):99-105.

[4] 陈国芳,胡 波.尾矿库溃坝风险分析及对策[J].科技情报开发与经济,2008,(3):227-228.

Environment Impact Analysis and Preventive Measures to Dam Collapse of a Tailing Reservoir

AO Lu,XIE Chao-xin,GAO Dian-sen,QIN Hua-long,LIN Xiao-liang

(The Logistic Engineering University of PLA,Chongqing 400041,China)

The largest leakage amount,leakage time and death quantity of a dam collapse were calculated.The result was as follows:the largest leakage amount was ranged from 4316.40 to 17183.88m3/s,leakage time was ranged from 79.90～318.09s,death quantity was 30.It showed that the bigger the hole was,the larger the leakage amount was,the shorter the leakage time was.The main environment impacts of dam collapse were analyzed.After dam collapse,the soil would be directly polluted and the vegetation around would be impacted by the heavy metal in the tailing,the harmful material would go into surface water and leak into groundwater,in which suspended solid and heavy metal exceed the standard,and lead to soil erosion.The management and technology preventive measures were mentioned to prevent dam collapse.

tailings dam;dam collapse;largest leakage amount;leakage time;preventive measures

X820.3

A

1674-2842(2010)01-0041-03

2009-10-16

敖漉(1979-),男,硕士,讲师,主要从事水污染控制与环境影响评价的教学与研究工作。