尾矿库防洪安全关键措施探讨
2013-08-15梁士奎李香园
梁士奎,李香园
(华北水利水电学院,河南郑州 450045)
尾矿库在矿山环境保护和治理中具有重要的作用.我国尾矿库的数量众多、分布很广,截至2009年底,已建和在建的尾矿库达到1.26×104座,堆存的尾矿超过 7.0 ×109t[1].受诸多因素的影响,大多数尾矿库在防洪、抗震及坝体稳定等方面的建设标准相对偏低,导致尾矿库的各类灾害时有发生,造成人员伤亡、环境污染及经济损失等.随着一系列尾矿库安全防护及治理措施的出台,尾矿库的整体安全状况在不断提升.但仍有部分尾矿库处于病、险及超期服务的状态,存在较大的安全风险,威胁着区域的经济、社会及生态环境安全.
尾矿库的安全同许多因素紧密相关,包括自然因素、技术因素及管理因素等.结合近年来国内外尾矿库安全事故的情况来看,多以溃坝的形式出现,溃坝的类型则主要为洪水漫顶、稳定破坏、渗流破坏和结构破坏等.其中,因洪水漫顶直接导致的事故占23%左右,其他类型的溃坝也多半是与水有关[2].因此,从防洪安全的角度,对影响尾矿库安全的关键问题进行探讨,构建尾矿库的工程建设及管理安全体系,具有重要的工程实践意义.
1 尾矿库防洪安全影响因素
1.1 尾矿库工程特征
尾矿库主要用于堆存尾矿.在运行期间,尾矿库坝顶高程随库内堆渣的不断增加而持续加高,库区形状也不断变化.同时,尾矿坝要有良好的渗水性以排除库内积水.鉴于尾矿库的工程特性,需要因地制宜地进行防洪能力建设规划,并针对尾矿库不同的运行时期采取相应的防洪工程措施及技术措施.
1.2 防洪安全评价主要指标
尾矿库在防洪方面存在的风险,与其水文条件、地形地质、工程参数、运行管理等紧密相关.尾矿库多位于山区,坝址上游坡度较陡,河道较短,往往形成陡涨陡落的洪水,库内水的渗透压力以及坝体浸润线的变化,对坝体稳定有着至关重要的影响[3].因此,尾矿库的防洪安全受库容(决定洪水调节能力)和排洪能力(决定洪水排出时间长短)的影响.根据尾矿库的防洪特征,结合防洪实践经验,尾矿库防洪安全可采用干滩长度、安全超高、洪水排出时间、坝顶高程等项指标来评价[4].
1.3 防洪安全影响因素
漫顶导致溃坝是尾矿库的主要危害之一.造成尾矿库漫顶溃坝的原因集中在几个方面:一是设计及施工不符合现行规范,导致建成的坝体自身失稳;二是洪水超过尾矿库的设计标准,导致漫顶;三是管理不足,对防洪排涝的事故隐患未能及时有效处理,缺乏应急措施.同时,地形、地质条件、洪水总量、调洪能力、回水方式、操作条件与使用年限等因素都影响和决定着尾矿库的防洪安全[5].
2 尾矿库防洪安全关键措施
2.1 合理确定防洪标准
我国大多数尾矿库采用上游法筑坝,坝体稳定性较差,尾矿库存在浸润线过高、调洪库容不足、坝体安全观测设施不健全等各类安全隐患[6].受多种因素影响,多数尾矿库防洪安全设计标准相对偏低.为保证防洪安全,需要在规划设计阶段,通过对库区选取合适设计标准的洪峰流量、洪水总量、洪水过程线进行计算分析以及调洪演算,进而制定科学有效的防洪及排洪措施.同时,在工程建设及运行期间,对可能出现的不合理现象和施工缺陷,应及时采取有效措施,消除防洪安全隐患.
2.2 加强技术监测
尾矿库的安全监测对把握尾矿库安全现状、减少尾矿库事故等具有重要意义.通过相关统计资料发现,坝体边坡稳定性、漫顶和渗流等是国内外尾矿坝事故发生的主要原因,需要对其进行重点观测[7].其中,坝体的边坡稳定性可以通过对坝体的位移、浸润线高度、孔隙水压力及渗流等进行观测来分析;漫顶的状况可以对尾矿库水位、干滩的高程和降雨量观测来进行确定.当前,随着安全技术的不断发展,多传感器数据融合的大坝变形自动监测技术正逐步应用,对尾矿库的防洪安全具有重要作用.
2.3 科学管理
在运行过程中,有效控制库水、正常发挥排洪设施的功能对尾矿库的防洪安全至关重要.防洪安全很大程度上受降水的季节性影响,同时也存在其他不确定因素的干扰,如大量客水外砂排入、排水设施失效等,会影响或恶化库区的安全.同时,要制定防御特大洪水灾害的措施和应急救援预案,汛前对防洪系统进行全面检查,洪水过后对库坝及相关设施进行全面清理,及时消除安全隐患.科学有效地管理是提高尾矿库防洪安全能力的重要保障.
3 结语
尾矿库的防洪问题关系到区域生产、生活和生态的安全.在工程的规划建设和运行管理中,要综合考虑影响防洪安全的诸多因素,确定合理的防洪建设标准,建设现代化的安全监测系统,构建有效的安全管理制度,才能保证尾矿库满足防洪要求,实现安全可持续的生产及发展.
[1]田文旗,谢旭阳.我国尾矿库现状及安全对策的建议[J].中国矿山工程,2009,38(6):42 -49.
[2]秦华礼,马池香.对尾矿坝稳定性的作用机理研究[J].金属矿山,2008(10):116 -118,152.
[3]赵建芬,卢双宝,刘立华,等.尾矿库防洪影响评价要点[J].南水北调与水利科技,2012,9(6):58 -60.
[4]中国有色工程设计研究总院,秦皇岛冶金设计研究院.AQ 2006—2005尾矿库安全技术规程[S].北京:煤炭工业出版社,2007.
[5]杨丽红,李全明,程五一,等.国内外尾矿坝事故主要危险因素的分析研究[J].中国安全生产科学技术,2008,4(5):28-31.
[6]汪晓霖.尾矿库防洪安全检测分析[J].工业安全与环保,2010,36(6):59 -60,64.
[7]李忠奎,廖国礼.尾矿库溃坝监测预警系统设计研究[J].有色金属,2008,60(6):33 -35.