某尾矿库溃坝对下游影响风险评估

武彦涛，徐建云，邢皓晨

某尾矿库溃坝对下游影响风险评估

武彦涛，徐建云，邢皓晨

（山西兴新安全生产技术服务中心，山西 太原 030000）

近年来尾矿库溃坝事故时有发生，破坏性巨大，造成不可挽回的生命和财产损失。选取几个溃坝后对下游影响较大的参数，通过数学模拟的方法分析尾矿库溃坝形成的泥石流对下游的影响，并以申太选矿有限公司尾矿库为例进行了风险评估探讨，为企业和安监部门提供参考。

尾矿库；溃坝；风险评估；数学模拟

Abstarct:Tailings dam break accident in recent years occurs sometimes,with enormous destructive and irreparable lost of life and property.This thesis is aiming atanalysing this influence through building mathematical model of several paramter playing important roles in tailings dam break accident.With an example of Shentai tailings dam the thesis makes risk assessment and conclusion for the purpose of providing references for enterprises and safe production supervision administration.

Kew words:tailings dam; dam break; risk assessment; mathematical simulation

近年来尾矿库溃坝、决口事故时有发生，给尾矿库下游人员的生命安全造成了严重的危害。2010年9月21日，广东茂名市信宜紫金矿业银岩锡矿高旗岭尾矿库发生溃坝，造成22人死亡，受损815户；2008年9月8日，山西省襄汾县新塔矿业公司尾矿库发生溃坝事故，造成277人死亡、4人失踪、33人受伤，直接经济损失达9 619万元。可见，一旦尾矿库发生溃坝事故，对下游的建筑、居民的危害非常巨大[1]。

本文以娄烦县申太选矿有限公司尾矿库为例，应用模拟计算分析的方法，对尾矿库溃坝对下游居民区和重要设施构成的影响程度进行了安全风险评估，为企业的安全管理和当地安监部门的管理工作提供了重要依据。

1 尾矿库及周边概况

娄烦县申太选矿有限公司位于娄烦县盖家庄乡择石村东约0.8km的山沟内，该选厂尾矿库位于北侧山沟内，大致呈北—南走向，设计拦砂坝坝高7.0m，为山皮土碾压筑坝，后期尾砂堆放分三期进行，尾砂干堆体高80m，尾矿库总高程87m，总库容为196× 104m3，等别为三等，为山谷型尾矿库。

尾矿库所在沟内没有居民、耕地、文物古迹、输变电线路等重要设施。由申太尾矿库下游3km现状实测图可知，尾矿库下游50m处为娄岚乡村路，下游90m处为选矿车间和选厂办公生活区，选矿车间和办公生活区分别坐落在两侧山坡上，沟底标高1 545.2m，厂房办公区标高分别为1 559.4m、1 553.6m，办公生活区高程高于沟底10～15m，两处建筑物与尾矿库西、东沟谷之间均有山梁自然安全屏障。下游2.4km为南峪村。

2 溃坝模拟计算

本文选取两种情况进行计算，即现状库容溃坝计算的泄砂总量为36.4×104m3，设计最终库容溃坝计算的泄砂总量为196×104m3。根据理论分析以及事故案例，结合实际情况，笔者选取了以下参数进行计算：溃口泄砂总量、溃口特性参数、最大泄砂流量、泥石流到达下游的时间、下游某断面泄砂流量、泥石流冲击力[2-4]。

2.1 溃口宽度计算

溃口宽度计算采用黄河水利委员会水力科学研究院根据实际资料统计得到的经验公式：

b =0.1KW1/4B1/4H1/2

式中：b ——溃口宽度(m)；

W ——溃坝时的砂流量(万m3)；

B ——主坝长度(m)；

H ——坝高(m)；

K ——与坝体土质有关的系数。

2.2 最大泄砂流量计算

对于尾矿库溃坝来说，考虑到溃决时往往为库内水位较高，尾矿砂处于液态，因此，本次最大泄砂流量计算采用肖克列奇经验公式。计算公式为：

式中：b ——溃口宽度(m)；

B ——主坝长度(m)；

g ——重力加速度，取9.8m/s2；

H0——为溃坝前上游水深(m)。

2.3 最大流量计算

坝址处的溃坝流量过程线在向下游演进中，将不断展平，溃坝和最大流量将很快衰减，采用非恒定流解法，由坝址处的溃坝流量过程逐段演算出下游各断面处的流量过程，溃坝在下游某断面处形成的最大流量，其经验公式计为：

式中：Qm——坝址处溃坝最大泥石流流量(m3/s)；

Qm，l——Qm演进至距坝址l处的溃坝最大泥石流流量(m3/s)；

V ——溃坝时的尾矿库有效容积(m3)；

v ——洪水期间河道断面平均流速(m/s)。

2.4 矿砂流到达时间估算

计算溃坝最大流量从坝址到下游某处的传播时间，其计算经验公式为：

式中：t ——溃坝最大流量从坝址到下游L处传播时间(s)；

W ——溃坝时的尾矿库有效容积(m3)；

hm——下游断面处最大流量时的平均水深(m)；

k ——经验系数；

H ——为溃坝前上游水深(m)。

2.5 溃坝泥石流冲击力估算

(1) 泥位深度。

R=kV/S

式中：R ——泥石流断面处泥位深度(m)；

V ——尾矿库库容(m3)；

k ——比例系数；

S ——尾矿库下游泄流面积(m2)。

计算采用经验法，尾矿砂泄流距离按3km计，泄流宽度取下游沟谷宽度，从现状实测图中可以测得下游沟谷宽度为264m，根据以往溃坝事故的经验k 取0.88。

(2) 泥石流流速计算。

尾矿库溃坝形成的泥石流流速根据以下公式进行估算：

式中：R ——水力半径(m)；

Mm——泥石流沟粗糙系数；

I ——泥石流沟纵坡比降(%)；

α——阻力系数。

(3) 泥石流动压力计算。

泥石流动压力计算公式：

式中：α——施于垂直面的动压(kN/m2)；

Uc——泥石流的平均流速(m/s)；

ρm——泥石流重力密度(kN/m3)。

2.6 计算结果汇总

根据以上所选取的计算方法，得到的计算结果如下表。

尾矿库溃坝模拟计算结果

3 计算结果分析

3.1 尾矿库现状溃坝模拟分析

溃坝发生后溃口经过发展最终宽约1.1m；溃坝发生后，泥石流流量约为46.7m3/s；尾砂最终溃坝砂流下泄过程中，砂流占据沟谷底标高以上0～5m左右的空间，整个溃坝过程泥石流平均速度0.52m/s，泥位深度0.404m，泥石流动压力为0.414kN/m2；通过计算，溃坝砂流从溃坝开始经过10.6s到达下游90m左右申太选矿有限公司厂房、办公区、生活区，流量为46.6m3/s，该处距沟底高差为3.5m，大于计算泥位深度；溃坝后18′5″泥石流到达位于尾矿库下游2.45km处的南峪村，流量为44.7m3/s，该处距沟底高差为3.0m，大于计算泥位深度。

3.2 尾矿库设计总库容堆满溃坝模拟分析

溃坝发生后溃口经过发展最终宽约1.6m；溃坝发生后，泥石流流量约为61.8m3/s；尾砂最终溃坝砂流下泄过程中，砂流占据沟谷底标高以上0～5m左右的空间，整个溃坝过程泥石流平均速度1.59m/s，泥位深度2.18m，泥石流动压力为3.87kN/m2；通过计算，溃坝砂流从溃坝开始经过7.6s到达下游90m处申太选矿有限公司厂房、办公区、生活区，流量为61.8m3/s，该处距沟底高差为3.5m，大于计算泥位深度；溃坝后12′55″泥石流到达位于尾矿库下游2.45km处的南峪村，流量为61.1m3/s，该处距沟底高差为3.0m，小于计算泥位深度。

4 结论

本次分析结果为理想状态下，计算结果未考虑当地地势地形的影响。该尾矿库为干堆排放，考虑下游地势地形的作用，会对溃坝过程中产生的动压力产生很大的消能作用，流量也会相应的减少，实际造成的影响要远小于理论计算值，所以此尾矿库一旦溃坝不会对下游建构筑物造成影响[5-6]。

[1]王又武，袁平，陈珂佳，等.尾矿库溃坝有关问题探讨[J].工程建设，2009，41(5)35-41.

[2]李全明，张兴凯，王云海，等.尾矿库溃坝风险指标体系及风险评价模型研究[J].水力学报，2009，40(8)：989-994.

[3]郭朝阳，唐治亚.尾矿库溃坝模型探讨[J].中国安全生产科学技术，2010，6(1)：63-67.

[4]彭康，李夕兵，王世鸣，等.基于未确知测度模型的尾矿库溃坝风险评价[J].中南大学学报(自然科学版)，2012，43(4)：1447-1452.

[5]陈殿强，何峰，王来贵.凤城市某尾矿库溃坝数值计算[J].金属矿山，2009(10)：74-80.

[6]徐克，赵云胜，张强.尾矿库溃坝后果数值分析[J].工业安全与环保，2012，38(10)：28-43.

Risk Assessment on the Downstream Areas Influence of A Tailings Dam Break

WU Yan-tao, XU Jian-yun, XING Hao-chen
(Shanxi Xingxin Security Service Center, Taiyuan 030000, China)

X936

A

1007-9386(2014)06-0056-002

2014-06-04