探究尾矿库溃坝风险指标体系及风险评价模型

王铁军

【摘要】文章结合尾矿库溃坝事故的实际特点，重点分析尾矿库溃坝风险的相关影响指标，并构建了对应的指标评价体系，在此基础之上根据危险指标构建了对应的风险评价模型，通过实例证实了该模型的可行性，值得引起重视。

【关键词】尾矿库；溃坝；风险评价；指标；模型

建立评价指标是对具体问题进行研究与分析的基础、关键所在，同时也会对评价结果的准确性产生直接且深入的影响。在选择尾矿库溃坝风险相关指标的过程当中，必须确保所有的评价指标与尾矿坝的正常工作系统特征以及基本情况密切相关，以系统存在的危险状态为目标。从这一角度上来说，评价指标的建立对评价过程有着至关重要的影响。当然，评价指标设置过多会造成评价指标结构过于复杂，一定程度上增加评价的难度，评价指标设置过少则可能导致关键性的影响因素被掩盖，难以全面且真实的反应评价对象的可观情况。因此，在对尾矿库溃坝事故的危险性因素进行评估期间，风险指标体系的构建是非常重要的问题，根据风险评价指标，才能够指导风险评价模型的建设，以更加真实与可观的反应尾矿库发生溃坝事件的可能性，从而做到有备无患。

1、尾矿库溃坝风险指标体系分析

从尾矿库潜在溃坝风险的角度上来说，在构建评价指标体系的过程中，需要把握以下几个方面的基本原则：第一，系统性原则，即要求评价指标体系能够系统全面的反应被评价对象的整体情况，确保评价结果的高度可信；第二，客观性原则，即要求评价指标体系不受主观意愿的影响，同时广泛征集环境、社会等各方意见；第三，实效性原则，即要求评价指标体系能够根据社会价值观念的发展趋势做出相应的调整。根据以上原则，在针对尾矿库溃坝风险构建评价指标体系的过程中，可选择指标有以下几个方面：

1）防洪标准：该评价指标所指的是防洪保护对象要求达到的对洪水防御能力的标准。通常来说，该指标的设计需要以某一重现期区间内的设计洪水作为参照标准，当然也可以参照实际洪水作为防洪设计标准；

2）排洪设施能力系数：在对尾矿库溃坝风险进行评估的过程当中，需要从设计角度入手对防洪设施的排洪能力进行分析，根据排洪设施设计能力的异常情况来计算对应的能力系数，并划分相应的等级；

3）滩顶与库水位高差：该评价指标所指的是对尾矿库在运行过程当中的现状是否能够满足最小安全超高以及最小干滩长度的要求进行评估。当然，前提条件是从设计单位入手进行调整，分析在当前堆坝高程条件下，在设计洪水因素影响下库水位的上升高度；

4）平均粒径：该评价指标的是通过绘制砂土粒径级配累计曲线的方式所实现的，通过对级配累计曲线的分析，能够对砂土的粗细度情况，以及粒径分布的均匀性情况进行综合评价与了解，同时也能够得到有关砂土级配水平的数据资料；

5）下游坡比：该评价指标能够充分反映尾矿库坝体的基本轮廓与尺寸特征，其具体取值与尾矿库坝体自身的抗滑稳定性能力以及渗流稳定性能力密切相关；

6）现状坝高：该评价指标主要是指尾矿坝现状的堆积高度，对初期坝和中线式、下游式筑坝为坝顶与坝轴线处坝底的高差；对上游式筑坝则为堆积坝坝顶与初期坝坝轴线处坝底的高差；

7）地震烈度：该评价指标主要是指受地震因素影响而表现的地面震动以及其对地面的影响程度，该评价指标以度作为单位衡量标准，我国当前将地震烈度划分为12个等级，等级越高代表地震的破坏性越大，且该指标与岩土性质，地质构造，震源深度，震级，以及震中距等均有密切关系；

8）堆积容重：该评价指标主要是指尾矿坝上尾矿砂单位体积的重量；

9）浸润线高度：该评价指标主要是指坝体内渗流的水面线，是反应溃坝灾害的关键指标；

10）横向裂缝衡量系数：该评价指标主要可用于衡量尾矿坝现状横向裂缝的存在可能导致溃坝灾害的危险程度；

11）纵向裂缝衡量系数：该评价指标主要用于对尾矿库当前工况下存在纵向裂缝的可能性进行评价，同时反应因纵向裂缝造成溃坝事件的危险性程度，通常可以根据尾矿库上纵向裂缝的数量进行对应的等级划分；

12）水平裂缝衡量系数：该评价指标主要用于对尾矿库当前工况下存在水平裂缝的可能性进行评价，同时反应因水平向裂缝造成溃坝事件的危险性程度，通常根据地质勘查得到；

13）排洪设施完好系数：该评价指标主要被用来反应在尾矿库运行过程当中，相关排渗设施除设计功能外，能够正常发挥功能的程度；

14）日常管理衡量系数：该评价指标反应矿山企业在尾矿库运行过程当中，日常管理的实际能力，该指标与整个尾矿库运行的安全性水平存在密切关系；

15）事故应急衡量系数：该评价指标可反映尾矿库在发生溃坝事件下的应急响应能力以及处置能力；

16）检测设备完好系数：该评价指标主要用于衡量尾矿库监测设施的完备程度和预警方法的有效程度。

2、尾矿库溃坝风险评价模型分析

2.1 评价指标权重计算

根据前文中所确定的尾矿库溃坝风险的相关指标，将风险评价模型中各个指标的层次结构进行对应划分：其中，漫顶溃决设置为A1指标，失稳溃决设置为A2指标，渗流破坏设置为A3指标，结构破坏设置为A4指标，管理因素设置为A5指标。结合以上划分标准，可以引入A1～A5指标，得到对应的风险指标判断矩阵（如表1所示）。

在此基础之上，在对权重向量进行计算的过程当中，可以采用和法对判断矩阵A中的各个元素以列为单位做归一化处理，计算公式为“ ”，经过处理后所得到的判断矩阵为：

2.2 风险评价指标分级

结合已有的尾矿库溃坝事故案例，结合工程力学特性方面的研究成果，在风险评价过程中将尾矿库溃坝风险评价结果划分为四个等级，对应的评价指标分级方式分别为：

1）A级：本等级指所评价的尾矿库可继续安全运行，符合评价指标包括：防洪设计标准>500年/一遇；防洪设施能力系数>0.75；滩顶与库水位高差>1.5m；平均粒径>0.5mm；下游坡比>5.0；坝高<20.0m；1/现状坝高>1/20；设计地震烈度>8.0度；堆积容重>2.0t/m3；浸润线高度>8.0m；横向裂缝衡量系数>0.75；纵向裂缝衡量系数>0.75；水平裂縫衡量系数>0.75；排洪设施完好系数>0.75；日常管理衡量系数>0.75；事故应急衡量系数>0.75；监测设施完备系数>0.75。

2）B级：本等级指所评价的尾矿库带有缺陷运行，符合评价指标包括：防洪设计标准100～500年/一遇；防洪设施能力系数0.5～0.75；滩顶与库水位高差1.0～1.5m；平均粒径0.2～0.5mm；下游坡比3.0～5.0；坝高20.0～50.0m；1/现状坝高1/50～1/20；设计地震烈度6.5～8.0度；堆积容重1.7～2.0t/m3；浸润线高度6.0～8.0m；横向裂缝衡量系数0.5～0.75；纵向裂缝衡量系数0.5～0.75；水平裂缝衡量系数0.5～0.75；排洪设施完好系数0.5～0.75；日常管理衡量系数0.5～0.75；事故应急衡量系数0.5～0.75；监测设施完备系数0.5～0.75。

3）C级：本等级指所评价的尾矿库存在严重缺陷，且必须交由安全监督机构在限定期限内进行治理，并对运行进行密切监视，符合评价指标包括：防洪设计标准50～100年/一遇；防洪设施能力系数0.25～0.5；滩顶与库水位高差0.5～1.0m；平均粒径0.05～0.2mm；下游坡比1.0～3.0；坝高50.0～80.0m；1/现状坝高1/80～1/50；设计地震烈度5.0～6.5度；堆积容重1.4～1.7t/m3；浸润线高度5.0～6.0m；横向裂缝衡量系数0.25～0.5；纵向裂缝衡量系数0.25～0.5；水平裂缝衡量系数0.25～0.5；排洪设施完好系数0.25～0.5；日常管理衡量系数0.25～0.5；事故应急衡量系数0.25～0.5；监测设施完备系数0.25～0.5。

4）D级：本等级指所评价的尾矿库无法继续运行，由安全监督机构下令停止使用，治理合格后方可再次投入运行，符合评价指标包括：防洪设计标准<50年/一遇；防洪设施能力系数<0.25；滩顶与库水位高差<0.5；平均粒径<0.05mm；下游坡比<1.0；坝高>80.0m；1/现状坝高<1/80；设计地震烈度<5.0度；堆积容重<1.4t/m3；浸润线高度<5.0m；横向裂缝衡量系数<0.25；纵向裂缝衡量系数<0.25；水平裂缝衡量系数<0.25；排洪设施完好系数<0.25；日常管理衡量系数<0.25；事故应急衡量系数<0.25；监测设施完备系数<0.25。

3、实例分析

XX尾矿库，位于XX矿区西北约lkm沟谷中。库区基岩为古老的片麻岩，沟底为第四系覆盖层，坝址处覆盖层最厚为16m。上部以洪积亚黏土为主，中部以坡积碎石和含土碎石主，底部为碎石层。尾矿库由前冶金部鞍山黑色冶金矿山研究院设计。建有两座初期坝，均为透水堆石坝。西坝底标高149.3m，东坝底标高143.5m。坝顶标高都是163.5m，最终堆积坝标高220.0m，总库容约1350万m3。库区纵深约300～800m，库内两条小沟，纵坡较陡，现汇水面积约为0.47km2。设计采用塔一管式排洪系统。排洪塔直径2.0m，侧壁溢洪孔直径0.35～0.30m，排距0.65m，每排6孔。排洪管埋于东坝下，直径l.0m。

以全国尾矿库普查按系统作为立足点，结合对该尾矿库现场实际情况的深入检查，由专家根据该尾矿库现场安全状况进行打分，并根据打分结果进行评价，相关指标的评价结果分别为：防洪设计标准为500年/一遇；防洪设施能力系数为0.74；滩顶与库水位高差为2.0m；平均粒径为0.43mm；下游坡比为4.0；坝高为163.5m；1/现状坝高为1/163.5；设计地震烈度为8.0度；堆积容重为1.8t/m3；浸润线高度为6.0～8.0m；横向裂缝衡量系数为0.5；纵向裂缝衡量系数为0.71；水平裂缝衡量系数为0.68；排洪设施完好系数为0.6；日常管理衡量系数为0.65；事故应急衡量系数为0.7；监测设施完备系数为0.66。

利用相关指标的权重计算结果，在C++条件下编程计算，输出结果显示该尾矿库溃坝的安全评价总分值为81.97，对应安全等级为“较好”，即B级，为本尾矿库实际情况一致。

4、结束语

结合我国当前的实际情况来看，随着矿山开采工作量的不断增长与发展，尾矿库的数量也在持续增多。但根据已有调查数据来看，大部分尾矿库的安全状况不容客观，各种重大～特大安全事故时有发生。溃坝作为发生率较高的尾矿库安全事故之一，已经引起了行业内以及国家的高度重视。为了能够真正意义上的做到有备无患，在事故发生前采取有效的应对与预防措施，就需要根据尾矿库的实际情况，做好对溃坝等安全事故危险性的评价工作。文章即从这一角度入手，重点分析尾矿库溃坝风险的指标评价体系，并根据危险指标构建了对应的风险评价模型，通过实例证实了该模型的可行性，值得引起重视。

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