尾矿库风险分级及动态管控模型研究

李晓琴,韩金峰,万俊玲,王增辉,董小涛

(河北国泰安全评价有限公司，河北 石家庄 050000)

尾矿库以其高势能“人工泥石流体”的危险源状态存在，一旦发生溃坝，将造成其下游遭受严重的人员伤亡、财产损失以及较大的环境污染[1-2]。我国尾矿库总体上存在基数大[3-4]、安全管理状况不乐观[5-6]的特点，尾矿库风险评估和动态管控的重要性日益凸显[7]。对尾矿库进行科学的危险源辨识与风险分级，并施以有效的配套管控措施，成为尾矿库事故预防和控制的重要内容。

目前我国已经开展了大量尾矿库风险评估方面的理论研究工作，并取得了一定的进展，但这些研究大多针对单一尾矿库，在系统性、普适性上均有不足，且较少涉及宏观的尾矿库管理等环节[8]。现阶段我国在风险分析和预警的理论、方法研究方面大都基于灾害预警理论方法和安全生产危机预警以及行业预测性风险预警理论方法，通常比较复杂，而政府安全生产季节性分类预警只是针对事故类型进行简单的预防性描述，缺少对于预警机制及模式的探讨[9]。总体上来讲，目前我国缺乏可操作性强、适用范围广的尾矿库风险分级及动态管控的技术方法。为此，本文建立了尾矿库风险分级和动态管控模型，通过定量的方式对尾矿库进行风险分级及日常动态监管，增强了尾矿库风险分级的可操作性和日常监管的便捷性，对尾矿库事故的预防和控制具有重要意义。

1 尾矿库风险分级及动态管控的理论基础和方法

1. 1 理论基础

基于安全系统工程理论，结合道化学[10]中通过固有危险度乘以补偿系数计算危险度的方式，本文在尾矿库风险分级及动态管控技术方法研究中引入了固有危险度和安全管理水平补偿程度相结合的方法来确定最终风险程度，同时借鉴LEC评价法综合考虑事故发生的可能性、人员暴露于危险环境中的频繁程度和一旦发生事故可能造成的后果的理念，在确定相关计算因子时将发生事故的可能性及严重程度纳入考量范围中。

通过风险度的计算，按照既定的分级标准对尾矿库进行风险分级，实现了宏观上对尾矿库进行风险分级、分类监管的目的；同时，对于个体尾矿库而言，可通过数据反映其不同时期的固有危险及安全管理状态，达到指导尾矿库后期动态管控的目的。

1.2 理论方法——建立尾矿库风险分级及动态管控模型

1.2.1 固有危险度

固有危险度，用R固表示，指反映尾矿库本身相对固有不变的危险能量及危险状态的评定值，其值主要通过固有危险因子打分法计算得到。

(1) 固有危险因子的确定：固有危险因子是固有危险度计算中因子打分法的打分对象，它是基于前期的理论思路，并根据大量的采样分析和经验总结，经多次验证后确定。尾矿库涉及的固有危险因子共9个：设计施工情况、库容、坝高、汇水面积、筑坝方式、地震烈度、24 h降雨量、库址地质条件、周边环境。其中，尾矿库的库容、坝高、筑坝方式危险因子属于尾矿库自身固有的危险能量；尾矿库的设计施工情况、汇水面积、地震烈度、24 h降雨量、库址地质条件危险因子属于事故发生可能性的考量范围；尾矿库的周边环境危险因子属于发生事故严重程度的考量范围。尾矿库各固有危险因子的取值条件与取(赋)值范围见表1。

(2) 固有危险因子的权重分配：因子打分法是计算固有危险度的方法，该方法对每个固有危险因子分配权重，各因子的权重和为1。尾矿库各固有危险因子的权重大小根据其对发生事故的影响程度而定，通过大量试算和验证，最终确定了尾矿库各固有危险因子的权重，详见表1。

表1 尾矿库固有危险因子的取值条件与取(赋)值范围

注：“取值”列按不同的取值条件分别取值，是一个取值条件数列。

对每个固有危险因子按取值条件(见表1)预赋值1～10分，最大值为10分，即某固有危险因子属于取值条件中最危险的情况时取最大值10分；反之取最小值1。

(3) 固有危险度的计算：尾矿库固有危险度的计算公式为

(1)

式中:Ri为第i个固有危险因子的得分值(1～10分)；ri为第i个固有危险因子的权重；n为固有危险因子的个数。

1.2.2 补偿系数

补偿系数，用C(<1)表示，是反映安全设施、安全管理等手段对固有危险度安全补偿程度的系数。补偿系数通过安全设施、安全管理检查中不合格项的得分率对照匹配条件确定。为了得到尾矿库的补偿系数，在模型中需预制安全检查表，安全检查表中检查项包括总平面布置及建(构)筑物、安全设施、操作及防护、安全管理(如制度及落实、培训、应急等)几个部分。

对安全检查表中的每一检查项按其在法规条文中的关键词“宜”“应”“必须”“严禁”结合其重要程度进行阶梯性赋值，并根据各项赋值情况，得到由小到大逐渐累加的得分率数列，该数列依次匹配补偿系数数列，补偿系数数列取值范围为0～1，数列中的元素个数为检查项个数，同时制定了得分率与补偿系数的匹配条件。计算时，通过安全检查表中各项的得分率(为了简化计算，取不合格项的得分率)，即可匹配出对应的补偿系数C。

1.2.3 现实危险度

现实危险度，用R表示，其值通过固有危险度、补偿系数、修正系数综合计算得到：

R=R固·C·b

(2)

式中:R为现实危险度；R固为固有危险度；C为补偿系数；b为标准化等级修正系数(标准化等级即为尾矿库按照国家规定取得的安全生产标准化等级，未取得安全生产标准化证书的尾矿库，b取值为1)，其取值详见表2。

表2 标准化等级修正系数的取值表

1.2.4 风险分级标准

尾矿库风险分级标准是基于行业经验，并在大量试算和调试的基础上确定的，本文将尾矿库的风险由低到高分为A、B、C、D 4个等级，具体风险分级标准见表3。

表3 尾矿库风险分级标准

考虑到有的尾矿库固有风险的绝对性，为了简化该类尾矿库的风险分级方法，设置了“一票否决”和“直接定义为C级”的尾矿库风险分级条件。

(1) “一票否决”条件：在对尾矿库风险进行分级时，如果目标尾矿库存在一些明显的不可接受风险，就不必进行分级模型计算，而直接将其风险等级定义为D级。在本模型中，满足下述条件之一及以上者，尾矿库的风险等级可直接定义为D级：安全度为危级或者险级(此处安全度指《尾矿库安全技术规程》中规定的尾矿库安全度)；防排洪系统缺失或者失效；调洪库容不足；安全超高或者最小干滩长度不满足要求；排渗设施失效；浸润线埋深小于控制浸润线埋深；坝体出现贯穿性横向裂缝等。

(2) “直接定义为C级”的条件：如果目标尾矿库不存在上述情况，但其某些关键特性反映出的危险能量较大或一旦发生事故所造成的可预见后果非常严重，则可以直接将其风险等级定义为C级。

在本模型中，满足下述条件之一及以上者，尾矿库的风险等级可直接定义为C级：库容超过1亿m3；坝高超过200 m；库址地质条件复杂(周边环境复杂,即指上游有采场、水库、排土场，下游500m以内有村庄、工矿企业、旅游景点、重要道路、河流等人员密集区及其他环境敏感点)。

1.2.5 风险分级后的相应管理措施

各级安全监管部门应结合自身监管力量，针对不同风险级别的尾矿库企业制定科学合理的执法检查计划，并在执法检查频次、执法检查重点等方面体现差异化，同时鼓励A级企业强化自我管理，促进B级企业提升安全管理水平，推动C级企业改善安全生产条件，督促D级企业采取有效的风险控制措施，努力降低安全生产风险。尾矿库企业可根据风险分级情况，调整管理决策思路，促进安全生产。

2 尾矿库风险分级及动态管控模型的应用

2. 1 尾矿库的风险分级

根据2017年4月至11月对河北省部分市、县(石家庄市行唐县、灵寿县、平山县、赞皇县、唐山市迁西县、邢台市沙河)共60座尾矿库的隐患排查及数据搜集情况(首次排查)，利用本文构建的尾矿库风险分级及动态管控模型进行了计算与分析，对该模型进行了试用与验证，结果表明：排查的60座尾矿库中，构成A级风险的尾矿库2座，构成B级风险的尾矿库31座，构成C级风险的尾矿库26座，构成D级风险的尾矿库1座。本文仅以某取得安全生产二级标准化等级，且不满足“一票否决”条件和“直接定义为C级”风险分级条件的尾矿库为例，采用本模型对其进行风险分级。该尾矿库固有危险度、补偿系数、现实风险度和风险分级结果见表4、表5和表6。

表4 某尾矿库的固有危险度

表5 某尾矿库的补偿系数

表6 某尾矿库的现实风险度及风险分级

2. 2 基于尾矿库风险分级的数字化动态管控

本文提出的尾矿库风险分级及动态管控技术方法是基于定量的数值计算模式进行的，便于用计算机语言编制应用软件，对尾矿库风险实现数字化管理。尾矿库的风险情况可以直观地通过数值反映出来，便于管理者动态、灵敏地掌握尾矿库风险的变化情况，并依据风险变化趋势进行风险预测预警，同时有针对性地采取相应的风险管理对策与措施。当尾矿库风险的动态变化超过一定阈值时，可通过报警功能提醒相关管理层关注，并指导其及时开展重点排险工作。

2.2.1 风险动态监控和管理

对于个体尾矿库而言，根据每次固有危险因子采集和安全检查的不同结果，可计算得到历次安全检查后的现实危险度，从而得出该尾矿库的现实危险度曲线即动态管理曲线。如某尾矿库不同月份的现实危险度计算结果和风险分级情况可通过可视化的动态管理曲线展示出来，见图1。

图1 某尾矿库风险分级及动态管理曲线和报警模式简图Fig.1 Risk classification, dynamic management and alarm model of a tailing pond

2.2.2 风险动态管理的报警模式

在该尾矿库风险的动态管理过程中，设置了“报警”条件(见表7)，当现实风险度出现超过阈值、持续上升等情况时，即启动报警模式，以引起相关管理层的重视，并及时采取措施消除风险。如图1中，5月份计算的该尾矿库风险分级存在越级现象，由原来的B级变成了C级，即启动报警；而7～10月份的现实危险度曲线存在持续上升的趋势，故10月份须进行报警。

表7 报警条件设置

报警条件一旦触发，表明尾矿库存在较大的安全隐患，必须立即进行整改处理。报警模式的启动，有利于引起企业管理高层的重视，进而促进隐患整改闭环。该模型应用到行业信息化系统中时，也有利于政府部门对尾矿库企业的风险实施及时、同步的动态监控，以及及时调整和落实风险管控措施。

3 结 论

目前我国尾矿库风险分级及管控工作总体还处于初始阶段，本文提出的尾矿库风险分级及动态管控模型为此项工作提供了操作性较强的技术方法，可为尾矿库的风险管控提供指导，具有重要的现实意义。

(1) 本文提出的尾矿库风险分级和动态管理模式基于明确的、量化的分级模型，简洁、直观地对不同条件的尾矿库进行风险分级，并能将日常安全管理与风险分级相结合，更科学地反映尾矿库风险动态变化的过程，具有风险分级界限清晰、风险变化动态可监控的特点，不论是企业管理者还是国家监管机构，都能通过本模型对其所管理的尾矿库实现更好的把控和做出更及时、科学的决策，便于企业管理者掌控尾矿库风险状态和发展趋势，做出科学决策，也便于政府部门对尾矿库进行分级监管。

(2) 本文提出的尾矿库风险分级及动态管控方法易于理解、便于操作、适用范围广，有利于尾矿库基层管理者及时发现隐患和落实整改措施，进而不断提高尾矿库的安全管理水平。

(3) 本文提出的尾矿库风险分级及动态管控模型是通过数字量化的手段实现，易于将其转换成计算机语言并生成管理软件，有助于实现对尾矿库风险的系统化、信息化、可视化管理和远程监管。通过将尾矿库固有危险因子的基本信息、安全检查记录统一输入管理系统，并通过可视化的图表、报警、远程传输等形式和功能，可以实现尾矿库风险动态监控、风险预测预警、整改闭环的系统化集成管理，从而使得尾矿库风险监控和日常安全管理变得更直观、系统和高效。