某尾礦庫潰壩后的環(huán)境影響分析與預(yù)防措施

敖 漉,謝朝新,高殿森,秦華龍,林曉良

某尾礦庫潰壩后的環(huán)境影響分析與預(yù)防措施

敖 漉,謝朝新,高殿森,秦華龍,林曉良

(后勤工程學(xué)院,重慶400041)

計(jì)算了某尾礦庫潰壩后尾礦砂的最大泄流量、泄流時(shí)間和可能造成的死亡人數(shù),由計(jì)算結(jié)果可知,該庫潰壩后最大泄流量在4316.40～17183.88 m3/s之間,泄流時(shí)間在79.90～318.09 s之間,潰壩可能導(dǎo)致下游30人死亡;潰口越大,最大泄流量越大,泄流時(shí)間越短。分析了潰壩后的主要環(huán)境影響,尾礦砂中的重金屬直接污染土壤,影響該區(qū)域內(nèi)的植被;尾礦砂中的有害物質(zhì)將進(jìn)入地表水或滲漏到地下水,使區(qū)域地表水和地下水環(huán)境懸浮物、重金屬超標(biāo),并導(dǎo)致水土流失。提出了管理和技術(shù)措施以預(yù)防潰壩事故發(fā)生。

尾礦庫;潰壩;最大泄流量;泄流時(shí)間;預(yù)防措施

尾礦庫是具有高勢(shì)能的人造泥石流危險(xiǎn)源,一旦失事,容易造成潰壩等重特大事故。美國(guó)克拉克大學(xué)公害評(píng)定小組的研究表明,尾礦庫事故的危害在世界93種事故、公害的隱患中,僅次于核爆炸、神經(jīng)毒氣、核輻射等危害[1]。截止到2007年11月25日,我國(guó)共上報(bào)43起尾礦庫事故,事故發(fā)生數(shù)量呈上升趨勢(shì)①。2008年又先后發(fā)生多起尾礦庫事故其中山西襄汾“9.8”重大尾礦庫潰壩事故更是造成直接損失981.9萬元人民幣,受災(zāi)人員達(dá)1047人,262人死亡或失蹤[2],是我國(guó)目前發(fā)生的損失最為慘重的一次尾礦庫事故。本文以某尾礦庫為例,計(jì)算該庫潰壩后尾礦砂的最大泄流量、泄流時(shí)間和死亡人數(shù),分析了環(huán)境影響,從管理和技術(shù)兩個(gè)方面提出了預(yù)防措施。

1 案例分析

1.1 工程概況及環(huán)境現(xiàn)狀

某尾礦庫位于礦區(qū)北東側(cè)山坡、選礦廠下方的山溝中,壩址設(shè)在選礦廠下游方向距選礦廠150 m處。尾礦庫最低標(biāo)高為+488 m,最高堆放標(biāo)高為+520 m,實(shí)際有效庫容為137.3萬m3,尾砂堆積干

① 關(guān)于印發(fā)全國(guó)尾礦庫專項(xiàng)政治行動(dòng)工作2007年工作總結(jié)和2008年重點(diǎn)工作安排意見的通知,國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局,安監(jiān)總管[2008]100號(hào),2008.比重2.6 t/m3。尾礦庫下游方向設(shè)尾礦壩1座,采用M7.5砂漿MU300塊石砌筑。尾礦壩最終壩高32 m,壩頂寬度為106 m,壩底寬度為20 m。尾礦庫周邊依地勢(shì)設(shè)置截排溝,將降雨產(chǎn)生的徑流截住并排到尾礦壩下游,避免雨水進(jìn)入尾礦庫,確保尾礦庫的安全。

尾礦庫周邊無名勝古跡、風(fēng)景區(qū)及自然保護(hù)區(qū)、水源等重要環(huán)境敏感點(diǎn),主要敏感點(diǎn)為周圍村落,其與尾礦庫庫壩的距離與位置關(guān)系詳見表1。

表1 環(huán)境敏感點(diǎn)分布情況

1.2 計(jì)算方法

1.2.1 最大泄流量

采用圣維南法[3]計(jì)算尾礦最大泄流量,見公式(1):

式中:Qmax——最大泄流量,m3/s;

b——潰壩口徑,m;

B——壩頂寬度,m;

H0——壩高,m;

g——重力加速度,m/s。

1.2.2 泄流時(shí)間

按尾礦庫內(nèi)尾礦砂全部泄出,其泄流時(shí)間計(jì)算見公式(2):

式中:V—尾礦庫有效容積,m3;

Qmax—最大泄流量,m3/s。

1.2.3 死亡人數(shù)

尾礦庫潰壩可能造成的死亡人數(shù)按以下經(jīng)驗(yàn)公式估算[4]:

式中:S—尾礦庫事故可能造成的死亡人數(shù),人;

i—尾礦壩下游10倍壩高范圍內(nèi) n個(gè)居民點(diǎn)的順序數(shù);

N i—第i個(gè)居民點(diǎn)的居民人數(shù),人;

j—尾礦壩下游10倍壩高以外、40倍壩高范

圍以內(nèi)m個(gè)居民點(diǎn)的順序數(shù);

Mj—第j個(gè)居民點(diǎn)的居民人數(shù),人。

1.3 計(jì)算結(jié)果與討論

1.3.1 假設(shè)條件和參數(shù)取值

(1)假設(shè)潰口大小分別為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)假設(shè)潰壩時(shí)壩體全部垮塌,庫內(nèi)尾礦砂全部泄漏;

(3)尾礦庫壩頂寬度B=106 m,壩高為 H0=32 m,g=9.8 m/s,尾礦庫實(shí)際有效庫容為V=137.3萬m3。

(4)該尾礦庫下游方向?yàn)楸狈?由表1可知,在10倍壩高范圍內(nèi)無人居住,在10倍壩高范圍外、40倍壩高1280 m范圍內(nèi)有居民241人,可得 N i=0, Mj=241。

1.3.2 計(jì)算結(jié)果與討論

根據(jù)公式(1)-(3)計(jì)算此10種潰口大小情況下的最大泄流量、泄流時(shí)間和死亡人數(shù),計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 最大泄流量和泄流時(shí)間計(jì)算

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知,該尾礦潰壩后,在不同潰口情況下,其最大泄流量在4316.40～17183.88 m3/s之間,泄流時(shí)間在79.90 s～318.09 s之間,且潰口越大,最大泄流量越大,泄流時(shí)間越短,潰壩后可能造成下游30人死亡。

潰壩發(fā)生后最大泄流量大,泄流時(shí)間短,潰壩后造成的死亡人數(shù)較大,在潰壩發(fā)生時(shí)再疏散下游人群是不可行的;潰壩后尾礦砂中的重金屬直接污染土壤,影響該區(qū)域內(nèi)的植被;尾礦砂中的有害物質(zhì)將進(jìn)入地表水或滲漏到地下水,使區(qū)域地表水和地下水環(huán)境懸浮物、重金屬超標(biāo),并導(dǎo)致水土流失。因此,必須采取有效措施預(yù)防潰壩事故發(fā)生。

1.4 預(yù)防措施

1.4.1 管理措施

1.4.1.1 尾礦庫應(yīng)遠(yuǎn)離居民聚居區(qū),在庫壩下游設(shè)置安全防護(hù)距離,搬遷安全防護(hù)距離內(nèi)的居民。

1.4.1.2 成立尾礦庫管理小組,制定合理的尾礦設(shè)施維護(hù)管理規(guī)章制度,例行巡查、觀測(cè)和監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排除各種不安全因素,確保尾礦庫正常安全運(yùn)行。

1.4.1.3 制定尾礦庫安全事故應(yīng)急救援預(yù)案,并進(jìn)行定期演練,做好記錄,及時(shí)修訂和完善應(yīng)急救援預(yù)案。

1.4.2 技術(shù)措施

1.4.2.1 尾礦庫的設(shè)計(jì)必須充分考慮降雨量、降雨頻率、匯水面積、異常氣候等因素,保證足夠的安全超高、沉積干灘長(zhǎng)度和下游壩面坡度,合理設(shè)置排洪設(shè)施排洪能力。

1.4.2.2 及時(shí)加固和修復(fù)出現(xiàn)傾斜、沉陷斷裂和裂縫的排洪設(shè)施,及時(shí)檢查、疏通堵塞的排洪設(shè)施,必要時(shí)可新建排洪設(shè)施。1.4.2.3 采用反濾層與壓坡處理壩面沼澤化、管涌、流土等滲流破壞。

2 結(jié)語

尾礦技術(shù)是一種綜合性的技術(shù),無論就其基礎(chǔ)理論還是實(shí)用技術(shù)來說,都還處于開始發(fā)展的階段,人們對(duì)尾礦庫認(rèn)識(shí)還很不系統(tǒng),更難談到深入。必須加強(qiáng)科學(xué)研究,從基礎(chǔ)理論到實(shí)用技術(shù)上都要深入開展工作,研究新理論和新工藝,開發(fā)新材料、研制新的設(shè)備和儀器,依靠科技進(jìn)步,提高建庫和管理水平,加速隱患治理,并逐步建立起先進(jìn)有效的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)系統(tǒng)和應(yīng)急事故對(duì)策系統(tǒng),避免尾礦事故尤其是潰壩事故的發(fā)生。

[1] 門永生,柴建設(shè).我國(guó)尾礦庫安全現(xiàn)狀及事故防治措施[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2009,5(1):48-52.

[2] 李志暉,鄒 偉,等.“悲劇就這樣發(fā)生了……”襄汾潰壩事故幸存者和遇難者的訴說,http://news.xinhuanet.com/newscenter/2008-09/20/content_10082253.htm,2008-09-20.

[3] 陳青生,孫建華.礦山尾礦庫潰壩砂流的計(jì)算模擬[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào),1995,23(5):99-105.

[4] 陳國(guó)芳,胡 波.尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)策[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),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,碩士,講師,主要從事水污染控制與環(huán)境影響評(píng)價(jià)的教學(xué)與研究工作。