尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)模式分析

秦朝亮 李瀟林斌 李長(zhǎng)松 焦冰君

(1.河南省地質(zhì)科學(xué)研究所；2.河南省地質(zhì)調(diào)查院；3.河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

各類礦山為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供礦產(chǎn)資源的同時(shí)，也產(chǎn)生了很多負(fù)面的影響，其中，尾礦庫作為一類重要的負(fù)面產(chǎn)物，引起了越來越多的重視。目前，全國(guó)共有尾礦庫1萬多座，其中絕大部分采用上游法堆筑[1]，且大部分尾礦庫具有規(guī)模小，生產(chǎn)設(shè)施落后，基礎(chǔ)條件差，設(shè)計(jì)不滿足規(guī)范要求，建庫標(biāo)準(zhǔn)不高，以守庫人員經(jīng)驗(yàn)管理為主，缺乏科學(xué)、安全管理手段等特點(diǎn)[2-3]。尾礦庫體積大、勢(shì)能高、不穩(wěn)定，是人為產(chǎn)生的重大危險(xiǎn)源[4]。目前，針對(duì)尾礦庫的研究多集中在尾礦庫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型、尾礦庫生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和尾礦資源綜合利用[5]3個(gè)方面。除此之外，周科平等[4]認(rèn)為尾礦庫的發(fā)生具有連鎖性、因果性、交叉性的特征，呈現(xiàn)出明顯的鏈?zhǔn)叫?yīng)，建立了5種不同破壞模式的尾礦庫潰壩災(zāi)害鏈。然而，5種尾礦庫潰壩災(zāi)害鏈僅考慮了尾礦庫的穩(wěn)定性，并未涉及尾礦庫災(zāi)害中存在的其他問題和相應(yīng)的斷鏈減災(zāi)模式。本文試圖建立一種更為完善的尾礦庫地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害鏈系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上提出尾礦庫災(zāi)害鏈的孕源斷鏈減災(zāi)模式、人為斷鏈減災(zāi)模式和基于資源重利用的斷鏈減災(zāi)模式，并著重分析闡述尾礦資源重利用在尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)中的積極作用。

1 尾礦庫災(zāi)害鏈系統(tǒng)的建立

災(zāi)害鏈的概念由地震學(xué)者郭增建于1987年提出[6]，自此不同領(lǐng)域的學(xué)者開始將災(zāi)害鏈引入到相應(yīng)領(lǐng)域中進(jìn)行研究[4,7-8]，取得了很多成果。一條完整的尾礦庫災(zāi)害鏈通常包括致災(zāi)環(huán)、激發(fā)環(huán)、損壞環(huán)和斷鏈環(huán)4個(gè)環(huán)節(jié)[9]。

致災(zāi)環(huán)是指內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用及人為作用形成的具有災(zāi)害隱患的因素[7]。尾礦庫致災(zāi)環(huán)包括尾礦庫使用中和閉庫后2個(gè)階段。尾礦庫在使用過程中存在的問題可以分為技術(shù)缺陷和管理缺陷。技術(shù)缺陷主要包括尾礦庫安全性、穩(wěn)定性不滿足設(shè)計(jì)要求，尾礦庫選址不合理，尾礦庫設(shè)計(jì)未采取防污染措施或在建設(shè)和使用過程中未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)采取防污染措施，缺少監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不合理未起到監(jiān)測(cè)作用，外界環(huán)境改變時(shí)未重新評(píng)價(jià)5個(gè)方面；管理缺陷主要包括尾礦庫未嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求使用，超庫容量使用，監(jiān)測(cè)管理資金不足導(dǎo)致的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)失效，對(duì)環(huán)境和生態(tài)污染問題視而不見，缺少對(duì)尾礦庫周邊水域、農(nóng)田的污染監(jiān)測(cè)5個(gè)方面。在閉庫后，尾礦庫致災(zāi)環(huán)節(jié)主要包括缺乏對(duì)尾礦庫重利用的意識(shí)，監(jiān)管部門、工礦企業(yè)對(duì)閉庫后尾礦庫管理意識(shí)淡薄等方面。

激發(fā)環(huán)是指直接觸發(fā)災(zāi)害鏈發(fā)生的因素[7]。對(duì)于尾礦庫，災(zāi)害發(fā)生的激發(fā)因素主要包括地震、水、重力、風(fēng)、附加荷載等，誘發(fā)尾礦庫災(zāi)害發(fā)生的激發(fā)因素往往不是單一的，而是由多種激發(fā)因素共同作用誘發(fā)的。例如，幾乎所有的尾礦庫失穩(wěn)破壞都與水有關(guān)，尾礦庫在水的長(zhǎng)期作用下，在重力的作用或當(dāng)受到地震作用力、附加荷載作用下，由于上述致災(zāi)環(huán)節(jié)的存在，可能會(huì)誘發(fā)尾礦庫的失穩(wěn)破壞而導(dǎo)致尾礦庫災(zāi)害鏈的發(fā)生。而尾礦庫對(duì)周圍地下水體和土壤的污染，則主要是通過尾礦庫的淋濾液、淋溶液在重力作用下滲透到周圍地下水體和土壤中實(shí)現(xiàn)的。

尾礦庫損壞環(huán)是指尾礦庫通過各種致災(zāi)環(huán)節(jié)，在激發(fā)因素的作用下發(fā)生災(zāi)害的環(huán)節(jié)。尾礦庫災(zāi)害通常分為生態(tài)環(huán)境污染和潰壩災(zāi)害。

斷鏈環(huán)是指災(zāi)害鏈停止進(jìn)行，災(zāi)害不再繼續(xù)發(fā)生的環(huán)節(jié)。廣義的斷鏈環(huán)包括人為干預(yù)切斷災(zāi)害鏈和災(zāi)害鏈自動(dòng)切斷2種情況。人為干預(yù)切斷災(zāi)害鏈?zhǔn)侵笧?zāi)害鏈的損壞環(huán)發(fā)生之前通過各種措施人為干預(yù)切斷災(zāi)害鏈的環(huán)節(jié)，此時(shí)，災(zāi)害通常沒有發(fā)生；災(zāi)害鏈自動(dòng)切斷是指災(zāi)害鏈損壞環(huán)發(fā)生之后或外界環(huán)境發(fā)生重大變化，能量物質(zhì)得以釋放，災(zāi)害不再繼續(xù)發(fā)生，災(zāi)害鏈自動(dòng)切斷，進(jìn)入斷鏈環(huán)，此時(shí)，災(zāi)害通常已經(jīng)形成。狹義的斷鏈環(huán)僅指人為干預(yù)切斷災(zāi)害鏈。而研究災(zāi)害鏈的意義也在于如何有效人為干預(yù)切斷災(zāi)害鏈，避免災(zāi)害的發(fā)生。故本文所指的斷鏈環(huán)一般指狹義的斷鏈環(huán)。尾礦庫災(zāi)害鏈結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 尾礦庫災(zāi)害鏈結(jié)構(gòu)

2 尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)模式

尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)可以通過多種途徑來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于新建或擬建的大型尾礦庫，當(dāng)前管理制度較為完善。在可行性研究階段會(huì)按照相關(guān)規(guī)范和制度對(duì)擬建的尾礦庫進(jìn)行充分的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的內(nèi)容涵蓋了擬建尾礦庫建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)，擬建尾礦庫對(duì)建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)及周邊土壤、地表水體、地下水、空氣、農(nóng)作物以及其他生態(tài)環(huán)境的影響評(píng)價(jià)。在設(shè)計(jì)階段，對(duì)擬建尾礦庫建立科學(xué)有效的信息化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[3]，保證尾礦庫在使用中和閉庫后監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)尾礦庫壩體，采取預(yù)防生態(tài)環(huán)境污染的措施，保證尾礦庫在要求的激發(fā)因素的作用下不會(huì)發(fā)生損壞。在尾礦庫建設(shè)或之后使用和閉庫階段，能夠按照有效的管理制度進(jìn)行科學(xué)管理?？傊瑢?duì)于新建或擬建的大型尾礦庫，能夠從根源上防止災(zāi)害的發(fā)生，符合尾礦庫災(zāi)害鏈孕源斷鏈的模式，孕源斷鏈?zhǔn)菫?zāi)害鏈各種斷鏈減災(zāi)模式中成本最低、破壞程度最小、效果最好的模式。在條件許可的情況下，應(yīng)當(dāng)首選孕源斷鏈的減災(zāi)模式。孕源斷鏈減災(zāi)模式的具體措施包括尾礦庫建設(shè)之前，對(duì)尾礦庫可能影響到的土壤、地下水、空氣、植被、農(nóng)作物、建構(gòu)筑物以及尾礦庫自身的穩(wěn)定性等進(jìn)行客觀科學(xué)的評(píng)價(jià)，選擇適宜的場(chǎng)地和方案進(jìn)行建設(shè)；建立完善的信息化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求使用尾礦庫；閉庫后對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的管理，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，從源頭上切斷尾礦庫災(zāi)害鏈的發(fā)展。

而對(duì)于當(dāng)前現(xiàn)存的大多數(shù)尾礦庫，由于建庫標(biāo)準(zhǔn)不高，以守庫人員經(jīng)驗(yàn)管理為主，缺乏科學(xué)、安全管理手段等，較易出現(xiàn)致災(zāi)環(huán)節(jié)中提出的各類問題，形成尾礦庫災(zāi)害鏈的致災(zāi)環(huán)，就錯(cuò)失了災(zāi)害鏈孕源斷鏈的時(shí)機(jī)。面對(duì)已經(jīng)形成的尾礦庫地質(zhì)災(zāi)害鏈，通常做法只有針對(duì)尾礦庫災(zāi)害鏈致災(zāi)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的各種問題采取必要的工程措施進(jìn)行治理，來達(dá)到斷鏈減災(zāi)的目的，這種斷鏈減災(zāi)模式成本較高，破壞程度較小，效果較為一般；除此之外，仍然存在相當(dāng)數(shù)量的尾礦庫在其災(zāi)害鏈發(fā)育程度經(jīng)過致災(zāi)環(huán)節(jié)、激發(fā)環(huán)節(jié)進(jìn)入損壞環(huán)節(jié)之后才引起人們足夠的重視，尾礦庫在損壞環(huán)節(jié)中污染了場(chǎng)地或周邊的生態(tài)環(huán)境，或因失穩(wěn)破壞發(fā)生潰壩災(zāi)害，才不得不采取必要的工程措施進(jìn)行治理，實(shí)現(xiàn)尾礦庫災(zāi)害鏈的斷鏈，防止尾礦庫災(zāi)害鏈形成新的災(zāi)害循環(huán)，這種斷鏈減災(zāi)模式成本最高，破壞程度較大，效果最差。人為斷鏈減災(zāi)模式的具體措施因?yàn)?zāi)害鏈發(fā)育程度、災(zāi)害類型的不同而不同，應(yīng)當(dāng)針對(duì)災(zāi)害鏈中出現(xiàn)的不同損壞環(huán)節(jié)被動(dòng)地采取相應(yīng)的工程措施進(jìn)行人為干預(yù)。

由上述分析可知，對(duì)新建的大型尾礦庫，采取孕源斷鏈模式成本最低、破壞程度最小、效果最好，而對(duì)現(xiàn)存的多數(shù)尾礦庫，由于錯(cuò)失孕源斷鏈的時(shí)機(jī)，只有采取必要的工程措施進(jìn)行人為干預(yù)斷鏈，成本較高、破壞程度較大、效果較差。

針對(duì)現(xiàn)存的多數(shù)尾礦庫，提出了一種新的斷鏈減災(zāi)模式，即基于資源重利用(礦產(chǎn)資源回收和整體利用)的尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)模式。我國(guó)對(duì)尾礦庫進(jìn)行資源重新利用由來已久，但由于長(zhǎng)期以來選礦技術(shù)未獲得突破，綜合利用率一直很低，有學(xué)者統(tǒng)計(jì)，我國(guó)尾礦綜合利用率不足10%[5]。隨著近年來礦產(chǎn)品價(jià)格不斷攀高和選礦技術(shù)的不斷突破，對(duì)尾礦庫進(jìn)行資源重利用的經(jīng)濟(jì)效益越來越好，對(duì)尾礦庫進(jìn)行綜合利用評(píng)價(jià)越來越受到人們的重視。尾礦庫資源重利用的途徑主要為尾礦再選和尾礦整體利用2個(gè)方面，可以達(dá)到資源化、減量化和無害化等目標(biāo)[5]。通過對(duì)尾礦庫資源進(jìn)行重利用，不僅可以獲取礦產(chǎn)資源，還能從根源上消除災(zāi)害，能夠從源頭上切斷災(zāi)害鏈，達(dá)到尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)的目的。 在目前存在的萬余座尾礦庫中，適宜進(jìn)行資源重利用的均為已閉庫或即將閉庫的多數(shù)尾礦庫，而這些尾礦庫正是災(zāi)害鏈中問題較多的。基于資源重利用的尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)模式見圖2。

圖2 基于資源重利用的尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)模式

資源重利用作為新的尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)模式，針對(duì)具體的尾礦庫，可以通過以下措施來實(shí)現(xiàn)：首先對(duì)尾礦庫中的尾礦進(jìn)行系統(tǒng)取樣，然后分析樣品中有益礦產(chǎn)資源的種類和品位，在此基礎(chǔ)上確定尾礦資源的重利用方案，并論證重利用方案的經(jīng)濟(jì)可行性，對(duì)可以回收的礦產(chǎn)資源重新進(jìn)行選礦回收，對(duì)回收后剩余的尾礦進(jìn)行整體利用(如作為水泥、黏結(jié)磚的原料或其他原材料)，重利用方案實(shí)施后既可以回收礦產(chǎn)資源，又能從本質(zhì)上消除尾礦庫災(zāi)害的發(fā)生。在對(duì)重利用方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行性評(píng)價(jià)時(shí)，并不能單純把尾礦當(dāng)做礦產(chǎn)資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，而應(yīng)當(dāng)充分考慮到已經(jīng)存在的尾礦庫對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境污染的代價(jià)、保證尾礦庫安全穩(wěn)定性的成本以及對(duì)尾礦庫后期管理的成本等因素，在此基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)可行性評(píng)價(jià)才能客觀反映重利用方案的經(jīng)濟(jì)可行性，而這也是將資源重利用作為尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)模式的重要因素之一。由此可知，資源重利用斷鏈減災(zāi)模式成本較低，破壞程度最小，效果好，還能獲取資源，是一種值得推薦的尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)模式。

3 結(jié) 語

(1)建立了一套更為完善的尾礦庫災(zāi)害鏈，詳細(xì)論述了災(zāi)害鏈的致災(zāi)環(huán)、激發(fā)環(huán)、損壞環(huán)和斷鏈環(huán)的內(nèi)涵和各個(gè)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上提出了3種不同的尾礦庫災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)模式，分別為孕源斷鏈模式、人為斷鏈模式和資源重利用斷鏈減災(zāi)模式。

(2)新建或擬建的大型尾礦庫可采用孕源斷鏈減災(zāi)模式；已經(jīng)發(fā)生損壞的尾礦庫可采用工程措施人為斷鏈減災(zāi)；現(xiàn)存的多數(shù)尾礦庫均可采用資源重利用進(jìn)行斷鏈減災(zāi)。

(3)通過對(duì)現(xiàn)存的多數(shù)尾礦庫進(jìn)行資源重利用，不僅能夠回收礦產(chǎn)，獲取資源，也能從本質(zhì)上消除尾礦庫災(zāi)害，恢復(fù)土地資源，相對(duì)于其他2種斷鏈減災(zāi)模式，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可用于指導(dǎo)尾礦庫災(zāi)害消除。