尾矿库灾害链断链减灾模式分析

ＳｅｒｉａｌＮｏ.５９２Ａｕｇｕｓｔ.２０１８现㊀代㊀矿㊀业ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ总第５９２期２０１８年８月第８期㊀㊀秦朝亮(１９８９ )ꎬ男ꎬ助理工程师ꎬ硕士研究生ꎬ４５００００河南省郑州市高新区科学大道８１号ꎮ尾矿库灾害链断链减灾模式分析秦朝亮１ꎬ２ꎬ３㊀李潇林斌１㊀李长松１㊀焦冰君１(１.河南省地质科学研究所ꎻ２.河南省地质调查院ꎻ３.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室)㊀㊀摘㊀要㊀为了消除尾矿库灾害ꎬ提出新的尾矿库灾害链断链减灾模式ꎮ通过建立尾矿库灾害链系统ꎬ提出并分析了３种不同的尾矿库灾害链断链减灾模式ꎮ结果表明ꎬ新建或拟建的大型尾矿库可采用孕源断链减灾模式ꎬ已经发生损坏的尾矿库可采用工程措施人为断链减灾ꎬ对现存的多数尾矿库均可采用资源重利用进行断链减灾ꎮ相对于其他２种断链减灾模式ꎬ资源重利用断链减灾模式既可回收资源ꎬ又能消除灾害ꎬ具有明显优势ꎬ可用于指导尾矿库灾害消除ꎮ关键词㊀尾矿库㊀灾害链㊀断链环㊀资源重利用ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７４￣６０８２.２０１８.０８.０６２㊀㊀各类矿山为我国社会经济发展提供矿产资源的同时ꎬ也产生了很多负面的影响ꎬ其中ꎬ尾矿库作为一类重要的负面产物ꎬ引起了越来越多的重视ꎮ目前ꎬ全国共有尾矿库１万多座ꎬ其中绝大部分采用上游法堆筑[１]ꎬ且大部分尾矿库具有规模小ꎬ生产设施落后ꎬ基础条件差ꎬ设计不满足规范要求ꎬ建库标准不高ꎬ以守库人员经验管理为主ꎬ缺乏科学㊁安全管理手段等特点[２￣３]ꎮ尾矿库体积大㊁势能高㊁不稳定ꎬ是人为产生的重大危险源[４]ꎮ目前ꎬ针对尾矿库的研究多集中在尾矿库稳定性评价预测模型㊁尾矿库生态风险评估和尾矿资源综合利用[５]３个方面ꎮ除此之外ꎬ周科平等[４]认为尾矿库的发生具有连锁性㊁因果性㊁交叉性的特征ꎬ呈现出明显的链式效应ꎬ建立了５种不同破坏模式的尾矿库溃坝灾害链ꎮ然而ꎬ５种尾矿库溃坝灾害链仅考虑了尾矿库的稳定性ꎬ并未涉及尾矿库灾害中存在的其他问题和相应的断链减灾模式ꎮ本文试图建立一种更为完善的尾矿库地质环境灾害链系统ꎬ在此基础上提出尾矿库灾害链的孕源断链减灾模式㊁人为断链减灾模式和基于资源重利用的断链减灾模式ꎬ并着重分析阐述尾矿资源重利用在尾矿库灾害链断链减灾中的积极作用ꎮ１　尾矿库灾害链系统的建立灾害链的概念由地震学者郭增建于１９８７年提出[６]ꎬ自此不同领域的学者开始将灾害链引入到相应领域中进行研究[４ꎬ７￣８]ꎬ取得了很多成果ꎮ一条完整的尾矿库灾害链通常包括致灾环㊁激发环㊁损坏环和断链环４个环节[９]ꎮ致灾环是指内外动力地质作用及人为作用形成的具有灾害隐患的因素[７]ꎮ尾矿库致灾环包括尾矿库使用中和闭库后２个阶段ꎮ尾矿库在使用过程中存在的问题可以分为技术缺陷和管理缺陷ꎮ技术缺陷主要包括尾矿库安全性㊁稳定性不满足设计要求ꎬ尾矿库选址不合理ꎬ尾矿库设计未采取防污染措施或在建设和使用过程中未严格按照设计采取防污染措施ꎬ缺少监测系统或监测系统不合理未起到监测作用ꎬ外界环境改变时未重新评价５个方面ꎻ管理缺陷主要包括尾矿库未严格按设计要求使用ꎬ超库容量使用ꎬ监测管理资金不足导致的监测系统失效ꎬ对环境和生态污染问题视而不见ꎬ缺少对尾矿库周边水域㊁农田的污染监测５个方面ꎮ在闭库后ꎬ尾矿库致灾环节主要包括缺乏对尾矿库重利用的意识ꎬ监管部门㊁工矿企业对闭库后尾矿库管理意识淡薄等方面ꎮ激发环是指直接触发灾害链发生的因素[７]ꎮ对于尾矿库ꎬ灾害发生的激发因素主要包括地震㊁水㊁重力㊁风㊁附加荷载等ꎬ诱发尾矿库灾害发生的激发因素往往不是单一的ꎬ而是由多种激发因素共同作用诱发的ꎮ例如ꎬ几乎所有的尾矿库失稳破坏都与水有关ꎬ尾矿库在水的长期作用下ꎬ在重力的作用或当受到地震作用力㊁附加荷载作用下ꎬ由于上述致灾环节的存３０２在ꎬ可能会诱发尾矿库的失稳破坏而导致尾矿库灾害链的发生ꎮ而尾矿库对周围地下水体和土壤的污染ꎬ则主要是通过尾矿库的淋滤液㊁淋溶液在重力作用下渗透到周围地下水体和土壤中实现的ꎮ尾矿库损坏环是指尾矿库通过各种致灾环节ꎬ在激发因素的作用下发生灾害的环节ꎮ尾矿库灾害通常分为生态环境污染和溃坝灾害ꎮ断链环是指灾害链停止进行ꎬ灾害不再继续发生的环节ꎮ广义的断链环包括人为干预切断灾害链和灾害链自动切断２种情况ꎮ人为干预切断灾害链是指灾害链的损坏环发生之前通过各种措施人为干预切断灾害链的环节ꎬ此时ꎬ灾害通常没有发生ꎻ灾害链自动切断是指灾害链损坏环发生之后或外界环境发生重大变化ꎬ能量物质得以释放ꎬ灾害不再继续发生ꎬ灾害链自动切断ꎬ进入断链环ꎬ此时ꎬ灾害通常已经形成ꎮ狭义的断链环仅指人为干预切断灾害链ꎮ而研究灾害链的意义也在于如何有效人为干预切断灾害链ꎬ避免灾害的发生ꎮ故本文所指的断链环一般指狭义的断链环ꎮ尾矿库灾害链结构见图图１㊀尾矿库灾害链结构２㊀尾矿库灾害链断链减灾模式尾矿库灾害链断链减灾可以通过多种途径来实现ꎮ对于新建或拟建的大型尾矿库ꎬ当前管理制度较为完善ꎮ在可行性研究阶段会按照相关规范和制度对拟建的尾矿库进行充分的评价ꎬ评价的内容涵盖了拟建尾矿库建设场地地质灾害评价ꎬ拟建尾矿库对建设场地内及周边土壤㊁地表水体㊁地下水㊁空气㊁农作物以及其他生态环境的影响评价ꎮ在设计阶段ꎬ对拟建尾矿库建立科学有效的信息化在线监测系统[３]ꎬ保证尾矿库在使用中和闭库后监测系统的有效性ꎬ严格按照相关规范设计尾矿库坝体ꎬ采取预防生态环境污染的措施ꎬ保证尾矿库在要求的激发因素的作用下不会发生损坏ꎮ在尾矿库建设或之后使用和闭库阶段ꎬ能够按照有效的管理制度进行科学管理ꎮ总之ꎬ对于新建或拟建的大型尾矿库ꎬ能够从根源上防止灾害的发生ꎬ符合尾矿库灾害链孕源断链的模式ꎬ孕源断链是灾害链各种断链减灾模式中成本最低㊁破坏程度最小㊁效果最好的模式ꎮ在条件许可的情况下ꎬ应当首选孕源断链的减灾模式ꎮ孕源断链减灾模式的具体措施包括尾矿库建设之前ꎬ对尾矿库可能影响到的土壤㊁地下水㊁空气㊁植被㊁农作物㊁建构筑物以及尾矿库自身的稳定性等进行客观科学的评价ꎬ选择适宜的场地和方案进行建设ꎻ建立完善的信息化在线监测系统ꎻ严格按照设计要求使用尾矿库ꎻ闭库后对其进行科学合理的管理ꎬ发现问题及时解决ꎬ从源头上切断尾矿库灾害链的发展ꎮ而对于当前现存的大多数尾矿库ꎬ由于建库标准不高ꎬ以守库人员经验管理为主ꎬ缺乏科学㊁安全管理手段等ꎬ较易出现致灾环节中提出的各类问题ꎬ形成尾矿库灾害链的致灾环ꎬ就错失了灾害链孕源断链的时机ꎮ面对已经形成的尾矿库地质灾害链ꎬ通常做法只有针对尾矿库灾害链致灾环节出现的各种问题采取必要的工程措施进行治理ꎬ来达到断链减灾的目的ꎬ这种断链减灾模式成本较高ꎬ破坏程度较小ꎬ效果较为一般ꎻ除此之外ꎬ仍然存在相当数量的尾矿库在其灾害链发育程度经过致灾环节㊁激发环节进入损坏环节之后才引起人们足够的重视ꎬ尾矿库在损坏环节中污染了场地或周边的生态环境ꎬ或因失稳破坏发生溃坝灾害ꎬ才不得不采取必要的工程措施进行治理ꎬ实现尾矿库灾害链的断链ꎬ防止尾矿库灾害链形成新的灾害循环ꎬ这种断链减灾模式成本最高ꎬ破坏程度较大ꎬ效果最差ꎮ人为断链减灾模式的具体措施因灾害链发育程度㊁灾害类型的不同而不同ꎬ应当针对灾害链中出现的不同损坏环节被动地采取相应的工程措施进行人为干预ꎮ４０２总第５９２期现代矿业２０１８年８月第８期由上述分析可知ꎬ对新建的大型尾矿库ꎬ采取孕源断链模式成本最低㊁破坏程度最小㊁效果最好ꎬ而对现存的多数尾矿库ꎬ由于错失孕源断链的时机ꎬ只有采取必要的工程措施进行人为干预断链ꎬ成本较高㊁破坏程度较大㊁效果较差ꎮ针对现存的多数尾矿库ꎬ提出了一种新的断链减灾模式ꎬ即基于资源重利用(矿产资源回收和整体利用)的尾矿库灾害链断链减灾模式ꎮ我国对尾矿库进行资源重新利用由来已久ꎬ但由于长期以来选矿技术未获得突破ꎬ综合利用率一直很低ꎬ有学者统计ꎬ我国尾矿综合利用率不足１０％[５]ꎮ随着近年来矿产品价格不断攀高和选矿技术的不断突破ꎬ对尾矿库进行资源重利用的经济效益越来越好ꎬ对尾矿库进行综合利用评价越来越受到人们的重视ꎮ尾矿库资源重利用的途径主要为尾矿再选和尾矿整体利用２个方面ꎬ可以达到资源化㊁减量化和无害化等目标[５]ꎮ通过对尾矿库资源进行重利用ꎬ不仅可以获取矿产资源ꎬ还能从根源上消除灾害ꎬ能够从源头上切断灾害链ꎬ达到尾矿库灾害链断链减灾的目的ꎮ在目前存在的万余座尾矿库中ꎬ适宜进行资源重利用的均为已闭库或即将闭库的多数尾矿库ꎬ而这些尾矿库正是灾害链中问题较多的ꎮ基于资源重利用的尾矿库灾害链断链减灾模式见图２ꎮ图２㊀基于资源重利用的尾矿库灾害链断链减灾模式资源重利用作为新的尾矿库灾害链断链减灾模式ꎬ针对具体的尾矿库ꎬ可以通过以下措施来实现:首先对尾矿库中的尾矿进行系统取样ꎬ然后分析样品中有益矿产资源的种类和品位ꎬ在此基础上确定尾矿资源的重利用方案ꎬ并论证重利用方案的经济可行性ꎬ对可以回收的矿产资源重新进行选矿回收ꎬ对回收后剩余的尾矿进行整体利用(如作为水泥㊁黏结砖的原料或其他原材料)ꎬ重利用方案实施后既可以回收矿产资源ꎬ又能从本质上消除尾矿库灾害的发生ꎮ在对重利用方案进行经济可行性评价时ꎬ并不能单纯把尾矿当做矿产资源进行评价ꎬ而应当充分考虑到已经存在的尾矿库对周边生态环境污染的代价㊁保证尾矿库安全稳定性的成本以及对尾矿库后期管理的成本等因素ꎬ在此基础上的经济可行性评价才能客观反映重利用方案的经济可行性ꎬ而这也是将资源重利用作为尾矿库灾害链断链减灾模式的重要因素之一ꎮ由此可知ꎬ资源重利用断链减灾模式成本较低ꎬ破坏程度最小ꎬ效果好ꎬ还能获取资源ꎬ是一种值得推荐的尾矿库灾害链断链减灾模式ꎮ３㊀结㊀语(１)建立了一套更为完善的尾矿库灾害链ꎬ详细论述了灾害链的致灾环㊁激发环㊁损坏环和断链环的内涵和各个环节之间的关系ꎬ并在此基础上提出了３种不同的尾矿库灾害链断链减灾模式ꎬ分别为孕源断链模式㊁人为断链模式和资源重利用断链减灾模式ꎮ(２)新建或拟建的大型尾矿库可采用孕源断链减灾模式ꎻ已经发生损坏的尾矿库可采用工程措施人为断链减灾ꎻ现存的多数尾矿库均可采用资源重利用进行断链减灾ꎮ(３)通过对现存的多数尾矿库进行资源重利用ꎬ不仅能够回收矿产ꎬ获取资源ꎬ也能从本质上消除尾矿库灾害ꎬ恢复土地资源ꎬ相对于其他２种断链减灾模式ꎬ具有明显的优势ꎬ可用于指导尾矿库灾害消除ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀姜清辉ꎬ胡利民ꎬ林㊀海.尾矿库溃坝研究进展[Ｊ].水利水电科技进展ꎬ２０１７ꎬ３４(４):７７￣８６.[２]㊀梅国栋ꎬ王云海.我国尾矿库事故统计分析与对策研究[Ｊ].中国安全生产科学技术ꎬ２０１０ꎬ６(３):２１１￣２１３.[３]㊀张㊀鑫ꎬ刘建林ꎬ王㊀聪.南水北调中线水源地商洛尾矿库安全风险评价[Ｊ].金属矿山ꎬ２０１７ꎬ３:１５７￣１６１.[４]㊀周科平ꎬ刘福萍ꎬ胡建华ꎬ等.尾矿库溃坝灾害链及断链减灾控制技术研究[Ｊ].灾害学ꎬ２０１３ꎬ２８(３):２４￣２９.[５]㊀刘㊀恋ꎬ郝情情ꎬ郝梓国ꎬ等.中国金属尾矿资源综合利用现状研究[Ｊ].地质与勘探ꎬ２０１３ꎬ４９(３):４３７￣４４３.[６]㊀郭建增ꎬ秦保燕.灾害物理学简论[Ｊ].灾害学ꎬ１９８７(２):２５￣３３.[７]㊀龙建辉ꎬ秦朝亮.采煤沉陷区断链减灾模式分析及应用[Ｊ].自然灾害学报ꎬ２０１５ꎬ２４(６):１８０￣１８６.[８]㊀秦朝亮ꎬ龙建辉ꎬ经㊀明ꎬ等.采煤塌陷区内地质灾害与生态环境的综合治理方案[Ｊ].煤炭技术ꎬ２０１５ꎬ３４(３):３２０￣３２３.[９]㊀李㊀明ꎬ唐红梅ꎬ叶四桥.典型地质灾害链式机理研究[Ｊ].灾害学ꎬ２００８ꎬ２３(１):１￣５.(收稿日期２０１８￣０４￣１２)５０２㊀㊀秦朝亮㊀李潇林斌等:尾矿库灾害链断链减灾模式分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年８月第８期。