尾矿库环境风险评估实例研究

50%库容的情况下，尾砂影响距离为3 500 m；尾砂泄漏100%库容的情况下，尾砂影响距离为6 000 m；不会对下游 8 500 m处的地表水体造成明显不利影响。此结果比坝高倍数估算法的结果更可靠，可为尾矿库环境隐患排查、整

改措施的落实及尾矿库应急预案的制定提供重要参考。关键词：尾矿库；溃坝；影响距离；风险评估中图分类号：TV122. 4；TD926. 4

文献标志码：A 文章编号:1671-4172(2019)04-0095-05A case study on environmental risk assessment of tailings pondCHU Jinglong, LIN Xingjie, TAN Haiwei, LIU Fang(BGRIMM Technology Group, Beijing 100160, China)Abstract: Environmental risk of a tailings pond in a valley in Xinjiang was studied by using dam break mode.

The results indicated that the tailings influence distance would reach 3 500 m if the amount of tailings leakage was

equal to 50% of the total storage capacity after dam break, and the tailings influence distance would reach 6 000 m if the amount of tailings leakage was equal to the total storage capacity after dam break. It will not cause significant

adverse effects on the surface water at the downstream 8 500 m. This result was more reliable than the result which

was calculated by using the dam high-expansion estimation method. This work can provide an important reference for the environmental hazard investigation, improvement measures and emergency response plan of tailings pond.Key words：tailings pond； dam break； influence distance； risk assessment20世纪以来，我国在经济快速发展的同时加速

了对矿产资源的开采，矿业的发展导致尾矿产生量

在尾矿库风险评估中，溃坝分析是其中的重要 组成部分，尾矿库溃坝不但会造成尾矿大量泄漏，还 会淹没农田，污染环境，危害人们的生命财产安

逐年增多，而各类尾矿库的数量则高速增加，因尾矿

库溃坝、尾砂泄漏等事故而造成的环境污染问题十 分突出尾矿库是具有高势能的人造泥石流危

全时目前已有研究表明，利用数学模型可以对尾 矿库溃坝进行模拟，但尚无法计算溃坝后果及推算

险源，在降雨、地震及人类活动等因素影响下存在溃 坝失稳的危险⑷。美国克拉克大学的一项研究认

影响范围，在实际工作中对溃坝后矿浆泥石流的运

动规律和冲击影响范围的研究还不多，需要凭借研 究及管理人员的经验进行判断⑺旳。本文在尾矿库环境风险因素分析的基础上，以

为，尾矿库溃坝事故造成的危害仅次于核武器爆炸、 神经毒气泄漏、核辐射等灾害，在世界公害隐患中排 名较前近年来，为延长服务年限，节省投资，

预测溃坝风险影响范围为重点，对新疆阿勒泰地区

尾矿库正朝着高堆坝方向发展，危险性增大，安全状

况与形势不容乐观旳。对尾矿库进行环境风险评 估，掌握尾矿库事故原因，预测尾矿库事故影响程度

某山谷型尾矿库进行环境风险评估实例研究，同时 对排查出的环境隐患进行整改，以期为同类型尾矿

与范围，排查并治理尾矿库环境隐患，对预防和减少

库环境风险评估提供借鉴。尾矿库事故的发生以及指导尾矿库应急预案制定具 有重要意义。1 尾矿库环境风险因素根据《尾矿库环境风险评估技术导则(试行)》

作者简介：楚敬龙(1983—),男，高级工程师，硕士，地下水科学与工 程专业，主耍从事矿山环境等方面的工作。(HJ740-2015),尾矿库环境风险指尾矿库在运行期

间发生突发环境事件的可能性及突发环境事件可能

96韦 色金属（矿山部分）行计算，公式为：Qm»x =第71卷造成的危害程度。风险因素包括尾矿库本身的因素 及周边环境因素。尾矿库本身的因素包括尾矿库环

备 bH 打 2(2)境危害性指标：尾砂含重金属种类、特征污染物浓 度、库容（溃坝事故的主要因素）等，以及尾矿库控制

式中：Qm”为溃口处最大泄砂流量，n?/s；B为 坝顶长度，m#为尾矿坝溃口平均宽度，m；H。为坝 前上游水深（尾矿库最大坝高H减去坝前淤积深和

机制可靠性指标:尾矿堆存方式、尾矿输送及回水方

式、防洪系统、地质条件、隐患排查与治理等;周边环 境因素包括尾矿库周边环境敏感性指标：跨界情况、

校核水位与坝顶的距离，洪水漫顶导致溃坝时取坝

周边环境风险受体（国家重点生态功能区、饮用水源 保护区、人口聚集区等）、周边环境功能类别等。对 尾矿库环境危害性、控制机制可靠性、周边环境敏感

高H）,m；g为重力加速度，9. 8 m/s2o2.3溃坝后尾砂最大流量沿程演进计算在溃坝初始时段，溃口处的尾砂流量从零快速

性三方面进行评分，将尾矿库环境风险划分为重大、 较大、一般三个等级。尾矿库风险事故类型中，对环境影响最大的是 尾矿库溃坝事故。尾矿库溃坝可定为金属矿山采选

增至最大，最大流量在向下游流动演进过程中，将不

断衰减⑴。溃坝后尾砂向下游演进至距离坝址L 断面时的最大流量，可采用下式估算：项目环境风险的最大可信事故⑷。造成尾矿库溃坝 的原因有很多：1）自然因素，包括降雨、地震、滑坡

Qma*

H———max式中：Q.为距坝址L断面处的尾砂最大流量,

等；2）设计因素，包括尾矿坝地质及水文地质勘察、 坝体设计等，如尾矿库选址地质勘察不清、坝体设计 不合理等；3）施工因素，尾矿库排洪、排渗构筑物质

m3/s；L为距坝址的距离，m；W为溃坝时可泄库容, m3 ;<2皿*为溃口处最大泄砂流量，n?/s；如*为尾砂最

大流速（山区如* = 3. 0〜5. 0 m/s,丘陵区％»» =

量不达标或损坏，包括排洪或排渗管道裂缝、堵塞、 破坏等;4）人为因素，包括工作人员日常管理的失 察、养护和维修不善、或发现问题未及时处理等

2. 0〜3. 0 m/s,平原区 Vm,, = 1. 0〜2. 0 m/s） ； K 为

经验系数（山区K= 1.1〜1.5,丘陵区K = 1.0,平

其中由降雨引起的洪水漫顶是造成尾矿库溃坝的主

原区 K = 0. 8~0. 9）0要因素。2.4溃坝尾砂流到达时间1）尾砂流前锋到达时间尾砂流前锋到达时间采用黄河水利委员会水科

2 尾矿库溃坝预测方法尾矿库溃坝往往发生在暴雨时期，库内汇集的 雨水裹挟着尾砂漫至坝顶，导致发生溃坝，此时尾矿

所经验公式进行计算，公式为：L1'75 X 1013

£1 _心衬2础布 /八⑷在降雨的作用下形成溃决型泥石流，在短时间内沿

式中山为尾砂流前锋到达时间，S；居为经验

山谷向下游倾泻，因此可将尾矿库视为水库型储水

系数，取0.7X10-3』为距坝址的距离，m；W为溃

设施，可应用水库溃坝经验公式进行尾矿库溃坝

坝时可泄库容，n?；H。为坝前上游水深,m。预测。2.1

2）尾砂流最大流量到达时间溃口宽度计算尾砂流最大流量到达时间的经验公式为：由于尾矿库溃坝发生时大量泄漏的尾砂往下游 运动的特征近似于流体，因此尾矿坝溃口宽度采用

t L1-4 “、黄河水利委员会的溃坝经验公式进行计算，公 式为：式中“2为尾砂流最大流量到达时间,S；k2为 经验系数，取0.8〜1.2；£为下游典型断面处最大

6 = 0. 1KW°-25Bo-25H0'5 （1）流量时的平均深度，m；L为距坝址的距离，m；W为 溃坝时可泄库容，n?；H。为坝前上游水深，m。式中#为尾矿坝溃口平均宽度，m；W为溃坝 时可泄库容,m3；B为坝顶长度，m；H为坝高，m；K

3）尾砂泄空时间将尾矿库比作水库时，尾矿库溃坝发生后尾砂 泄空时间的经验公式为：为经验系数（黏土类坝K = 0.65,壤土类坝K =

1. 3）。2.2 溃口处最大泄砂流量溃口处最大泄砂流量采用肖克列奇经验公式进W(6)第4期楚敬龙等：尾矿库环境风险评估实例研究97式中：T为泄空时间，s；W为溃坝时可泄库容， 验公式，且往往与实际情况有较大差别m3 ；Qmax为溃口处最大泄砂流量,m3/s；W为经验系

数,取 “=3. 5 o3 实例研究2.5溃坝最大影响距离目前预测溃坝后尾砂最大影响距离的方法有坝 高倍数估算法，将尾矿库溃坝后尾砂最大影响距离

3. 1尾矿库概况新疆阿勒泰地区某铅锌矿尾矿库，属三等库，由

1\"尾矿坝、2••尾矿坝、3*尾矿坝及库区最上游的一

座拦水坝组成。1*尾矿坝为土质斜墙堆石坝，一次

估算为40倍或80倍坝高。一般而言，将平地型尾 矿库溃坝后尾砂最大影响距离估算为40倍坝高，将

性筑坝，坝顶标高为1 322 m,坝长190 m,坝高56 m, 有效库容为406. 72万m3，设计服务年限10年。拦

山谷型、傍山型、截河型尾矿库溃坝后尾砂最大影响 距离估算为80倍坝高。计算公式为：水坝与1\"尾矿坝、两岸山体之间形成的尾矿库为

（40H1= n TI

\\80H2（7）广尾矿库，见图1。尾矿库所涉及的主要设施包括 尾矿库初期坝及后期坝、排洪排渗系统、尾矿浆输送 系统及回水系统等。目前1#尾矿库正在运行，2-

式中：S”为溃坝后尾砂最大影响距离，m；H| 为平地型尾矿库坝高，m；H2为山谷型、傍山型、截

尾矿坝及3*尾矿坝未建，因此本文针对1*尾矿库 进行风险预测。根据《尾矿库环境风险评估技术导

河型尾矿库坝高，m。这种利用坝高倍数来估算溃坝后尾砂最大影响

则（试行）MHJ740-2015）中尾矿库风险等级的划

距离的方法虽然简单，但依据不充分,也不能算为经 分，本尾矿库风险等级为较大。尾矿输送管线回水泵站*1 •尾矿坝事故池回水池排水斜椅库内水面值班室图1尾矿库平面布置图Fig. 1 Layout plan of tailings pond尾矿库位于阿勒泰山南麓山前中低山区的一处 开阔沟谷内，沿沟谷下游8 500 m处为一地表河流， 谷内无其他敏感点分布。地形起伏较大，地面高程

程，预测溃坝后尾砂流在下游各典型断面处的最大

流量（QQ、过流面积（SJ、淹没深度（£）、最大流量

到达时间（t）等要素。计算结果见表1。由表1可以看出：溃坝时尾砂下泄是一个非常

1 263-1 377 m,切割高差30-100 m,地势总体由

北东向南西倾斜，场地坡降4. 98%。短时间的过程，在尾砂流向下游演进的过程中，最大

3.2计算结果及分析基于公式（1）-（7）,分别计算该尾矿库溃坝后 尾砂泄漏203. 36万n?（50%有效库容）和406. 72 万m3（100%有效库容）两种情景尾砂流沿途演进过

流量（QQ迅速衰减，1 km以内衰减速率最大，之后 趋于平缓。两种情景的尾砂沿程演进规律基本一 致，但全库容泄漏比50%库容泄漏的典型断面尾砂

最大流量要大。98我 岂金属（矿山部分）表1Table 1尾砂泄漏量L/m第71卷预测结果Forecast resultsSl/ih2Ql/(m3 • s 1)

26 219.4hm/m26.2t/s2. 01003005005 243. 93 570. 12 706. 317 850.413 531.311. 911. 627. 26.83.42.01.20. 80. 40. 21 00050%有效库容1 5008 431. 31 686. 31 224. 7961.5791.4672.4584. 685. 6171. 1292.26 123. 34 807. 42 0002 5003 0003 5003 957. 03 362. 22 922. 933 210. 720 836. 7443. 4659. 7963. 21. 619. 8（约60倍坝高〉1006 642. 14 167. 336. 913. 95001 00014 215.92 843. 27. 161. 82 000100%有效库容8 692. 06 259. 74 891. 14 013. 53 683. 13 402. 91 73& 41 251. 93.52. 1195. 13 0004 000390. 9646. 597& 21. 45 0005 5006 000802. 7736. 6680. 60.90. 498& 61 409. 3（约100倍坝高）0.21 796. 8以尾砂堆积厚度降到0. 2 m时的泄流距离作为

更灵活、更有依据和指导意义。在实际溃坝过程中，泄漏尾砂向下游的演进受

溃坝尾砂影响范围，则50%库容尾砂泄漏的影响距 离为3 500 m（约60倍坝高），泄空时间为207. 8 s,最

到泄漏的尾砂量、地形粗糙度、上下游高差、沿途泄

大流量到达时间为963. 2 s；100%库容尾砂泄漏的影 响距离为6 000 m （约100倍坝高），泄空时间为

流宽度、两边坡度等因素的影响，需要对理论计算值

进行适当修正，并在此基础上根据实际情况确定需 要防控的距离。365. 0 s,最大流量到达时间为1 796. 8 s。两种情景

的预测结果表明，溃坝后泄漏尾砂不会对下游8 500

3.3尾矿库环境隐患排查及整治为进一步加强企业环境管理及预防尾矿库突发环境事件的发生，对该尾矿库进行了全面的环境隐m处的地表水体造成明显不利影响。以经验公式法确定的溃坝尾砂影响范围与坝高倍数估算法确定的影响范围差异较大。前者可预测多种情景下的溃

患排查，并提出了相应的整改建议，见表2。坝后果，而后者仅是单一的粗略估计。前者较后者表2环境风险隐患排查及整改建议Table 2 Environmental risk hazard investigation and rectification suggestions序号环境隐患尾矿库侧面边坡有水无序排放，冲刷边坡，

容易对尾矿库产生安全隐患尾矿库未建环库截水沟，一旦发生强降雨，整改建议对尾矿库边坡无序排放的废水进行收集， 使其规范的排入尾矿库，并回用于生产修建尾矿库四周的环库截水沟，并修建排水渠道，

2 则无法雨污分流，导致两侧山坡的雨水汇入尾矿库，使尾矿库内的水量增加，容易造成洪水漫顶引发溃坝

实现雨污分流，确保山洪不得进入库内，防止溃坝事故发生制定严格的管线巡查制度，每个班组均要巡査并记录相关情况,

对发生的管线损坏及时处理，确保管线安全运行

尾矿输送管线及回水管线过长且沿河布设，

一旦发生泄漏容易污染地表水体4

尾矿库坝下事故池存有废水未清空尾矿坝下游未建拦挡坝或环保坝，一旦出现溃坝

清空事故池的存水，确保事故池的有效容积 根据预测结果（典型断面的淹没深度人”），等突发事件，不能及时阻止或延缓事故的发展6在尾矿库下游一定距离设置环保坝等拦挡措施，

避免一旦尾砂泄漏对下游环境造成较大损坏

尾矿库库底无防渗，容易造成渗漏并污染地下水，下游未设置地下水监控井在尾矿库下游合理位置布设地下水监控井，

并定期监测地下水水质7 尾矿库附近无应急物资，一旦发生突发在尾矿库值班室附近或尾矿库溃坝影响范围之外

环境事件，则无法及时有效的对事故进行响应 建立应急物资库，并储备相应的应急物资第4期楚敬龙等：尾矿库环境风险评估实例研究究进展[J].环境污染与防治，2014,36(11)： 84-91.994 结论1) 利用经验公式法对新疆某铅锌矿尾矿库溃坝

后尾砂流向下游的演进过程进行了预测，结果表明: 尾砂流向下游演进的过程中，最大流量迅速衰减，

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砂泄漏50%库容的情况下，尾砂影响距离为3 500 m；

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尾砂泄漏100%库容的情况下，尾砂影响距离为

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6 000 m；不会对下游8 500 m处的地表水体造成明

显不利影响。此结果比坝高倍数估算法的结果更

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可靠。2) 实际操作中，根据尾矿库溃坝泄砂量及所在

区域的地形条件对预测结果进行修正，可为尾矿库

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