中澳尾礦庫全生命周期安全管理對比分析*

李全明 張 紅 李 鋼

(1.中國安全生產科學研究院；2.華北科技學院)

·經濟·管理·

中澳尾礦庫全生命周期安全管理對比分析*

李全明1,2張 紅2李 鋼1

(1.中國安全生產科學研究院；2.華北科技學院)

2007年以來，我國持續開展尾礦庫專項整治和綜合治理行動取得明顯成效，尾礦庫總量降低至8 869座，其中“頭頂庫”仍有1 425座。在總結1961—2015年世界發生的主要尾礦庫事故基礎上，系統分析了尾礦庫事故類型和原因；從中澳兩國尾礦庫基本情況、法規標準情況、尾礦庫全生命周期安全管理流程、尾礦庫重要參數設計標準、尾礦庫施工要求、尾礦庫運行管理、閉庫要求7個方面，對比分析了我國和澳大利亞尾礦庫安全管理的特點和差異，在此基礎上，提出了完善我國尾礦庫全生命周期安全管理的對策。

中澳尾礦庫 安全管理 全生命周期

尾礦庫是指筑壩攔截谷口或圍地構成、用以貯存金屬非金屬礦山礦石選別后排出尾礦或其他工業廢渣的場所[1]。尾礦庫是具有高勢能的重大危險源，一旦發生事故，會造成人員傷亡和嚴重的經濟損失。近年來，全球尾礦庫事故頻發，按照尾礦庫全生命周期(設計、建設、運行、閉庫及銷庫)的劃分，尾礦庫事故不僅發生在運行階段，其他階段(施工和閉庫)也時有發生。1972年2月26日，美國西弗吉尼亞州發生尾礦庫潰壩事故，尾礦傾瀉量高達50萬m3，波及下游27 km，造成125人死亡，經濟損失6 500萬美元；2015年緬甸一已閉庫的尾礦庫發生潰壩事故，造成113人死亡。因此，針對尾礦庫這一特殊安全設施，必須強化全生命周期的安全監管，才能有效遏制尾礦庫事故發生。

1 1961—2015年世界尾礦庫事故統計及分析

1961—2015年世界發生的尾礦庫較大事故[2]起數及死亡人數統計見圖1、圖2。在統計的時間域內，世界尾礦庫較大事故并未顯示出明顯的下降趨勢，盡管每年發生的尾礦庫事故總量不像礦山災害類型總量大，但每次事故造成的人員傷亡、財產損失及環境污染是慘痛的。世界各國都比較重視尾礦庫的安全管理，但進入21世紀以來，尾礦庫事故仍然沒有得到完全控制，尾礦庫事故均時有發生。

圖1 世界尾礦庫較大事故起數分布

圖2 世界尾礦庫較大事故死亡人數統計

世界尾礦庫事故不僅在發展中國家發生，美國等發達國家較大尾礦庫事故也時有發生。通過分析較大尾礦庫事故致災因素(圖3)可知，在歷年尾礦庫事故中，滑坡及漫頂是尾礦庫事故的主要原因，占比高達65%，其次是地震、管道破壞等。因此，減少滑坡和漫頂致災因素是遏制尾礦庫事故的關鍵。

圖3 尾礦庫主要事故原因統計

漫頂多數由暴雨引發洪水所致，主要受尾礦庫的防洪標準和調洪庫容影響；滑坡多由壩體強度降低所致，受尾礦壩自身安全系數和強度影響；地震破壞主要受尾礦庫抗震能力影響。在尾礦庫生命周期中，適宜的壩體選址和設計是保證尾礦庫安全度的基礎，在滿足設計要求的同時，施工質量的好壞決定設計標準能否被嚴格執行，也決定了壩體最終的使用年限。設計和施工貫穿尾礦庫的整個生命周期，直接影響壩體后期運行和閉庫。

2 中澳尾礦庫基本情況

2.1 澳大利亞尾礦庫分布

澳大利亞采礦技術處于國際領先，尾礦庫主要集中在西澳大利亞州和昆士蘭州。據澳大利亞大壩委員會統計，截止到2010年底，澳大利亞大型水庫和尾礦庫約570座，其中大型尾礦庫共47座，具體分布見圖4。西澳大利亞州及昆士蘭州大型尾礦庫共33座，占總量70%，是澳大利亞尾礦庫監管的重點地區。

圖4 澳大利亞大型尾礦庫分布情況

2.2 我國尾礦庫分布

2007年以來，由我國國家安全監管總局會同國家發展改革委、環境保護部等六部門開展了尾礦庫專項整治和綜合治理行動，取得顯著成效[3-4]。截至2015年底，全國已全面消除危庫、險庫，正常庫比例達到95.5%，比2008年提高了34%。但是，尾礦庫總量依然較大(8 869座)，尤其是“頭頂庫”(指下游1 km左右有居民或重要設施的尾礦庫)安全風險逐漸增大。據統計，截至2015年底，全國仍有“頭頂庫”1 425座(圖5)。

圖5 中國尾礦庫“頭頂庫”分布情況

我國尾礦庫數量明顯高于澳大利亞。澳大利亞尾礦庫大都庫容大，建成后可以為一個地區礦山企業提供常年服役。由于歷史原因，我國礦山企業大都自己選址建壩，壩高庫容小的特點比較明顯，我國尾礦庫安全管理難度高于澳大利亞。

3 中澳尾礦庫法規標準

3.1 澳大利亞尾礦庫法規標準

澳大利亞尾礦庫的立法工作主要由各州礦業部門負責。西澳大利亞州礦產能源部(DME)先后通過《礦業法》(1978)、《礦業法規程》(1981)、《礦山安全檢查法》(1994)、《礦山安全檢查條例》(1995)4部法規，用以監管尾礦處理過程中的安全和環境問題。為提高尾礦庫的管理工作，又出臺了3套指導手冊：《尾礦開發操作指南》(DME1998)、《尾礦貯存安全設計運行標準》(DME1999)、《尾礦設施—水質保護準則第2期》(DME2000)。維多利亞州由礦產石油部(MPD)負責本州及近海和聯邦水域的礦石、石油和采掘業以及《礦產資源開發法》(1990)和《采掘業發展法》(1995)的管理工作。2003年維多利亞州出版了尾礦設施管理文件(DPI2003)。昆士蘭州尾礦庫管理是依據《環境保護法》中《勘探和采礦業環境管理技術指南》的條例執行，該條例包含了本州及其他州關于尾礦管理和水資源管理的具體政策。2010年6月，新南威爾士州大壩安全委員會發表的《指導意見表》涵蓋一系列與大壩安全方面相關的內容，特別涵蓋了尾礦壩的相關內容。2007年，澳大利亞政府出版了《尾礦管理手冊》。

3.2 我國尾礦庫法規標準

我國尾礦庫是由國家和地方政府安全生產監督管理部門以立法的形式強調對尾礦設施的安全監管，在國家機關制訂相關法律法規的基礎上，由各省、自治區、直轄市根據本行政區域內實際需要和具體情況，制定和公布適應性的地方法規，企業在不違背國家和地方相關法律法規的情況下，可制定適應自身生產安全需要的企業標準。目前我國在尾礦庫設計、建設、運行及安全監管等方面均制訂了相關的法規標準。尾礦庫需要遵守的基本法律法規有《中華人民共和國安全生產法》、《中華人民共和國礦山安全法》、《中華人民共和國礦山安全法實施條例》。尾礦庫工程設計和建設方面主要有《尾礦設施設計規范》、《尾礦設施施工及驗收規程》、《尾礦庫安全技術規程》等。

4 中澳尾礦庫全生命周期安全管理流程

4.1 澳大利亞尾礦庫全生命周期安全管理流程

澳大利亞尾礦庫全生命周期管理工作主要分為三部分：①進行礦藏量和周邊地質環境、水資源的信息輸入，明確礦山的儲藏量和地理位置；②尾礦庫管理程序，包含可行性研究報告、計劃、設計和運行四大過程，清晰地闡述了礦山開發期間尾礦庫從前期規劃到最終閉庫各個流程及相關責任主體；③閉庫后尾礦再利用，考慮尾礦的可持續發展策略，應經監察部門和利益相關者同意。澳大利亞尾礦庫全生命周期管理流程見圖6。

圖6 澳大利亞尾礦庫全生命周期流程

4.2 我國尾礦庫全生命周期管理流程

我國尾礦庫全生命周期管理從時間上可以分為3個階段[5-6]：①礦山開發階段，包括礦山開發前的決策階段及后期的設計、施工、運行3個階段，其中礦山建設工程的安全設施必須滿足“三同時”的要求，即和主體工程同時設計、同時施工、同時投入生產和使用；②尾礦庫管理階段，包括尾礦庫設計前的準備工作以及尾礦庫設計、運行和最終閉庫；③資料歸檔及尾礦再利用階段，尾礦庫閉庫后，尾礦庫安全管理過程中涉及的工程建設檔案、生產運行檔案和閉庫及閉庫后再利用檔案需歸檔，尾礦庫再利用主要包括綠化和復墾。

5 中澳尾礦庫設計要求

5.1 澳大利亞尾礦庫設計要求

通過模擬尾礦庫潰壩，根據潰壩后對人口、環境、經濟等影響的嚴重程度，將尾礦庫分為低、中、高和極高4個等級。在設計過程中，根據尾礦庫等級進行參數選擇。尾礦庫設計內容主要包含：①設計概念(理念)及設計參數，如溢洪道設計、防洪標準、排滲、抗震設計等內容；②應急預案。

澳大利亞尾礦庫防洪標準見表1，壩體安全系數標準見表2。

表1 澳大利亞尾礦庫防洪設計標準

表2 尾礦庫不同加載條件下安全系數

澳大利亞尾礦庫的防洪設計標準主要按照年概率進行計算，此外在尾礦庫設計階段還要求建立水平衡模型，并考慮最終閉庫。

5.2 我國尾礦庫設計要求

我國尾礦庫分設計等別和安全度2種。設計等別根據尾礦庫的庫容和壩高分為一等、二等、三等、四等、五等，一等庫級別最高，五等最低。安全等級根據尾礦庫防洪能力和壩體穩定性分為危庫、險庫、病庫、正常庫。我國尾礦庫設計內容主要包括：①安全運行控制參數，如設計最終堆積高程、最終壩體高度、總庫容、庫內控制的正常水位、調洪高度等內容；②安全設施設計，如庫區存在的安全隱患及對策、初期壩和堆積壩的穩定性分析、安全管理要求等內容。我國尾礦庫設計標準主要根據尾礦庫的庫容和壩高等級進行選擇，見表3。

5.3 分析比較

從對比結果可知，澳大利亞尾礦庫的設計分級除考慮壩高和庫容因素外，還考慮了尾礦庫可能發生事故造成的風險，將尾礦庫分為低、中、高及極高4個等別，不同于我國劃分的5個等別。

表3 我國尾礦庫安全設計標準

針對每個等別，澳大利亞在洪水設防標準上對風險高和極高的尾礦庫采用最大可能洪水的最高設計標準；壩體穩定安全系數大都采用1.5。這兩個最重要的指標高于我國的設計標準，值得我國學習和借鑒。

6 中澳尾礦庫建設管理要求

6.1 澳大利亞尾礦庫建設管理要求

本文利用2010～2017年21個國家和地區相關數據對經濟政策不確定性與創新產出關系進行了實證研究。結果發現，經濟政策不確定性與創新產出顯著負相關，這一結果支持經濟政策不確定性的創新抑制假說。進一步研究還發現，經濟政策不確定性的提高主要導致商標等無形資產、創意產品與服務的顯著減少，但對知識創造和知識擴散沒有產生顯著影響。另外，經濟體的人力資本投資與開發能夠削弱經濟政策不確定性對創新產出的抑制作用。

澳大利亞尾礦庫施工管理方式分為業主自主施工、承包商施工、業主和承包商共同施工。施工過程中，現場需設置責任工程師，負責施工現場監管和認證，原則上責任工程師應由該項目的設計工程師擔任，若條件不滿足，責任工程師與設計工程師需有相應限定關系以滿足雙方互動要求，確保設計意圖的實現。施工期間所有設計變更必須由設計工程師批準，并通過文件或注釋、修訂施工圖紙實現。施工過程中應有質量保證計劃和質量控制措施，質量控制應由責任工程師執行，或交由有資質的單位將監測結果報給責任工程師，及時跟蹤檢查質量，在必要條件下根據現場實際情況進行調整。承包商施工管理結構見圖7，業主自主施工結構見圖8。

圖7 澳大利亞承包商施工管理結構

圖8 澳大利亞業主施工管理結構

從圖7、圖8中可以看出，礦山企業是尾礦庫的所有者和構造者以及工程師的客戶端，承包商接受礦業公司和責任工程師的監督，團隊的大小主要受項目的大小和復雜性控制。

6.2 我國尾礦庫建設管理要求

我國尾礦庫施工主要采用招投標的方式，選定具有資質的承包商，施工過程中，由業主委托有資質的監理單位進行現場監督和認證，并派遣甲方相關人員駐場監督。

施工期間所有變更均由設計工程師批準，以變更通知單或注釋、修訂圖紙形式由業主交給監理單位，再由監理單位監督承包商實施，重大設計變更需要經過尾礦庫原審查單位重新審查。質量保證計劃由施工方負責編撰，并及時跟蹤檢查，結合實際情況進行調整。質量控制中待檢測的試樣應由相應有資質的單位進行檢測，出具檢測報告并上報監理工程師。我國承包商施工管理結構見圖9。

圖9 我國承包商施工管理結構

7 中澳尾礦庫運行期檢查要求

澳大利亞尾礦庫自施工完成后，企業開始日常檢查和維護。政府和咨詢機構依據不同風險等級開展常規檢查和專項檢查，具體檢查要求見表4。

表4 澳大利亞尾礦庫檢查類型和頻率

8 中澳尾礦庫閉庫要求

澳大利亞尾礦庫閉庫和復墾計劃在全生命周期前期階段進行評估，作為初始項目開發的一部分，包含在項目可行性的經濟、社會和環境分析中。閉庫計劃是動態管理計劃，隨著項目開發、設計、建設、運營等過程進行定期審查和更新。尾礦庫閉庫計劃主要解決最終地貌及與壩體和庫區幾何關系，土方工程規劃和施工，尾礦覆蓋類型，極端環境可能造成的后果(干旱、洪水、火災、地震)，結構、巖土完整性等問題，以保證閉庫后，尾礦壩可以應對設計年限延長期間遇到的潛在風險，澳大利亞尾礦庫延長時間可能是1 000 a或更長。

我國尾礦庫閉庫前需委托具有相應資質的評價機構進行尾礦壩、尾礦庫防洪能力及安全度等內容的安全評價。安全評價結束后，再委托相關設計單位進行閉庫設計。閉庫前安全評價和閉庫設計時間均為閉庫前1年。我國尾礦庫閉庫設計主要包括尾礦壩整治和排洪系統整治，以確保尾礦庫防洪能力和尾礦壩穩定性滿足相關規定要求，維持尾礦庫閉庫后長期安全穩定。但我國尾礦庫閉庫一般都在運行后期才考慮，需要學習澳大利亞做法，在尾礦庫建設初期即考慮尾礦庫閉庫方式方法。

9 提高我國尾礦庫管理水平的對策

由于我國存在尾礦庫數量多、安全基礎薄弱、“頭頂庫”占比高等特點，在尾礦庫法規標準體系建設、安全監測要求等方面優于澳大利亞，但以下幾個方面應該借鑒和學習澳大利亞的做法和經驗：

(1)進一步強化尾礦庫全生命周期監管，在尾礦庫設計中考慮尾礦庫閉庫和銷庫環節，完善尾礦庫閉庫和銷庫法規標準，實現尾礦庫全生命周期閉環管理。

(2)進一步完善尾礦庫等別劃分方法，5個等別尾礦庫的劃分也應考慮尾礦庫的安全和環境風險。

(3)提高尾礦庫防洪和壩體穩定安全系數的設防標準，建議考慮最大可能洪水和1.5安全系數2個指標。

(4)強化尾礦庫運行期和閉庫后安全監督檢查的技術水平，提高我國尾礦庫專業化管理水平。

(5)加強對國外發達國家法規標準調研和學習，充分吸收其他國家尾礦庫管理中的先進經驗和技術。

[1] 國家安全生產監督管理總局.AQ 2006—2005 尾礦庫安全技術規程[S].北京：國家安全生產監督管理總局，2006.

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[3] 謝旭陽,王云海,張興凱,等.我國尾礦庫數據庫的建立[J].中國安全生產科學技術，2008，4(2):53-56.

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Comparison Analysis of Safety Management of Tailings Ponds Life Cycle in China and Australia

Li Quanming1,2Zhang Hong2Li Gang1

(1.China Academy of Safety and Science & Technology;2.North China Institute of Science & Technology)

Since 2007,the remarkable results is achieved by continuous conducting the special rectification and comprehensive management of tailings in China,the total amount of tailings ponds is reduced to 8 869,among them,the number of "head-top tailings ponds" is still 1 425.Based on summarizing the main tailings ponds accidents all over then from from 1961 to 2015,the types and reasons of the tailing ponds are analyzed systematically.Besides that,comparison analysis of the characteristics and differences between China and Australia is conducted from the seven aspects of basic situation of tailings ponds,regulations and standards,full lifecycle safety management process of tailings ponds,design standards of the important parameters of tailings ponds，construction requirement of tailings ponds,operation and management of tailings ponds and close requirement of tailings ponds,based on the above analysis results,the countermeasures about improving the full lifecycle safety management of tailings ponds in China are proposed.

Tailings ponds of China and Australia,Safety management,Full lifecycle

*國家自然科學基金項目(編號：71373245)。

2016-09-18)

李全明(1979—)，男，教授級高級工程師，博士，100012 北京市朝陽區北苑路32號甲1號樓。