赤泥堆場塌壩的影響因素與防范措施分析

陳 磊，張可能

(1.中南大學 地球科學與信息物理學院， 湖南 長沙 410083； 2.有色金屬成礦預測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室， 湖南 長沙 410083； 3.湖南有色冶金勞動保護研究院， 湖南 長沙 410014)

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赤泥堆場塌壩的影響因素與防范措施分析

陳 磊1，2，3，張可能1，2

(1.中南大學 地球科學與信息物理學院， 湖南 長沙 410083； 2.有色金屬成礦預測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室， 湖南 長沙 410083； 3.湖南有色冶金勞動保護研究院， 湖南 長沙 410014)

赤泥堆場壩體的穩(wěn)定性對赤泥尾礦庫的安全管理至關重要。根據(jù)赤泥堆場的自身因素、外部因素及人為因素3方面，分析了影響赤泥堆場壩體穩(wěn)定性的因素，并探討了赤泥堆場塌壩的防范措施，指出在赤泥庫早期階段，通過科學設計，可減少安全隱患；在運行過程中，要對其運行狀態(tài)進行監(jiān)測和管理，對發(fā)現(xiàn)的問題及時處理；應從事前、事中和事后3方面制定應急預案，在實施應急預案時，應及時確定赤泥壩災害的致因環(huán)節(jié)，有效切斷塌壩的災害鏈。

赤泥堆場；災害鍵；穩(wěn)定性；防范措施

在生產(chǎn)氧化鋁過程中，要不斷排出赤泥，其是具有腐蝕性的危險廢棄物。當前，我國對赤泥的消納方式主要是赤泥堆場露天堆置[1]。由于赤泥屬于特殊類土，具有含水量高、孔隙度大、強度低以及松軟易變形等特點，日曬、下滲等可能會引起堆場與壩體出現(xiàn)干縮裂縫、橫向裂縫和縱向裂縫等不同類型的裂縫，如不及時處理，可能會導致滑坡或塌壩事故發(fā)生，對赤泥堆場周邊的人、基礎設施以及生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害[2]。本文對影響赤泥堆場穩(wěn)定性的因素進行分析，并探討有針對性的防范措施，對赤泥尾礦庫的安全管理具有重要意義。

1 赤泥堆場穩(wěn)定性的影響因素分析

尾礦庫可能會發(fā)生潰壩、泄露及傳輸管線滴漏等事故，其中潰壩的后果最為嚴重。據(jù)統(tǒng)計，引起潰壩的原因如表1所示[3]，由表1可知，漫頂潰壩約占總潰壩類型的一半、滲流破壞約占3成、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)約占2成、其他原因約占1成。從赤泥堆場的自身因素、外部因素及人為因素3方面，對各因素對穩(wěn)定性的影響作用進行分析，對防范各類型潰壩具有指導作用。

(1) 自身因素。赤泥堆場壩型的選擇與設計對其穩(wěn)定性影響最大。泄洪能力，在選擇時要根據(jù)礦場當?shù)氐牡刭|(zhì)條件、氣候條件等因素，盡量設計較大的泄洪能力，但突發(fā)暴雨仍可能會出現(xiàn)洪水超設防標準現(xiàn)象，而引起潰壩；壩體的高度和坡度，一般情況高度越高、坡度越大，壩體的穩(wěn)定性越差；赤泥的含水量高、顆粒細或者滲透性差，也會影響筑壩的穩(wěn)定性。

表1 潰壩原因統(tǒng)計

(2) 外部因素。連續(xù)的強降雨，會使尾礦庫內(nèi)水位升高，從而造成作用在壩體上的靜水壓力升高，可能會造成漫頂或壩體損毀；當尾礦庫在受到地震作用時，壩體內(nèi)部會變得松動，抗剪強度降低，若壩體中顆粒孔隙受到的水壓超過靜水壓時，尾礦泥會出現(xiàn)振動液化破壞，從而造成壩體出現(xiàn)重大地質(zhì)災害，災害的程度主要取決于地震的大小；此外，壩體表面長期裸露在空氣中，赤泥中的水分蒸發(fā)從而導致赤泥干縮，從而產(chǎn)生裂縫，影響壩體的穩(wěn)定性。

(3) 人為因素。設計或施工不合理，在壩體設計考慮不周或施工過程未按設計方案進行，都會給壩體的安全埋下隱患；放礦不均或堆積過高，如壩前細粒多、粗粒少，堆積過高都會造成浸潤線升高，長期滲流作用致使壩體失穩(wěn)；管理疏忽，對壩體裂縫、排水管道堵塞等細微的問題若不能及時解決，可能引發(fā)重大事故，尤其是在汛期；此外在尾礦庫附近違章施工、亂堆廢棄物、濫砍濫伐等都會對赤泥堆場的穩(wěn)定性造成破壞。

2 赤泥堆場塌壩的防范措施

2.1 提高壩體自身科學性

從尾礦庫的選址、壩體的設計與施工等早期危險因素孕育階段，采用合理的方法和防范措施，能起到顯著的效果[4]。赤泥堆場選址時要嚴格按照《尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程》；設計和施工單位的資質(zhì)要符合專業(yè)要求；對于多雨區(qū)和地震區(qū)，對庫體要采取加筋補強措施等，將危險因素消滅在萌芽狀態(tài)。

赤泥堆場壩體的滲流對其穩(wěn)定性起決定作用，壩體在使用過程中，壩體堆筑高度會不斷升高，壩體內(nèi)浸潤線也會隨之升高，會危及到壩體的穩(wěn)定性。為解決這一問題，在壩體設計時，可以采用“魚刺”式排滲管網(wǎng)，如圖1所示。該排滲管網(wǎng)能實現(xiàn)尾礦與水快速分離，解決尾礦沉降速度慢的問題，其集排滲和浸潤線觀測井為一體，省去再鉆探下管做浸潤線觀測井，在節(jié)約資金的前提下，增強了壩體的排滲性能。另外，改進筑壩材料，在赤泥中添加石灰、粉煤灰、石膏等可以促進其排水固結(jié)，從而可提高壩體的穩(wěn)定性。

2.2 加強對尾礦壩的監(jiān)測與管理

尾礦壩監(jiān)測是及時掌握尾礦庫運行狀態(tài)、預防災害和確定治理方案的重要手段[5]。對赤泥堆場的監(jiān)測主要包括：庫水位監(jiān)測、浸潤線監(jiān)測、干灘監(jiān)測、壩體變形及位移監(jiān)測等方面。相比傳統(tǒng)的人工監(jiān)測，基于計算機和信息技術(shù)的在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠更加快速、準確的掌握尾礦庫的運行狀態(tài)，并可以對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行梳理和計算，從而實現(xiàn)監(jiān)測的自動化與科學化，有條件的企業(yè)應逐步建立在線觀測系統(tǒng)。

做好監(jiān)測的同時，還應加強對尾礦庫的安全管理。企業(yè)應制定出完善的安全管理制度，定期對赤泥壩的裂縫、滲漏、變形、位移及排水系統(tǒng)進行檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果對其進行安全評價，對確定為危庫、險庫和病庫的尾礦庫，按照相關規(guī)定進行處理，對于發(fā)現(xiàn)的隆起、塌陷、流土、管涌、內(nèi)部孔洞、裂縫等安全隱患，應及時向上級部門反應，并立即采取妥善的處理措施進行處理。

圖1 “魚刺”式排滲管網(wǎng)

2.3 做好風險管理和應急預案

對赤泥壩塌壩風險要建立相應的應急保障體系。應編制有赤泥壩應急管理預案，包括應急監(jiān)測、應急協(xié)調(diào)指揮和應急處理方法等內(nèi)容，并定期組織應急演練；一旦出現(xiàn)赤泥壩失穩(wěn)或尾礦庫水位超過警戒線時，企業(yè)應與當?shù)卣块T建立聯(lián)動機制，及時疏散周邊群眾，避免人員的傷亡；應急終止后，要對尾礦庫周圍環(huán)境長期進行監(jiān)測和評價，防止赤泥中重金屬物質(zhì)富集在食物鏈中，威脅人體健康。尾礦庫事故的發(fā)生具有連鎖性，呈現(xiàn)鏈式效應[6]，圖2為壩體滲流最終引起潰壩的災害鏈。因此在建立赤泥壩應急保障體系時，應從整體上把握發(fā)生塌壩的機理，判斷尾礦庫在災害鏈中所處的位置，及時有效的切斷潰壩災害鏈，對赤泥壩的防災減災具有重要意義。

圖2 壩體滲流的災害鏈3 總 結(jié)

赤泥堆場壩體的安全管理是一個復雜的系統(tǒng)，從赤泥材料的性質(zhì)、赤泥壩自身因素，到外部氣象和地質(zhì)條件，再到人為因素，每種因素都可能引起壩體出現(xiàn)塌壩風險。在進行安全管理時，要從尾礦庫的選址、壩體的設計與施工等早期危險因素孕育階段開始，通過科學的設計和先進的技術(shù)，減少安全隱患；在尾礦庫運行過程中，要對其運行狀態(tài)進行監(jiān)測，完善安全管理制度，對發(fā)現(xiàn)的問題及時處理；要從事前、事中和事后3方面合理制定應急預案，由于尾礦庫事故具有連鎖性，在實施應急預案時，應及時確定赤泥壩災害的致因環(huán)節(jié)，有效切斷塌壩災害鏈。

[1]饒平平.干式赤泥堆場裂縫特征及成因探討[J].工業(yè)建筑,2010,40(9):73-76.

[2]楚金旺.赤泥的工程特性與混堆技術(shù)探討[J].中國礦山工程,2011,40(1):44-47.

[3]蘇彩麗,余泳昌,常亞芳.尾礦庫環(huán)境風險評價方法探討[J].環(huán)境工程,2009,27(1):74-77.

[4]王 羽,肖盛燮,馮五一,等.滑坡災害鏈式演化階段及規(guī)律研究[J].四川建筑科學研究,2010,36(6): 121-124．[5]張 強.淺淡尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].有色冶金設計與研究,2014,35(1):16-17.

[6]周科平,劉福萍,胡建華,等.尾礦庫潰壩災害鏈及斷鏈減災控制技術(shù)研究[J].災害學,2013,28(3):24-29.