秦朝亮 李瀟林斌 李長松 焦冰君

(1.河南省地質(zhì)科學研究所；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實驗室)

各類礦山為我國社會經(jīng)濟發(fā)展提供礦產(chǎn)資源的同時，也產(chǎn)生了很多負面的影響，其中，尾礦庫作為一類重要的負面產(chǎn)物，引起了越來越多的重視。目前，全國共有尾礦庫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)設施落后，基礎條件差，設計不滿足規(guī)范要求，建庫標準不高，以守庫人員經(jīng)驗管理為主，缺乏科學、安全管理手段等特點[2-3]。尾礦庫體積大、勢能高、不穩(wěn)定，是人為產(chǎn)生的重大危險源[4]。目前，針對尾礦庫的研究多集中在尾礦庫穩(wěn)定性評價預測模型、尾礦庫生態(tài)風險評估和尾礦資源綜合利用[5]3個方面。除此之外，周科平等[4]認為尾礦庫的發(fā)生具有連鎖性、因果性、交叉性的特征，呈現(xiàn)出明顯的鏈式效應，建立了5種不同破壞模式的尾礦庫潰壩災害鏈。然而，5種尾礦庫潰壩災害鏈僅考慮了尾礦庫的穩(wěn)定性，并未涉及尾礦庫災害中存在的其他問題和相應的斷鏈減災模式。本文試圖建立一種更為完善的尾礦庫地質(zhì)環(huán)境災害鏈系統(tǒng)，在此基礎上提出尾礦庫災害鏈的孕源斷鏈減災模式、人為斷鏈減災模式和基于資源重利用的斷鏈減災模式，并著重分析闡述尾礦資源重利用在尾礦庫災害鏈斷鏈減災中的積極作用。

1 尾礦庫災害鏈系統(tǒng)的建立

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

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

激發(fā)環(huán)是指直接觸發(fā)災害鏈發(fā)生的因素[7]。對于尾礦庫，災害發(fā)生的激發(fā)因素主要包括地震、水、重力、風、附加荷載等，誘發(fā)尾礦庫災害發(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，尾礦庫在水的長期作用下，在重力的作用或當受到地震作用力、附加荷載作用下，由于上述致災環(huán)節(jié)的存在，可能會誘發(fā)尾礦庫的失穩(wěn)破壞而導致尾礦庫災害鏈的發(fā)生。而尾礦庫對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現(xiàn)的。

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

斷鏈環(huán)是指災害鏈停止進行，災害不再繼續(xù)發(fā)生的環(huán)節(jié)。廣義的斷鏈環(huán)包括人為干預切斷災害鏈和災害鏈自動切斷2種情況。人為干預切斷災害鏈是指災害鏈的損壞環(huán)發(fā)生之前通過各種措施人為干預切斷災害鏈的環(huán)節(jié)，此時，災害通常沒有發(fā)生；災害鏈自動切斷是指災害鏈損壞環(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，災害不再繼續(xù)發(fā)生，災害鏈自動切斷，進入斷鏈環(huán)，此時，災害通常已經(jīng)形成。狹義的斷鏈環(huán)僅指人為干預切斷災害鏈。而研究災害鏈的意義也在于如何有效人為干預切斷災害鏈，避免災害的發(fā)生。故本文所指的斷鏈環(huán)一般指狹義的斷鏈環(huán)。尾礦庫災害鏈結構見圖1。

圖1 尾礦庫災害鏈結構

2 尾礦庫災害鏈斷鏈減災模式

尾礦庫災害鏈斷鏈減災可以通過多種途徑來實現(xiàn)。對于新建或擬建的大型尾礦庫，當前管理制度較為完善。在可行性研究階段會按照相關規(guī)范和制度對擬建的尾礦庫進行充分的評價，評價的內(nèi)容涵蓋了擬建尾礦庫建設場地地質(zhì)災害評價，擬建尾礦庫對建設場地內(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)境的影響評價。在設計階段，對擬建尾礦庫建立科學有效的信息化在線監(jiān)測系統(tǒng)[3]，保證尾礦庫在使用中和閉庫后監(jiān)測系統(tǒng)的有效性，嚴格按照相關規(guī)范設計尾礦庫壩體，采取預防生態(tài)環(huán)境污染的措施，保證尾礦庫在要求的激發(fā)因素的作用下不會發(fā)生損壞。在尾礦庫建設或之后使用和閉庫階段，能夠按照有效的管理制度進行科學管理?？傊?，對于新建或擬建的大型尾礦庫，能夠從根源上防止災害的發(fā)生，符合尾礦庫災害鏈孕源斷鏈的模式，孕源斷鏈是災害鏈各種斷鏈減災模式中成本最低、破壞程度最小、效果最好的模式。在條件許可的情況下，應當首選孕源斷鏈的減災模式。孕源斷鏈減災模式的具體措施包括尾礦庫建設之前，對尾礦庫可能影響到的土壤、地下水、空氣、植被、農(nóng)作物、建構筑物以及尾礦庫自身的穩(wěn)定性等進行客觀科學的評價，選擇適宜的場地和方案進行建設；建立完善的信息化在線監(jiān)測系統(tǒng)；嚴格按照設計要求使用尾礦庫；閉庫后對其進行科學合理的管理，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，從源頭上切斷尾礦庫災害鏈的發(fā)展。

而對于當前現(xiàn)存的大多數(shù)尾礦庫，由于建庫標準不高，以守庫人員經(jīng)驗管理為主，缺乏科學、安全管理手段等，較易出現(xiàn)致災環(huán)節(jié)中提出的各類問題，形成尾礦庫災害鏈的致災環(huán)，就錯失了災害鏈孕源斷鏈的時機。面對已經(jīng)形成的尾礦庫地質(zhì)災害鏈，通常做法只有針對尾礦庫災害鏈致災環(huán)節(jié)出現(xiàn)的各種問題采取必要的工程措施進行治理，來達到斷鏈減災的目的，這種斷鏈減災模式成本較高，破壞程度較小，效果較為一般；除此之外，仍然存在相當數(shù)量的尾礦庫在其災害鏈發(fā)育程度經(jīng)過致災環(huán)節(jié)、激發(fā)環(huán)節(jié)進入損壞環(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)中污染了場地或周邊的生態(tài)環(huán)境，或因失穩(wěn)破壞發(fā)生潰壩災害，才不得不采取必要的工程措施進行治理，實現(xiàn)尾礦庫災害鏈的斷鏈，防止尾礦庫災害鏈形成新的災害循環(huán)，這種斷鏈減災模式成本最高，破壞程度較大，效果最差。人為斷鏈減災模式的具體措施因災害鏈發(fā)育程度、災害類型的不同而不同，應當針對災害鏈中出現(xiàn)的不同損壞環(huán)節(jié)被動地采取相應的工程措施進行人為干預。

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

針對現(xiàn)存的多數(shù)尾礦庫，提出了一種新的斷鏈減災模式，即基于資源重利用(礦產(chǎn)資源回收和整體利用)的尾礦庫災害鏈斷鏈減災模式。我國對尾礦庫進行資源重新利用由來已久，但由于長期以來選礦技術未獲得突破，綜合利用率一直很低，有學者統(tǒng)計，我國尾礦綜合利用率不足10%[5]。隨著近年來礦產(chǎn)品價格不斷攀高和選礦技術的不斷突破，對尾礦庫進行資源重利用的經(jīng)濟效益越來越好，對尾礦庫進行綜合利用評價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個方面，可以達到資源化、減量化和無害化等目標[5]。通過對尾礦庫資源進行重利用，不僅可以獲取礦產(chǎn)資源，還能從根源上消除災害，能夠從源頭上切斷災害鏈，達到尾礦庫災害鏈斷鏈減災的目的。 在目前存在的萬余座尾礦庫中，適宜進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害鏈中問題較多的?；谫Y源重利用的尾礦庫災害鏈斷鏈減災模式見圖2。

圖2 基于資源重利用的尾礦庫災害鏈斷鏈減災模式

資源重利用作為新的尾礦庫災害鏈斷鏈減災模式，針對具體的尾礦庫，可以通過以下措施來實現(xiàn)：首先對尾礦庫中的尾礦進行系統(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)濟可行性，對可以回收的礦產(chǎn)資源重新進行選礦回收，對回收后剩余的尾礦進行整體利用(如作為水泥、黏結磚的原料或其他原材料)，重利用方案實施后既可以回收礦產(chǎn)資源，又能從本質(zhì)上消除尾礦庫災害的發(fā)生。在對重利用方案進行經(jīng)濟可行性評價時，并不能單純把尾礦當做礦產(chǎn)資源進行評價，而應當充分考慮到已經(jīng)存在的尾礦庫對周邊生態(tài)環(huán)境污染的代價、保證尾礦庫安全穩(wěn)定性的成本以及對尾礦庫后期管理的成本等因素，在此基礎上的經(jīng)濟可行性評價才能客觀反映重利用方案的經(jīng)濟可行性，而這也是將資源重利用作為尾礦庫災害鏈斷鏈減災模式的重要因素之一。由此可知，資源重利用斷鏈減災模式成本較低，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害鏈斷鏈減災模式。

3 結 語

(1)建立了一套更為完善的尾礦庫災害鏈，詳細論述了災害鏈的致災環(huán)、激發(fā)環(huán)、損壞環(huán)和斷鏈環(huán)的內(nèi)涵和各個環(huán)節(jié)之間的關系，并在此基礎上提出了3種不同的尾礦庫災害鏈斷鏈減災模式，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模式。

(2)新建或擬建的大型尾礦庫可采用孕源斷鏈減災模式；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；現(xiàn)存的多數(shù)尾礦庫均可采用資源重利用進行斷鏈減災。

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