姚衛(wèi)華 尹鑫偉 張蓓 王瑜 謝昱姝 徐亞博

引言

露天礦山采區(qū)受地形地貌、自然環(huán)境、礦床埋藏條件的制約，加上礦產(chǎn)實(shí)際開采過程中相關(guān)生產(chǎn)工藝要求，可能發(fā)生滑坡與坍塌等地質(zhì)災(zāi)害。

尾礦庫是筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的、用于儲存金屬非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出尾礦或工業(yè)廢渣的場所，是礦山選礦企業(yè)的重要組成部分。在自然災(zāi)害影響下，尾礦庫存在一定的安全隱患，對庫區(qū)下游的設(shè)施、環(huán)境等構(gòu)成威脅（圖1）。

圖1 巴西米納斯吉拉斯州布魯馬迪紐礦壩決堤事故現(xiàn)場

北京市非煤礦山承災(zāi)體包括1個露天礦山和12個尾礦庫，其中1家露天礦山企業(yè)處于生產(chǎn)狀態(tài)。尾礦庫中，有7家停用，5家處于閉庫狀態(tài)，其中11個尾礦庫屬于“頭頂庫”。雖然總體數(shù)量不多，但閉庫和停用的尾礦庫風(fēng)險依然存在，具有壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、浸潤線高及易受極端天氣等災(zāi)害影響等特點(diǎn)，尾礦庫安全風(fēng)險防控成為重中之重。

非煤礦山自然災(zāi)害調(diào)查與評估為掌握特定區(qū)域非煤礦山承災(zāi)體的自然災(zāi)害風(fēng)險和隱患以及危險程度提供了標(biāo)準(zhǔn)和指引。普查工作本身既是摸底，也是補(bǔ)缺。為了最大限度發(fā)揮普查和評估工具的效能，就需要在地方實(shí)踐的基礎(chǔ)上深化指標(biāo)背后的信息收集和整理工作，基于不同非煤礦山承災(zāi)體的地理位置、建設(shè)背景和現(xiàn)實(shí)狀態(tài)，細(xì)化指標(biāo)的分類和內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的本地化、精細(xì)化?？茖W(xué)地解讀和分析指標(biāo)項目也有利于后續(xù)評估人員掌握數(shù)據(jù)來源和評估方法，從而為拓展、創(chuàng)新地方普查工作提供可能。

非煤礦山自然災(zāi)害承災(zāi)體調(diào)查數(shù)據(jù)

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，非煤礦山自然災(zāi)害承災(zāi)體調(diào)查是全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險普查的重要組成部分。其目的在于通過對全國非煤礦山調(diào)查，掌握非煤礦山在地震、地質(zhì)、水旱（洪澇）災(zāi)害等自然災(zāi)害設(shè)防方面的達(dá)標(biāo)情況，以及企業(yè)防災(zāi)減災(zāi)能力，為非煤礦山自然災(zāi)害致災(zāi)危險性評估和全國自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評估提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)支撐。調(diào)查內(nèi)容包括各調(diào)查對象的基本情況、災(zāi)害設(shè)防情況等，具體見表1所示。

表1 非煤礦山自然災(zāi)害承災(zāi)體調(diào)查數(shù)據(jù)情況

本次調(diào)查的數(shù)據(jù)是在非煤礦山事故風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上，指標(biāo)和數(shù)據(jù)的確定均需要以事故和隱患問題為導(dǎo)向。從非煤礦山事故類型看，地下礦事故類型多為冒頂片幫（坍塌）、墜罐、透水、井下火災(zāi)；露天礦以邊坡坍塌、放炮、排土場坍塌事故類型為主；而尾礦庫事故類型主要為潰壩。

不同類別的非煤礦山承災(zāi)體，可能面臨的風(fēng)險因素不同。如對于尾礦庫，在2006年至2012年發(fā)生的52起相關(guān)安全事件中由自然因素引發(fā)的共有15起（圖2）。尾礦庫事故中將近20%都是由洪水導(dǎo)致的，尤其是強(qiáng)降水（特別是暴雨）是誘發(fā)尾礦庫潰壩的重要因素，降雨對于基質(zhì)吸力、抗剪強(qiáng)度等筑壩材料的物理力學(xué)性質(zhì)、孔隙水壓力等應(yīng)力狀態(tài)具有很大影響，可導(dǎo)致壩體變形，嚴(yán)重的可造成潰壩。而地震活動造成的液化破壞或加速蓄水破壞，可能引起滑坡，發(fā)生潰壩，庫內(nèi)有水或遇降雨則容易形成泥石流，破壞巨大。采礦引發(fā)的礦山地質(zhì)災(zāi)害主要有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷及地裂縫等，且?guī)靺^(qū)周邊存在諸多其他危險源與不良地質(zhì)體等，對其自身的安全性也具有一定威脅性。又如金屬非金屬露天礦山，其地質(zhì)條件對礦山的影響主要是邊坡和排土場泥石流。而礦山排土場在汛期可能存在廢石場選址不當(dāng)、防洪設(shè)施和管理措施不符合安全要求的問題，引發(fā)泥石流。金屬非金屬地下礦山則可能由于礦山開采過程中修建工房、修路等活動而開挖山體，加上雨水的沖擊，周邊山體穩(wěn)定性會發(fā)生改變,可能發(fā)生山體滑坡。

圖2 山西省呂梁市交口縣尾礦庫發(fā)生潰壩事故

承災(zāi)體調(diào)查中涉及的數(shù)據(jù)是在過往事故統(tǒng)計、風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上得來的，而在應(yīng)用于實(shí)際對象進(jìn)行評估的過程中，需要結(jié)合承災(zāi)體及所在區(qū)域的自然災(zāi)害特點(diǎn)進(jìn)行針對性的說明。

調(diào)查數(shù)據(jù)與評估數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系

本次評估中調(diào)查數(shù)據(jù)與評估數(shù)據(jù)有著緊密的關(guān)聯(lián)，從災(zāi)害鏈的角度出發(fā)，致災(zāi)環(huán)是破壞承災(zāi)體本質(zhì)安全的因素，如尾礦庫庫區(qū)地形地質(zhì)、排洪構(gòu)筑物地質(zhì)條件等；激發(fā)環(huán)是觸發(fā)承災(zāi)體災(zāi)害的外界因素，如地震、降雨和地質(zhì)災(zāi)害；損壞環(huán)是災(zāi)害鏈形成后對下游造成的危害，如尾礦庫下游的人員數(shù)量；斷鏈環(huán)是切斷災(zāi)害鏈的工程技術(shù)防范措施（圖3）。

圖3 災(zāi)害鏈?zhǔn)疽鈭D

由此，災(zāi)害是自然因素、設(shè)計因素、施工因素、技術(shù)因素、管理因素、社會因素及外界因素的綜合作用結(jié)果，而調(diào)查數(shù)據(jù)與評估數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系直觀地反映了不同承災(zāi)體災(zāi)害鏈的內(nèi)容。如表2所示，列出了非煤礦山中金屬非金屬露天礦山和尾礦庫調(diào)查數(shù)據(jù)與風(fēng)險評估任務(wù)的對照關(guān)系。

表2 調(diào)查數(shù)據(jù)與評估數(shù)據(jù)對應(yīng)表

評估指標(biāo)的二次解析

本次非煤礦山自然災(zāi)害普查的過程是對描述型和評估型兩類數(shù)據(jù)的收集，這一分類是基于數(shù)據(jù)本身是否需要二次判斷來劃分的，其中評估型數(shù)據(jù)又可分為標(biāo)準(zhǔn)判定數(shù)據(jù)和專家判定數(shù)據(jù)。對于調(diào)查數(shù)據(jù)和評估數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分解是必要的，能否準(zhǔn)確地解讀數(shù)據(jù)背后的調(diào)查和評估邏輯，對于現(xiàn)實(shí)中保證評估結(jié)果 的科學(xué)性和真實(shí)性，以及這些數(shù)據(jù)能夠正確地運(yùn)用于非煤礦山的監(jiān)管工作具有積極意義。

1.描述型數(shù)據(jù)

描述型數(shù)據(jù)，指可以依據(jù)既有資料、文件進(jìn)行直接判定的，無須進(jìn)行二次判斷，對于判斷主體的要求不高。如非煤礦山中尾礦庫的名稱、單位名稱、地址、生產(chǎn)狀態(tài)、設(shè)計總庫容、設(shè)計總壩高、歷史自然災(zāi)害次數(shù)等，其中“總庫容、總壩高”等雖然屬于尾礦庫專業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，但其需要嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計文件進(jìn)行判定，且具有對應(yīng)性和唯一性，依然是基于材料的客觀描述。

2.標(biāo)準(zhǔn)判定數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)判定數(shù)據(jù)，是在既有資料、文件基礎(chǔ)上，遵循某些標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)則進(jìn)行判定，要求判斷主體掌握標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)則的內(nèi)容，才能保證判定結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如地震烈度、是否“頭頂庫”、礦山救護(hù)隊的類別、專職礦山救護(hù)隊的規(guī)模等。

其中地震破壞是尾礦庫需要重點(diǎn)關(guān)注的自然災(zāi)害風(fēng)險，加強(qiáng)尾礦庫全生命周期的工程地質(zhì)勘查工作，其重要內(nèi)容就是根據(jù)工程地質(zhì)勘查資料對設(shè)計文件進(jìn)行復(fù)核。而對于礦區(qū)地震烈度的查詢需要通過“中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖”平臺（圖4），輸入行政區(qū)劃參數(shù)進(jìn)行查詢，查詢結(jié)果如顯示為地震峰值加速度，則要根據(jù)GB 18306—2015《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》中地震峰值加速度與烈度對照表加以判斷。

圖4 “中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖”平臺

在“頭頂庫”的判定上，邊坡高度超過200m的露天礦山、“頭頂庫”等事故風(fēng)險相對較高，容易發(fā)生群死群傷的重特大生產(chǎn)安全事故，歷來都是安全生產(chǎn)監(jiān)管部門重點(diǎn)關(guān)注的非煤礦山監(jiān)管對象?！邦^頂庫”潰壩時間短、泥沙流速大，從壩腳到下游1km處往往只有幾分鐘，應(yīng)急時間非常短，下游居民撤離和設(shè)施轉(zhuǎn)移難度大。對于“頭頂庫”的判斷是依據(jù)《遏制尾礦庫“頭頂庫”重特大事故工作方案》的通知（安監(jiān)總管一〔2016〕54號）中“下游1公里（含）距離內(nèi)有居民或重要設(shè)施的尾礦庫”做出的。

3.專家判定數(shù)據(jù)

專家判定數(shù)據(jù)，是在前兩類數(shù)據(jù)的判定基礎(chǔ)上的二次判斷，需要判斷主體擁有專業(yè)背景和經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行專家判定的數(shù)據(jù)，一般是需要結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)資料進(jìn)行計算的數(shù)據(jù)，或是需要進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)地勘查確定的數(shù)據(jù)。如尾礦庫調(diào)查數(shù)據(jù)中，調(diào)洪演算是否按防洪標(biāo)準(zhǔn)要求的年份內(nèi)最大洪水計算、庫區(qū)是否存在潛在地質(zhì)災(zāi)害影響、庫區(qū)是否在可能發(fā)生的泥石流沖擊范圍內(nèi)、庫區(qū)是否在可能發(fā)生的泥石流沖擊范圍內(nèi)、采取的防范措施等。

根據(jù)歷年尾礦庫潰壩事故分析，在可能影響尾礦庫安全運(yùn)行的生物活動、水文氣象和地形地質(zhì)等環(huán)境條件中，洪水風(fēng)險需要重點(diǎn)關(guān)注。全球25%和歐洲35%的尾礦壩事故與強(qiáng)降雨事件有關(guān)。氣候變化將增加極端降雨事件的頻率，即使在預(yù)計年平均降雨量將減少的地區(qū)也是如此。汛期前管理不當(dāng)，未留設(shè)足夠的調(diào)洪庫容，干灘長度接近臨界值，降雨來臨后，庫水位不斷上漲，應(yīng)急處置無效，庫水位上漲，逐漸形成子壩擋水，漫頂、潰壩。

有些尾礦庫因設(shè)計年代較早，采用的防洪標(biāo)準(zhǔn)已無法滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，為了確保尾礦庫能安全度過汛期，需要對其進(jìn)行排洪能力復(fù)核。驗(yàn)證其現(xiàn)在的排洪能力是否滿足規(guī)范要求，準(zhǔn)確的洪水分析和調(diào)洪演算，可以指導(dǎo)尾礦庫的安全管理，確定尾礦庫運(yùn)行水位、干灘長度、安全超高等安全運(yùn)行控制參數(shù)。

根據(jù)GB 39496—2020 《尾礦庫安全規(guī)程》的規(guī)定，“每年汛前，需要根據(jù)尾礦庫實(shí)測地形圖、水位和尾礦沉積灘面實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)洪演算，復(fù)核尾礦庫防洪能力”，并加強(qiáng)對排洪設(shè)施的巡檢、管理及維護(hù)，以應(yīng)對出現(xiàn)頻率最高的潰壩、排洪設(shè)施損壞、泄漏、降雨、洪水漫頂?shù)入[患。調(diào)洪演算需要根據(jù)當(dāng)?shù)亍端氖謨浴分械南嚓P(guān)參數(shù)進(jìn)行專業(yè)計算。

圖5 北京某尾礦庫初期壩

圖6 非煤礦山排洪渠

結(jié)語

本次調(diào)查與評估的數(shù)據(jù)與評估系統(tǒng)緊密關(guān)聯(lián)，評估系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)和指標(biāo)具有簡潔、明確的特點(diǎn)，而關(guān)鍵“字段”的背后往往蘊(yùn)含著自然災(zāi)害防范的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則等信息，除了描述性數(shù)據(jù)以外，需要更加注重標(biāo)準(zhǔn)判定、專家判定數(shù)據(jù)的二次解讀，這也是數(shù)據(jù)應(yīng)用于承災(zāi)體管理方安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，以及政府行業(yè)監(jiān)管工作的前提條件。