（环境工程专业论文）尾矿库污染防治与事故应急处理措施研究.pdf

摘要 尾矿库，不仅是用来容纳尾矿及其废水的环境保护设施，还是一个潜在的高能量污 染源。它一旦失事发生污染事故，对环境的破坏不可想象，对人类社会的影响不可估计。 因此，对于尾矿库而言，环境保护与安全稳定是相辅相成、有机统一的。 根据对国内外已发生的众多尾矿库事故的调查研究，发现几乎绝大多数的尾矿库污 染事故原因都与“水 有关。尾矿库环境污染主要表现为尾矿废水有毒有害物质对环境 造成的危害及特别是尾矿库溃坝事故给环境造成的更加严重的危害，主要是由尾矿水造 成的地表水污染、地下水污染、土壤污染、大气污染、放射性污染等生态破坏，以及溃 坝造成的更严重的生态破坏和人员、财产损失等。基于这样的思路，本论文创造性地提 出“急性污染事故和“慢性污染事故”理论，结合尾矿库安全现状综合评价理论及方 法，深入分析并提出导致急性污染事故的五类主要危险因素：排渗、泄洪、地震、坝体 结构及诸如腐蚀等其他因素，和导致慢性污染事故的尾矿废水有害因素。依据尾矿坝稳 定性分析结论，确定了尾矿库两类污染事故的主线尾矿废水，因此，对尾矿废水的 处理研究就显得格外重要，而且很有必要。所以，为了解决尾矿库及其事故的污染问题， 根据两类污染事故特点，重点提出了尾矿废水处理措施，并建立了事故应急处理体系， 创造性地将尾矿库污染防治与事故应急处理统一起来，将尾矿库对环境的污染风险降至 最低。 关键词：尾矿库，风险因素，污染事故，污染防治，应急处理 a b s t r a c t t a i l i n g sp o n di s a 1 1e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni n s t a l l a t i o nf o rh o l d i n gw 2 l s t em i n ea 1 1 d w 锄e r ，b u tm e a l l w h j l e ，i t sap o l l u t i o ns o u r c e o n c ei tc a u s e ss o m ea c c i d e n t s ，i tl e a d st ot h e 鲫面j lr e s u l tt ot h ee n v i r o m e n ta n di sb a df o rt h es o c i e 吼a sar e s u l t ，t ot a i l i n g sp o n d ， e n v i r o 姗e n t a lp r o t e c t i o na n ds 协i l i 够c o m p l e m e n te a c ho t h e r a c c o r d i n g t ot h er e s e a r c ho fm a n y1 a i l i n g sp o n d sa c c i d e n t sh a p p e n e dh o m ea n da b r o a d t h er e a s o n sa 1 ea j lr e l a t e dt ot h e “w a t e r ，s u c ha sn o x i o u ss u b s t a n c ef 如mw a s t em i n ea 1 1 d w a t e r e s p e c i a l l yt h ec o l l 印s i n ga c c i d e n to ft a i l i n g sp o n db r i n g sv e 巧s e r i o u sc o n s e q u e n c et o t h ee n v i r o n e m e n t s u c ha ss u 如c ew a t e rp o l l u t i o i l ，铲o u n d w a t e rp o l l u t i o n ，s o i lp o l l u t i o n ，a i r p o l l u t i o n ，r a d i a t i o np o l l u t i o na n do t h e re c o l o g yp o l l u t i o n a n db r i n g st h et e r r i b l e l o s so n l a b o u rp o w e ra n df i n a l l c i a lr e s o u r c e s t os u mu p ，t h i st h e s i sa d v a n c e sm et 1 1 e o 缈j a c u t e p o l l u t i o na c c i d e n t ，a n d c l u o n i cp o l l u t i o na c c i d e m c r e a t i v e l y ，a l l dc o m b i n er i s k2 l s s e s s m e n t t h e o 巧a n dm e m o do ft a i l i n g sp o n d ss a f e t yt oa n a l y z ed e e p l ya n df i n df i v em a i nd a n g e r o u s f k t o r sa b o u t “a c u t ep o l l u t i o na c c i d e n t ， ，s u c ha ss e e p a g e ，r e l e a s en o o d w a t e r ，e a r t h q u a l ( ea n d d a n ls t r u c t u r e ， c o r r o s i v e n e s s ， a 1 1 dh 跏f u lf a c t o r sa b o u tc h r o n i cp o l l m i o na c c i d e n t ， a c c o r d i n g t om ea n a l y s i sc o n c l u s i o no ft a i l i n g sd 锄ss t 乏顺l i 劬ih a v eo b t a i n e dt h a tt h em a i n l i n eo ft h et w o 心n d so f1 西l i n g sp o n d sp 0 1 l u t e da c c i d e n t si st h ew a s t e w a t e rf r o mw a s t e m i n e ，s 0 、es h o u l dp a ym o r ea 吮n t i o nt 0t h es o l u t i o no fw a s t em i n ea n dw a t e r i t sn e c e s s a 巧 f o ru st od ot h a t a sar e s u l t ，t os o l v et h ep r o b l e mo ft h ep o l l u t i o nc a i l s e db yt a i l i n g sp o n d s a c c i d e m s ，a c c o r d i n gt ot h et r a i to ft h e s e 铆op o l l u t i o na c c i d e n t s ，m em e s i sf o c u s e so nt h e m e a s u r e so f d e a l i n gw i t hw a s t em i n ea 1 1 dw a t e ra n d f o u n d st h eu r g e n tp r o c e s s i n gm e a l s u r e so f a c c i d e n t m e a n w h i l e ，i tu 1 1 i t e st h ep r e v e n t i n ga l l dc o n t r o l l i n go ft a j l i n g sp o n d sp o l l u t i o na n d t h eu r g e mp r o c e s s i n gm e a s u r e so fa c c i d e mc r e a t i v e l y i nt m sw a mt o 剃u c et h er i s ko ft h e p o l l u t i o nt 0t h ee n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：1 a i l i n g sp o n d ；r i s l ( ) ，f a c t o r s ；p o l l u t i o na c c i d e n t ；p r e v e n t i n ga 1 1 dc o n t 】的1 1 i n g o fp o l l u t i o n ；w 萨n tm e a s u r e 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 论文知识产权权属声明 月 曰 f 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名 导师签名： 埘年6 月日 a 7 础堋 长安大学硕上学位论文 第一章绪论 1 1 论文选题的背景与意义 1 1 1 选题背景 近年来，关于尾矿库溃坝污染事故的报道屡见不鲜，而且不乏人员伤亡重大、损失 巨大、污染严重的尾矿库事故，例如，比较近的特大尾矿库溃坝事故就有2 0 0 8 年9 月8 日，山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司尾矿库“9 8 特别重大溃坝事故，确认遇难 者2 7 6 人，严重污染环境，并造成重大人员伤亡，在社会上造成了特别恶劣的影响。此 外，还有2 0 0 9 年4 月1 5 日，平泉富有铁选有限公司位于河北承德市平泉县卧龙镇大庙 村的一座尾矿库坝体发生局部管涌，部分坝体坍塌，尾矿砂冲向公路，将一辆行驶中的 皮卡车掩埋，造成车内的3 人遇难；2 0 0 7 年1 1 月2 5 日，辽宁鞍山市海城市西洋集团鼎 洋矿业公司选矿厂尾矿库发生溃坝事故，其下游海城市甘泉镇向阳寨村受灾严重，事故 造成1 5 人死亡，2 人下落不明；2 0 0 7 年5 月1 8 日，位于山西繁峙县的山西宝山矿业公 司发生尾矿库溃坝，造成直接经济损失4 0 0 0 多万元，当地5 个村5 6 l 亩耕地受损，太 钢集团峨口铁矿变电站损毁、球团厂停产，还造成蛾河、滹沱河污染；2 0 0 6 年8 月1 5 日，山西太原市娄烦县马家庄乡银岩选矿厂尾矿库发生坝体垮塌，同时将相邻的新阳光 选矿厂尾矿库摧垮，溃坝后泥沙奔涌而下，导致蔡家庄村部分村民和房屋受到冲击，造 成6 人死亡，2 人下落不明，1 人重伤，还有2 0 人轻伤；2 0 0 6 年4 月3 0 日，陕西省商 洛市镇安县黄金有限公司尾矿库“4 3 0 ”溃坝事故，造成1 7 人死亡；2 0 0 6 年4 月2 3 日，河北唐山市迁安市蔡园镇蔡园村庙岭沟铁矿一闭库尾矿库发生溃坝事故，6 人被掩 埋，其中1 人死亡，5 人下落不明；2 0 0 5 年11 月8 日，山西临汾地区临汾市浮山县峰 光选矿厂与城南选矿厂共用的尾矿库大坝发生决口，顷刻间，数百吨的泥沙从3 0 0 m 高 的山头顺着山谷冲了下来，泥石流冲垮下游临时工人的住房，造成4 人死亡，4 人失踪。 这些是近4 年，发生在我国有报道的尾矿库渍坝事故。 除了我国，在矿产资源开发较发达的国家中，因堆存尾矿不善，造成严重危害的也 不在少数：1 9 9 8 年，西班牙a z n a l c 6 l l a r 尾矿坝溃坝，致使下游4 6 0 1 07 i n 2 区域受到污 染【l 】；1 9 9 5 年圭亚那o m a i 金矿尾矿坝遭受破坏后，9 0 0 名圭亚那人因饮用氰化物污染 水死亡f 2 】；1 9 9 4 年，南非m e r r i e s p m i t 尾矿坝溃坝，导致17 人死亡【3 】；1 9 8 5 年，意大利 s t a v e 尾矿坝的溃坝导致了近3 0 0 人死亡和巨大的财产损失1 4 1 。 第一章绪论 纵观历史上的每一次尾矿库事故，不仅造成人员伤亡、财产损失，还造成了严重的 环境污染、生态破坏问题，极大地威胁着人民生命安全和子孙后代的生存环境。 我国矿产资源非常丰富，矿产资源开发利用是经济发展和社会发展过程中极其重要 的物质基础。目前，我国9 2 的一次能源、8 0 以上的工业原材料、3 0 的工农业用水 和城乡居民用水来自矿产资源【5 1 。国内矿产资源的平均品位较低，在选矿过程中大量尾 矿不可避免地产生并外排，而且，随着矿产资源可利用程度的提高，矿石的可丌采品位 相应降低，也会增加尾矿产排量。尾矿是矿山选矿过程中排放的粉末状的矿渣，一般是 以尾矿矿浆形式排放并经自然脱水后所形成的固体废弃物，主要储放于尾矿库内1 6 j 。黑 色、有色、化工、核工业、建材和轻工业等行业的矿山都有尾矿库等容纳尾矿的设施。 据国家安监总局统计，我国现有矿山尾矿库约6 2 6 1 座，其中，河北省的尾矿库数量最 多，达到1 8 4 6 座，占全国总数的2 9 4 8 f 7 】。尾矿存储量约5 0 0 1 0 9 t ，这其中铁矿尾矿 量为2 6 l 1 0 9 t ，主要有色金属尾矿储量为2 1 l 1 0 9 t ，以黑色和有色矿山行业的尾矿库 数量居多，其他矿山行业约占不到2 0 。据中国工程院最近的研究表明，我国12 种大 宗矿产资源的开采排放尾矿量约3 0 0 1 0 8 妇。掘初步统计，我国矿山尾矿的排放量以每 年1 0 的速度增加【8 1 。在国外，前苏联有色矿山堆存了4 1 0 1 0 9 m 3 尾矿，排入废石场的 废石为2 2 0 1 0 8 2 5 0 1 0 8 m 3 a ：美国有色矿山废石与尾矿产排量为3 6 0 1 0 5 们，目前 至少堆存了8 0 0 x 1 0 9 t 尾矿1 9 1 。 当前，国内约有1 0 座尾矿库库容超过1 0 0 1 0 8 m 3 ，最大的已达8 0 0 1 0 8 m 3 ，大概 有2 6 座尾矿库的坝高超过1 0 0 m ，最高的达到了2 6 0 m 。依数量，坝高小于3 0 m 的小型 尾矿库至少占8 0 ，但依储量，大中型尾矿库储存了至少8 0 的尾矿量，即占总数量 2 0 的大中型尾矿库的库容却占了总设计库容的8 0 i l 训。根据有关资料表明，我国许多 矿山尾矿库长期处于险、病、超期限服务状态，情况不容乐观，如表1 1 所示l 。从表 中数据可以看出：无明显事故隐患的f 常库总数为5 9 9 座，占提供正确调查记录库数的 2 6 8 ；有明显事故隐患的危险库4 0 6 座，占提供j f 确调查记录库数的1 8 2 ；还有1 2 2 8 座未能判断。据专家估计，全国正常运行的尾矿库不足7 0 ，有的行业约有4 4 左右的 尾矿库处于病、险、超期服务状态。并且，我国采用上游法筑坝的尾矿坝约占9 0 以上， 主要由于这种筑坝方法简单易行，便于管理，适应性很强，筑坝费用低，但是这种坝体 的沉积密度一般偏低，浸润线偏高，难以控制渗流，因此事故污染破坏风险较大。 2 长安大学硕士学位论文 表1 1 尾矿库安全状况调查表 止常库危险库未知安全度库 库容规模( 1 0 4 m 3 ) 数第( 座)比例( )数量( 座)比例( )数量( 座)比例( ) 1 0 0 03 63 6 71 41 4 34 84 9 0 合计 5 9 92 6 84 0 61 8 21 2 2 85 5 0 尾矿排放和废弃具有很多危害【9 ，1 2 】： l 、环境危害 ( 1 ) 土地污染与浪费。大量尾矿排放，己累积占用土地至少9 0 0 1 0 5 亩。据统诈，。 四十年来，包括因水土流失减少的4 0 0 1 0 7 亩，已造成经济损失超过1 o o x l 0 1 1 冠年。 尾矿中的各种有害重盒属离子迁移到土壤，并逐渐富集，严重危害土壤环境。1 9 6 4 年， 由于洪水冲击，致使英国威尔士北部的某尾砂池的尾砂流失毁坏了大片肥沃的草原，覆 盖尾砂厚达o 5 m ，严重污染了土壤，造成牧草大面积死亡。 ( 2 ) 水环境污染。由于尾矿中混杂酸、碱、悬浮物质、重金属元素、选矿药剂及 含硫化矿物等，尾矿的排放堆放及事故流失，以及尾矿淋滤液均会严重危害土壤、水体， 毒害牲畜和鱼类，甚至人类自身，使生态环境需要上百年恢复或者甚至无法恢复。例如， 金堆城铝业公司粟西尾矿库排洪隧道塌陷，造成1 3 6 x 1 0 6 m 3 尾矿和尾矿废水泄露，使陕 西河南两省1 6 个县、市的水源遭到污染；易门铜矿山尾矿直接排入绿汁江，东川铜矿 尾矿直接排入金沙江，山西铁矿大多数矿山的尾矿直接排入沟谷，都造成了不同程度的 水系和土地的污染3 1 。据原冶金部对九个重点选矿厂初步调查，发现这些厂附近约1 0 0 0 条大小河流由于尾矿排弃而受到污染。西班牙蛔l a l 6 1 l a r 尾矿坝溃坝后，水中的金属浓 度变大，造成严重的地下水污染【1 4 j 。c a r s o n 河由于被倒入含h g 浓度超标几百倍的尾矿， 严重污染了下游的l a l l o m a i l 水库和s l i l l w a t e r 野生生物管理区1 1 5 】。1 9 9 6 年，玻利维亚 p o r c o 矿尾矿库释放了大约2 3 5 1 0 5 m 3 尾矿库废水流入m op i l a y a 流域，造成了该河流 a s 、p b 、c d 等重金属含量提高，甚至在离矿区2 0 0 k i i l 远处还有影响【1 6 l 。 ( 3 ) 空气污染。尾矿砂、土颗粒细、质量轻，具有遇水易流、遇风易扬等缺点， 3 第一章绪论 因此干燥地区堆放的尾矿很容易随风飞扬，引发大范围的空气污染。英国特罗根铅锌矿 的尾矿粉尘被吹到弗林特撤尔地区，弗龙勾茨铅锌矿的尾矿粉尘被刮到威尔士中部地 区，造成了大面积的空气污染。1 9 9 8 年复，我国金川镍矿的尾矿库由于大风刮起尾矿砂 尘暴，造成了严重的空气污染事故。 ( 4 ) 放射性污染。某些矿产资源含有诸如i h 的放射性元素，它们的尾矿排弃后， 会对周围环境，包括生物，造成放射性污染，甚至可以通过植物富集进入食物链，危害 人类的身体健康。 2 、安全危害。尾矿库含有大量的尾矿水，不很稳定，一旦地震或洪水爆发，就可 能导致尾矿坝的溃坝和决堤，将会危及公共设施、人民的生命和财产安全，后果不堪设 想。例如，1 9 8 6 年，湖南某矿的尾矿坝坝体因暴雨而坍塌，造成数十人伤亡，直接经济 损失达数百万元；1 9 7 0 年9 月，赞比亚某矿尾矿坝的尾砂涌入矿坑内，致使井下8 9 名 工人死亡。 3 、能源浪费。选矿过程中采用机械破碎和磨矿的方法使有用矿物和脉石矿物单体 解离，这个过程不仅需要动力，还产生大量尾矿。而选矿厂的破碎和磨矿费用一般占选 厂总成本的4 0 左右，即选矿过程中近一半的投资是用在矿物的粉碎和磨细上。所以， 从一定意义上而言，废弃尾矿就是在浪费能源。 4 、矿产资源浪费。我国矿产资源伴生矿、共生矿较多，含有些投资少、易利用、 生产加工方便、还很有利用价值的尾矿，就应当加以综合利用，否则，就会造成矿产资 源及大量人力、物力、财力的浪费。如同用瓷和建筑陶瓷工业所耗费的高岭土量是非常 大的，但我国的高岭土矿在开采和加工精选过程中，在获得高岭土的同时，往往会大量 浪费石英、云母、长石等有用非金属矿产资源。 美国克拉克大学公害评定小组的研究表明：尾矿库事故的危害在世界9 3 种事故、 公害的隐患中名列第1 8 位。它仅次于核爆炸、神经毒气、核辐射等危害，而比航空失 事、火灾等其它6 0 种灾害严重f 1 7 】。国内外尾矿库自运行以来，大都有不同程度的病害 史，直接引起数十人以上死亡，并造成严重的环境污染、恶劣的社会影响的尾矿库事故 报道不绝于耳。 2 0 0 1 年国际大坝委员会( i c o l d ) 和联合国环境规划署( u n e p ) 以尾矿坝：发 生危险的可能性及从实践经验中吸取的教训为题联合发布公告，总结了过去5 0 年中 发生的约2 3 0 起尾矿坝事故，列举了事故对人类的生命财产和生态环境所造成的巨大损 失【1 8 】。 4 长安人学硕i 二学位论文 因此，依据以上分析，针对解决尾矿库污染问题，一是要对尾矿加以综合利用，从 根本上减少排放量，二是进行系统的尾矿库污染防治，尤其是对不可抗力事故造成的污 染进行应急处理，毕竟尾矿库具有巨大的潜在污染能量，而且影响其稳定的因素很多， 有些因素甚至很敏感。但是，目前状况下，尾矿的综合利用刚刚起步，要从根本上解决 问题，还需很长时间，所以，很有必要对尾矿库事故污染防治，以及事故应急处理措施 进行深入的研究。 1 1 2 研究的目的与意义 矿产资源开发已对全球很多地区造成前所未有的破坏，成为世界公认的污染大户之 一，是关于人类社会能否可持续发展的关键问题之一。而矿山生产中污染主要来自于尾 矿和废水。选矿尾矿占矿石产量的9 0 以上，为了堆存数量巨大的尾矿，需要建造大量 的尾矿库。因此，尾矿库是矿山资源开发活动中的一种重要的生产和环保设施，它的稳 定直接关系着矿山生产的安全有序进行、环境保护及库区下游人民生命财产的安全。目 前，关于尾矿库的研究主要集中于安全与环境两个方面。查阅文献资料可以看出：在国 内，对尾矿库( 坝) 的安全性( 主要是稳定性) 研究较多，而对尾矿库( 坝) 环境污染 与防治方面的研究则不多。根据笔者统计，在中国知网数据库中可检索到的1 9 9 9 年o ， 2 0 0 8 年十年间关于尾矿库( 坝) 的研究生学位论文仅有7 4 篇，而这其中有3 1 篇文章是 矿产、安全方面专业学生所写，1 8 篇文章为地质、力学结构方面专业学生所作，其他专 业的论文1 0 篇，然而，环境生态类专业学位论文只有1 5 篇。在这7 4 篇论文中，绝大 多数主要研究尾矿库安全稳定性问题，以及讨论引发安全问题的尾矿库排渗、地震液化 机理和工程应用问题，有关环境方面的问题都在重点探讨尾矿的综合利用及研究重金属 迁移污染问题，具体涉及综合污染防治与事故应急处理体系的研究暂时还没有，这正是 本论文的创新点之一；在国外，对尾矿库( 坝) 环境污染与防治方面研究比较多。 尾矿库在保护矿山环境中起到了举足轻重的作用，它主要用于堆放、处理矿山选矿 所产生的尾矿废渣等污染物质。但是目前，相当数最的尾矿库存在着不稳定因素，有的 是坝体己过了服务年限，还仍在使用，超负荷导致坝体出现裂缝；有的是地质条件复杂， 导致尾矿坝体安全性较差。这些因素不同程度的影响了尾矿库的正常功能，甚至威胁着 人民生命财产的安全。与此同时，尾矿库的不合理选址、设计施工，无保障扩容，使得 尾矿库的运行稳定性受到极大地威胁，灾害事故时有发生。所以在管理尾矿库方面，面 临着许多安全稳定和环境保护的技术问题。 5 第一章绪论 尾矿库环境污染主要表现为尾矿废水有毒有害物质对环境造成的危害及特别是尾 矿库溃坝事故给环境造成的更加严重的危害。主要有由尾矿废水造成的地表水污染、地 下水污染、土壤污染、大气污染、放射性污染等生态破坏，以及溃坝造成的更严重的生 态污染破坏和人员、财产损失等。由此，污染防治基本上是围绕尾矿废水处理与尾矿库 事故问题引出的坝体堆筑、排渗、泄洪、地震液化、环境污染等尾矿库稳定性问题展开 的。因此，对尾矿库来说，环境与安全是一个有机统一的整体。所以，不论是从环境角 度，还是从安全角度出发，都应该对污染物质进行处理无害后有序排放，目的是防范于 未然，同时有必要建立起一套快速有效地尾矿库事故污染应急处理措施，最大限度地保 护环境及社会安全。 论文通过介绍尾矿库设施及其功能，结合尾矿库安全现状综合评价，分析得出尾矿 库主要污染源、重要风险因子，提出尾矿废水污染控制措施和尾矿库发生污染事故的应 急处理措施。一方面，正确指导尾矿库安全运行，尽可能地减少或避免尾矿库环境污染， 保证矿山生产正常地进行；另一方面，发生尾矿库安全事故时，可以提供应急处理措施， 通过合理的组织安排，构建科学的应急处理体系和应急指挥系统，快速有效地组织救援， 使得事故应急系统能够有系统、有计划、有规律的展开，减少环境损失和社会损失。从 而，达到保护自然环境，维护人民生命、财产安全，实现可持续开发矿产资源的目的。 由于科学地分析尾矿库可能潜在的各种环境污染风险，并提出针对性较强的污染处 理方式、措施，能够达到在生产阶段就将污染风险控制在安全范围内，利于防范于未然， 同时在应对突发环境污染事故上，建立起一套统一的应急处理系统，实现快速调动相关 职能人员能够依据应急措施和预案，根据实际情况，对一些特殊、突发污染事故做出有 序、快速而高效的反应，采取相应的防治措施，使损失和污染降剑最小。 1 2 国内外尾矿库排水及废水处理研究现状 根据尾矿库的特点，尾矿库的排水应该涉及两个方面：一是尾矿库排渗，这是尾矿 库运行、闭库都要面临的重大问题，因为尾矿由选矿厂输送至尾矿库储存是通过管道输 送尾矿浆方式，事实上，尾矿的堆积过程，同时也是尾矿废水的蓄积过程，这就不可避 免的产生浸润线过高，威胁尾矿库稳定的风险，因此，排渗系统是每一个尾矿库系统不 可或缺的一部分；二是尾矿库泄洪，这也是尾矿库的重要的部分，由于地形因素，尾矿 库区在降水，尤其是强降水之后，库区迅速集水，如果不及时外排的话，浸润线升高会 很快，或产生洪水漫顶，导致尾矿坝溃坝事故，将造成更为严重的环境污染和恶劣的社 6 长安人学硕士学位论文 会影响。 根据赵晖统计发生事故的资料，列出各种事故的原因与事故的几率，见表1 2 【1 9 】。 分析表中数据可知，渗流、洪水漫顶、泄洪工程失效等事故原因造成的失事几率占到 8 5 。事故分析还指出，坝基渗流失事多发生在坝体堆筑的前4 年时间内，而有5 0 发 生在运行的头一年里。坝身渗流造成事故的，约有3 3 发生在竣工后五年内，泄洪构筑 物破坏约有3 3 发生在施工后的一年半时间内，而有6 0 的泄流失事发生在泄流时，9 6 的坝坡或坝肩滑动失事发生在竣工1 5 年后。 表1 2 事故失事原因与几率表 失事原因洪水漫顶坝身渗漏 坝基渗漏泄洪r j ：程失效其他 几率( ) 2 81 92 21 6 1 5 近年来，尾矿库排水方面的研究受到国内外很多专家学者的重视，开展了很多研究， 也取得了一定的成绩。 新中国成立后，尾矿库工程专业队伍从无到有，再到现已拥有尾矿工程科研、勘察； 设计、施工与生产普理的各类专门人才。在高堆坝渗流与稳定分析的理论研究和实践， 降低坝体浸润线增加坝体稳定性的理论与实践，岩溶区和地震区的尾矿库建设，尾矿废 水处理，中线法和下游法筑坝工艺研究和实践，细泥筑坝理论与实践，排水系统、复垦 和尾矿的综合利用等方面都达到了较高水平。 工程中为了降低尾矿坝浸润线，尾矿库工程专家研究提出水平排渗、轻型井点排滋 辐射井式排渗等方法。同时指出各种方法的优缺点，具体选用时还要结合考虑尾矿坝的 渗流状况、所处位置、地质等条件。例如，本钢歪头山铁矿小西沟尾矿坝采用了水平孔 一竖直袋装砂井联合自流排渗技术【2 0 】，安徽钟山铁矿尾矿坝采用水平排渗技术【2 1 1 ，均取 得了良好的效果。此外，沈楼燕提出利用水利反滤原理进行尾矿库泄洪系统的“柔性封 堵”技术，并应用于江西铜业公司银山铅锌矿尾矿库，达到了经济有效的效果【2 2 1 。 大连理工大学土木水利学院水力学教研室在国内较早地开展了排水系统泄流尾矿 坝渗流电模拟试验研究，取得了较丰硕的试验研究成果。原大连工学院水利系水工实验 组对鞍钢尾矿库排水系统的泄流能力、溢水塔水流流态、塔体消能以及塔体振动进行水 力模型试验研究1 ；1 9 8 1 年1 1 月，崔莉、徐孟川、王庆国等人对德兴铜矿2 号尾矿库 泄洪系统进行了水力模型试验研究f 2 4 1 ；1 9 8 1 年1 2 月，徐孟川对德兴铜矿铜埠尾矿库泄 水建筑物进行了水工模型试验【2 5 】；1 9 8 3 年l o 月，大连工学院水利系水力学实验室对本 溪钢铁公司南芬选矿厂小庙沟尾矿库7 号溢水塔进行水力模型试验研究【2 6 】；1 9 8 6 年1 2 7 第一章绪论 月，周书勤、杨景芳对北台新尾矿库排水系统进行水力模型试验研究网；1 9 9 4 年7 月， 杨景芳、倪汉根、周晶等对唐钢司家营铁矿尾矿库泄水系统进行水力模型试验，分别对 泄水系统的泄流能力、泄流时塔体的振动特性以及塔体和排水管的抗震特性进行模型试 验研究【2 8 】；2 0 0 3 年6 月，马媛玲，崔莉对本钢歪头山尾矿库泄水系统进行了防洪安全 性和排水系统的泄流稳定性研究【2 9 1 。 另外，当今计算机广泛普及的时代，在计算机上开发、应用和分析模型研究方面也 己取得了相当的进展。如南京水利科学研究院在尾矿库渗流及模拟试验研究中提出采用 等参数单元的空间渗流数学模型，具有较高精度，基本上能反映尾矿坝多层次非均质和 各向异性，适用于待建尾矿库的渗流预测和己有病、险库的渗流安全分析。 人类采矿历史悠久，特别是最近数十年，随着社会的迅猛发展，采矿活动更加频繁， 尾矿库污染逐步凸显，人们认识到尾矿库污染的危害性。而尾矿库环境污染主要表现为 尾矿废水有毒有害物质对环境造成的危害及特别是尾矿库溃坝事故给环境造成的更加 严重的污染。主要有由尾矿废水造成的地表水污染、地下水污染、土壤污染、大气污染、 放射性污染等生态破坏，以及溃坝事故造成的更严重的生态破坏等。据专家估算，目前 每年产生的选矿废水在3 5 0 1 0 1 0 t 以上，而我国对采矿产生的废水重复利用率仅为4 2 。 尾矿废水危害巨大，而且污染水体事故常有发生。 例如，加拿大的克拉布斯湖上游的卡里布老余矿山选矿厂将尾矿直接堆放于湖的东 北侧，占地面积很大，堆积厚度达4 m 左右。经测定发现，湖中沉积物中a s 、p b 、z n 的平均浓度类似于尾矿下部地下水中a s 、p b 、z n 的平均浓度，这表明尾矿中的a s 、p b 、 z n 从尾矿堆积区迁移到了湖泊中1 3 0 】。1 9 6 4 年，洪水冲刷了英国威尔士北部的巴尔克铅 锌矿尾矿池，尾矿流失后毁坏了大片肥沃的草原，其覆层厚达0 5 m ，在一般土壤中，铅 锌含量超过5 0 0 m l ，就会严重毒害生物，而覆盖的尾矿层中，铅锌含量竟高达 6 0 0 1 0 4 8 0 0 1 0 4 m g l ，对土壤的危害不言而喻。美国由于选矿与选煤及尾矿池与废 石堆所产生的物理、化学污染，使1 4 4 8 0 k r n 以上河流的水质恶化f 3 。金堆城钼业公司 粟西尾矿库排洪隧道塌陷，造成1 3 6 1 0 6 m 3 尾矿和尾矿废水泄漏，使陕西河南两省1 6 个县、市的水源遭到污染。 水体污染问题一直是环境学界研究的重要课题，尤其是对沉积物中重金属环境行为 的研究，近年来，国内外专家学者对尾矿库废水污染这一问题，都给予了越来越高的重 视，对沉积物中的重金属污染研究较多，特别是对水体污染的研究，取得了较大进展。 o m a n 矿业公司从1 9 8 2 年至1 9 9 3 年，在尾矿坝下游1 4 k n l 范围内，布设了监测井 8 长安大学硕士学位论文 网，获得了1 2 a 地下水的污染数据【3 2 】。 g h o m s h e im m 等在加拿大n i c k e lp 1a = t e 矿，采用综合水化学和同位素的方法来测定 尾矿库的渗漏，从而评价库水对地下水的污染【3 3 1 。 k e m p e rt 等采用反射光谱法测定被尾矿水污染土壤中的重金属含量【3 4 1 。 m a n i np ：等在r a n g e r 铀矿尾矿坝附近设置监测井来监测水质，发现硫酸盐的浓度提 高了1 0 0 0 倍，并且观察到了2 2 6 i h ，同时，还采用镭的同位素来监测钻孔水质【3 5 】。 f e m a n d e sh m 等通过重余属和放射性元素的监测数据，评价巴西p o c o sd ec a l d a s 尾矿库对水体的污染，并预测了未来闭库后潜在的环境影响【3 6 1 。 a z c u e 等研究了加拿大某尾矿堆积地区湖底沉积物中孔隙水的会属污染【3 0 】。 a m e k l e i v 等研究了挪威g a u l a 河由于采矿活动影响而造成的水体污染。 第三、四、五届酸性采矿废水国际研讨会分别于1 9 9 4 年美国匹兹堡、1 9 9 7 年加拿 大温哥华和2 0 0 0 年美国可罗拉多州举行，第四、五、六届尾矿与采矿废料国际研讨会 分别在1 9 9 7 年、1 9 9 8 年和1 9 9 9 年举行，还有1 9 9 7 年举行的环境地球化学国际研讨会穸 都从不同角度、不同程度地讨论了矿床开采的环境问题，影响机理和污染预防、控制措 施。 2 0 0 0 年，t r o s n e r ；2 0 0 1 年，m a s c a m ；2 0 0 1 年，k w a n g k o ok i m 分别对尾矿废水 中有毒有害成分的组成及其对环境的污染等进行了研究。 于2 0 0 2 年在英国爱丁堡召开第1 8 届国际矿物学大会，会议关于环境矿物学方面的 论文就有9 l 篇，主要分布在矿物与微生物的相互作用、生物矿化作用、环境矿物学与 人类健康及矿物学和污染环境地球化学等方面【3 7 1 ，尤其是矿物的环境属性与无机界天然 自净功能研究取得了较多成果。 d ig f 等分析了意大利s a r d i i l i a 现用的m a s u a 铅锌矿尾矿库和废弃的m o n t e v e c c h i o 铅锌矿尾矿坝渗流水流过区域的土壤和水，发现含有严重的p b ，z n ，z d ，c u 等重金属 污染【3 8 】。 另外，还有s c o 玎e 1 1s 、b 璐e l l ig 、l uk 、b 1 i 出g e 、p a u l s o n 等、l a n g e d a lm 、 p e t e r sgp 等监测分析了尾矿坝污染及其对象，同时，还进行了污水处理等方面的研究 【3 9 】 o 在国内，部分专家学者对我国湖南湘西金矿、湖北铜绿山铜铁矿、贵州滥木厂铊矿 等矿区水体污染以及矿山酸性排水形成机理进行了研究。占幼鸿等通过现场工业试验， 研究分析了酸性废水与尾矿浆直接混合对尾矿分级堆坝的影响，得出酸性废水的存在导 9 第一章绪论 致尾矿分级系统的粗砂产率降低，粒度变细，抗剪强度降低，这将直接影响尾矿坝的稳 定性。饶运章等运用人工神经网络的改进b p 算法对某铜铁矿尾矿库废水水质指标进 行了分析、分类和仿真预测，揭示了尾矿库废水的污染特性，并查清了主要污染物【4 。 为了减少尾矿废水对环境的污染，很多专家学者对污水治理方法进行了研究。 g r o u d e vs n 等认为由厌氧菌和潮湿土壤组成的系统可以有效的治理含重金属、放 射性元素、砷以及硫酸盐的尾矿库废水，其中厌氧菌存活于一个由家禽肥料、麦杆及锯 屑等组成的混合体中4 2 1 。 w i 】s o nh r 介绍了采用粉砂堆筑坝体时，在迎水面使用聚氯乙烯( p v c ) 材料进行 不透水人工衬砌的防止尾矿坝渗漏污染的方法【4 3 1 。 李社红等提出了在尾矿浆产生的同时进行氰化物处理的建议【删。 林奕宗等研究了尾矿库废水的净化，提出了通过在坝的迎水面内侧敷设过滤和净化 材料，废水通过坝体时，其悬浮物、重金属离子和其他有机物与过滤材料进行物理化学 作用，从而达到净化废水的目的的方法【4 5 1 。 刘成在介绍对我国松尾矿山利用铁氧菌处理矿山酸性废水的基础上，阐明了铁氧菌 对f e 2 + 的氧化机制，分析了铁氧菌的环境因素，认为矿山酸性废水处理的关键是去除铁 离子f 矧。 覃朝科等采用由坝体向上游倒流排放尾矿浆，从而沉淀尾矿砂、使废水经二级多池 串联得到自然沉淀澄清的处理模式。一方面，增强了坝体稳定性，另一方面，并可有效 地沉淀分离颗粒悬浮物和重金属元素( 4 7 j 。 饶运章等在分析某黄铁铅锌矿尾矿库1 4 年的废水监测数据的基础上，绘制出了尾 矿库废水p h 值与重金属离子浓度的关系曲线，建立了p h 值与重金属污染的数学模型， 揭示了尾矿库废水酸化与重金属污染规律，提出了密闭覆盖尾矿库隔绝硫化物与h 2 0 、 0 2 反应及在尾矿浆中添加碱性物质中和 h + 】、从而切断重金属离子溶出反应链等根治尾 矿库废水酸化与重金属污染的控制技术【4 8 1 。 陈明等通过试验研究了石灰脱稳一絮凝剂沉淀法处理江西某钨矿尾矿库废水，并得 到了去除废水中重金属离子及水中胶体悬浮物等杂质的良好效果i 删。 李学金等对某铁矿尾矿库酸性废水处理试验进行研究，提出两段中和法处理尾矿酸 性废水，比常规的一段中和法节省石灰用量，节约处理费用【5 0 1 。 在国外，加拿大尾矿管理己成为专门学科，污染控制技术研究取得了很大成绩。 根据翻阅国内外有关文献资料，及目前尾矿库环境污染防治的动态，可以看出：国 1 0 长安大学硕l ：学位论文 内外对于尾矿库排渗机理及其影响因素、尾矿库排渗设施、排渗材料的研究居多，但是， 出于经济及技术原因，大部分尾矿库所采用的还是传统的排水方式，隐患较多；当前， 尾矿库研究主要集中于安全与环境两个方面。在国内，对尾矿库的安全稳定性研究较多， 而对尾矿库环境污染与防治方面的研究则很少。在国外，对尾矿库环境污染与防治方面 研究较多。 1 3 尾矿库事故应急处理现状 面对突发性事故造成的社会、环境等巨大灾难，主要发达国家都适时制定了一系列 应急管理措施，从组织、法律、政策措施等方面逐步建立起相应的应急管理机制。从突 发事故应急管理的不同发展阶段看，发达国家都已经历了由单项防灾向综合防灾，再转 向预警应急管理的渐进式发展历程1 5 。1 9 7 9 年后，美国成立了联邦紧急管理署( f e m a ) ， 下设国家应急反应队，实施应急救援工作。九十年代又制定并完善了“联邦应急计划”， 规定了联邦政府各部门的灾害救助职责，并规范了相当具体的工作程序，使应急管理不 断走向综合防控和预警应急管理阶段1 5 引。1 9 8 9 年联合国环境规划署提出了“地区级紧 急事故的意识和准备”，即“a p e l l 计划”1 5 3 1 。发达国家一般都建立了国家级和地方 级的常规应急管理组织机构，注重部门之间、国家与地方之间的协调应对。俄罗斯于1 9 9 4 年设立联邦紧急事务部，负责整个联邦自然和人为灾害应急救援统一指挥和协调，工作 成果直接对总统负责，成为与国防部、外交部并列的重要国家部门。同时，发达国家应 急管理法规体系相当健全，并根据应急形势的发展不断修改完善。六十年代初的日本就 制定了灾害对策基本法，并于1 9 9 5 年进行了完善，使这部法律更加严密，再加上对 于各个条款都制定了具体的行动计划，同时配套其它领域的专门性的法律，从而形成了 比较全面的应急管理法规体系。发达国家处理突发事件时，首先是发布信息，尽快提出 应急处理措施，为降低损害、损失赢得主动。由此，国外也较早地制定了应对尾矿库等 安全事故的应急预案，并充分利用国家应急资源，降低损害，保护环境。 我国应急管理机制起步较晚，应急管理的发展大约经历了两个阶段：初始阶段和快 速发展阶段。我国目前的事故应急工作，虽然有了一定的基础，但是没有形成明确、统 一、系统的应急体系，远远不能适应我国国民经济发展和安全生产工作的需要。2 0 0 3 年7 月国家提出加快突发公共事件应急机制建设的重大课题，国务院办公厅专门成立 “建立突发公共事件应急预案工作小组 。2 0 0 4 年5 月，国务院办公厅将省( 区、市) 人民政府突发公共事件总体应急预案框架指南印发各省，要求各省人民政府编制突发 第一章绪论 公共事件总体应急预案，在2 0 0 4 年9 月底前报国务院办公厅备案。2 0 0 5 年1 月，温家 宝总理主持召开国务院常务会议，原则通过国家突发公共事件总体应急预案和2 5 件专项预案、8 0 件部门预案，共计1 0 6 件【5 4 1 。2 0 0 5 年7 月2 2 2 3 日国务院召开全国应 急管理工作会议，标志着中国应急管理纳入了经常化、制度化、法制化的工作轨道。2 0 0 6 年1 月8 日国务院发布国家突发公共事件总体应急预案，总体预案是全国应急预案 的总纲，明确了各类突发公共事件分级分类和预案框架体系，规定了国务院应对特别重 大突发公共事件的组织体系、工作机制等内容，是指导预防和处置各类突发公共事件的 规范性文件。国务院各有关部门已编制了国家专项预案和部门预案。全国各省、自治区、 直辖市的省级突发公共事件总体应急预案均己编制完成。各地还结合实际编制了专项应 急预案和保障预案。许多市( 地) 、县( 市) 以及企事业单位也制定了应急预案。至此 我国应急预案框架体系初步形成。 目前国家安全生产监督管理总局已明确提出“尽快建立、健全事故应急救援体 系”，按照体系完整、机制完善、功能齐全、反应灵敏、决策果断、行动迅速、运转协 调、救助有力的要求，积极整合现有应急救援力量，改善装备条件，推进技术进步，构 建新的格局，对突发性事故的防范和应急也越来越重视。为了预防和减少尾矿库事故， 规范尾矿库事故灾难应急管理和应急响应程序，建立快捷有效的应急工作机制，及时开 展应急救援工作，最大程度地减少人员伤亡和财产损失，2 0 0 7 年5 月，国家安监总局发 布了尾矿库事故灾难应急预案。并督促各省有关部门，及矿山企业制定适合自身情 况的尾矿库事故应急预案。 但是，与国外相比，我国应急救援工作还存在一定的差距：第一，应急救援力量分 散，应急指挥职能交叉，则往往存在职责不明、机制不顺、针对性不强等问题，难于协 同作战，发挥整体救援能力；第二，应急管理薄弱，应急反应迟缓；第三，应急装备数 量不足而且落后，