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at h e s i si ns a f e t yt e c h n o l o g ya n de n g i n e e r i n g s t u d y o nh a z a r di d e n t i f i c a t i o na n d c o n t r o l l i n go ft a i l i n gp o n d b yl iz h a o d o n g s u p e r v i s o r :a s s o c i a t e p r o f e s s o ro i nh u a l i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 0 8 : 争 l 独创性声明 本人声明,所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 一、 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人己经发表或撰 :、“ 写过的研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名:攀 | k 季、 h 期:2 蠲,、7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流,请在下方签名;否则视为同意。) 学位论文作者签名:导师签名: 签字日期:签字日期: 。 、文 勺。 ? 鼻- l 一 东北大学硕士学位论文 摘要 尾矿库致灾因素辨识与控制 摘要 飞、新世纪,安全成为时代的主题。尾矿库是矿山的一个重要危险源,需要 人,ii 勺重视。它遍布全国各地,数量多、危险性大,一旦发生垮坝、漫顶等 事故,将会造成重大人员伤亡和财产损失。尾矿库事故发生的原因是多方面的, 影响因素众多,有的原因具有潜在性、突发性,但也有其一般规律性,只有掌握 了灾害发生、发展的规律性,才能有效避免事故的发生和发展。 根据我国的尾矿库的特点,研究我国的尾矿库危险、有害因素以及触发原因。 把尾矿库的诸多危险源包括溃坝、漫顶、滑坡、渗漏等运用预先危险性分析法对 它们的危险性进行分级,并且对它们的触发原因进行详细的论述。在相应分析的 基础上用检查表赋分的方式对尾矿库进行安全性评价,并对尾矿库的致灾因素建 立相应的检查表,对危险因素给予识别,并采取相应的措施,可以方便管理者和 作业人员对尾矿库的致灾因素有一定的了解,并做出相应的防御措施,避免或减 少事故发生,将极大提高尾矿库安全管理水平和防灾抗灾能力。 关键词:尾矿库;危险、有害因素;预先危险性分析法;检查表;安全性评价。 1 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d y c o nh a z a r di d e n t i f i c a t i o na n d o n t r o l l i n go fi l i n gp o n d a b s t r a c t i nt h en e wc e n t u r y ,s e c u r i t yh a sb e c o m et h et h e m eo ft h et i m e s t a i l i n gp o n di s o n eo f i m p o r t a n ta n dd a n g e r o u sf o u n t a i n h e a d so fm i n e ,a n dn e e d st ob ea t t a c h e d i m p o r t a n c e t h e ya c r o s st h ec o u n t r y t h e ya r ev e r yd a n g e r o u s i ft h ee v e n t so f c o l l a p s ea n do v e r t o p p i n gh a p p e n ,t h e yw o u l dr e s u l ti nh e a v yc a s u a l t i e sa n dp r o p e r t y l o s s e s t h ea c c i d e n to c c u r r e dt a i l i n gp o n d sa r em a n yr e a s o n s t a i l i n gp o n d sa f f e c t e d b ym a n yf a c t o r s s o m eo ft h er e a s o n si sp o t e n t i a la n ds u d d e n b u tt h e ya l s oh a v et h e i r u s u a lr e g u l a r i t y i fw eg r a s pt h el a w so ft h e m ,w ew i l lb ea b l et oe f f e c t i v e l yp r e v e n t t h eo c c u r r e n c ea n dd e v e l o p m e n to ft h ea c c i d e n t a c c o r d i n gt oc h i n a sc h a r a c t e r i s t i c so ft h et a i l i n gp o n d s ,ih a v es t u d i e dc h i n a s t a i l i n gp o n d sd a n g e r o u sa n dh a r m f u lf a c t o r s ,a sw e l la st r i g g e rr e a s o n s t h em a n y h a z a r d so ft a i l i n gp o n di n c l u d ed a m - b r e a k ,o v e r t o p p i n g ,l a n d s l i d e s ,l e a k a g ea n ds oo n iu s ep r e l i m i n a r yh a z a r da n a l y s i st oa n a l y s i sp r i o rt ot h e i rr i s ko fag r a d e i nt h i sp a p e r , t h e i rt r i g g e rc a u s e sa r ed i s c u s s e di nd e t a i l t h ep a p e ra n a l y z e ss e c u r i t yo f t a i l i n gp o n d w i t ht h em e t h o do fc h e c k l i s t t h ec h e c k l i s ta b o u tt h eh a z a r df a c t o r so f t a i l i n gp o n da r e s e tu pt oi d e n t i f i e dh a z a r do ft a i l i n g sp o n d s om a n a n g e r sa n dw o r k e r sc a nt a k e c o r r e s p o n d i n gm e a s u r e st oc o n t r o lt h e m i fm a n a g e r sa n d w o r k e r sh a v eac e r t a i n u n d e r s t a n d i n go ft h eh a z a r df a c t o r so ft a i l i n gp o n d ,t h e yc a nm a k ea p p r o p r i a t e p r e c a u t i o n a r y m e a s u r e st oa v o i do rr e d u c ea c c i d e n t l o s s e s , w h i c hw i l l g r e a t l y e n h a n c et h el e v e lo ft h e t a i l i n gp o n d sm a n a g e m e n ta n dt h ea b i l i t yo fd i s a s t e r p r e v e n t i o na n dr e s i l i e n c e k e yw o r d s :t a i l i n g p o n d ;d a n g e r o u s a n dh a r m f u l f a c t o r ;p r e l i m i n a r y h a z a r d a n a l y s i s ;c h e c k l i s t ;s a f e t ye v a l u a t i o n i i i 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i ,摘要i i a b s t r a c t i i i 目录i 第一章绪论1 1 1 尾矿库1 1 2 研究的背景及动态4 1 3 研究的目的和意义。2 1 4 研究的主要内容5 第二章尾矿库危险源的辨识6 2 1 危险源辨识原则6 2 2 尾矿库的危险源一9 2 2 1 主要危险因素辨识及分析9 2 2 2 主要有害因素辨识及分析。1 2 2 2 3 重大危险源辨识及分析1 3 第三章危险源的分级1 6 3 1 危险源分级方法1 6 3 2 危险源的危险性分级17 第四章尾矿库危险性评价和控制措施的研究2 1 4 1 尾矿库溃坝事故树分析一2 l 4 2 危险因素检查与控制措施表2 4 4 2 1 尾矿库安全管理单元2 5 4 2 2 尾矿排放与筑坝单元2 6 4 2 3 尾矿库排洪系统单元2 7 4 2 4 尾矿库水力输送单元3 0 4 2 5 尾矿库回水系统及环境保护单元3 l 4 3 尾矿库安全度分类3 4 4 3 1 危库3 4 4 3 2 险库一3 4 东北大学硕士学位论丈 目录 4 3 3 病库3 4 4 3 4 正常库3 5 4 4 尾矿库坝体稳定性分析3 6 4 4 1 尾矿坝坝坡破坏的一般形态一3 6 4 4 2 坝体稳定性系数3 7 4 4 3 尾矿坝稳定性分析3 7 第五章实例应用4 5 5 1 迁西县金厂峪镇全海铁选厂尾矿库的基本情况4 5 5 1 1 地理位置4 5 5 1 2 自然地理条件4 5 1 5 1 3 尾矿库现状及周边环境4 5 5 1 4 选厂提供的基本工艺资料4 6 5 2 尾矿库的危险性评价和控制措施的制定4 6 5 2 1 尾矿库安全管理单元4 6 5 2 2 尾矿排放与筑坝单元4 7 5 2 3 尾矿库排洪系统单元4 9 5 2 4 尾矿库水力输送单元5 3 5 2 5 尾矿库回水系统及环境保护单元5 4 5 3 整改后的尾矿库危险性评价一6 0 5 3 1 尾矿库安全管理单元6 0 5 - 3 2 尾矿排放与筑坝单元6 1 5 3 3 尾矿库排洪系统单元6 3 5 3 4 尾矿库水力输送单元6 6 5 3 5 尾矿库回水系统及环境保护单元6 7 5 3 6 尾矿库安全检查表汇总6 9 5 3 7 尾矿坝的稳定性分析7 0 5 3 8 尾矿库防洪验算7 l 5 3 9 渗流稳定计算7 2 5 4 小结7 3 第六章结论7 4 参考文献7 5 致 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 尾矿库1 】 第1 章绪论 尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的用以贮存金属,非金属矿山进行矿石 选别后排出尾矿的场所。其相关术语如下: 全库容 某坝顶标高时尾矿库的全部库容,包括有效库容、死水库容、蓄水库容、调 洪库容和安全库容五部分。 有效库容 某坝顶标高时,初期坝内坡面、堆坝外坡面以里( 对下游式尾矿筑坝则为坝 内坡面以里) ,沉积滩面以下,库底以上的空间,即容纳尾矿的库容。 调洪库容 某坝顶标高时,最高沉积滩面、库底、正常水位三者以上,最高洪水位以下 的空间。 总库容 设计最终堆积标高时的全库容。 尾矿坝 贮存尾矿和水的尾矿库外围坝体构筑物,般指初期坝和堆积坝。 初期坝 基建中用当地材料筑成的,作为堆积坝的排渗体和支撑体的坝。 堆积坝 生产过程中在初期坝坝顶以上用尾矿充填堆筑而成的坝。 上游式( 尾矿筑坝法) 在初期坝上游方向充填堆积尾矿的筑坝方式。 中线式( 尾矿筑坝法) 在初期坝轴线处用旋流分级粗砂冲积尾矿的筑坝方式。 下游式( 尾矿筑坝法) 在初期坝下游方向用旋流分级粗砂冲积尾矿的筑坝方式。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 沉积滩 水力冲积尾矿形成的沉积体表层,常指露出水面部分。 滩项 沉积滩面与堆积坝外坡的交线,为沉积滩的最高点。 滩长 由滩顶至库内水边线的距离。 j 坝高 对初期坝和中线式、下游式筑坝为坝顶与坝轴线处坝底的高差。j 总坝高 与总库容相对应的最终堆积标高时的坝高。 堆坝高度或堆积高度 尾矿堆积坝坝顶与初期坝坝顶的高差。 尾矿库挡水坝 长期或较长期挡水的尾矿坝,包括不用尾矿堆坝的主坝及尾矿库侧、后部的 副坝。 1 2 研究的背景及动态 据资料初步统计2 儿3 1 ,目前国内已经形成一定规模的尾矿库有1 5 0 0 座左右。 其中主要集中在冶金和有色金属行业,其它行业约占2 0 。我国重点黑色冶金矿 山现拥有大、小尾矿库约7 0 余座。其中设计库容超过1 0 0 0 m 3 、设计坝高超过6 0 m 的大、中型尾矿库( 包括新建库在内) 共3 9 座;堆积坝设计高度在l o o m 以上的有 1 6 座。有色金属矿山的尾矿库,目前建成投产的有5 0 0 座左右。已堆存尾矿1 5 , 亿t 。与黑色金属矿山相比,有色金属行业除少数1 亿m 3 以上库容的大型库外, 多数尾矿库的库容在1 0 0 0 万m 3 以下。就目前统计资料,有色金属矿山中尾矿坝 设计坝高超过l o o m 的有4 座。其中,江西德兴铜矿尾矿库的设计坝高达2 0 4 - 2 1 5 m ,号称亚洲第一大库。尾矿坝发生溃坝破坏时,尾矿砂往往立即液化,进一 步扩大坝的缺口,沿山谷向下游倾泄。其危害程度比水库溃坝严重得多。每次尾 矿库事故不仅造成人员伤亡,而且经济损失严重。并多造成周围环境污染等次生 灾害1 3 3 】。 尾矿库事故在国内外屡见不鲜,几乎每次都会造成重大事故。在国内,云锡 东北大学硕士学位论文第一章绪论 公司火谷都尾矿库19 6 2 年9 月2 6 日发生溃坝,造成死亡1 7 1 人、受伤9 2 人,受 灾人口达1 3 9 7 0 人的巨大事故;1 9 8 6 年4 月3 0 日,安徽黄梅山尾矿库由于渗流 破坏发生溃坝,造成1 9 人死亡,受伤9 5 人;1 9 9 4 年7 月1 3 日湖北大冶有色金属 公司龙角山铜矿由于暴雨冲击,尾矿库溃坝,死亡2 8 人、失踪3 人。最近的2 0 0 6 年4 月3 0 日下午十八时四十分,地处陕西南部的镇安县黄金矿业有限责任公司对 其尾矿库实施第六期加坝增容施工时,部分主体坝垮塌,奔涌而出的尾矿浆将坝 下九户民众的4 0 间房屋吞噬,造成1 7 人下落不明,5 人受伤。而在国外,尾矿库 的危害也不容忽视,1 9 6 5 年3 月2 8 日智利中部发生7 2 5 级地震。在该地区的1 1 座尾矿坝中有1 0 座遭到严重破坏,死亡2 1 0 人。日本持越的两座尾矿库在1 9 7 8 年1 月1 4 日伊豆近海地震及1 5 日余震时相继发生流动性坍滑,流出土砂矿渣泥 浆9 万多m 3 ,使下游遭受灾害。2 0 0 0 年1 月3 0 日,罗马尼亚乌鲁尔金矿废水大 坝发生泄漏,1 0 万多升含有氰化物、铜、铅等重金属的污水流入多瑙河支流蒂萨 河。污水流经之处,所有生物一律暴毙【5 0 1 【州。为了避免这种灾难性事故不在我国 重演,我们的有关部门、企业都要以极大的社会责任感关注尾矿库的安全运行, 采取措施改善尾矿库的安全运行状态。 我国多数尾矿库的地理位置十分重要,选址时很难避开生态敏感区或人口密 集区。有的位于大江、大湖、重要水源地上游,有的位于重要公交设施上游,有 的在密集的居民区上游。马家田尾矿库,设计库容1 8 6 x 1 0 3 m 3 ,位于金沙江畔; 包钢尾矿库,设计库容6 9 1 0 7 m 3 ,面临黄河、包兰铁路;广东大顶铁矿尾矿库, 设计库容5 5 x 1 0 6 m 3 ,位于著名的新丰江水库上游;云锡牛坝荒尾矿库,库容 3 1 0 7 m 3 ,位于个旧市之上,高出个旧湖2 5 0m :本钢的小庙儿沟尾矿库,设计库 容1 0 5 x 1 0 8 m 3 ,大坝下游工业与民用建筑密集;承钢双塔山尾矿库,设计库容 7 2 5 x 1 0 6 m 3 ,下游南侧为白庙村,居民1 3 0 0 余人,西侧是两个工厂的车间和住宅, 北侧是中小学、工厂、居民点。这些特点是我国尾矿库所独有的。 我国由于矿石品位低,选矿要求磨矿粒度细,筑坝的尾矿颗粒也细。筑坝颗 粒越细,沉积滩面就越平缓,库水位易逼近坝前,使得防洪库容减小,不利于安 全渡汛;渗透距离缩短,渗水量加大,这就抬高了坝内浸润线位置,甚至造成出 溢。一般说来,细粒尾矿堆积的坝体孔隙比大、含水量高、固结度低、强度也低, 不利于坝的稳定性。 我国9 0 以上的尾矿坝都采用上游法筑坝,这种筑坝方法简单易行,便于管 东北大学硕士学位论文第一章绪论 理,适应性强,筑坝费用低。但是坝体的沉积密度一般偏低,浸润线偏高,渗流 难以控制。 我国尾矿库的管理体制和运行机制是在计划经济条件下逐渐形成的,是以行 业为中心,以企业为基础,以设计研究院所为技术依托的管理体系。在黑色、有 色、核工业等行业都先后设立了“尾矿坝工程技术安全监督站”,有的地区和大企 业也建立了区域性监督站。各企业都设立了“生产技术科”、“尾矿车间”这样的管理 , 和生产组织。进入2 0 世纪8 0 年代,黑色冶金矿山在原冶金部矿山司的领导下, 组织尾矿坝工程技术安全监督站和有关设计院所,每年对黑色系统骨干矿山的尾, 矿坝逐一进行防汛检查;组织企业负责尾矿库安全运行人员的技术培训;组织修 订尾矿设施管理规程;组织有关专家进行尾矿坝排渗、细粒尾矿筑坝等课题研 究。这些工作有效地促进了病害坝的治理,保证了本系统尾矿库的安全运行。 1 9 9 5 年以来【4 l ,随着我国改革的深入,国家机构、机制进行了调整改革,设 计、科研体制也发生了较大的变化,不少院所转制或进入企业。老一代尾矿处理 专业人员陆续退休,有的院所该专业后继乏人。上述管理体系的运行遇到了困难, 需要进行调整、改革。 进入2 0 世纪8 0 年代,先后修订、制定了有关的勘察、设计、管理、施工验 收规范,使该领域有了配套的工程标准,尾矿设施的有关规定也被列入国标中。 因而,课题的研究成果对尾矿库的设计、管理有一定的指导意义。 1 3 研究的目的和意义 进入新世纪,安全成为时代的主题。尾矿库是重要危险源,遍布全国各地, 数量多、危险性大,一旦发生溃坝、漫顶等事故,将会造成重大人员伤亡和财产 , 损失,因此,特别需要加强尾矿库的安全管理和安全监控。美国克拉克大学公害 评定小组的研究表明1 2 】,尾矿库事故造成的危害,在世界9 3 种事故、公害隐患中, 名列第1 8 位,它仅次于核武器爆炸、d d t 、神经毒气、核辐射以及其它1 3 种灾 害。而比航空失事、火灾等其它6 0 种灾害严重,直接引起1 0 0 人以上死亡的尾矿 库事故屡见不鲜。因此,尾矿库致灾因素的识别与控制有一定的意义。 本论文中研究尾矿库致灾因素的识别与控制是在现有的基础上,把尾矿库的 诸多因素包括溃坝、漫顶等致灾因素建立相应的模型,给予一定的识别与控制, 并采取相应的措施,一旦模型建立起来之后,可以降低尾矿库溃坝的事故风险, 东北大学硕士学位论文第一章绪论 而且可以方便管理者和作业人员做出相应的防御措施,避免或减少事故损失。 1 4 研究的主要内容 尾矿库事故发生的原因是多方面的,影响因素众多,有的原因具有潜在性、 突发性,但也有其一般规律性,只有掌握了灾害发生、发展的规律性,才能有效 的避免事故的发生和发展。本论文的研究为尾矿库致灾因素的识别与控制,采用 专家系统对各预测模型分析和判断,给出预警级别,并进行显示和提示,从而使 得在生产过程中能够提前采取有效的预防措施,将极大提高尾矿库安全管理水平 和防灾抗灾能力。 本论文采用理论分析和现场相结合的方法归纳总结尾矿库的各种安全事故的 致灾因素;研究尾矿库坝体失稳、尾矿库库内滑坡、漫顶、地震液化、坝体开裂 等事故的致灾机理,并建立尾矿库各种安全事故的致灾因素的检查表。 在建立检查表时,找出了具体尾矿库的致灾因素,并制定了相应的技术措旌 和安全管理措施对其进行控制。 , 东北大学硕士学位论文第二章尾矿库危险源的辨识 第2 章尾矿库危险源的辨识 2 1 危险源辨识原则【5 】【6 l 在尾矿库的危险源辨识中,本文充分利用了系统安全工程的基本观点。 安全工程领域涉及的危险,主要是指人们在生产活动和生活活动中意外发生 的各种事故造成的人员伤亡、财产损失或环境污染的危险。面对这些危险,人们 做出种种努力以回避危险,追求安全。安全工作的根本目的,就是防止事故的发 生,或者在事故发生后,尽量减少事故所造成的人员伤亡、财产损失或环境污【7 1 【8 】。 人们希望充分利用已有的科学技术知识去认识事故发生的规律,在事故发生 前预测事故的发生和事故可能造成的后果,从而先行采取措施防止事故发生,或 者在一旦发生事故时,最大限度地避免、减少人员伤亡和财产损失。 2 0 世纪6 0 年代末出现的系统安全理论工程为我们提供了系统的、定量的事故 预测和安全评价的理论和方法。在系统安全工程中,事故预测与系统安全评价紧 密地联系在一起,相辅相成。根据系统内存在危险源的情况,预测可能发生的事 故;通过对系统内危险源的危险性评价和对危险源控制措施的评价,定量地预测 事故发生的可能性以及一旦发生事故时其后果的严重程度。 我国自2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初开始了系统安全评价与预测的研究和应用, 并与工业安全的理论、方法紧密结合,使得原本为解决大规模复杂系统安全性问 题的系统安全工程迅速在工业安全领域推广和普及。 2 0 世纪8 0 年代中期,一些行业,如机械、化工等行业,开展了群众性的安全 评价工作,其中包含了系统安全性评价;一些化工、石化、医药企业应用火灾爆 炸指数法进行了系统安全评价;核工业、海上石油等工业领域开展了概率危险性 评价。 我国群众性的系统安全工程实践推动了系统安全工程研究的不断深入,在故 障树分析与合成,危险源辨识、评价理论和方法等方面取得了很大的进展。特别 是在国家“八五”计划期间,国内进行了题为“重大危险源宏观控制技术研究”的科技 攻关,开始了重大事故后果分析以及针对重大危险源的系统安全评价,推动了我 国的重大危险源辨识、评价和控制研究工作【4 9 1 。 东北大学硕士学位论文 第二章尾矿库危险源的辨识 目前,系统安全评价在我国核工业、航空航天、海上石油、矿业、冶金、化 工、机械、电力、建筑等各工业领域都得到了广泛应用。 系统安全是人们为解决复杂系统的安全性问题而开发研究出来的安全理论、 原则和方法体系。所谓系统安全,是在系统寿命期间内应用系统安全工程和管理 方法,辨识系统中的危险源,并采取控制措施使其危险性最小,从而使系统在规 定的性能、时间和成本范围内达到最佳的安全程度。从安全科学理论的角度,系 统安全包含如下创新的安全观念。 ( 1 ) 没有绝对安全 系统安全与以往的安全观念不同,认为世界上没有绝对安全的事物,任何事 物中都包含有不安全的因素,具有一定的危险性,安全只是一个相对的概念。 既然没有绝对的安全,系统安全所追求的目标也就不是“事故为零”那样的极 端理想的情况,而是达到“最佳的安全程度”,一种实际可能的、相对的安全目标。 ( 2 ) 安全工作贯穿于系统的整个寿命期间 这是系统安全的一个基本原则,即早在一个新系统的构思阶段就必须考虑其 安全性问题,制定并开始执行安全工作规划,进行系统安全工作,并把系统安全 工作贯穿于整个系统寿命期间,直到系统报废为止。 该项原则充分体现了系统安全的重要特征:安全工作不仅仅是在系统运行阶 段进行,而是贯穿于整个系统寿命期间,即在新系统的构思、可行性论证、设计、 建造、试运转、运转、维修直到废弃的各个阶段都要举识、评价、控制系统中的 危险源。在新系统的构思、可行性论证和设计阶段进行的系统安全工作,包括预 测新系统中可能出现的危险源及其危害,通过良好的工程设计消除或控制它们, 更能体现预防为主的安全工作方针。 ( 3 ) 危险源是事故发生的原因 系统安全认为,系统中存在的危险源( h a z a r d ) 是事故发生的根本原因。按定义, 危险源是可能导致事故的潜在的不安全因素。系统中不可避免地会存在着某些种 类的危险源。系统安全的基本内容就是辨识系统中的危险源,采取措施消除和控 制系统中的危险源,使系统安全。 ( 4 ) 不可靠是不安全的原因 可靠性是判定、评价系统性能的一个重要指标,表明系统在规定的条件下, 在规定的时间内完成规定功能的性能。系统由于性能低下而不能完成规定的功能 东北大学硕士学位论文第二章尾矿库危险源的辨识 的现象故障或失效。系统的可靠性越高,发生故障的可能性越小,完成规定功能 的可能性越大。当系统很容易发生故障时,则系统很不可靠。 系统安全分析是从安全角度对系统进行的分析,它通过揭示可能导致系统故 障或事故的各种因素及其相互关联来辨识系统中的危险源,以便采取措施消除或 控制它们。系统安全分析是系统安全评价的基础,定性的系统安全分析是定量的 系统安全评价的基础。 系统安全分析的内容和方法如下: 系统安全分析的目的在于辨识危险源,以便在系统运行期间内控制或根除危 险源,系统安全分析一般包括以下内容: ( 1 ) 调查和分析可能出现的初始、诱发的和直接引起事故的各种危险源及其 相互关系; ( 2 ) 调查和分析与系统有关的环境条件、设备、人员及其他有关因素; ( 3 ) 调查和分析利用适当的设备、规程、工艺或材料控制或根除某种特殊危 险源的措施; ( 4 ) 调查和分析对可能出现的危险源的控制措施及实施这些措旌的最好方 法; ( 5 ) 调查和分析对不能根除的危险源失去控制或减少控制可能出现的后果: ( 6 ) 调查和分析一旦对危险源失去控制,为防止伤害和损害所采取的安全防 护措施。 目前人们已开发研究了数十种系统安全分析方法,适用于不同的系统安全分 析过程。这些方法可按实行分析的过程的相对时间分类,也可按分析的对象、内 容分类。从分析的数理方法的角度,可分为定性分析和定量分析,从分析的逻辑 方法的角度,可分为归纳的方法和演绎的方法。 在危险源辨识中得到广泛应用的系统安全分析方法主要有以下几种: ( 1 ) 检查表法( c h e c k l i s t ) : ( 2 ) 预先危害分析( p r e l i m i n a r yh a z a r da n a l y s i s ,p h a ) : ( 3 ) 故障类型和影响分析( f a i l u r em o d e l a n de f f e c t sa n a l y s i s ,f m e a ) : ( 4 ) 危险性和可操作性研究( h a z a r da n do p e r a b i l i t ya n a l y s i s ,h a z o p ) ; ( 5 ) 事件树分析( e v e n tt r e ea n a l y s i s ,e t a ) ; ( 6 ) 故障树分析( f a u l tt r e ea n a l y s i s ,f t a ) 。 东北大学硕士学位论文第二章尾矿库危险源的辨识 2 2 尾矿库的危险源 尾矿库使用过程中,存在着许多可能导致人员伤亡、财产损失事故的不安全 因素一危险、有害因素,即尾矿库危险源。 在大量现场调研并不断探索的基础上,依据国家有关法律法规、标准、规范 的规定以及以往尾矿库的事故经验教训,辨识出尾矿库建设项目存在的主要危险、 有害因素并分析如下。 2 2 1 主要危险因素辨识及分析 2 2 1 1 溃坝 矿山尾矿库,由于管理不善、检查不及时等原因,造成坝体处于超高不足及 干滩太短,汇水面积过大与溢洪设施不畅的不良状态,在降雨量集中的月份,容 易发生溃坝事故。尾矿库溃坝是一种危害极大的安全事故。该事故一旦发生,就 会对周围的环境及居民的生命和财产造成严重的危害。尾矿坝溃决后,伴随着泥 石流的发生,往往会造成大面积的房屋、交通设施、农田的淹没或冲毁,河水受 到严重污染,造成人员的伤亡大、财产损失大、社会影响大。对此,必须予以高 度重视【1 0 1 【l l j 【1 2 1 。 导致尾矿库发生溃坝事故的主要因素有:勘察因素、设计因素、施工因素、 管理因素和自然因素等【1 4 1 【1 5 】【1 8 】【19 1 。 勘察因素:未进行地质勘察或对不良地质情况勘察不明; 设计因素:设计未遵循设计规范;设计方案及技术论证方法不当;选择的坝 址、坝型及排洪系统不合理等; 施工因素:未按规程及设计要求筑坝;初期坝坝体材料不符合要求;防渗层 铺设不当;选择的排水构筑物材料强度不够;堆积坝碾压不实;筑坝时坝基处理 不当等; 管理因素:没有专业管理人员;缺少必要的资金投入;库内及周边乱挖乱采: 未按规程及设计要求进行排放尾矿;没有定期对排洪构筑物进行检查,对检查出 的隐患未及时整改等; 自然因素:超标准的强降雨,地震等。 东北大学硕士学位论文第二章尾矿库危险源的辨识 2 2 1 2 漫顶 尾矿库如果管理不善、安全超高不足、排洪设施不完善、排水系统不畅,在 降雨量集中的月份,容易发生漫顶事故,进而可能引发溃坝事故,后果是严重的【1 5 】 【1 引。因此,建设单位在以后的生产过程中,应做好对上述导致漫顶的诸因素的预 防工作。 2 2 1 3 滑坡【4 5 1 在碾压施工过程中,尾矿坝由于铺土太厚造成碾压不实,或含水量不符合要 求,干重度没有达到设计标准;采用风化程度不同的残积土筑坝时,将粘性土填 在坝下部,而上部又填了透水性较大的土料,放矿后,背水坡上部湿润饱和;尾 矿堆积坝与初期坝二者之间或各期堆积坝坝体之间没有结合好,在渗水饱和;强 烈地震;持续的特大暴雨,使坝坡土体饱和,或风浪淘刷,使护坡遭到破坏,致 使坝坡形成陡坡等原因,都可能造成滑坡1 8 】【2 0 1 。 滑坡能导致尾矿库溃坝事故,因此,即使是小滑坡也不可掉以轻心。 滑坡按性质可分为剪切性滑坡、塑流性滑坡和液化性滑坡:按滑面形状可分 为圆弧滑坡、折线滑坡和混合滑坡16 1 。 滑坡成因很复杂,有勘察、设计、施工等方面的原因:在勘察时没有查明坝 基地质情况、淤泥和高压缩性软土层,设计时未采取相应措施;坝脚处沉陷过大 而引起滑坡,坝基岩石破碎发育,防渗设施损坏,坝坡稳定分析选用各项指标偏 高,对地震因素考虑不周等;筑坝碾压时铺土太厚,碾压不实,达不到设计要求 值等。此外,地震、持续特大暴雨、在坝体附近爆破等原因均可造成坝体滑坡事 故1 1 9 】【2 0 】【2 2 】。 2 2 1 4 渗漏 矿山尾矿库,由于设计方面、施工方面、管理不善、检查不及时等原因,造 成渗漏,它可以导致管涌甚至导致溃坝事故的发生【1 9 】 2 0 】 2 2 1 。 按照渗漏部位可以分为四种:坝体渗漏、坝基渗漏、接触渗漏和绕坝渗漏。 造成坝体渗漏的原因: ( 1 ) 设计方面的因素:土坝坝体单薄,边坡太陡,渗水从滤水体以上逸出;复 式断面土坝的粘土防渗体设计断面不足或与下游坝体缺乏良好的过渡层,使防渗 体破坏而漏水;埋设于坝体内的压力管道强度不够或管道埋置于不同性质的地基, 东北大学硕士学位论文第二章尾矿库危险源的辨识 地基处理不当,管身断裂;有压水流通过裂缝沿管壁或坝体薄弱部位流出,管身 未设截流环;坝后滤水体排水效果不良;对于下游可能出现的洪水倒灌防护不足, 在泄洪时滤水体被淤塞失效,迫使坝体下游浸润线升高,渗水从坡面逸出等。 ( 2 ) 施工方面的因素:土坝分层填筑时,土层太厚,碾压不透致使每层填土上 部密实,下部疏松,库内放矿后形成水平渗水带;土料含砂砾太多,渗透系数大; 没有严格按要求控制及调整填筑土料的含水量,致使碾压达不到设计要求的密实 度;在分段进行填筑时,由于土层厚薄不同,上升速度不一,相邻两段的接合部 位可能出现少压或漏压的松土带;料场土料的取土与坝体填筑的部位分布不合理, 致使浸润线与设计不符,渗水从坝坡逸出;冬季施工中,对碾压后的冻土层末彻 底处理,或把大量冻土块填在坝内;坝后滤水体施工时,砂石料质量不好,级配 不合理,或滤层材料铺设混乱,致滤水体失效,坝体浸润线升高等。 ( 3 ) 其他方面,如白蚁、狸、蛇、鼠等动物在坝身打洞营巢:地震引起坝体或 防渗体发生贯穿性的横向裂缝等也是造成坝体集中渗漏的原因。 坝基渗漏的原因: ( 1 ) 设计方面原因有:对坝址的地质勘探工作做得不够,设计时未能采取有 效的防渗措施,如坝前水平铺盖的长度或厚度不足,垂直防渗墙深度不够;粘土 铺盖与透水砂砾石地基之间,并没有效的滤层,铺盖在渗水压力作用下破坏;对 天然铺盖了解不够,薄弱部位末做处理等。 ( 2 ) 施工方面的原因有:水平铺盖或垂直防渗设施施工质量差:施工管理不 善,在库内任意挖坑取土,天然铺盖被破坏:岩基的强风化层及破碎带未处理或 截水墙末按设计要求施工;岩基上部的冲积层未按设计要求清理等。 ( 3 ) 管理运用方面的原因有:坝前干滩裸露暴晒而开裂,尾矿库放水等从裂 缝渗透;对防渗设施养护维修不善,下游逐渐出现沼泽化,甚至形成管涌;在坝 后任意取土,影响地基的渗透稳定等。 接触渗漏的原因: 造成接触渗漏的主要原因有:基础清理不好,未做接合槽或做得不彻底;土 坝两端与山坡接合部分的坡面过陡,而且清基不彻底或末做防渗齿墙;涵管等构 筑物与坝体接触处,因施工条件不好,回填夯实质量差,或未设截流环( 墙) 及其他 止水措施,造成渗流等。 绕坝渗漏的原因: 东北大学硕士学位论文 第二章尾矿库危险源的辨识 造成绕坝渗漏的主要原因有:与土坝两端连接的岸坡属条形山或覆盖层单薄 的山坡而且有透水层;山坡的岩石破碎,节理发育,或有断层通过:因施工取士 或库内存水后由于风浪的淘刷,岸坡的天然铺盖被破坏;溶洞以及生物洞穴或植 物根茎腐烂后形成的孔洞等。 2 2 1 5 管涌 管涌是尾矿坝坝基在较大渗透压力作用下而产生的险情。管涌险情的发展以 流土最为迅速。它的过程是随着水位上升,涌水挟带出的砂粒增多,涌水量也随 着加大,而挟带出的砂粒也就更多,如将坝基下的砂层掏空,就会导致坝身骤然 下降,甚至酿成决堤的灾害1 19 1 。 2 2 1 6 车辆伤害 尾矿在子坝建设过程中一般采用汽车运材料至尾矿库后,用推土机推平、碾 压,因此,有发生车辆伤害的可能。 2 2 1 7 淹溺 尾矿库一般设有渗水井,若四周缺少安全警示标志、防护设施或照明不足, 人员就可能不慎坠入,造成淹溺事故。 2 2 2 主要有害因素辨识及分析 2 2 2 1 粉尘 在气候干燥季节,尾矿库内和堆积坝外坡面都将随风扬尘。若采取的防尘措 施不力,接尘从业人员长期吸入大量的粉尘( 尾砂颗粒) ,将可能导致尘肺病。 此外,尾矿扬尘还污染了周边环境【17 1 。 2 2 2 2 高温 在盛夏酷暑季节,尾矿库作业环境温度较高,加上劳动强度大,作业人员易 发生眩晕、中暑等症状3 1 1 。 2 2 2 3 低温 在严冬,尾矿库作业人员在寒冷的环境中作业,如果劳动防护不好,容易冻 伤手脚,轻则红肿疼痛,重则可能造成终身残疾。 东北大学硕士学位论文 第二章尾矿库危险源的辨识 2 2 3 重大危险源辨识及分析 重大危险源辨识【1 3 1 根据重大危险源辨识( g b l 8 2 1 8 - - 2 0 0 0 ) 及国家相关重大危险源辨识的法 律法规及其标准,如果尾矿库为四等库以上,则构成重大危险源。尾矿库等级分 级如图2 1 所示: 表2 1 尾矿库等别表 t a b 2 1t h eg r a d eo ft a iii n gp o n d i i ii i _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 等别全库容v ( 万m 3 )坝高h ( m ) 重大危险源辨识的目的主要在于提高管理和预防,防止特大事故的发生。重 大危险源应该按照重大危险源管理办法进行申报和管理。 重大危险源评价 根据可能殃及区内居民点的居民人数、居民点的位置及离坝距离、人口密集 程度、房屋坚固程度及尾矿库的等别等因素,尾矿库溃坝事故可能造成的死亡人 数按下列经验公式估算。 s = ( ,xk ,) ( 2 1 ) i = 1 k f = 0 5 k k l f k 2 f k s f k 4 ,( 2 2 ) 式中。s 一尾矿库事故可能造成的死亡人数,人: j 一尾矿坝下游8 0 倍坝高范围内,刀个居民点的顺序数; m 一第f 个居民点的居民人数,人; k 一第f 个居民点的居民致死率; k 一尾矿库等别系数,见表2 2 : k 。,一第f 个居民点沿主河道到尾矿坝的距离系数,见表2 3 ; 东北大学硕士学位论文第二章尾矿库危险源的辨识 k :广一第f 个居民点的房屋不坚固系数,见表2 4 ; k ,一第f 个居民点的位置系数,见表2 5 ; 蜀,一第i 个居民点的密集程度系数,见表2 6 。 表2 2 尾矿库等别系数( k ) t a b 2 2t h eg r a d ec o e f f i c i e n to ft a i l i n gp o n d ( k ) 表2 3 居民点距离系数( k l i ) t a b 2 3t h ec o e f f i c i e n to fd i s t a n c eb e t w e e np e o p l ea n dt a i l i n gp o n d ( k “) 居民点至尾矿 l 5 h 5 h l 5 lo h1o h l 立0 h 2 0 h l :兰4 0 h 4 0 h l 1 ) 个危险源划分为l n 个危险级 别,这有利于企业管理者进行危险源的管理或项目投资方进行投资决策等。危险 源动态分级的常用方法有:具有自组织模式聚类功能的无教师监督学习的神经网 东北大学硕士学位论文第三章尾矿库危险源的分级 络方法、d t 动态分级法等。 国际上最早提出动态分类的方法始于岩石稳定性分类,为d t 法,由我国学者 林韵梅教授提出。这种方法是基于聚类分析原理进行的分级方法,与传统的分级 法的最大区别是它揭示了分级三要素,即分级判据、分级档数和分级界限之间的 内在规律。因此,近年来一些学者引入到危险评价中来,实现对危险源的动态分 纠1 1 】

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