趙立芳 趙轉(zhuǎn)軍 曹 興 劉 佳 張兆虎 王 旋

(1.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院；2.西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.甘肅省環(huán)境應(yīng)急與事故調(diào)查中心)

尾礦庫(kù)是由筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的、用來(lái)堆存礦山選別礦石后排出的尾礦或其他工業(yè)礦渣的場(chǎng)所，對(duì)防止尾礦流失、調(diào)節(jié)徑流以及尾礦水的自然凈化等起到重要作用[1]，是礦山生產(chǎn)的重要設(shè)施，但是，尾礦庫(kù)作為一個(gè)復(fù)雜的自然-人工系統(tǒng)，也是金屬非金屬礦山巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源和危險(xiǎn)源，其危害程度在全球?yàn)?zāi)害中排名第18位[2-3]。

近年來(lái)，我國(guó)尾礦庫(kù)引發(fā)的環(huán)境污染事件和安全事故不斷發(fā)生，不僅污染了周邊的水體、土壤和大氣，而且威脅著周邊居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，甚至影響社會(huì)穩(wěn)定[4]。2015年11月23日，甘肅隴星銻業(yè)選礦廠尾礦庫(kù)由于排水井拱板安裝施工不符合設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致2.5萬(wàn)m3的含銻尾砂和尾礦水外泄，嚴(yán)重污染了約346 km河道、17.13萬(wàn)m2農(nóng)田以及部分區(qū)域的地下水，造成甘肅、四川、陜西3省的重大突發(fā)環(huán)境事件，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)6 120.79萬(wàn)元；2008年9月8日，山西襄汾鐵礦尾礦庫(kù)發(fā)生潰壩引發(fā)泥石流，造成277人死亡、4人失蹤、33人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9 619.2萬(wàn)元。因此，及時(shí)、有效地消除和控制尾礦庫(kù)事故的誘發(fā)因素對(duì)下游生態(tài)環(huán)境和居民的生命財(cái)產(chǎn)安全極其重要。

1 尾礦庫(kù)環(huán)境與安全現(xiàn)狀

經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，截至2014年底，我國(guó)共有尾礦庫(kù)11 359座。其中，“三邊庫(kù)”466座，“頭頂庫(kù)”1451座，其環(huán)境、安全風(fēng)險(xiǎn)程度高；加之目前我國(guó)尾礦庫(kù)企業(yè)管理較粗放，環(huán)境、安全意識(shí)薄弱，環(huán)保投入不足，且大多數(shù)尾礦庫(kù)位置偏遠(yuǎn)，日常監(jiān)管不到位，使大量隱患得不到及時(shí)有效的治理，易發(fā)生突發(fā)環(huán)境污染事件和安全事故[5]。

近年來(lái)，我國(guó)尾礦庫(kù)突發(fā)環(huán)境事件頻發(fā)，造成了極為嚴(yán)重的環(huán)境污染，尤其是水環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006—2012年我國(guó)環(huán)保部直接調(diào)度處理的尾礦庫(kù)突發(fā)環(huán)境事件有52起(圖1)。其中，有24起威脅飲用水源，占事件總數(shù)的46%。就區(qū)域分布而言，礦產(chǎn)資源豐富的陜西、河北和遼寧發(fā)生尾礦庫(kù)突發(fā)環(huán)境事件的數(shù)量較高，分別達(dá)到10起、9起和6起，貴州、湖南和廣西分別發(fā)生4起、4起和3起，甘肅、廣東、湖北、陜西和云南各發(fā)生2起，河南、吉林、安徽、四川、浙江和黑龍江各發(fā)生1起；就礦物種類而言，涉及金屬礦的尾礦庫(kù)發(fā)生突發(fā)環(huán)境事件的數(shù)量遠(yuǎn)高于非金屬礦，占事件總數(shù)的75%。

2001—2014年我國(guó)共發(fā)生90起尾礦庫(kù)事故，造成368人死亡(圖2)。總體來(lái)看，尾礦庫(kù)事故數(shù)和死亡人數(shù)主要集中在2005—2008年，其事故數(shù)和死亡人數(shù)分別占總數(shù)的59%和93%。2008—2014年，由于“9·8”山西襄汾尾礦庫(kù)潰壩事件的重大影響引起了政府的高度關(guān)注，安監(jiān)和環(huán)保等七部門迅速開展了尾礦庫(kù)綜合整治行動(dòng)，提高尾礦庫(kù)日常監(jiān)管工作水平，落實(shí)尾礦庫(kù)安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)責(zé)任，加強(qiáng)隱患排查治理與管控，尾礦庫(kù)事故數(shù)和死亡人數(shù)得到了合理控制。可見，我國(guó)尾礦庫(kù)環(huán)保、安全形勢(shì)仍不容樂(lè)觀。

圖1 2006—2012年我國(guó)環(huán)保部直接調(diào)度處理的尾礦庫(kù)突發(fā)環(huán)境事件統(tǒng)計(jì)

2 誘發(fā)因素

我國(guó)尾礦庫(kù)環(huán)境污染事件和安全事故的誘發(fā)因素可以分為自然因素、人為因素和管理因素。

圖2 2001—2014年我國(guó)尾礦庫(kù)安全事故統(tǒng)計(jì)

2.1 自然因素

強(qiáng)降雨、地震等自然因素是尾礦庫(kù)環(huán)境污染事件和安全事故發(fā)生的重要原因。強(qiáng)降雨的影響主要是滲透破壞和洪水漫頂。進(jìn)入庫(kù)區(qū)的雨水增加了尾砂孔隙水壓力和滲透力，導(dǎo)致壩體材料黏聚力減弱，發(fā)生滲透破壞，甚至洪水漫頂[6]。

統(tǒng)計(jì)資料表明，我國(guó)尾礦壩大多采用上游式，但上游式尾礦壩抗震能力最弱，致使我國(guó)尾礦庫(kù)事故發(fā)生的可能性進(jìn)一步增加[7-8]。地震使壩體內(nèi)飽和松散粒料產(chǎn)生的孔隙壓力增大，尾砂部分或整體液化，導(dǎo)致壩體變形、深層失穩(wěn)或嚴(yán)重沉陷。

2.2 人為因素

2.2.1 選址不合理

合理的設(shè)計(jì)方案是保證尾礦庫(kù)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)，尾礦庫(kù)的選址尤為重要。我國(guó)大部分尾礦庫(kù)選址布局不合理，分布在飲用水水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、人口聚集區(qū)等敏感區(qū)的上游且距敏感區(qū)較近，嚴(yán)重威脅著區(qū)域生態(tài)環(huán)境和居民生命財(cái)產(chǎn)安全。湖南部分尾礦庫(kù)下游10 km范圍內(nèi)有集中式飲用水源地；甘肅部分山谷型尾礦庫(kù)位于村莊上游，且距村莊僅350 m。尾礦庫(kù)一旦發(fā)生泄漏、潰壩等事故，將對(duì)下游40倍(平地型)或80倍(山谷型和傍山型)壩高范圍產(chǎn)生影響[9]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自新中國(guó)成立以來(lái)，“頭頂庫(kù)”發(fā)生21起潰壩事故，其中重特大事故13起，造成707人死亡。

2.2.2 壩坡過(guò)陡

堆積壩壩坡過(guò)陡會(huì)降低壩體的抗滑穩(wěn)定系數(shù)，進(jìn)而引起尾礦壩整體滑移，發(fā)生潰壩。李全明等[10]研究發(fā)現(xiàn)，擅自加高壩體、改變坡比會(huì)降低壩體的穩(wěn)定性，當(dāng)壩高和坡角達(dá)到臨界值時(shí)，壩體瞬間失穩(wěn)。倪旭等[11]研究發(fā)現(xiàn)，尾礦壩外坡比越大，對(duì)下游壩體的沖擊侵蝕就越大。引起我國(guó)尾礦庫(kù)壩坡過(guò)陡的人為因素主要是設(shè)計(jì)施工不當(dāng)和企業(yè)的違規(guī)生產(chǎn)。其中，設(shè)計(jì)施工方面包括設(shè)計(jì)壩坡過(guò)陡和參考類比工程的誤差等。

2.2.3 滲透破壞

當(dāng)壩基或壩體存在滲漏通道且實(shí)際坡降大于壩體抗?jié)B能力時(shí)，將發(fā)生滲透破壞。壩基發(fā)生滲透時(shí)，尾砂中的污染物向下滲漏污染地下水，經(jīng)過(guò)遷移轉(zhuǎn)化污染周邊土壤和大氣環(huán)境，還極易引起壩基沉陷，導(dǎo)致壩體失穩(wěn)。壩體發(fā)生滲透時(shí)，主要表現(xiàn)為管涌，若應(yīng)急處置無(wú)效，壩體失穩(wěn)發(fā)生潰壩。引起滲透破壞的人為因素主要是勘察、設(shè)計(jì)和施工，包括未對(duì)壩下的斷層和破碎帶進(jìn)行勘察，未設(shè)計(jì)反濾防護(hù)層，清基不徹底、埋管與壩體結(jié)合處處理不妥當(dāng)和表層雨水輸送系統(tǒng)的施工質(zhì)量不合格。

2.2.4 洪水漫頂

當(dāng)尾礦庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容不足、排洪設(shè)施斷面過(guò)小或堵塞以及應(yīng)急措施不當(dāng)時(shí)將發(fā)生洪水漫頂，壩體穩(wěn)定性降低而發(fā)生潰壩。引起洪水漫頂?shù)娜藶橐蛩厥窃O(shè)計(jì)、施工和周邊環(huán)境，包括排水溝、截洪溝等排洪設(shè)施設(shè)計(jì)斷面過(guò)小，排水井等排洪設(shè)施施工質(zhì)量不合格，庫(kù)區(qū)上游的泥石流或其他水庫(kù)的潰壩。

2.3 管理因素

尾礦庫(kù)企業(yè)是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范的責(zé)任主體，各級(jí)安全監(jiān)管和環(huán)境保護(hù)等部門是尾礦庫(kù)安全生產(chǎn)的監(jiān)督管理部門，企業(yè)和相關(guān)部門以及相關(guān)部門之間的協(xié)同配合可以有效地消除各種環(huán)境污染事件和安全事故，最大程度地減小尾礦庫(kù)對(duì)環(huán)境和周邊居民造成的危害。而我國(guó)尾礦庫(kù)企業(yè)環(huán)保和安全意識(shí)淡薄，不重視尾礦庫(kù)的日常維護(hù)，對(duì)出現(xiàn)的隱患置之不理；監(jiān)管部門責(zé)任落實(shí)不到位，執(zhí)法力度不嚴(yán)，未及時(shí)督促企業(yè)對(duì)隱患進(jìn)行治理。如部分尾礦庫(kù)干灘面尾砂覆土較薄或直接暴露在外，未因地制宜進(jìn)行植被恢復(fù)或覆蓋砂石等材料，這種情況下若遇雨雪或刮風(fēng)天氣，尾砂中的重金屬、絮凝劑等污染物易進(jìn)入周邊土壤、大氣和水體，造成環(huán)境污染。

3 對(duì) 策

(1)對(duì)于新建尾礦庫(kù)，要避開環(huán)境敏感區(qū)和人口聚集區(qū)，從源頭上控制尾礦庫(kù)環(huán)境和安全風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于閉庫(kù)尾礦庫(kù)，必須選擇有資質(zhì)的單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，封堵原排洪系統(tǒng)，新建排洪設(shè)施，并將灘面設(shè)計(jì)成順坡度，盡可能實(shí)現(xiàn)零存水，保證尾礦庫(kù)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定；對(duì)于未經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)的尾礦庫(kù)，應(yīng)盡快完成尾礦庫(kù)總庫(kù)容、排洪系統(tǒng)以及最大堆積高度等基本參數(shù)的設(shè)計(jì)，從而對(duì)存在的隱患提出整治方案。

(2)尾礦庫(kù)的新建、整治和閉庫(kù)任一環(huán)節(jié)都應(yīng)選擇具有相應(yīng)資質(zhì)的施工單位，并加強(qiáng)對(duì)尾礦庫(kù)施工質(zhì)量的監(jiān)督，保證工程質(zhì)量。

(3)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，積極開展尾礦綜合利用工作，發(fā)展綠色礦業(yè)，從源頭上解決尾礦庫(kù)的環(huán)保、安全問(wèn)題。

(4)加強(qiáng)教育培訓(xùn)，提高企業(yè)主體的環(huán)保和安全意識(shí)，進(jìn)而加強(qiáng)企業(yè)對(duì)尾礦庫(kù)的日常監(jiān)測(cè)和管理，對(duì)出現(xiàn)的各種隱患及時(shí)治理，最大化減小尾礦庫(kù)造成的危害。

(5)各級(jí)安全監(jiān)管局、發(fā)展改革委、國(guó)土資源局和環(huán)境保護(hù)局等部門加強(qiáng)協(xié)同配合，各司其職，根據(jù)“誰(shuí)發(fā)證、誰(shuí)負(fù)責(zé)”、“誰(shuí)審批、誰(shuí)負(fù)責(zé)”和責(zé)權(quán)一致原則，依法監(jiān)管，落實(shí)尾礦庫(kù)企業(yè)的主體責(zé)任和政府監(jiān)管責(zé)任；加強(qiáng)部門協(xié)調(diào)，聯(lián)合執(zhí)法，對(duì)存在隱患的尾礦庫(kù)限期整改，直至安全達(dá)標(biāo)。

4 結(jié) 論

尾礦庫(kù)作為礦產(chǎn)資源開發(fā)的必要設(shè)施，在發(fā)揮其重要功能的同時(shí)，也存在污染環(huán)境和威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全的風(fēng)險(xiǎn)。任何一起尾礦庫(kù)事故的發(fā)生，都有其確切的原因，并受人為因素、管理因素和自然因素的綜合影響。因此，只要在尾礦庫(kù)建設(shè)、運(yùn)行和閉庫(kù)的各個(gè)環(huán)節(jié)都嚴(yán)格遵守相關(guān)準(zhǔn)則和規(guī)范，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，并針對(duì)隱患制定出科學(xué)合理的應(yīng)對(duì)措施，就能有效避免尾礦庫(kù)事故的發(fā)生。