尾礦庫潰壩事故案例分析

尾礦庫潰壩事故案例一、尾礦庫事故幾率分析根據(jù)尾礦庫實際發(fā)生事故的統(tǒng)計資料分析，尾礦庫事故中幾乎占l/3的是由于洪水原因所造成的，其中包括泄洪能力缺乏，超標洪水、排洪設施損壞或淤堵等；其次壩基滲漏事故約占1/5強，其中運行前5年發(fā)生事故的約占1/3，而其中運行第一年發(fā)生事故的約占一半；排洪設施事故多發(fā)生在投入運行后的第一年的約占1/3，其中大半發(fā)生在汛期泄流時，其他事故中包括壩坡失穩(wěn)以及地震液化等。一、尾礦庫事故幾率分析二、因洪水而發(fā)生的事故1.美國布法羅河煤泥庫該庫位于美國西弗吉尼亞州的布法羅河上，該庫由三座相連的小庫組成，下游庫壩高45m、頂寬152m、壩長365m，壩材為煤矸石、低質(zhì)煤、頁巖、砂巖等。在下游壩上游180m及364m處又用煤矸石新建兩座新壩，新壩壩高13m、頂寬146m、壩長167m，庫內(nèi)設有直徑610mm排水管，以控制上游庫內(nèi)水位。自1972年2月23日起，連續(xù)降雨三天，23日雨量達94mm，致庫內(nèi)水位急劇上漲，水位高于壩頂標高2m，上游壩體出現(xiàn)縱向裂縫，繼而壩坡產(chǎn)生大滑動。塌滑體擠壓第二庫(中庫)，致造成第二庫(中庫)內(nèi)泥漿涌起而越過壩頂，高達4m進入下游庫區(qū)，致泥漿流沖開下游壩體寬度15m、深達7m的缺口，使上游庫內(nèi)4.8×lO5m3煤泥廢水在15分鐘內(nèi)全部泄空，3小時內(nèi)泄流距離24km，到達布法羅河口。布法羅河煤泥庫潰壩事故，造成125人死亡、4000多人無家可歸，并沖毀橋梁9座、一段公路、經(jīng)濟損失達6200多萬美元。3.牛角垅尾礦庫該庫位于湖南省郴州地區(qū)，為一山谷型尾礦庫。初期壩壩高16m、壩頂寬度3m、壩長92m。后期壩采用上游法水力沖填壩，尾礦堆積壩壩高41.5m、庫容150×104m3。庫內(nèi)設有斷面為1.2m×l.9m的排水溝及涵洞、長度約570m，庫尾還設有斷面為4m×2.9m、長度222.7m的截洪溝，將庫區(qū)洪水排入東河。潰壩前該庫已堆尾礦約110×104m3，潰壩前連降暴雨，雨量到達429.8mm，屬于數(shù)百年不遇之特大洪水(郴州地區(qū)最大降水量為180mm)，1985年8月25日由于洪水超標，加之暴雨時大量泥石流下泄，上游洪水越過截水溝進入尾礦庫，超標洪水致尾礦庫水位上漲，造成洪水漫頂沖垮壩體近60m長的缺口，致高達23m的尾礦堆積壩全部沖潰，尾礦流失量達100×104t左右。本次超標洪水災害造成49人死亡，沖毀房屋39棟，輸電、通訊線路被毀近8km，公路損壞7.3km，直接經(jīng)濟損失達1300多萬元。類似洪水漫頂潰壩事故實例還有：銀山鉛鋅礦尾礦壩于1962年7月2日，因洪水造成初期壩決口潰壩，致局部尾礦泄漏造成環(huán)境污染，所幸未造成人員傷亡；新冶銅礦龍角山尾礦壩于1994年7月12日，因發(fā)生超標洪水，造成洪水漫頂導致潰壩，本次事故造成26人死亡、2人失蹤和重大經(jīng)濟損失。三、因壩體失穩(wěn)而發(fā)生的事故壩體構(gòu)造該庫位于溶巖不甚發(fā)育地區(qū)，周邊有少許溶洞，主壩位于庫區(qū)東部埡口處。原設計為土石混合壩(圖3)，因工程量大分兩期施工。第一期工程為土壩，壩高18m，壩底標高1615m，壩頂標高1633m，內(nèi)坡為1:2.5～l:2，外坡為1:2，相應庫容475×104m3，土方量12×104m3。第二期工程為土石混合壩，壩高35m，壩頂標高1650m，相應庫容1275×104m3，土方量32×104m3，石方量18×104m3。第一期土壩工程施工質(zhì)量良好，實際施工壩高降低了5.5m，壩頂標高為1627.5m，相應減少土方工程量9×104m3，相應庫容量為325×104m3。生產(chǎn)運行中，壩體情況良好，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。按原設計意圖在第一期工程投入運行后，即應著手進行尾礦堆筑壩體試驗工作，假設不能實現(xiàn)利用尾礦堆筑壩體，那么應按原設計進行二期工程建設。該庫于1958年8月投入運行，至1959年底，庫內(nèi)水位已達1624.3m，距壩頂相差3.2m，庫容將近滿庫，此時尚未進行第二期工程施工。為了維持生產(chǎn)，于1960年全年，生產(chǎn)單位組織人員在壩內(nèi)坡上分5層填筑了一座臨時小壩，共加高了6.7m、壩頂標高為1634.2m，如圖4所示。筑壩與生產(chǎn)放礦同時進行(邊生產(chǎn)邊放礦)，大局部填土沒有很好夯實，筑壩質(zhì)量很差。1960年12月，臨時小壩外坡發(fā)生漏水，在降低水位進行搶險時又發(fā)生了滑坡事故。經(jīng)研究將二期工程的土石混合壩壩型改為土壩，壩頂標高1639.5m，并將壩體邊坡改陡至內(nèi)坡1:1.5，外坡1:(1.5～1.75)，以維持生產(chǎn)。第二期筑壩工程施工質(zhì)量理應按第一期工程的質(zhì)量要求進行工程施工，至于第二期壩體能否堆筑在臨時小壩壩體之上以減少筑壩工程量，必須等待工程地質(zhì)勘察做出結(jié)論后再行決定。1961年3月第二期工程壩體已施工至l625m標高，但筑壩速度(壩體增高)落后于庫內(nèi)水位上升速度。為了維持生產(chǎn)并減少筑壩工程量，在沒有進行工程地質(zhì)勘察情況下，即決定將第二期工程局部壩體壓在臨時小壩上，同時提出進一步查明工程地質(zhì)情況和尾礦沉積情況后，再決定第二期工程壩體采取前進(全部壓在臨時小壩上)方案或后退(只壓臨時小壩1/3)方案。1961年5月，在未進行工程地質(zhì)勘察的情況下，決定將第二期工程壩體全部壓在臨時小壩上，且壩體增高4.5m，即壩頂標高為l644m，土壩內(nèi)坡為1:1.5，外坡分別為1:1.5、l:1.6、1:1.75，修改后壩體斷面構(gòu)造如以以下圖所示。第二期工程從1961年2月開工到1962年2月完工。按原設計要求施工時每層鋪土厚度15～20cm、土料控制含水率20％時，相應干密度不小于1.85t/m3。但施工中壓實后壩體干密度降低為1.7t/m3，沒有規(guī)定土料上壩的含水率，并且施工與生產(chǎn)運行齊頭并進，甚至有4～5個月時間，由于庫內(nèi)水位上升很快，不得不先堆筑土壩來維持生產(chǎn)，因此施工中壩體的結(jié)合面較多(較大的結(jié)合面有6處)。壩體的結(jié)合部位沒有采取必要的處理措施，施工質(zhì)量差，施工中經(jīng)試驗后規(guī)定每層鋪土厚度為50cm，實際鋪土厚度大局部為40～60cm，個別鋪土厚度達80cm，施工中質(zhì)檢大局部壩體濕密度達1.7t/m3以上。在施工期間已發(fā)現(xiàn)臨時小壩后坡有漏水現(xiàn)象，有一段100m×lm×lm的壩體(為后來的決口部位)含水較多，沒有壓實。在臨時小壩內(nèi)還存在搶險時遺留的鋼軌、木桿、草席等雜物，以及臨時小壩外坡長約43m、高5～9m的毛石擋土墻。第二期工程完工后不久，于1962年3月曾發(fā)現(xiàn)壩頂有長84m、寬2—3cm的縱向裂縫一條，經(jīng)過一個多月的觀測，裂縫仍在開展，于5月將裂縫進行了開挖回填處理。潰壩事故由于施工期生產(chǎn)與施工作業(yè)同時進行，未進行壩前排放尾礦、壩前水位較高，加之事故前3天下了中雨，至庫內(nèi)水位已達l641.66m；1962年9月20日曾發(fā)現(xiàn)壩南端及后來潰壩決口處的壩頂上各有寬2～3mm的裂縫兩條，長度約12m左右；另外，在內(nèi)坡距壩頂0.8m處(事故決口部位上)亦發(fā)現(xiàn)同樣裂縫一條。1962年9月26日，在壩體中部(壩長441m)發(fā)生潰壩，決口頂寬113m，底寬45m(位于1933m一期壩高)深約14m，流失尾礦330×104m3，澄清水38×104m3，共流失尾礦及澄清水達368×104m3。此次潰壩事故共造成171人死亡、92人受傷，造成11個村寨及1座農(nóng)場被毀，近8200畝農(nóng)田被沖毀及淹沒，沖毀房屋575間，受災人達13970人，同時還沖毀和淹沒公路長達4.5km，本次事故造成了巨大的人民生命、財產(chǎn)損失，是我國尾礦庫事故中最為嚴重的一次。產(chǎn)生本次潰壩事故的主要原因是：壩體邊坡過陡；施工質(zhì)量差，且臨時小壩根底為尾礦和礦泥，自身不穩(wěn)，而二期壩體又筑在臨時小壩之上；壩前又未排放尾礦，壩體完全處于飽和狀態(tài)；對事故發(fā)生前已有滑坡跡象又未得到足夠的重視，最終導致壩內(nèi)臨時小壩失穩(wěn)向庫內(nèi)滑動，從而導致整個壩體潰決。鎮(zhèn)安金礦尾礦壩鎮(zhèn)安金礦位于陜西商洛市鎮(zhèn)安縣，目前選礦廠日處理量450t。尾礦庫為山谷型，原設計初期壩高20m，后期壩采用上游法尾礦筑壩，尾礦較細，粒徑小于0.074mm的占90％以上。堆積坡比1:5，并設排滲設施。堆積高度16m，總壩高36m，總庫容28×104m3。1993年投入運行，在生產(chǎn)中改為土石料堆筑后期壩至標高735m時，已接近設計最終堆積標高736m，下游坡比為1:1.5。此后，未經(jīng)論證、設計，擅自進行加高擴容，采用土石料按l:1.5坡比向上游推進實施了三次加高增容工程，總壩高50m，總庫容約105×104m3。2006年4月又開始進行第四次(六期壩)加高擴容，采用土石料向庫內(nèi)推進10m加筑4m高子壩一道，至4月30日18時24分子壩施工至最大壩高處突發(fā)壩體失穩(wěn)潰決，流失尾礦漿約15×104m3，造成17人失蹤，傷5人，摧毀民房76間，同時流失的尾礦漿還含有超標氰化物污染了環(huán)境，經(jīng)采取應急措施得到控制。四、因滲流破壞而發(fā)生的事故五、因排洪設施損壞發(fā)生的事故1.栗西溝尾礦庫栗西溝尾礦庫位于陜西省華縣，隸屬于金堆城鉬業(yè)公司。栗西溝屬于黃河水系的南洛河的四級支流，栗西溝水流人麻坪河經(jīng)石門河進入南洛河中。栗西溝尾礦庫匯水面積10km2，尾礦庫洪水經(jīng)排洪隧洞排人鄰溝中再注入麻坪河。尾礦庫初期壩為透水堆石壩，壩高40.5m，上游式筑壩，尾礦堆積壩高124m，總壩高164.5m，總庫容1.65×108m3。尾礦庫排洪系統(tǒng)設于庫區(qū)左岸，原設計由排洪斜槽、兩座排洪井、排洪涵管及排洪隧洞組成。后因排洪涵管根底存在不均勻沉陷等問題，將原設計排洪系統(tǒng)改為使用3～5年后，另外建新的排洪系統(tǒng)。新排洪系統(tǒng)是在距排洪隧洞進口的49.5m處新建一座內(nèi)徑3.0m的排洪豎井，井深46.774m，上部建一柜架式排洪塔，塔高48m，新建系統(tǒng)簡稱為新一號井。排洪隧洞斷面為寬3.0m、高3.72m的城門洞型，底坡1.25％，全長848m，其中進口高30m為馬蹄型明洞，隧洞中有614m長洞段拱頂未進行襯砌，尾礦庫平面圖如圖7所示。該庫于1983年10月投入運行、排洪隧洞于1984年7月起開始排洪。隨著生產(chǎn)運行，庫內(nèi)尾礦堆積逐年增高，隧洞內(nèi)漏水量亦相應增大，至1988年4月6日漏水量已達332.3m3/h(庫內(nèi)水位1189m)。1988年4月13日23時左右在距新一號井43～45m處，隧洞線上(距軸約1.5m)水面發(fā)生旋渦，水面開始下降。至4月14日凌晨3時30分左右，庫內(nèi)水位已下降1m多，庫內(nèi)存水已根本泄盡。此時，庫面發(fā)現(xiàn)1號塌陷區(qū)，長約26.5m、寬度42m、深度約27m、塌陷體約為1.8×104m3。至晚上9時左右又發(fā)生第二個塌陷區(qū)、長度約14m、寬度27m、深度達48m、塌陷體約為1.5×104m3，兩塌陷體總體積達3.3×104m3。本次隧洞塌落事故共流失尾礦及水體136×104m3，造成栗裕溝下游的栗裕溝、麻坪河、石門溝、洛河、伊洛河及黃河沿線長達440km(跨兩省一市)范圍內(nèi)河道受到嚴重污染。本次事故造成736畝耕地被淹沒，危及樹木235萬株、水井118眼，沖毀橋梁132座(中小型)、涵洞14個，公路8.9km被毀，受損河堤長度18km，死亡牲畜及家禽6885頭(只)，致沿河8800人飲水困難，經(jīng)濟損失近3000萬元。產(chǎn)生這一事故的主要原因是在排洪隧洞施工中未及時處理塌落的臨空區(qū)(高達19m多)，造成隱患。當庫內(nèi)堆存尾礦到達一定厚度時，臨空區(qū)上部承載力失衡造成突然塌落，從而導致隧洞被破壞，造成我國尾礦庫運行史上的重大污染事故。2.木子溝尾礦庫該庫位于陜西省華縣金堆城鎮(zhèn)，隸屬于金堆城銅業(yè)公司。木子溝為文峪河支流，文峪河直接入南洛河。該庫為峪型尾礦庫，匯水面積為5km2。初期壩為透水壩，筑壩材料為采礦廢石，壩高61m，壩長160m，壩頂寬度40m，內(nèi)坡比1:1.66，外坡比1:1.68。由于壩體不均勻沉陷，曾進行了加固處理，處理后壩頂寬度30m，外坡比調(diào)整為1:3～3.5。尾礦后期壩采用上游法筑壩，最終堆積標高l240.5m，尾礦堆積壩高61.5m，總壩高122.5m，總庫容2200×104m3。尾礦庫平面圖如以以下圖所示。經(jīng)洞內(nèi)襯砌封堵處理后，仍不能正常運行，在洞頂水頭(從底板起標)25.67m(庫內(nèi)水位標高l208m)條件下，發(fā)生呈間歇式陣發(fā)型大量泄漏尾礦，裂縫處呈噴射狀泄漏，射距達4m。再次處理后，并采取了封閉灌漿，在斷裂處經(jīng)聚氨酯灌漿進行固砂封閉后，根本上未再發(fā)生新的泄漏事故。產(chǎn)生排洪涵洞斷裂原因是根底的不均勻沉降和側(cè)向位移所致。該處工程地質(zhì)資料說明斷裂地段是淤泥質(zhì)亞粘土與基巖的過渡地段，且涵洞根底又置淤泥質(zhì)亞粘土地基之上。本次涵洞斷裂事故造成了對木子溝及文峪河的嚴重污染，經(jīng)濟損失達450萬元。山西省太原市婁煩縣“8.15〞尾礦庫潰壩事故2006年8月15日晚22時左右,位于太原市婁煩縣的銀巖選礦廠和新陽光選礦廠相繼發(fā)生一起尾礦庫潰壩事故，造成6人死亡、1人失蹤、21人受傷的重大傷亡事故。事故單位概況〔一〕婁煩縣銀巖選礦廠根本情況婁煩縣銀巖選礦廠，位于婁煩縣馬家莊鄉(xiāng)蔡家莊村隨羊溝，建于2005年4月，法定代表人：牛拴奎，為私營企業(yè)，營業(yè)執(zhí)照、環(huán)保手續(xù)齊全。廠〔礦〕長平安資格證過期，尾礦庫未設計，未領取平安生產(chǎn)許可證，已列入當?shù)卣年P(guān)閉名單。尾礦庫庫容量約為24萬立方米。事故發(fā)生前該企業(yè)一直在私自組織生產(chǎn)?！捕硦錈┛h新陽光選礦廠根本情況婁煩縣新陽光選礦廠建于2004年3月8日，法人代表：劉曉林，為私營企業(yè)，2004年11月領取了廠〔礦〕長平安資格證，營業(yè)執(zhí)照、環(huán)保手續(xù)、平安管理員證及特殊工種作業(yè)證齊全。該廠距上游的銀巖選礦廠尾礦壩350米，距下游的蔡家莊村600余米，尾礦庫庫容量約為70萬立方米。事故前，該企業(yè)按山西環(huán)經(jīng)環(huán)境資源管理咨詢做的補充設計方案，對尾礦庫存在的問題進行了整改，太原市安監(jiān)局已對其設計進行了審查批復，省安監(jiān)局政務大廳已受理了該企業(yè)的平安生產(chǎn)許可申請，沒有頒發(fā)平安生產(chǎn)許可證。事故發(fā)生的原因據(jù)事故調(diào)查組的分析，事故發(fā)生的原因：〔一〕直接原因：銀巖選礦廠尾礦庫壩體為黃土堆筑不透水壩，庫內(nèi)長期單測集中放漿，而且未設置任何排滲排水設施，致使庫內(nèi)水位長期過高，加之8月13－15日降雨水相對集中，引起壩體浸潤線短期急劇升高，同時15日鏟車上壩產(chǎn)生振動引起壩體局部液化，是造成銀巖選礦廠尾礦庫垮塌的主要原因。新陽光選礦廠尾礦庫壩為利用旋流器產(chǎn)生的尾砂筑壩，庫內(nèi)設有Ф500mm的排洪管及排洪井，但庫容小，容納不了上游尾礦庫壩的漿液，必然要產(chǎn)生漫頂，從現(xiàn)場的痕跡也證實了這一點。同時，壩體外圍沒有石砌加固，壩體及周邊山體土質(zhì)的穩(wěn)固性差，不能有效阻擋尾漿的沖擊力，造成垮壩，引發(fā)泥石流。六、地震液化而發(fā)生的潰壩1.智利白拉奧諾尾礦壩1928年10月因附近發(fā)生持續(xù)1分40秒強地震，導致尾礦壩液化，流失尾礦達400多萬立方，傷亡54人。2.智利埃爾、得布雷等十二座尾礦壩12座尾礦壩壩高5～35m、坡度1:(1.43～1.75)，其中有一座壩高15m、坡度1:3.37。這些壩的共同特點是壩坡過陡，尾砂過細(-200目90％)，浸潤線較高。1965年3月28日，圣地亞哥以北140km處，發(fā)生7.25級強地震，12座尾礦庫尾礦壩瞬間液化潰壩，其中尾礦流失最多的達190×104m3。失事時尾礦漿沖出決口到對面山坡上，水頭高達8m以上，短時間內(nèi)泥漿流下泄12km，造成270人死亡。此次事故是世界尾礦史上最嚴重的一次災難性事故。3.白灰埝渣庫天津堿廠白灰埝渣庫因1976年7月28日唐山豐南大地震(震級為7.8級強度)而發(fā)生壩體液化潰決。4.美國加費爾選廠尾礦壩加費爾選廠尾礦壩，于1942年2月，因地震導致尾礦壩體液化、產(chǎn)生弧狀大滑動而失事。七、因壩基沉陷發(fā)生的事故1.西華山尾礦庫該庫位于江西省贛州地區(qū)大余縣境內(nèi)，隸屬于西華山鎢礦，于20世紀60年代發(fā)生壩體下沉達1.8m，壩外坡局部滑動，下部隆起。’所幸下游坡腳處有一天然臺阻擋，而未潰壩失事。究其產(chǎn)生原因是該處壩基下部淤泥層厚較大，施工時未予全部去除。壩體筑在其上，因壩基承載缺乏導致壩體局部下沉，致使邊坡滑動。2.鄭州鋁廠灰渣庫該庫位于鄭州鋁廠西南2.5km，上下游均為鋁廠赤泥庫，用于堆存電廠排出的灰渣。隨著庫水位逐年升高，在該庫西側(cè)埡口處以赤泥采用池填法堆筑副壩，其壩基坐落于濕陷性黃土地基上。由于庫內(nèi)排水鋼管結(jié)垢排水能力降低，水位上升很快，加之事故前連續(xù)降雨，1989年2月25日，致使副壩處黃土地基失穩(wěn)塌陷發(fā)生潰決，近30×104m3塌陷黃土、灰渣及水直沖而下，沖毀下游專線鐵路和道路，死亡2人。因非法開采造成的事故1.潘洛鐵礦尾礦庫潘洛鐵礦尾礦庫于1993年6月13日發(fā)生山體滑坡，總土石方量達60×104m3，造成尾礦庫排洪系統(tǒng)受損，泵房遭到破壞，庫區(qū)下游水系受到污染，死亡14人，傷多人。發(fā)生事故的原因是，地方及個體企業(yè)在尾礦庫上游左岸山坡亂采濫挖，造成山體失衡，導致大滑坡擠壓尾礦庫。2.永福錫礦尾礦庫永福錫礦尾礦庫業(yè)已閉庫，1994年5月7日因嚴重違反平安生產(chǎn)規(guī)程，在尾礦庫壩下挖取尾礦，引發(fā)大面積坍塌，造成13人死亡。3.廟嶺溝鐵礦尾礦庫該尾礦庫業(yè)已閉庫，2006年4月23日因臨近露天采場違章作業(yè)，破壞了尾礦庫尾部的副壩穩(wěn)定性，發(fā)生潰壩，死亡2人，失蹤4人。事故教訓及對策根據(jù)尾礦庫失事的直接原因分析，尾礦庫事故可以歸納為三種類型：洪水及排水系統(tǒng)引起的事故、壩體及壩基失穩(wěn)的事故、周邊環(huán)境不利因素引起的事故。對各類事故的因素和對策概括如下：1.洪水及排水系統(tǒng)引起事故的因素及對策

(4)排洪設施結(jié)構(gòu)原因和阻塞造成尾礦庫減少