加拿大博利山尾礦壩潰壩原因分析及防范措施

加拿大博利山尾礦壩潰壩原因分析及防范措施

博利山尾礦壩潰壩事故是一起發生在加拿大境內最大規模的礦山事故，受到全球關注。人們意識到，只有在各個層面開展統一而周密的規劃、設計、監控和有效運行，才能確保尾礦壩的可靠性。分析了博利山尾礦壩發生潰壩的原因，并針對存在的問題提出了相應防范措施，以為將來尾礦壩的設計、修建和運行提供借鑒，防止類似事故再次發生。

尾礦壩；潰壩分析；博利山尾礦壩；加拿大

2014年8月4日，位于加拿大不列顛哥倫比亞省的博利山(Mount Polley)尾礦壩發生潰壩事故，導致尾礦污水直接泄入鄰近湖泊。美國國家航空航天局陸地衛星Landsat 8上的陸地成像儀于2015年8月5日拍攝到事故后的衛星圖像。作為對比，美國國家航空航天局發布了2014年7月29日在尾礦壩潰壩之前礦山及周邊地形的衛星圖像。截止8月5日，尾礦貯水池中的廢水已排干，露出淤泥壩底。由于大量泄流，事故前僅寬1 m的黑澤爾廷(Hazeltine)河在事故后激增至寬150 m。事故后，周邊森林和河谷均籠罩在一層棕色沉積物中，而貯水池以北的森林則在事故中直接被夷為平地。在克內爾(Quesnel)湖中可以清晰地看到漂浮的碎片，主要是被沖倒的樹木。

加拿大蘇打溪印第安部族酋長表示，此次事故無疑是一起發生在不列顛哥倫比亞省內最嚴重的礦山事故，整個原住民部族和不列顛哥倫比亞省均對導致此次災難的原因提出了質疑。

加拿大不列顛哥倫比亞省能源和礦業部部長B.班尼特表示，該事故發生在不列顛哥倫比亞省的管轄區內，他們有責任查清這次事故發生的具體原因，并從中吸取教訓，確保類似事故不再發生。

1 意外潰壩

據估計，因博利山尾礦壩發生突發性潰壩事故，約1 700 萬m3的廢水及800萬m3的尾礦被排入博利湖中。而尾礦廢水通過以博利湖為源頭的黑澤爾廷河，也被排至克內爾湖中。潰壩決口在8月5日才恢復穩定。8月12日，當地地方政府發布了針對周邊城鎮的用水禁令。據稱，這起事故對下游環境造成嚴重實質性影響，其中包括尾礦沉積、土地腐蝕、樹木和木質殘體漂入湖水和溪水中，以及對路堤的腐蝕。

事故發生后，礦山所有者帝國金屬公司發表聲明稱，在事故發生前，監控設備和現場工作人員均未發現任何潰壩跡象。該公司還強調，尾礦呈堿性，平均pH值為 8.5，不會產生酸性環境。2014年8月，該公司再次發表聲明，表示當前首要任務是保護員工和周邊社區的健康和安全，雖然此次事故并沒有造成人員傷亡或私人財產損失，但公司對事故的直接影響表示深切關注，正在開展相應工作以緩解影響，并對導致此次潰壩事故的原因展開調查。

截止2014年8月18日，不列顛哥倫比亞省能源和礦業部已經下令對此次潰壩事故展開獨立工程勘察和調查工作。獨立調查小組須按照要求在2015年1月31日前發布針對事故的最終報告，明確尾礦壩發生潰塌的原因，并為政府提供相應建議，以促進政府在“需要和適宜時”采取措施，保證避免再次發生類似事故。

由政府指定獨立調查小組成員，并得到加拿大蘇打溪印第安部族和威廉斯湖印第安人部族的支持。該小組成員在尾礦管理方面具有豐富的專業知識，其中有3名是經驗豐富的巖土工程專家。在其職權范圍內向相關部族進行了咨詢，并與其展開合作。不列顛哥倫比亞專業工程師及地質學家協會、英屬哥倫比亞大學礦業工程研究所也為該小組提供了資源支持。此外，礦山調查首席檢察官向所有礦業公司發布指令，要求所有公司在2014年12月1日之前對所有獲準的礦山尾礦貯存設施(TSF)開展一次尾礦壩安全檢查。這一年度檢查的截止日期原本為2015年3月31日，且未要求展開獨立第三方審核，但上述指令提前了這一截止日期，并明確了開展獨立審核的要求。

調查小組專家表示，博利山尾礦壩潰壩事故對全球整個采礦工業都產生了不良影響，而不僅局限于不列顛哥倫比亞省采礦工業。必須清晰了解此次潰壩事故原因和發生的過程，才能在現行和未來的采礦作業中采取最佳行動方案。

2 壩基潰塌

基于在水利和尾礦壩方面的經驗，獨立調查小組提出了多項針對潰塌事故起因的設想，并確定了4個需要進行考量的潰塌機制類型：①人為因素；②漫頂；③管涌和堤壩裂縫；④壩基潰塌。

目前沒有證據能夠表明此次事故中存在人為因素和漫頂跡象。同樣，盡管存在一系列擔憂，獨立調查小組并未發現任何跡象表明導致此次潰壩事故的原因是管涌和/或裂縫。而管涌和/或裂縫可能導致尾礦壩體內部嚴重侵蝕。小組得出結論，此次潰壩事故發生的原因在于尾礦壩壩基潰塌，而潰塌部位則出現在壩基底部的冰湖層。

不列顛哥倫比亞省能源和礦業部部長在2015年1月30日發布的報告中指出，在事故前并未發出任何警報信號，因而除非對這一冰湖層下層材料的強度和位置非常了解，否則無人能預測事態的發展，很明顯沒有人能做到這一點。經過3個月的調查，獨立調查小組才真正查明事故發生的原因，而僅僅只停留在表面的調查是不可能做到這一點的。

小組表示，此次壩基潰塌事故的主要原因出自壩基設計，在設計壩基時未將周邊堤基的冰下和冰前地質環境考慮在內。因此，壩基調查和相關場址特性評價均未發現在潰塌點周圍持續形成的冰湖層，也未意識到在受到堤岸施加的壓力時，冰湖層很容易受到不排水抗剪切破壞的影響。

報告同時指出，導致這種破壞的原因在于下游巖填區域的傾斜角度過高。若角度比較平緩，則能夠避免出現不排水抗剪切破壞。而在事故發生當時，正在開展相應工作，減緩坡面角度，以達到最終設計標準。如果說在場址特性評價過程中忽略地基底部的冰湖層強度是一支未裝彈藥的槍，在冰湖層上方作業則無異于在槍口裝填彈藥，而在冰湖層上建造一個坡度為1.3H∶1V的尾礦壩則等于扣動了扳機。

尾礦壩中的高水位被認為是此次潰壩事故鏈中的最后一環。報告指出，在潰壩事故發生前，尾礦壩中水位僅低于大壩心墻 2.3 m。獨立調查小組針對潰塌事故面的挖掘工作顯示，壩頂至少沉降了3.3 m，導致壩頂溢流并引起潰塌。若當時水位能夠降低1 m，且尾礦缺口稍微變寬，則潰壩最終可能堅持到第二天清晨，從而爭取更多時間進行干預，阻止事故的發生。最后，尾礦庫的水量對于潰壩事故后排出的尾礦量至關重要。水力侵蝕作用導致需輸送大量尾礦，而在尾礦水排盡之后，河床演變過程才會停止。若尾礦庫中原來的水量較少，則能縮短河床演變過程，而排放的尾礦量將不到此次事故實際排放量的1/3。

3 調查結果

作為對最終報告的回應，帝國金屬公司表示，獨立調查小組判定的潰壩原因與其開展的調查結果一致，即TSF中的蓄水并非是導致潰壩事故的原因，但卻造成尾礦的大量排放。該公司在事故發生前已意識到水位可能上升，并于2006年就已開始采取相應措施來應對這一問題。

該公司也提到獨立調查小組得出的結論，即導致此次潰壩事故的原因在于潰壩缺口周圍壩基下方近8 m處的冰湖層，其強度未達到TSF的設計強度。獨立調查小組指出，盡管在過去多年間，經驗豐富的巖土工程師們參與了這一設施的相關工作，但一直未檢測出場址特性評價中被忽略的問題。

該公司補充到，這一壽命為18 a的TSF的建設始終遵循由注冊工程師制定的、經能源和礦業部審批的設計標準。博利山礦山業主也指出，能源和礦業部在其于2013年9月發布的巖土工程檢查報告中申明，根據觀測和對相關信息展開的審查，認為博利山TSF的設計、建造和運行均符合許可證中規定的巖土工程要求和公認的工程實踐標準。同時也注意到，博利山TSF的質控和質保程序已落實到位，其運行、維護和監控手冊也已進行了修訂。

獨立調查小組在其最終報告中申明，盡管對TSF的調查并無問題，但仍不能避免此次潰塌事故的發生。調查小組同時指出，監管部門人員完全能勝任其工作，并實現預期的監管效果。帝國金屬公司表示，若壩基底部的冰湖層強度達到設計標準中的假設強度，則這起突發性潰塌事故就可能不會發生。

4 暫停運營

在確定事故原因后，獨立調查小組對如何基于這一事故吸取教訓并避免同類事故再次展開了探討。

目前，在不列顛哥倫比亞省內共有123座運行中的尾礦壩蓄水池中蓄有地表水。從統計學的角度來講，基于歷史記錄，上述尾礦壩在任意年發生潰壩事故的概率均為1/600。

盡管這一概率看似不值一提，但其意義卻非常深遠。若不列顛哥倫比亞省在運行尾礦壩的數量保持不變，且持續按照此前方式運營，則平均每10 a可能出現2次潰壩事故，每30 a可能出現6次潰壩事故?；谶@一預期，獨立調查小組堅決反對任何繼續照常運營的想法。

該小組補充道，堅決反對針對尾礦壩可容忍潰塌率的概念，如接受可容忍潰塌率，無論這一概率多小，都會使事故周期性發生。加拿大第一民族不能容忍，公眾不會允許，政府也不會答應，而采礦工業對此更無法承受。

改進現行做法是邁向零事故道路的根本出發點。然而，獨立調查小組提出警告，最佳實踐(BAP)僅能提高尾礦技術的安全性，而這些技術在過去數百年中并未發生實質性變化。該小組表示，通過改進技術來避免事故發生，需要排除尾礦庫的水量，只有這樣，才能為尾礦提供事故安全冗余，避免出現事故。

報告中指出，通過削減可能發生潰壩事故的尾礦壩數量，可以減少尾礦壩潰壩事故的數量。針對未來BAP提出的建議，需要對穩定性計算之外的因素進行考量，為堤壩設計、建造和運行提供重要借鑒，以加強堤壩安全。在對最佳實踐展開探討時發現，博利山礦山事故的發生緣于未檢測到壩基弱點。不過有可能因溢流造成潰壩，2014年5月便險些發生溢流事故。另外，也可能因內部侵蝕發生潰壩事故，在調查過程中也確實發現壩體內部出現了侵蝕現象。報告指出，博利山礦山尾礦壩中明顯存在多種可能的事故模式，而其主要區別則在于在潰壩過程中發展的程度。

BAP主要聚焦于尾礦壩的性能，而最佳可用技術則主要關注尾礦沉積物，目的在于保證尾礦沉積物的物理穩定性。為此應防止蓄水池滲水，將蓄水設施進行隔離。為實現這一目標，獨立調查小組表示，最佳可用技術應當具備以下3個衍生自土力學的因素：①清除蓄水池中的地表水；②通過排水設施實現尾礦的不飽和狀態；③通過壓實為尾礦沉積物達到穩定創造條件。

在報告中，獨立調查小組為采取最佳行動方案、減少未來事故可能性提出了如下7項建議。

(1) 分階段落實最佳技術。針對現有TSF，在剩余有效運行壽命期間采取最佳行動方案;針對新建TSF,鼓勵針對現有礦山和擬建礦山中的新建TSF積極采用最佳技術；針對閉礦，在關閉有效運行尾礦庫時應用最佳技術，保證將其從尾礦壩清單中逐漸刪除。

(2) 加強企業管理。擬運營TSF的企業須按照要求加入加拿大礦業協會，或必須致力于相同的尾礦壩管理計劃，包括行使審核職能。

(3) 認真開展基于銀行擔保的可行性分析。未來針對新建TSF的許可申請須基于銀行擔保的可行性分析，對該項目的所有技術、環境、社會和經濟影響要有充分考量，以支持投資決議。銀行擔?？尚行苑治龅木_度可能為± 10%～15%。銀行擔?？尚行苑治鲰毎韵聝热荩孩賹赡艿氖鹿誓Ｊ胶退嗅槍埩麸L險的管理計劃展開詳細評估。②對采用最佳技術的尾礦和閉礦方案展開詳細的成本/效益分析，確保了解其經濟影響，并認可上述成本/效益分析的結果應當優先于最佳技術安全考量。③對“量化性能目標”作出詳細聲明。

(4) 加強TSF所有階段的安全監管力度，提高獨立尾礦審查委員會的工作效率。

(5) 加強監管。利用針對不列顛哥倫比亞省內TSF開展的最新檢查結果，確認其是否可能因下列潛在事故模式造成風險，并采取相應行動：①反濾充分性;②水平衡充分性;③淤泥和粘土壩基未排水剪切破壞。采用“量化性能目標”概念改進對現行設施開展的評估工作。

(6) 提高專業技能。鼓勵不列顛哥倫比亞專業工程師及地質學家協會制定相應指南，以改進尾礦壩地質、地貌、水文地質以及可能的地震構造特性方面的場址特征。

(7) 改進大壩安全指南。 鑒于當前作為法定要求的加拿大大壩協會指南的局限性，須制定一份經過改良的、針對不列顛哥倫比亞省TSF現狀的指南，并在指南中強調公共安全保護。

最后，為履行其職責，獨立調查小組針對采取何種措施才能避免潰壩事故展開了探討。獨立調查小組表示，單純從技術角度而言，除了對該小組所審核的技術缺陷進行糾正外，還有一點需要關注。在此次潰壩事故發生的數天前，礦業公司提交了尾礦壩下一階段建設工作的設計方案。設計包括潰壩點周圍加固扶壁。盡管扶壁并未根據適宜的地層學或未排水剪切強度進行設計，但該小組判定，若在事故前完成扶壁建設，則可以避免此次事故的發生。

5 潰壩事故的嚴重后果

不列顛哥倫比亞省中部和北部的詳細調查表明，位于48個關鍵流域的26個采礦作業區中的35個尾礦池可能對33個第一民族社區造成影響；此外，其他200多個區域，包括該區域內規模最大的城市，以及長達8 678 km的魚群棲息水域均會受到影響。

該分析報告由不列顛哥倫比亞第一民族能源及礦業委員會(FNEMC)于2015年6月3日發布，而分析工作在2014年博利山尾礦池發生潰壩事故后便已經開展。分析報告《不確定的上游環境：不列顛哥倫比亞省北部尾礦設施事故的潛在威脅》中強調，開展此次分析的原因并不是暗示所有其進行分析的尾礦設施均可能發生潰壩事故，而是提供了一份針對該省尾礦設施事故潛在威脅的完整總結報告，并考慮到未來在整個區域內開展的采礦作業的利益和潛力，為未來規劃提出預警。

該報告包括各關鍵流域的詳細地圖，由FNEMC與該省政府共享，并可在FNEMC官方網站獲取，作為協助第一民族對其社區以及其所賴以生存的大馬哈魚棲息河流所面臨的風險展開評估的研究工具。

FNEMC表示，報告將協助第一民族對其所在區域內尾礦壩的地理位置、位于TSF下游的棲息地和社區，以及TSF對其流域的累積影響有一個清晰了解。同時補充道，議會目前已經推出了另一項規劃工具，以協助第一民族擬定與土地和資源管理相關的當前和未來計劃。

尾礦壩潰壩事故造成的污染不僅會對33個第一民族社區和208個其他社區的飲用水造成威脅，也可能對不列顛哥倫比亞省內的重要大馬哈魚和虹鱒生存環境造成毀滅性危害。該區域內80%的大鱗大馬哈魚或棲息于尾礦設施下游(12 813 km)，或需要通過可能受到污染的流徑才能完成洄游。而針對紅大馬哈魚、銀大馬哈魚以及馬蘇大馬哈魚，這一比例則分別為79%，58%和47%。報告呼吁：

(1) 對所有河流、湖泊和濕地生態系統展開保護，避免其受到工業活動和工業沖擊的危害。

(2) 將工作重點轉移到設立針對擁有大量洄游魚類河流體系的河源-飲水水域保護區，以補償在其他水域造成的淡水棲息地和生物多樣性損失和破壞。

(3) 設立跨水域和水道的保護區，確保河流受到良好保護，不受污染影響，保證水文徑流不受損害。

(4) 礦業公司和政府保證受影響社區能夠獲取長期經濟效益，從而增強社區健康和可持續性。

(5) 設立籌資機制，對不可預料的閉礦造成的影響以及災后清潔和修復工作所需承擔的經濟費用進行補償，實現對社區和公眾的保護。

6 防范措施

B.班尼特在最終報告發布之后宣布，政府將立即采取行動，落實由獨立調查小組提出的關鍵建議。

礦山調查首席檢察官要求所有設有TSF的運營礦山在2015年6月30日之前提交一份函件，確認在其各自尾礦壩基底是否存在與博利山類似的基底材料。若存在，則相應運營礦山機構須在函件中表明其是否開展充分調查和測試，以便了解上述材料的強度和地理位置，并證明其尾礦壩的設計已經將上述條件考慮在內。

不列顛哥倫比亞省也將落實一項新規定，即要求所有設有TSF的在運營礦山須設立獨立尾礦壩審核委員會。這一委員會通過提供針對TSF設計、建造、運行和閉坑的第三方建議，支持礦山機構落實經過改善的行動方案。最后，該省將發起一項規范審核，以便明確如何才能更好地落實獨立調查小組提出的最佳行動方案和技術。

該省發布公告，按照礦山調查首席檢察官發布的指令，在此次博利山礦山事故發生之后，針對該省內獲得許可的其他TSF的檢查和第三方審核工作并未發現任何直接安全問題。省政府表示，會針對改進系統進行投資，以實現對這一信息的定期公布。

B.尼班特表示，雖然已經查明博利山礦山潰壩事故的原因，但工作并未就此結束。從這一事故中吸取的經驗教訓以及保證類似事故不再發生的應對措施，對于該省乃至全球范圍內的采礦行業極其重要。獨立調查小組明確了此次潰壩事故發生的原因，并指出了TSF在設計、建造和運行方面存在的其他問題。在小組提出的建議中，對這一事故原因和其他問題均進行了剖析。能源和礦業部將積極落實這些建議，確保采礦行業的安全和持續發展，以便為更多居民提供就業機會。

郭重汕 譯

(編輯：朱曉紅)

2016-09-11

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