尾礦庫風險分級及動態管控模型研究

李曉琴,韓金峰,萬俊玲,王增輝,董小濤

(河北國泰安全評價有限公司，河北 石家莊 050000)

尾礦庫以其高勢能“人工泥石流體”的危險源狀態存在，一旦發生潰壩，將造成其下游遭受嚴重的人員傷亡、財產損失以及較大的環境污染[1-2]。我國尾礦庫總體上存在基數大[3-4]、安全管理狀況不樂觀[5-6]的特點，尾礦庫風險評估和動態管控的重要性日益凸顯[7]。對尾礦庫進行科學的危險源辨識與風險分級，并施以有效的配套管控措施，成為尾礦庫事故預防和控制的重要內容。

目前我國已經開展了大量尾礦庫風險評估方面的理論研究工作，并取得了一定的進展，但這些研究大多針對單一尾礦庫，在系統性、普適性上均有不足，且較少涉及宏觀的尾礦庫管理等環節[8]。現階段我國在風險分析和預警的理論、方法研究方面大都基于災害預警理論方法和安全生產危機預警以及行業預測性風險預警理論方法，通常比較復雜，而政府安全生產季節性分類預警只是針對事故類型進行簡單的預防性描述，缺少對于預警機制及模式的探討[9]。總體上來講，目前我國缺乏可操作性強、適用范圍廣的尾礦庫風險分級及動態管控的技術方法。為此，本文建立了尾礦庫風險分級和動態管控模型，通過定量的方式對尾礦庫進行風險分級及日常動態監管，增強了尾礦庫風險分級的可操作性和日常監管的便捷性，對尾礦庫事故的預防和控制具有重要意義。

1 尾礦庫風險分級及動態管控的理論基礎和方法

1. 1 理論基礎

基于安全系統工程理論，結合道化學[10]中通過固有危險度乘以補償系數計算危險度的方式，本文在尾礦庫風險分級及動態管控技術方法研究中引入了固有危險度和安全管理水平補償程度相結合的方法來確定最終風險程度，同時借鑒LEC評價法綜合考慮事故發生的可能性、人員暴露于危險環境中的頻繁程度和一旦發生事故可能造成的后果的理念，在確定相關計算因子時將發生事故的可能性及嚴重程度納入考量范圍中。

通過風險度的計算，按照既定的分級標準對尾礦庫進行風險分級，實現了宏觀上對尾礦庫進行風險分級、分類監管的目的；同時，對于個體尾礦庫而言，可通過數據反映其不同時期的固有危險及安全管理狀態，達到指導尾礦庫后期動態管控的目的。

1.2 理論方法——建立尾礦庫風險分級及動態管控模型

1.2.1 固有危險度

固有危險度，用R固表示，指反映尾礦庫本身相對固有不變的危險能量及危險狀態的評定值，其值主要通過固有危險因子打分法計算得到。

(1) 固有危險因子的確定：固有危險因子是固有危險度計算中因子打分法的打分對象，它是基于前期的理論思路，并根據大量的采樣分析和經驗總結，經多次驗證后確定。尾礦庫涉及的固有危險因子共9個：設計施工情況、庫容、壩高、匯水面積、筑壩方式、地震烈度、24 h降雨量、庫址地質條件、周邊環境。其中，尾礦庫的庫容、壩高、筑壩方式危險因子屬于尾礦庫自身固有的危險能量；尾礦庫的設計施工情況、匯水面積、地震烈度、24 h降雨量、庫址地質條件危險因子屬于事故發生可能性的考量范圍；尾礦庫的周邊環境危險因子屬于發生事故嚴重程度的考量范圍。尾礦庫各固有危險因子的取值條件與取(賦)值范圍見表1。

(2) 固有危險因子的權重分配：因子打分法是計算固有危險度的方法，該方法對每個固有危險因子分配權重，各因子的權重和為1。尾礦庫各固有危險因子的權重大小根據其對發生事故的影響程度而定，通過大量試算和驗證，最終確定了尾礦庫各固有危險因子的權重，詳見表1。

表1 尾礦庫固有危險因子的取值條件與取(賦)值范圍

注：“取值”列按不同的取值條件分別取值，是一個取值條件數列。

對每個固有危險因子按取值條件(見表1)預賦值1～10分，最大值為10分，即某固有危險因子屬于取值條件中最危險的情況時取最大值10分；反之取最小值1。

(3) 固有危險度的計算：尾礦庫固有危險度的計算公式為

(1)

式中:Ri為第i個固有危險因子的得分值(1～10分)；ri為第i個固有危險因子的權重；n為固有危險因子的個數。

1.2.2 補償系數

補償系數，用C(<1)表示，是反映安全設施、安全管理等手段對固有危險度安全補償程度的系數。補償系數通過安全設施、安全管理檢查中不合格項的得分率對照匹配條件確定。為了得到尾礦庫的補償系數，在模型中需預制安全檢查表，安全檢查表中檢查項包括總平面布置及建(構)筑物、安全設施、操作及防護、安全管理(如制度及落實、培訓、應急等)幾個部分。

對安全檢查表中的每一檢查項按其在法規條文中的關鍵詞“宜”“應”“必須”“嚴禁”結合其重要程度進行階梯性賦值，并根據各項賦值情況，得到由小到大逐漸累加的得分率數列，該數列依次匹配補償系數數列，補償系數數列取值范圍為0～1，數列中的元素個數為檢查項個數，同時制定了得分率與補償系數的匹配條件。計算時，通過安全檢查表中各項的得分率(為了簡化計算，取不合格項的得分率)，即可匹配出對應的補償系數C。

1.2.3 現實危險度

現實危險度，用R表示，其值通過固有危險度、補償系數、修正系數綜合計算得到：

R=R固·C·b

(2)

式中:R為現實危險度；R固為固有危險度；C為補償系數；b為標準化等級修正系數(標準化等級即為尾礦庫按照國家規定取得的安全生產標準化等級，未取得安全生產標準化證書的尾礦庫，b取值為1)，其取值詳見表2。

表2 標準化等級修正系數的取值表

1.2.4 風險分級標準

尾礦庫風險分級標準是基于行業經驗，并在大量試算和調試的基礎上確定的，本文將尾礦庫的風險由低到高分為A、B、C、D 4個等級，具體風險分級標準見表3。

表3 尾礦庫風險分級標準

考慮到有的尾礦庫固有風險的絕對性，為了簡化該類尾礦庫的風險分級方法，設置了“一票否決”和“直接定義為C級”的尾礦庫風險分級條件。

(1) “一票否決”條件：在對尾礦庫風險進行分級時，如果目標尾礦庫存在一些明顯的不可接受風險，就不必進行分級模型計算，而直接將其風險等級定義為D級。在本模型中，滿足下述條件之一及以上者，尾礦庫的風險等級可直接定義為D級：安全度為危級或者險級(此處安全度指《尾礦庫安全技術規程》中規定的尾礦庫安全度)；防排洪系統缺失或者失效；調洪庫容不足；安全超高或者最小干灘長度不滿足要求；排滲設施失效；浸潤線埋深小于控制浸潤線埋深；壩體出現貫穿性橫向裂縫等。

(2) “直接定義為C級”的條件：如果目標尾礦庫不存在上述情況，但其某些關鍵特性反映出的危險能量較大或一旦發生事故所造成的可預見后果非常嚴重，則可以直接將其風險等級定義為C級。

在本模型中，滿足下述條件之一及以上者，尾礦庫的風險等級可直接定義為C級：庫容超過1億m3；壩高超過200 m；庫址地質條件復雜(周邊環境復雜,即指上游有采場、水庫、排土場，下游500m以內有村莊、工礦企業、旅游景點、重要道路、河流等人員密集區及其他環境敏感點)。

1.2.5 風險分級后的相應管理措施

各級安全監管部門應結合自身監管力量，針對不同風險級別的尾礦庫企業制定科學合理的執法檢查計劃，并在執法檢查頻次、執法檢查重點等方面體現差異化，同時鼓勵A級企業強化自我管理，促進B級企業提升安全管理水平，推動C級企業改善安全生產條件，督促D級企業采取有效的風險控制措施，努力降低安全生產風險。尾礦庫企業可根據風險分級情況，調整管理決策思路，促進安全生產。

2 尾礦庫風險分級及動態管控模型的應用

2. 1 尾礦庫的風險分級

根據2017年4月至11月對河北省部分市、縣(石家莊市行唐縣、靈壽縣、平山縣、贊皇縣、唐山市遷西縣、邢臺市沙河)共60座尾礦庫的隱患排查及數據搜集情況(首次排查)，利用本文構建的尾礦庫風險分級及動態管控模型進行了計算與分析，對該模型進行了試用與驗證，結果表明：排查的60座尾礦庫中，構成A級風險的尾礦庫2座，構成B級風險的尾礦庫31座，構成C級風險的尾礦庫26座，構成D級風險的尾礦庫1座。本文僅以某取得安全生產二級標準化等級，且不滿足“一票否決”條件和“直接定義為C級”風險分級條件的尾礦庫為例，采用本模型對其進行風險分級。該尾礦庫固有危險度、補償系數、現實風險度和風險分級結果見表4、表5和表6。

表4 某尾礦庫的固有危險度

表5 某尾礦庫的補償系數

表6 某尾礦庫的現實風險度及風險分級

2. 2 基于尾礦庫風險分級的數字化動態管控

本文提出的尾礦庫風險分級及動態管控技術方法是基于定量的數值計算模式進行的，便于用計算機語言編制應用軟件，對尾礦庫風險實現數字化管理。尾礦庫的風險情況可以直觀地通過數值反映出來，便于管理者動態、靈敏地掌握尾礦庫風險的變化情況，并依據風險變化趨勢進行風險預測預警，同時有針對性地采取相應的風險管理對策與措施。當尾礦庫風險的動態變化超過一定閾值時，可通過報警功能提醒相關管理層關注，并指導其及時開展重點排險工作。

2.2.1 風險動態監控和管理

對于個體尾礦庫而言，根據每次固有危險因子采集和安全檢查的不同結果，可計算得到歷次安全檢查后的現實危險度，從而得出該尾礦庫的現實危險度曲線即動態管理曲線。如某尾礦庫不同月份的現實危險度計算結果和風險分級情況可通過可視化的動態管理曲線展示出來，見圖1。

圖1 某尾礦庫風險分級及動態管理曲線和報警模式簡圖Fig.1 Risk classification, dynamic management and alarm model of a tailing pond

2.2.2 風險動態管理的報警模式

在該尾礦庫風險的動態管理過程中，設置了“報警”條件(見表7)，當現實風險度出現超過閾值、持續上升等情況時，即啟動報警模式，以引起相關管理層的重視，并及時采取措施消除風險。如圖1中，5月份計算的該尾礦庫風險分級存在越級現象，由原來的B級變成了C級，即啟動報警；而7～10月份的現實危險度曲線存在持續上升的趨勢，故10月份須進行報警。

表7 報警條件設置

報警條件一旦觸發，表明尾礦庫存在較大的安全隱患，必須立即進行整改處理。報警模式的啟動，有利于引起企業管理高層的重視，進而促進隱患整改閉環。該模型應用到行業信息化系統中時，也有利于政府部門對尾礦庫企業的風險實施及時、同步的動態監控，以及及時調整和落實風險管控措施。

3 結 論

目前我國尾礦庫風險分級及管控工作總體還處于初始階段，本文提出的尾礦庫風險分級及動態管控模型為此項工作提供了操作性較強的技術方法，可為尾礦庫的風險管控提供指導，具有重要的現實意義。

(1) 本文提出的尾礦庫風險分級和動態管理模式基于明確的、量化的分級模型，簡潔、直觀地對不同條件的尾礦庫進行風險分級，并能將日常安全管理與風險分級相結合，更科學地反映尾礦庫風險動態變化的過程，具有風險分級界限清晰、風險變化動態可監控的特點，不論是企業管理者還是國家監管機構，都能通過本模型對其所管理的尾礦庫實現更好的把控和做出更及時、科學的決策，便于企業管理者掌控尾礦庫風險狀態和發展趨勢，做出科學決策，也便于政府部門對尾礦庫進行分級監管。

(2) 本文提出的尾礦庫風險分級及動態管控方法易于理解、便于操作、適用范圍廣，有利于尾礦庫基層管理者及時發現隱患和落實整改措施，進而不斷提高尾礦庫的安全管理水平。

(3) 本文提出的尾礦庫風險分級及動態管控模型是通過數字量化的手段實現，易于將其轉換成計算機語言并生成管理軟件，有助于實現對尾礦庫風險的系統化、信息化、可視化管理和遠程監管。通過將尾礦庫固有危險因子的基本信息、安全檢查記錄統一輸入管理系統，并通過可視化的圖表、報警、遠程傳輸等形式和功能，可以實現尾礦庫風險動態監控、風險預測預警、整改閉環的系統化集成管理，從而使得尾礦庫風險監控和日常安全管理變得更直觀、系統和高效。