非煤礦山自然災害危險源調查數據與評估指標的解析

姚衛華 尹鑫偉 張蓓 王瑜 謝昱姝 徐亞博

引言

露天礦山采區受地形地貌、自然環境、礦床埋藏條件的制約，加上礦產實際開采過程中相關生產工藝要求，可能發生滑坡與坍塌等地質災害。

尾礦庫是筑壩攔截谷口或圍地構成的、用于儲存金屬非金屬礦山進行礦石選別后排出尾礦或工業廢渣的場所，是礦山選礦企業的重要組成部分。在自然災害影響下，尾礦庫存在一定的安全隱患，對庫區下游的設施、環境等構成威脅（圖1）。

圖1 巴西米納斯吉拉斯州布魯馬迪紐礦壩決堤事故現場

北京市非煤礦山承災體包括1個露天礦山和12個尾礦庫，其中1家露天礦山企業處于生產狀態。尾礦庫中，有7家停用，5家處于閉庫狀態，其中11個尾礦庫屬于“頭頂庫”。雖然總體數量不多，但閉庫和停用的尾礦庫風險依然存在，具有壩體結構復雜、浸潤線高及易受極端天氣等災害影響等特點，尾礦庫安全風險防控成為重中之重。

非煤礦山自然災害調查與評估為掌握特定區域非煤礦山承災體的自然災害風險和隱患以及危險程度提供了標準和指引。普查工作本身既是摸底，也是補缺。為了最大限度發揮普查和評估工具的效能，就需要在地方實踐的基礎上深化指標背后的信息收集和整理工作，基于不同非煤礦山承災體的地理位置、建設背景和現實狀態，細化指標的分類和內容，實現指標的本地化、精細化。科學地解讀和分析指標項目也有利于后續評估人員掌握數據來源和評估方法，從而為拓展、創新地方普查工作提供可能。

非煤礦山自然災害承災體調查數據

根據相關技術規范，非煤礦山自然災害承災體調查是全國自然災害綜合風險普查的重要組成部分。其目的在于通過對全國非煤礦山調查，掌握非煤礦山在地震、地質、水旱（洪澇）災害等自然災害設防方面的達標情況，以及企業防災減災能力，為非煤礦山自然災害致災危險性評估和全國自然災害重點隱患綜合評估提供基礎性數據支撐。調查內容包括各調查對象的基本情況、災害設防情況等，具體見表1所示。

表1 非煤礦山自然災害承災體調查數據情況

本次調查的數據是在非煤礦山事故風險分析的基礎上，指標和數據的確定均需要以事故和隱患問題為導向。從非煤礦山事故類型看，地下礦事故類型多為冒頂片幫（坍塌）、墜罐、透水、井下火災；露天礦以邊坡坍塌、放炮、排土場坍塌事故類型為主；而尾礦庫事故類型主要為潰壩。

不同類別的非煤礦山承災體，可能面臨的風險因素不同。如對于尾礦庫，在2006年至2012年發生的52起相關安全事件中由自然因素引發的共有15起（圖2）。尾礦庫事故中將近20%都是由洪水導致的，尤其是強降水（特別是暴雨）是誘發尾礦庫潰壩的重要因素，降雨對于基質吸力、抗剪強度等筑壩材料的物理力學性質、孔隙水壓力等應力狀態具有很大影響，可導致壩體變形，嚴重的可造成潰壩。而地震活動造成的液化破壞或加速蓄水破壞，可能引起滑坡，發生潰壩，庫內有水或遇降雨則容易形成泥石流，破壞巨大。采礦引發的礦山地質災害主要有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷及地裂縫等，且庫區周邊存在諸多其他危險源與不良地質體等，對其自身的安全性也具有一定威脅性。又如金屬非金屬露天礦山，其地質條件對礦山的影響主要是邊坡和排土場泥石流。而礦山排土場在汛期可能存在廢石場選址不當、防洪設施和管理措施不符合安全要求的問題，引發泥石流。金屬非金屬地下礦山則可能由于礦山開采過程中修建工房、修路等活動而開挖山體，加上雨水的沖擊，周邊山體穩定性會發生改變,可能發生山體滑坡。

圖2 山西省呂梁市交口縣尾礦庫發生潰壩事故

承災體調查中涉及的數據是在過往事故統計、風險分析的基礎上得來的，而在應用于實際對象進行評估的過程中，需要結合承災體及所在區域的自然災害特點進行針對性的說明。

調查數據與評估數據的對應關系

本次評估中調查數據與評估數據有著緊密的關聯，從災害鏈的角度出發，致災環是破壞承災體本質安全的因素，如尾礦庫庫區地形地質、排洪構筑物地質條件等；激發環是觸發承災體災害的外界因素，如地震、降雨和地質災害；損壞環是災害鏈形成后對下游造成的危害，如尾礦庫下游的人員數量；斷鏈環是切斷災害鏈的工程技術防范措施（圖3）。

圖3 災害鏈示意圖

由此，災害是自然因素、設計因素、施工因素、技術因素、管理因素、社會因素及外界因素的綜合作用結果，而調查數據與評估數據的對應關系直觀地反映了不同承災體災害鏈的內容。如表2所示，列出了非煤礦山中金屬非金屬露天礦山和尾礦庫調查數據與風險評估任務的對照關系。

表2 調查數據與評估數據對應表

評估指標的二次解析

本次非煤礦山自然災害普查的過程是對描述型和評估型兩類數據的收集，這一分類是基于數據本身是否需要二次判斷來劃分的，其中評估型數據又可分為標準判定數據和專家判定數據。對于調查數據和評估數據進行二次分解是必要的，能否準確地解讀數據背后的調查和評估邏輯，對于現實中保證評估結果 的科學性和真實性，以及這些數據能夠正確地運用于非煤礦山的監管工作具有積極意義。

1.描述型數據

描述型數據，指可以依據既有資料、文件進行直接判定的，無須進行二次判斷，對于判斷主體的要求不高。如非煤礦山中尾礦庫的名稱、單位名稱、地址、生產狀態、設計總庫容、設計總壩高、歷史自然災害次數等，其中“總庫容、總壩高”等雖然屬于尾礦庫專業領域的數據，但其需要嚴格依據設計文件進行判定，且具有對應性和唯一性，依然是基于材料的客觀描述。

2.標準判定數據

標準判定數據，是在既有資料、文件基礎上，遵循某些標準或規則進行判定，要求判斷主體掌握標準或規則的內容，才能保證判定結果的準確性。例如地震烈度、是否“頭頂庫”、礦山救護隊的類別、專職礦山救護隊的規模等。

其中地震破壞是尾礦庫需要重點關注的自然災害風險，加強尾礦庫全生命周期的工程地質勘查工作，其重要內容就是根據工程地質勘查資料對設計文件進行復核。而對于礦區地震烈度的查詢需要通過“中國地震動參數區劃圖”平臺（圖4），輸入行政區劃參數進行查詢，查詢結果如顯示為地震峰值加速度，則要根據GB 18306—2015《中國地震動參數區劃圖》中地震峰值加速度與烈度對照表加以判斷。

圖4 “中國地震動參數區劃圖”平臺

在“頭頂庫”的判定上，邊坡高度超過200m的露天礦山、“頭頂庫”等事故風險相對較高，容易發生群死群傷的重特大生產安全事故，歷來都是安全生產監管部門重點關注的非煤礦山監管對象。“頭頂庫”潰壩時間短、泥沙流速大，從壩腳到下游1km處往往只有幾分鐘，應急時間非常短，下游居民撤離和設施轉移難度大。對于“頭頂庫”的判斷是依據《遏制尾礦庫“頭頂庫”重特大事故工作方案》的通知（安監總管一〔2016〕54號）中“下游1公里（含）距離內有居民或重要設施的尾礦庫”做出的。

3.專家判定數據

專家判定數據，是在前兩類數據的判定基礎上的二次判斷，需要判斷主體擁有專業背景和經驗，需要進行專家判定的數據，一般是需要結合標準和相關資料進行計算的數據，或是需要進行現場實地勘查確定的數據。如尾礦庫調查數據中，調洪演算是否按防洪標準要求的年份內最大洪水計算、庫區是否存在潛在地質災害影響、庫區是否在可能發生的泥石流沖擊范圍內、庫區是否在可能發生的泥石流沖擊范圍內、采取的防范措施等。

根據歷年尾礦庫潰壩事故分析，在可能影響尾礦庫安全運行的生物活動、水文氣象和地形地質等環境條件中，洪水風險需要重點關注。全球25%和歐洲35%的尾礦壩事故與強降雨事件有關。氣候變化將增加極端降雨事件的頻率，即使在預計年平均降雨量將減少的地區也是如此。汛期前管理不當，未留設足夠的調洪庫容，干灘長度接近臨界值，降雨來臨后，庫水位不斷上漲，應急處置無效，庫水位上漲，逐漸形成子壩擋水，漫頂、潰壩。

有些尾礦庫因設計年代較早，采用的防洪標準已無法滿足現行標準，為了確保尾礦庫能安全度過汛期，需要對其進行排洪能力復核。驗證其現在的排洪能力是否滿足規范要求，準確的洪水分析和調洪演算，可以指導尾礦庫的安全管理，確定尾礦庫運行水位、干灘長度、安全超高等安全運行控制參數。

根據GB 39496—2020 《尾礦庫安全規程》的規定，“每年汛前，需要根據尾礦庫實測地形圖、水位和尾礦沉積灘面實際情況進行調洪演算，復核尾礦庫防洪能力”，并加強對排洪設施的巡檢、管理及維護，以應對出現頻率最高的潰壩、排洪設施損壞、泄漏、降雨、洪水漫頂等隱患。調洪演算需要根據當地《水文手冊》中的相關參數進行專業計算。

圖5 北京某尾礦庫初期壩

圖6 非煤礦山排洪渠

結語

本次調查與評估的數據與評估系統緊密關聯，評估系統要求數據和指標具有簡潔、明確的特點，而關鍵“字段”的背后往往蘊含著自然災害防范的標準、規則等信息，除了描述性數據以外，需要更加注重標準判定、專家判定數據的二次解讀，這也是數據應用于承災體管理方安全生產標準化建設，以及政府行業監管工作的前提條件。