尾矿库灾害链断链减灾模式分析

秦朝亮 李潇林斌 李长松 焦冰君

(1.河南省地质科学研究所；2.河南省地质调查院；3.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室)

各类矿山为我国社会经济发展提供矿产资源的同时，也产生了很多负面的影响，其中，尾矿库作为一类重要的负面产物，引起了越来越多的重视。目前，全国共有尾矿库1万多座，其中绝大部分采用上游法堆筑[1]，且大部分尾矿库具有规模小，生产设施落后，基础条件差，设计不满足规范要求，建库标准不高，以守库人员经验管理为主，缺乏科学、安全管理手段等特点[2-3]。尾矿库体积大、势能高、不稳定，是人为产生的重大危险源[4]。目前，针对尾矿库的研究多集中在尾矿库稳定性评价预测模型、尾矿库生态风险评估和尾矿资源综合利用[5]3个方面。除此之外，周科平等[4]认为尾矿库的发生具有连锁性、因果性、交叉性的特征，呈现出明显的链式效应，建立了5种不同破坏模式的尾矿库溃坝灾害链。然而，5种尾矿库溃坝灾害链仅考虑了尾矿库的稳定性，并未涉及尾矿库灾害中存在的其他问题和相应的断链减灾模式。本文试图建立一种更为完善的尾矿库地质环境灾害链系统，在此基础上提出尾矿库灾害链的孕源断链减灾模式、人为断链减灾模式和基于资源重利用的断链减灾模式，并着重分析阐述尾矿资源重利用在尾矿库灾害链断链减灾中的积极作用。

1 尾矿库灾害链系统的建立

灾害链的概念由地震学者郭增建于1987年提出[6]，自此不同领域的学者开始将灾害链引入到相应领域中进行研究[4,7-8]，取得了很多成果。一条完整的尾矿库灾害链通常包括致灾环、激发环、损坏环和断链环4个环节[9]。

致灾环是指内外动力地质作用及人为作用形成的具有灾害隐患的因素[7]。尾矿库致灾环包括尾矿库使用中和闭库后2个阶段。尾矿库在使用过程中存在的问题可以分为技术缺陷和管理缺陷。技术缺陷主要包括尾矿库安全性、稳定性不满足设计要求，尾矿库选址不合理，尾矿库设计未采取防污染措施或在建设和使用过程中未严格按照设计采取防污染措施，缺少监测系统或监测系统不合理未起到监测作用，外界环境改变时未重新评价5个方面；管理缺陷主要包括尾矿库未严格按设计要求使用，超库容量使用，监测管理资金不足导致的监测系统失效，对环境和生态污染问题视而不见，缺少对尾矿库周边水域、农田的污染监测5个方面。在闭库后，尾矿库致灾环节主要包括缺乏对尾矿库重利用的意识，监管部门、工矿企业对闭库后尾矿库管理意识淡薄等方面。

激发环是指直接触发灾害链发生的因素[7]。对于尾矿库，灾害发生的激发因素主要包括地震、水、重力、风、附加荷载等，诱发尾矿库灾害发生的激发因素往往不是单一的，而是由多种激发因素共同作用诱发的。例如，几乎所有的尾矿库失稳破坏都与水有关，尾矿库在水的长期作用下，在重力的作用或当受到地震作用力、附加荷载作用下，由于上述致灾环节的存在，可能会诱发尾矿库的失稳破坏而导致尾矿库灾害链的发生。而尾矿库对周围地下水体和土壤的污染，则主要是通过尾矿库的淋滤液、淋溶液在重力作用下渗透到周围地下水体和土壤中实现的。

尾矿库损坏环是指尾矿库通过各种致灾环节，在激发因素的作用下发生灾害的环节。尾矿库灾害通常分为生态环境污染和溃坝灾害。

断链环是指灾害链停止进行，灾害不再继续发生的环节。广义的断链环包括人为干预切断灾害链和灾害链自动切断2种情况。人为干预切断灾害链是指灾害链的损坏环发生之前通过各种措施人为干预切断灾害链的环节，此时，灾害通常没有发生；灾害链自动切断是指灾害链损坏环发生之后或外界环境发生重大变化，能量物质得以释放，灾害不再继续发生，灾害链自动切断，进入断链环，此时，灾害通常已经形成。狭义的断链环仅指人为干预切断灾害链。而研究灾害链的意义也在于如何有效人为干预切断灾害链，避免灾害的发生。故本文所指的断链环一般指狭义的断链环。尾矿库灾害链结构见图1。

图1 尾矿库灾害链结构

2 尾矿库灾害链断链减灾模式

尾矿库灾害链断链减灾可以通过多种途径来实现。对于新建或拟建的大型尾矿库，当前管理制度较为完善。在可行性研究阶段会按照相关规范和制度对拟建的尾矿库进行充分的评价，评价的内容涵盖了拟建尾矿库建设场地地质灾害评价，拟建尾矿库对建设场地内及周边土壤、地表水体、地下水、空气、农作物以及其他生态环境的影响评价。在设计阶段，对拟建尾矿库建立科学有效的信息化在线监测系统[3]，保证尾矿库在使用中和闭库后监测系统的有效性，严格按照相关规范设计尾矿库坝体，采取预防生态环境污染的措施，保证尾矿库在要求的激发因素的作用下不会发生损坏。在尾矿库建设或之后使用和闭库阶段，能够按照有效的管理制度进行科学管理。总之，对于新建或拟建的大型尾矿库，能够从根源上防止灾害的发生，符合尾矿库灾害链孕源断链的模式，孕源断链是灾害链各种断链减灾模式中成本最低、破坏程度最小、效果最好的模式。在条件许可的情况下，应当首选孕源断链的减灾模式。孕源断链减灾模式的具体措施包括尾矿库建设之前，对尾矿库可能影响到的土壤、地下水、空气、植被、农作物、建构筑物以及尾矿库自身的稳定性等进行客观科学的评价，选择适宜的场地和方案进行建设；建立完善的信息化在线监测系统；严格按照设计要求使用尾矿库；闭库后对其进行科学合理的管理，发现问题及时解决，从源头上切断尾矿库灾害链的发展。

而对于当前现存的大多数尾矿库，由于建库标准不高，以守库人员经验管理为主，缺乏科学、安全管理手段等，较易出现致灾环节中提出的各类问题，形成尾矿库灾害链的致灾环，就错失了灾害链孕源断链的时机。面对已经形成的尾矿库地质灾害链，通常做法只有针对尾矿库灾害链致灾环节出现的各种问题采取必要的工程措施进行治理，来达到断链减灾的目的，这种断链减灾模式成本较高，破坏程度较小，效果较为一般；除此之外，仍然存在相当数量的尾矿库在其灾害链发育程度经过致灾环节、激发环节进入损坏环节之后才引起人们足够的重视，尾矿库在损坏环节中污染了场地或周边的生态环境，或因失稳破坏发生溃坝灾害，才不得不采取必要的工程措施进行治理，实现尾矿库灾害链的断链，防止尾矿库灾害链形成新的灾害循环，这种断链减灾模式成本最高，破坏程度较大，效果最差。人为断链减灾模式的具体措施因灾害链发育程度、灾害类型的不同而不同，应当针对灾害链中出现的不同损坏环节被动地采取相应的工程措施进行人为干预。

由上述分析可知，对新建的大型尾矿库，采取孕源断链模式成本最低、破坏程度最小、效果最好，而对现存的多数尾矿库，由于错失孕源断链的时机，只有采取必要的工程措施进行人为干预断链，成本较高、破坏程度较大、效果较差。

针对现存的多数尾矿库，提出了一种新的断链减灾模式，即基于资源重利用(矿产资源回收和整体利用)的尾矿库灾害链断链减灾模式。我国对尾矿库进行资源重新利用由来已久，但由于长期以来选矿技术未获得突破，综合利用率一直很低，有学者统计，我国尾矿综合利用率不足10%[5]。随着近年来矿产品价格不断攀高和选矿技术的不断突破，对尾矿库进行资源重利用的经济效益越来越好，对尾矿库进行综合利用评价越来越受到人们的重视。尾矿库资源重利用的途径主要为尾矿再选和尾矿整体利用2个方面，可以达到资源化、减量化和无害化等目标[5]。通过对尾矿库资源进行重利用，不仅可以获取矿产资源，还能从根源上消除灾害，能够从源头上切断灾害链，达到尾矿库灾害链断链减灾的目的。 在目前存在的万余座尾矿库中，适宜进行资源重利用的均为已闭库或即将闭库的多数尾矿库，而这些尾矿库正是灾害链中问题较多的。基于资源重利用的尾矿库灾害链断链减灾模式见图2。

图2 基于资源重利用的尾矿库灾害链断链减灾模式

资源重利用作为新的尾矿库灾害链断链减灾模式，针对具体的尾矿库，可以通过以下措施来实现：首先对尾矿库中的尾矿进行系统取样，然后分析样品中有益矿产资源的种类和品位，在此基础上确定尾矿资源的重利用方案，并论证重利用方案的经济可行性，对可以回收的矿产资源重新进行选矿回收，对回收后剩余的尾矿进行整体利用(如作为水泥、黏结砖的原料或其他原材料)，重利用方案实施后既可以回收矿产资源，又能从本质上消除尾矿库灾害的发生。在对重利用方案进行经济可行性评价时，并不能单纯把尾矿当做矿产资源进行评价，而应当充分考虑到已经存在的尾矿库对周边生态环境污染的代价、保证尾矿库安全稳定性的成本以及对尾矿库后期管理的成本等因素，在此基础上的经济可行性评价才能客观反映重利用方案的经济可行性，而这也是将资源重利用作为尾矿库灾害链断链减灾模式的重要因素之一。由此可知，资源重利用断链减灾模式成本较低，破坏程度最小，效果好，还能获取资源，是一种值得推荐的尾矿库灾害链断链减灾模式。

3 结 语

(1)建立了一套更为完善的尾矿库灾害链，详细论述了灾害链的致灾环、激发环、损坏环和断链环的内涵和各个环节之间的关系，并在此基础上提出了3种不同的尾矿库灾害链断链减灾模式，分别为孕源断链模式、人为断链模式和资源重利用断链减灾模式。

(2)新建或拟建的大型尾矿库可采用孕源断链减灾模式；已经发生损坏的尾矿库可采用工程措施人为断链减灾；现存的多数尾矿库均可采用资源重利用进行断链减灾。

(3)通过对现存的多数尾矿库进行资源重利用，不仅能够回收矿产，获取资源，也能从本质上消除尾矿库灾害，恢复土地资源，相对于其他2种断链减灾模式，具有明显的优势，可用于指导尾矿库灾害消除。