加拿大博利山尾矿坝溃坝原因分析及防范措施

加拿大博利山尾矿坝溃坝原因分析及防范措施

博利山尾矿坝溃坝事故是一起发生在加拿大境内最大规模的矿山事故，受到全球关注。人们意识到，只有在各个层面开展统一而周密的规划、设计、监控和有效运行，才能确保尾矿坝的可靠性。分析了博利山尾矿坝发生溃坝的原因，并针对存在的问题提出了相应防范措施，以为将来尾矿坝的设计、修建和运行提供借鉴，防止类似事故再次发生。

尾矿坝；溃坝分析；博利山尾矿坝；加拿大

2014年8月4日，位于加拿大不列颠哥伦比亚省的博利山(Mount Polley)尾矿坝发生溃坝事故，导致尾矿污水直接泄入邻近湖泊。美国国家航空航天局陆地卫星Landsat 8上的陆地成像仪于2015年8月5日拍摄到事故后的卫星图像。作为对比，美国国家航空航天局发布了2014年7月29日在尾矿坝溃坝之前矿山及周边地形的卫星图像。截止8月5日，尾矿贮水池中的废水已排干，露出淤泥坝底。由于大量泄流，事故前仅宽1 m的黑泽尔廷(Hazeltine)河在事故后激增至宽150 m。事故后，周边森林和河谷均笼罩在一层棕色沉积物中，而贮水池以北的森林则在事故中直接被夷为平地。在克内尔(Quesnel)湖中可以清晰地看到漂浮的碎片，主要是被冲倒的树木。

加拿大苏打溪印第安部族酋长表示，此次事故无疑是一起发生在不列颠哥伦比亚省内最严重的矿山事故，整个原住民部族和不列颠哥伦比亚省均对导致此次灾难的原因提出了质疑。

加拿大不列颠哥伦比亚省能源和矿业部部长B.班尼特表示，该事故发生在不列颠哥伦比亚省的管辖区内，他们有责任查清这次事故发生的具体原因，并从中吸取教训，确保类似事故不再发生。

1 意外溃坝

据估计，因博利山尾矿坝发生突发性溃坝事故，约1 700 万m3的废水及800万m3的尾矿被排入博利湖中。而尾矿废水通过以博利湖为源头的黑泽尔廷河，也被排至克内尔湖中。溃坝决口在8月5日才恢复稳定。8月12日，当地地方政府发布了针对周边城镇的用水禁令。据称，这起事故对下游环境造成严重实质性影响，其中包括尾矿沉积、土地腐蚀、树木和木质残体漂入湖水和溪水中，以及对路堤的腐蚀。

事故发生后，矿山所有者帝国金属公司发表声明称，在事故发生前，监控设备和现场工作人员均未发现任何溃坝迹象。该公司还强调，尾矿呈碱性，平均pH值为 8.5，不会产生酸性环境。2014年8月，该公司再次发表声明，表示当前首要任务是保护员工和周边社区的健康和安全，虽然此次事故并没有造成人员伤亡或私人财产损失，但公司对事故的直接影响表示深切关注，正在开展相应工作以缓解影响，并对导致此次溃坝事故的原因展开调查。

截止2014年8月18日，不列颠哥伦比亚省能源和矿业部已经下令对此次溃坝事故展开独立工程勘察和调查工作。独立调查小组须按照要求在2015年1月31日前发布针对事故的最终报告，明确尾矿坝发生溃塌的原因，并为政府提供相应建议，以促进政府在“需要和适宜时”采取措施，保证避免再次发生类似事故。

由政府指定独立调查小组成员，并得到加拿大苏打溪印第安部族和威廉斯湖印第安人部族的支持。该小组成员在尾矿管理方面具有丰富的专业知识，其中有3名是经验丰富的岩土工程专家。在其职权范围内向相关部族进行了咨询，并与其展开合作。不列颠哥伦比亚专业工程师及地质学家协会、英属哥伦比亚大学矿业工程研究所也为该小组提供了资源支持。此外，矿山调查首席检察官向所有矿业公司发布指令，要求所有公司在2014年12月1日之前对所有获准的矿山尾矿贮存设施(TSF)开展一次尾矿坝安全检查。这一年度检查的截止日期原本为2015年3月31日，且未要求展开独立第三方审核，但上述指令提前了这一截止日期，并明确了开展独立审核的要求。

调查小组专家表示，博利山尾矿坝溃坝事故对全球整个采矿工业都产生了不良影响，而不仅局限于不列颠哥伦比亚省采矿工业。必须清晰了解此次溃坝事故原因和发生的过程，才能在现行和未来的采矿作业中采取最佳行动方案。

2 坝基溃塌

基于在水利和尾矿坝方面的经验，独立调查小组提出了多项针对溃塌事故起因的设想，并确定了4个需要进行考量的溃塌机制类型：①人为因素；②漫顶；③管涌和堤坝裂缝；④坝基溃塌。

目前没有证据能够表明此次事故中存在人为因素和漫顶迹象。同样，尽管存在一系列担忧，独立调查小组并未发现任何迹象表明导致此次溃坝事故的原因是管涌和/或裂缝。而管涌和/或裂缝可能导致尾矿坝体内部严重侵蚀。小组得出结论，此次溃坝事故发生的原因在于尾矿坝坝基溃塌，而溃塌部位则出现在坝基底部的冰湖层。

不列颠哥伦比亚省能源和矿业部部长在2015年1月30日发布的报告中指出，在事故前并未发出任何警报信号，因而除非对这一冰湖层下层材料的强度和位置非常了解，否则无人能预测事态的发展，很明显没有人能做到这一点。经过3个月的调查，独立调查小组才真正查明事故发生的原因，而仅仅只停留在表面的调查是不可能做到这一点的。

小组表示，此次坝基溃塌事故的主要原因出自坝基设计，在设计坝基时未将周边堤基的冰下和冰前地质环境考虑在内。因此，坝基调查和相关场址特性评价均未发现在溃塌点周围持续形成的冰湖层，也未意识到在受到堤岸施加的压力时，冰湖层很容易受到不排水抗剪切破坏的影响。

报告同时指出，导致这种破坏的原因在于下游岩填区域的倾斜角度过高。若角度比较平缓，则能够避免出现不排水抗剪切破坏。而在事故发生当时，正在开展相应工作，减缓坡面角度，以达到最终设计标准。如果说在场址特性评价过程中忽略地基底部的冰湖层强度是一支未装弹药的枪，在冰湖层上方作业则无异于在枪口装填弹药，而在冰湖层上建造一个坡度为1.3H∶1V的尾矿坝则等于扣动了扳机。

尾矿坝中的高水位被认为是此次溃坝事故链中的最后一环。报告指出，在溃坝事故发生前，尾矿坝中水位仅低于大坝心墙 2.3 m。独立调查小组针对溃塌事故面的挖掘工作显示，坝顶至少沉降了3.3 m，导致坝顶溢流并引起溃塌。若当时水位能够降低1 m，且尾矿缺口稍微变宽，则溃坝最终可能坚持到第二天清晨，从而争取更多时间进行干预，阻止事故的发生。最后，尾矿库的水量对于溃坝事故后排出的尾矿量至关重要。水力侵蚀作用导致需输送大量尾矿，而在尾矿水排尽之后，河床演变过程才会停止。若尾矿库中原来的水量较少，则能缩短河床演变过程，而排放的尾矿量将不到此次事故实际排放量的1/3。

3 调查结果

作为对最终报告的回应，帝国金属公司表示，独立调查小组判定的溃坝原因与其开展的调查结果一致，即TSF中的蓄水并非是导致溃坝事故的原因，但却造成尾矿的大量排放。该公司在事故发生前已意识到水位可能上升，并于2006年就已开始采取相应措施来应对这一问题。

该公司也提到独立调查小组得出的结论，即导致此次溃坝事故的原因在于溃坝缺口周围坝基下方近8 m处的冰湖层，其强度未达到TSF的设计强度。独立调查小组指出，尽管在过去多年间，经验丰富的岩土工程师们参与了这一设施的相关工作，但一直未检测出场址特性评价中被忽略的问题。

该公司补充到，这一寿命为18 a的TSF的建设始终遵循由注册工程师制定的、经能源和矿业部审批的设计标准。博利山矿山业主也指出，能源和矿业部在其于2013年9月发布的岩土工程检查报告中申明，根据观测和对相关信息展开的审查，认为博利山TSF的设计、建造和运行均符合许可证中规定的岩土工程要求和公认的工程实践标准。同时也注意到，博利山TSF的质控和质保程序已落实到位，其运行、维护和监控手册也已进行了修订。

独立调查小组在其最终报告中申明，尽管对TSF的调查并无问题，但仍不能避免此次溃塌事故的发生。调查小组同时指出，监管部门人员完全能胜任其工作，并实现预期的监管效果。帝国金属公司表示，若坝基底部的冰湖层强度达到设计标准中的假设强度，则这起突发性溃塌事故就可能不会发生。

4 暂停运营

在确定事故原因后，独立调查小组对如何基于这一事故吸取教训并避免同类事故再次展开了探讨。

目前，在不列颠哥伦比亚省内共有123座运行中的尾矿坝蓄水池中蓄有地表水。从统计学的角度来讲，基于历史记录，上述尾矿坝在任意年发生溃坝事故的概率均为1/600。

尽管这一概率看似不值一提，但其意义却非常深远。若不列颠哥伦比亚省在运行尾矿坝的数量保持不变，且持续按照此前方式运营，则平均每10 a可能出现2次溃坝事故，每30 a可能出现6次溃坝事故。基于这一预期，独立调查小组坚决反对任何继续照常运营的想法。

该小组补充道，坚决反对针对尾矿坝可容忍溃塌率的概念，如接受可容忍溃塌率，无论这一概率多小，都会使事故周期性发生。加拿大第一民族不能容忍，公众不会允许，政府也不会答应，而采矿工业对此更无法承受。

改进现行做法是迈向零事故道路的根本出发点。然而，独立调查小组提出警告，最佳实践(BAP)仅能提高尾矿技术的安全性，而这些技术在过去数百年中并未发生实质性变化。该小组表示，通过改进技术来避免事故发生，需要排除尾矿库的水量，只有这样，才能为尾矿提供事故安全冗余，避免出现事故。

报告中指出，通过削减可能发生溃坝事故的尾矿坝数量，可以减少尾矿坝溃坝事故的数量。针对未来BAP提出的建议，需要对稳定性计算之外的因素进行考量，为堤坝设计、建造和运行提供重要借鉴，以加强堤坝安全。在对最佳实践展开探讨时发现，博利山矿山事故的发生缘于未检测到坝基弱点。不过有可能因溢流造成溃坝，2014年5月便险些发生溢流事故。另外，也可能因内部侵蚀发生溃坝事故，在调查过程中也确实发现坝体内部出现了侵蚀现象。报告指出，博利山矿山尾矿坝中明显存在多种可能的事故模式，而其主要区别则在于在溃坝过程中发展的程度。

BAP主要聚焦于尾矿坝的性能，而最佳可用技术则主要关注尾矿沉积物，目的在于保证尾矿沉积物的物理稳定性。为此应防止蓄水池渗水，将蓄水设施进行隔离。为实现这一目标，独立调查小组表示，最佳可用技术应当具备以下3个衍生自土力学的因素：①清除蓄水池中的地表水；②通过排水设施实现尾矿的不饱和状态；③通过压实为尾矿沉积物达到稳定创造条件。

在报告中，独立调查小组为采取最佳行动方案、减少未来事故可能性提出了如下7项建议。

(1) 分阶段落实最佳技术。针对现有TSF，在剩余有效运行寿命期间采取最佳行动方案;针对新建TSF,鼓励针对现有矿山和拟建矿山中的新建TSF积极采用最佳技术；针对闭矿，在关闭有效运行尾矿库时应用最佳技术，保证将其从尾矿坝清单中逐渐删除。

(2) 加强企业管理。拟运营TSF的企业须按照要求加入加拿大矿业协会，或必须致力于相同的尾矿坝管理计划，包括行使审核职能。

(3) 认真开展基于银行担保的可行性分析。未来针对新建TSF的许可申请须基于银行担保的可行性分析，对该项目的所有技术、环境、社会和经济影响要有充分考量，以支持投资决议。银行担保可行性分析的精确度可能为± 10%～15%。银行担保可行性分析须包含以下内容：①对可能的事故模式和所有针对残留风险的管理计划展开详细评估。②对采用最佳技术的尾矿和闭矿方案展开详细的成本/效益分析，确保了解其经济影响，并认可上述成本/效益分析的结果应当优先于最佳技术安全考量。③对“量化性能目标”作出详细声明。

(4) 加强TSF所有阶段的安全监管力度，提高独立尾矿审查委员会的工作效率。

(5) 加强监管。利用针对不列颠哥伦比亚省内TSF开展的最新检查结果，确认其是否可能因下列潜在事故模式造成风险，并采取相应行动：①反滤充分性;②水平衡充分性;③淤泥和粘土坝基未排水剪切破坏。采用“量化性能目标”概念改进对现行设施开展的评估工作。

(6) 提高专业技能。鼓励不列颠哥伦比亚专业工程师及地质学家协会制定相应指南，以改进尾矿坝地质、地貌、水文地质以及可能的地震构造特性方面的场址特征。

(7) 改进大坝安全指南。 鉴于当前作为法定要求的加拿大大坝协会指南的局限性，须制定一份经过改良的、针对不列颠哥伦比亚省TSF现状的指南，并在指南中强调公共安全保护。

最后，为履行其职责，独立调查小组针对采取何种措施才能避免溃坝事故展开了探讨。独立调查小组表示，单纯从技术角度而言，除了对该小组所审核的技术缺陷进行纠正外，还有一点需要关注。在此次溃坝事故发生的数天前，矿业公司提交了尾矿坝下一阶段建设工作的设计方案。设计包括溃坝点周围加固扶壁。尽管扶壁并未根据适宜的地层学或未排水剪切强度进行设计，但该小组判定，若在事故前完成扶壁建设，则可以避免此次事故的发生。

5 溃坝事故的严重后果

不列颠哥伦比亚省中部和北部的详细调查表明，位于48个关键流域的26个采矿作业区中的35个尾矿池可能对33个第一民族社区造成影响；此外，其他200多个区域，包括该区域内规模最大的城市，以及长达8 678 km的鱼群栖息水域均会受到影响。

该分析报告由不列颠哥伦比亚第一民族能源及矿业委员会(FNEMC)于2015年6月3日发布，而分析工作在2014年博利山尾矿池发生溃坝事故后便已经开展。分析报告《不确定的上游环境：不列颠哥伦比亚省北部尾矿设施事故的潜在威胁》中强调，开展此次分析的原因并不是暗示所有其进行分析的尾矿设施均可能发生溃坝事故，而是提供了一份针对该省尾矿设施事故潜在威胁的完整总结报告，并考虑到未来在整个区域内开展的采矿作业的利益和潜力，为未来规划提出预警。

该报告包括各关键流域的详细地图，由FNEMC与该省政府共享，并可在FNEMC官方网站获取，作为协助第一民族对其社区以及其所赖以生存的大马哈鱼栖息河流所面临的风险展开评估的研究工具。

FNEMC表示，报告将协助第一民族对其所在区域内尾矿坝的地理位置、位于TSF下游的栖息地和社区，以及TSF对其流域的累积影响有一个清晰了解。同时补充道，议会目前已经推出了另一项规划工具，以协助第一民族拟定与土地和资源管理相关的当前和未来计划。

尾矿坝溃坝事故造成的污染不仅会对33个第一民族社区和208个其他社区的饮用水造成威胁，也可能对不列颠哥伦比亚省内的重要大马哈鱼和虹鳟生存环境造成毁灭性危害。该区域内80%的大鳞大马哈鱼或栖息于尾矿设施下游(12 813 km)，或需要通过可能受到污染的流径才能完成洄游。而针对红大马哈鱼、银大马哈鱼以及马苏大马哈鱼，这一比例则分别为79%，58%和47%。报告呼吁：

(1) 对所有河流、湖泊和湿地生态系统展开保护，避免其受到工业活动和工业冲击的危害。

(2) 将工作重点转移到设立针对拥有大量洄游鱼类河流体系的河源-饮水水域保护区，以补偿在其他水域造成的淡水栖息地和生物多样性损失和破坏。

(3) 设立跨水域和水道的保护区，确保河流受到良好保护，不受污染影响，保证水文径流不受损害。

(4) 矿业公司和政府保证受影响社区能够获取长期经济效益，从而增强社区健康和可持续性。

(5) 设立筹资机制，对不可预料的闭矿造成的影响以及灾后清洁和修复工作所需承担的经济费用进行补偿，实现对社区和公众的保护。

6 防范措施

B.班尼特在最终报告发布之后宣布，政府将立即采取行动，落实由独立调查小组提出的关键建议。

矿山调查首席检察官要求所有设有TSF的运营矿山在2015年6月30日之前提交一份函件，确认在其各自尾矿坝基底是否存在与博利山类似的基底材料。若存在，则相应运营矿山机构须在函件中表明其是否开展充分调查和测试，以便了解上述材料的强度和地理位置，并证明其尾矿坝的设计已经将上述条件考虑在内。

不列颠哥伦比亚省也将落实一项新规定，即要求所有设有TSF的在运营矿山须设立独立尾矿坝审核委员会。这一委员会通过提供针对TSF设计、建造、运行和闭坑的第三方建议，支持矿山机构落实经过改善的行动方案。最后，该省将发起一项规范审核，以便明确如何才能更好地落实独立调查小组提出的最佳行动方案和技术。

该省发布公告，按照矿山调查首席检察官发布的指令，在此次博利山矿山事故发生之后，针对该省内获得许可的其他TSF的检查和第三方审核工作并未发现任何直接安全问题。省政府表示，会针对改进系统进行投资，以实现对这一信息的定期公布。

B.尼班特表示，虽然已经查明博利山矿山溃坝事故的原因，但工作并未就此结束。从这一事故中吸取的经验教训以及保证类似事故不再发生的应对措施，对于该省乃至全球范围内的采矿行业极其重要。独立调查小组明确了此次溃坝事故发生的原因，并指出了TSF在设计、建造和运行方面存在的其他问题。在小组提出的建议中，对这一事故原因和其他问题均进行了剖析。能源和矿业部将积极落实这些建议，确保采矿行业的安全和持续发展，以便为更多居民提供就业机会。

郭重汕 译

(编辑：朱晓红)

2016-09-11

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