基于事故树方法的弃渣场安全研究

徐玉华，郑 锐，张万清

（福建省水土保持工作站,福建 福州 350003）

在人类探索和改造自然的过程中，产生了大量的固体废弃物，我们将生产建设项目中排放的无特定功能的弃土、弃石、以及其它弃渣混合物堆放场地称之为弃渣场。近几十年来全球范围内发生了许多弃渣场引起的灾害，反映出弃渣场作为一种无序和盲目的人造危险源，在人类生产建设活动中必须要引起重视。进行有效的事故分析，完善对渣场事故规律的认识，对优化我国生产建设项目弃渣场事前预防和事中管理模式有着重大的意义。

1 弃渣场现状调查

1.1 弃渣场类型

针对不同的弃渣场分类标准可以对弃渣场进行多样化分类，目前普遍认可的弃渣场分类方式有两种。①根据工程或区段的弃渣量，结合附近的地形地貌特点，弃渣方式可分填洼弃渣；沟道弃渣；坡面弃渣；平地弃渣四大类[1]。②根据弃渣成分或者弃渣所属项目来源分类，分为渣土场[2]、排土场、尾矿库、尾砂库、赤泥库[3]、储灰场[4]。

1.2 弃渣场分布特点

弃渣场都尽可能的避开公共设施、基础设施、工业企业、居民点，通常选择在山丘的荒沟、凹地、支毛沟等地方，对主要设施点造成影响范围较小的地点，同时较好考虑到了运移交通的便利。弃渣场的布置往往根据主体项目的分布设置，一般如水电站、公路铁路等线性工程，弃渣场分布同样呈沿线分布。

1.3 弃渣场现存问题

目前我国的弃渣场建设还缺少统一的规范，在渣场选址及弃渣处理缺少周全的考虑，环保意识薄弱。同时我国弃渣场管理制度制定仍不完善，特别是缺乏针对小型弃渣场或临时性弃渣场的管理制度，导致在建许多小型工程弃渣场随意丢弃，引发破窗效应。一些临时性弃渣场由于缺乏管理和约束往往也会变成永久弃渣场。各个企业之间特别是民营企业弃渣排放缺乏联合调度和管理。我国弃渣场的安全监测覆盖范围非常小，且监测手段仍然比较滞后。此外，大多数弃渣场由于过往盲目和混乱地排放，经过长期生物及环境作用已经极难辨认，导致有许多弃渣场定位困难，甚至有人在弃渣场上建房、种地，产生极大的安全隐患。

2 弃渣场事故案例采集及分析

2.1 弃渣场事故案例库

多年来，一般固体废弃物堆存诱发的次生灾害不在少数。如泥石流、尾矿库渗漏、拦渣坝溃坝、排土场滑坡等事故，不仅破坏了生态环境，更对人民生命财产安全造成了严重威胁[5]。本文案例库所选近年来国内外弃渣场事故案例总数为100，案例来源包括文献资料、著作书籍、互联网络、报纸、事故调查报告、福建省水保站水土保持相关资料。统计分析数据主要包括弃渣场事故发生的时间、弃渣场类型、地点、以及事故主要诱因。

2.2 案例分析

根据收集的资料，统计出北半球弃渣场失稳事故中所在月份频数分布见图1。

图1 弃渣场事故所在月份频数分布

从上述统计分析可以看出：一年中，但事故的高发期一般集中在5月～9月，主要原因是北半球这几个月通常为雨季，降雨特别是强降雨或台风降雨对弃渣场的失事有着极大的影响比重。另外从统计的弃渣场失事类型统计图中可得，目前的弃渣场失事事故主要存在于采矿及金属行业。尾矿在我国一般工业固体废弃物产量中几乎占据了小“半壁江山”，但庞大产生量中，利用量却很有限[5]。大量尾矿库在种种原因下发生事故，威胁下游人民生命和财产安全。

2.3 弃渣场事故诱因分析

从上述统计的弃渣场失事案例来看，事故发生的原因主要分为弃渣场内在因素、外在环境因素以及人为因素三方面。每次弃渣场事故都与内在因素有着密切的关系，内因包括了弃渣场弃渣成分、物理力学特性及地形地质条件，内因可以说是弃渣场事故产生的前提和基础。外部因素主要是气候因素降雨、地下水、施工工艺和乱采乱挖、以及人为因素，每次弃渣场事故都有外部因素的作用。其中，降雨因素是导致事故发生的最主要因素，占到弃渣场事故的40%以上。弃渣场事故诱因频率饼状图见图2。

图2 弃渣场事故诱因饼状图

3 弃渣场安全事故树分析

目前国内对尾矿库和排土场的危害、安全评价方法以及预防措施进行了比较系统和完善的研究[6～8]，但对于渣土场

表1 中间事件＆基本事件信息表

安全评价模型方面的研究相对较少。因此加强渣土场决策过程中存在的风险因子识别、预测分析以及安全评价，确定其危险程度，制定切实可行、科学合理的预防和处理措施，对预防水土流失，保护环境及保障人民生命财产安全有着切实的意义。

3.1 弃渣场安全事故树层次划分

结合事故案例的调查分析，渣土场可能发生的风险可以归纳为边坡失稳、水土流失、及环境污染三类。采用事故树分析法分析发生以上3 种灾害的诱发因素，结合渣土场的堆排现状，分别以它们发生的可能性进行分析。

对弃渣场事故进行事故树分析，各基本因子信息见表1，所绘制的总体事故树见图3。

图3 弃渣场总体风险事故树

3.2 事故树最小径集及最小割集计算

事故树的布尔表达式如下所示：

（X1*X2+X3*X4）*（X5+X6+X7+X8+X25）*（X9+X10+X11）+X12*X13*X14+（X15*X16+X4*X17）*（X5+X6+X7+X8）*（X11+X9）+X18*X19*X20+X21*X22*X14*X21+X15*X23*X6+X5*X24

利用布尔运算法则求出事故树最小割集有74个，最小径集有216个（见表2）。

表2 事故树最小割集＆最小径集表

3.3 事故树基本事件结构重要度计算

借助FTA进行分析计算并整理可得各基本事件的结构重要度排序如下所示：I（X11）=I（X9）＞I（X10）＞I（X5）=I（X4）=I（X3）=I（X2）=I（X1）＞I（X6）＞I（X8）=I（X7）＞I（X25）＞I（X15）＞I（X21）=I（X16）＞I（X14）＞I（X24）=I（X22）＞I（X23）=I（X20）=I（X19）=I（X18）=I（X13）=I（X12）。

3.4 事故树计算结果分析

（1）分析最小割集可知：该渣土事故树，求得的最小割集74 个，这说明发生边坡失稳事故的途径可有74 种，从数量上来看，发生渣土场失稳事故的途径很多。因此，需要加强防范意识，特别是汛期需做好安全排查和实时监管。

（2）分析最小径集可知：渣土场事故成功树，求得最小径集216 个，从这一数值看，使弃渣场保持安全稳定的的控制途径有216 种，但由于在渣土场建设完工后有些因素不可避免，例如地形地质因素、渣土特性、汛期渗流因素等。因此，实际上使渣土场保持安全稳定的控制途径有只有不到百分之15%，即大概只有三十种。所以我们要把重点放在人为可控部分的因素这个点，确保弃渣场有足够稳定能力，即便失事也能确保抢险措施有效。

（3）分析结构重要度可知：降雨引发的渗流变化、水流冲刷和浸润线变化是发生渣土场事故的主要原因，一些地势、河流、偶然作用等原因是次要原因。所以我们在进行渣土场设计和管理时要重点放在渣土场监管、防护、以及防汛工作上面。

4 结论

（1）弃渣场事故多集中在雨季，强降雨引发的一系列因素变化是导致弃渣场滑坡、泥石流或尾矿库溃坝的重要原因，由此引发一系列严重后果。所以应该将治理的重点放在水上，重点对弃渣场体内外及地下水区域的水进行控制和引导，修建截排水沟防止水流冲刷渣体，弃渣完毕后对裸露渣体边坡设置粘土隔水层并进行植被恢复[9]，可以有效防止地表水下渗及水土流失。

（2）对于拟建弃渣场应从之前事后管理转变为事前预防和事中管理。从源头开始，注重对渣场设置方案经济适用性和安全合理性进行综合考量，特别是对选址所在区域的水文气象，地形地质等影响弃渣场安全稳定的关键因素要进行风险分析及对可能失事的薄弱部位采取针对性措施加固设计。

（3）对于已建和拟建弃渣场要注意制定高效合理的管理措施，分清责任防治范围。对小众行弃渣来源要实施联合调度和严格管理，防止乱排、超排现象。从管理层面，对易损性较大的渣场要进行重点监测和即时反馈，特别是雨季来临时，重点对弃渣场进行渗流变化、坡面水流冲刷和浸润线变化进行实时监测，对隐患部位应及时采取补救措施及发布预警预报。