非煤矿山自然灾害危险源调查数据与评估指标的解析

姚卫华 尹鑫伟 张蓓 王瑜 谢昱姝 徐亚博

引言

露天矿山采区受地形地貌、自然环境、矿床埋藏条件的制约，加上矿产实际开采过程中相关生产工艺要求，可能发生滑坡与坍塌等地质灾害。

尾矿库是筑坝拦截谷口或围地构成的、用于储存金属非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或工业废渣的场所，是矿山选矿企业的重要组成部分。在自然灾害影响下，尾矿库存在一定的安全隐患，对库区下游的设施、环境等构成威胁（图1）。

图1 巴西米纳斯吉拉斯州布鲁马迪纽矿坝决堤事故现场

北京市非煤矿山承灾体包括1个露天矿山和12个尾矿库，其中1家露天矿山企业处于生产状态。尾矿库中，有7家停用，5家处于闭库状态，其中11个尾矿库属于“头顶库”。虽然总体数量不多，但闭库和停用的尾矿库风险依然存在，具有坝体结构复杂、浸润线高及易受极端天气等灾害影响等特点，尾矿库安全风险防控成为重中之重。

非煤矿山自然灾害调查与评估为掌握特定区域非煤矿山承灾体的自然灾害风险和隐患以及危险程度提供了标准和指引。普查工作本身既是摸底，也是补缺。为了最大限度发挥普查和评估工具的效能，就需要在地方实践的基础上深化指标背后的信息收集和整理工作，基于不同非煤矿山承灾体的地理位置、建设背景和现实状态，细化指标的分类和内容，实现指标的本地化、精细化。科学地解读和分析指标项目也有利于后续评估人员掌握数据来源和评估方法，从而为拓展、创新地方普查工作提供可能。

非煤矿山自然灾害承灾体调查数据

根据相关技术规范，非煤矿山自然灾害承灾体调查是全国自然灾害综合风险普查的重要组成部分。其目的在于通过对全国非煤矿山调查，掌握非煤矿山在地震、地质、水旱（洪涝）灾害等自然灾害设防方面的达标情况，以及企业防灾减灾能力，为非煤矿山自然灾害致灾危险性评估和全国自然灾害重点隐患综合评估提供基础性数据支撑。调查内容包括各调查对象的基本情况、灾害设防情况等，具体见表1所示。

表1 非煤矿山自然灾害承灾体调查数据情况

本次调查的数据是在非煤矿山事故风险分析的基础上，指标和数据的确定均需要以事故和隐患问题为导向。从非煤矿山事故类型看，地下矿事故类型多为冒顶片帮（坍塌）、坠罐、透水、井下火灾；露天矿以边坡坍塌、放炮、排土场坍塌事故类型为主；而尾矿库事故类型主要为溃坝。

不同类别的非煤矿山承灾体，可能面临的风险因素不同。如对于尾矿库，在2006年至2012年发生的52起相关安全事件中由自然因素引发的共有15起（图2）。尾矿库事故中将近20%都是由洪水导致的，尤其是强降水（特别是暴雨）是诱发尾矿库溃坝的重要因素，降雨对于基质吸力、抗剪强度等筑坝材料的物理力学性质、孔隙水压力等应力状态具有很大影响，可导致坝体变形，严重的可造成溃坝。而地震活动造成的液化破坏或加速蓄水破坏，可能引起滑坡，发生溃坝，库内有水或遇降雨则容易形成泥石流，破坏巨大。采矿引发的矿山地质灾害主要有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷及地裂缝等，且库区周边存在诸多其他危险源与不良地质体等，对其自身的安全性也具有一定威胁性。又如金属非金属露天矿山，其地质条件对矿山的影响主要是边坡和排土场泥石流。而矿山排土场在汛期可能存在废石场选址不当、防洪设施和管理措施不符合安全要求的问题，引发泥石流。金属非金属地下矿山则可能由于矿山开采过程中修建工房、修路等活动而开挖山体，加上雨水的冲击，周边山体稳定性会发生改变,可能发生山体滑坡。

图2 山西省吕梁市交口县尾矿库发生溃坝事故

承灾体调查中涉及的数据是在过往事故统计、风险分析的基础上得来的，而在应用于实际对象进行评估的过程中，需要结合承灾体及所在区域的自然灾害特点进行针对性的说明。

调查数据与评估数据的对应关系

本次评估中调查数据与评估数据有着紧密的关联，从灾害链的角度出发，致灾环是破坏承灾体本质安全的因素，如尾矿库库区地形地质、排洪构筑物地质条件等；激发环是触发承灾体灾害的外界因素，如地震、降雨和地质灾害；损坏环是灾害链形成后对下游造成的危害，如尾矿库下游的人员数量；断链环是切断灾害链的工程技术防范措施（图3）。

图3 灾害链示意图

由此，灾害是自然因素、设计因素、施工因素、技术因素、管理因素、社会因素及外界因素的综合作用结果，而调查数据与评估数据的对应关系直观地反映了不同承灾体灾害链的内容。如表2所示，列出了非煤矿山中金属非金属露天矿山和尾矿库调查数据与风险评估任务的对照关系。

表2 调查数据与评估数据对应表

评估指标的二次解析

本次非煤矿山自然灾害普查的过程是对描述型和评估型两类数据的收集，这一分类是基于数据本身是否需要二次判断来划分的，其中评估型数据又可分为标准判定数据和专家判定数据。对于调查数据和评估数据进行二次分解是必要的，能否准确地解读数据背后的调查和评估逻辑，对于现实中保证评估结果 的科学性和真实性，以及这些数据能够正确地运用于非煤矿山的监管工作具有积极意义。

1.描述型数据

描述型数据，指可以依据既有资料、文件进行直接判定的，无须进行二次判断，对于判断主体的要求不高。如非煤矿山中尾矿库的名称、单位名称、地址、生产状态、设计总库容、设计总坝高、历史自然灾害次数等，其中“总库容、总坝高”等虽然属于尾矿库专业领域的数据，但其需要严格依据设计文件进行判定，且具有对应性和唯一性，依然是基于材料的客观描述。

2.标准判定数据

标准判定数据，是在既有资料、文件基础上，遵循某些标准或规则进行判定，要求判断主体掌握标准或规则的内容，才能保证判定结果的准确性。例如地震烈度、是否“头顶库”、矿山救护队的类别、专职矿山救护队的规模等。

其中地震破坏是尾矿库需要重点关注的自然灾害风险，加强尾矿库全生命周期的工程地质勘查工作，其重要内容就是根据工程地质勘查资料对设计文件进行复核。而对于矿区地震烈度的查询需要通过“中国地震动参数区划图”平台（图4），输入行政区划参数进行查询，查询结果如显示为地震峰值加速度，则要根据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》中地震峰值加速度与烈度对照表加以判断。

图4 “中国地震动参数区划图”平台

在“头顶库”的判定上，边坡高度超过200m的露天矿山、“头顶库”等事故风险相对较高，容易发生群死群伤的重特大生产安全事故，历来都是安全生产监管部门重点关注的非煤矿山监管对象。“头顶库”溃坝时间短、泥沙流速大，从坝脚到下游1km处往往只有几分钟，应急时间非常短，下游居民撤离和设施转移难度大。对于“头顶库”的判断是依据《遏制尾矿库“头顶库”重特大事故工作方案》的通知（安监总管一〔2016〕54号）中“下游1公里（含）距离内有居民或重要设施的尾矿库”做出的。

3.专家判定数据

专家判定数据，是在前两类数据的判定基础上的二次判断，需要判断主体拥有专业背景和经验，需要进行专家判定的数据，一般是需要结合标准和相关资料进行计算的数据，或是需要进行现场实地勘查确定的数据。如尾矿库调查数据中，调洪演算是否按防洪标准要求的年份内最大洪水计算、库区是否存在潜在地质灾害影响、库区是否在可能发生的泥石流冲击范围内、库区是否在可能发生的泥石流冲击范围内、采取的防范措施等。

根据历年尾矿库溃坝事故分析，在可能影响尾矿库安全运行的生物活动、水文气象和地形地质等环境条件中，洪水风险需要重点关注。全球25%和欧洲35%的尾矿坝事故与强降雨事件有关。气候变化将增加极端降雨事件的频率，即使在预计年平均降雨量将减少的地区也是如此。汛期前管理不当，未留设足够的调洪库容，干滩长度接近临界值，降雨来临后，库水位不断上涨，应急处置无效，库水位上涨，逐渐形成子坝挡水，漫顶、溃坝。

有些尾矿库因设计年代较早，采用的防洪标准已无法满足现行标准，为了确保尾矿库能安全度过汛期，需要对其进行排洪能力复核。验证其现在的排洪能力是否满足规范要求，准确的洪水分析和调洪演算，可以指导尾矿库的安全管理，确定尾矿库运行水位、干滩长度、安全超高等安全运行控制参数。

根据GB 39496—2020 《尾矿库安全规程》的规定，“每年汛前，需要根据尾矿库实测地形图、水位和尾矿沉积滩面实际情况进行调洪演算，复核尾矿库防洪能力”，并加强对排洪设施的巡检、管理及维护，以应对出现频率最高的溃坝、排洪设施损坏、泄漏、降雨、洪水漫顶等隐患。调洪演算需要根据当地《水文手册》中的相关参数进行专业计算。

图5 北京某尾矿库初期坝

图6 非煤矿山排洪渠

结语

本次调查与评估的数据与评估系统紧密关联，评估系统要求数据和指标具有简洁、明确的特点，而关键“字段”的背后往往蕴含着自然灾害防范的标准、规则等信息，除了描述性数据以外，需要更加注重标准判定、专家判定数据的二次解读，这也是数据应用于承灾体管理方安全生产标准化建设，以及政府行业监管工作的前提条件。