尾矿库的安全评价与防治技术研究

尾矿库的安全评价与防治技术研究

何俐蓉 1,2,3,4*，张兆鑫 1,2,3,4，张钊熔 1,2,3,4

1.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司 陕西 西安 710075； 2.陕西省土地工程建设集团有限责任公司陕西 西安 710075； 3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室 陕西 西安 710075； 4.陕西省土地整治工程技术研究中心 陕西 西安 710075

摘要：随着人们对矿产资源的需求日益增加，尾矿库的数量和规模不断地壮大，各种安全隐患问题加剧，系统地设计科学有效的尾矿库安全诊断和风险管控技术势在必行。目前，国内外学者在尾矿库安全隐患识别（安全监测和风险要素识别）方面均开展了大量研究，但国内学者主要集中于理论研究，在实践应用方面相对欠缺。尾矿所含重金属在环境中的迁移转化不仅改变土壤性质，且存在生物累积效应，严重时还会随着食物链危及人类健康，因此，开展金属尾矿库的风险评价及污染防控至关重要。一方面，国内外针对重金属等污染物的风险评价主要是基于污染物实测浓度与背景值进行对比，从而确定其风险。另一方面，针对矿山废弃地的恢复和重建研究成果较多，包括融合资源化利用、阻隔技术（清污分流、隔离层）等防治技术和生物和物理化学措施等改良控制技术。总体而言，金属尾矿库污染物防治中可利用的方法较多，筛选和研究适合特定地区尾矿库的风险评价及污染物防治技术是研究的重点。

关键词：尾矿；安全评价；防治技术

中图分类号：X142 文献标志码：A

0引言

全球范围内，人类文明进步尤其是工业发展以及近代城镇化进程离不开各类矿产资源的开发利用。因此，在矿产的开采过程中，经选矿处理后的主要废弃物，将集中露天堆存在尾矿库中。目前，世界上正在使用的尾矿库和工业废料库约有20万个，尾矿坝数量则远远超过这个数字。由于尾矿库是具有高势能的重大危险源，且致灾因素多、机理复杂、突发性强、破坏力巨大，尾矿库（坝）相应事故往往造成惨重人员伤亡、巨额财产损失以及难以修复的环境污染。尽管包括我国在内的世界各国对尾矿库安全给予了极大关注，但是由于历史的原因或技术的失误以及其它一些主客观因素，尾矿库事故多次发生。因此，面对如此严峻的尾矿库现状，系统地设计科学有效的尾矿库安全诊断和风险管控技术势在必行。

1尾矿库安全隐患识别和安全评价

1.1尾矿库安全隐患识别研究现状

尾矿库的安全隐患识别主要分为安全监测及风险因素识别等方面。

安全监测是尾矿库安全管理的耳目，库区健康运营、事故预防及应急响应均离不开准确及时的监测信息。国外尾矿库设计规定的监测内容包括位移、渗流、坝基稳定性等坝体安全指标（Goldcorp, 2017），以及扬尘、地表水、地下水等环境指标（Song et al., 2015）。我国近年来对尾矿库安全监测普及率大幅提高，根据现行《尾矿库安全监测技术规范》与《尾矿库在线安全监测系统工程技术规范》要求，尾矿库安全监测规定需监测坝体位移、渗流、干滩、库水位；四等库及以上还需监测降水量，另酌情监测孔隙水压力、渗透水量、浑浊度；三等库及以上需安装在线监测系统（王昆等, 2018）。相较于国外，我国拥有更加严格的尾矿库安全监测规定。¹

尾矿库作为重大的风险源，包括的风险要素众多，进行科学合理的风险辨识对整个尾矿库的风险评价有着极其重要的影响，国内外学者对尾矿库的风险要素识别进行了研究。尾矿库风险因素识别就是确定可能导致尾矿库发生安全事故的要素进行辨别，包括直接原因和间接原因、显现要素和潜伏要素，不仅需要对历史经验进行合理的把握，也要对未知的要素进行深度挖掘。根据研究结果表明，尾矿库发生溃坝事故的原因主要存在于三个方面：自然因素影响、尾矿库设计缺陷以及相关管理不足。Tory等（1989）认为尾矿库的设计情况以及所处的地理方位对尾矿库的溃坝事故有着非常重要的影响；Donald等（1984）根据已发生过的尾矿库溃坝事故为研究基础，建立了尾矿库溃坝造成的损失与时间的联系，因而能够快速简洁的找到尾矿库所存在的溃坝风险要素；Meggyes（2008）探索并建立了一个基于实地调查和实际经验的辨识方法，从各种渠道获取溃坝事故的相关线索逐步判断导致事故发生的一系列主要风险要素及原体的有效应力分析上，该应用表明了该方法能更好的解决溃坝问题。国内对于尾矿库风险要素识别方面多借鉴国外经验。

总体而言，国内外学者在尾矿库安全隐患识别（安全监测和风险要素识别）方面均开展了大量研究，但国内学者主要集中于理论研究，在实践应用方面相对欠缺。

1.2尾矿库综合安全评价研究

对尾矿库进行合理的安全评价，不仅能准确判断尾矿库的安全状态，而且能确定影响尾矿库安全的主要因素，从而加强对该因素的管理，避免尾矿库安全事故的发生。国内关于尾矿库安全评价已有较多研究。吴德明等（2018）构建了尾矿库安全评价体系，利用和谐度方程计算尾矿库的和谐度，从而对各种影响指标进行优劣排序。谭钦文等（2018）采用评价指数法对评价矩阵进行量化分级，便于确定影响尾矿库安全的重要评价指标。王喜梅等（2018）引用粒计算理论，构建尾矿库安全评价商空间模型，根据模糊聚类方法，计算各项指标的相似矩阵，得出尾矿库的安全评价结果。石勇等（2021）针对尾矿库安全评价中存在的不确定性问题，引入未确知测度理论，建立一个包含5个影响因素和18个影响因子的尾矿库综合安全指标评价体系。阳雨平等（2021）基于因子交互作用矩阵（FIM）和未确知测度理论构建了金属矿山尾矿库的安全性等级评价模型。目前国内已采用不同的理论方法进行尾矿库安全评价研究，取得了较好的成果，丰富了尾矿库的安全评价理论和方法。

但是，由于影响尾矿库稳定性的因素众多，并且大部分影响因素传达的信息具有显著的不确定性和随机性，导致尾矿库安全评价过程中充斥着诸多不确定性，因此，需要亟需具体问题具体分析，针对不同地区的尾矿库，需建立适用于特定地区的尾矿库安全评价模型和方法。

2金属尾矿库污染物风险评价与防控关键技术研发进展

尾矿所含重金属在环境中的迁移转化不仅改变土壤性质，且存在生物累积效应，严重时还会随着食物链危及人类健康，因此，开展金属尾矿库的风险评价及污染防控至关重要。

2.1主要评价手段

风险评价是表征环境所承受风险大小的定量方法，可有效评估生态系统所承担的风险（任景明, 2013），是生态环境领域的研究热点。目前，国内外针对重金属等污染物的风险评价主要是基于污染物实测浓度与背景值进行对比，从而确定其风险。现有的土壤重金属风险评价手段有单因子指数法、地累积指数法、内梅罗指数法、生态风险危害系数评价法等。我国为进一步深入明确土壤环境质量标准，从2018年8月1日起，由《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）代替《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995）作为新的评价标准，规定了土壤中污染物的最高允许浓度指标值及相应的监测方法，适用于农田、茶园、果园、蔬菜地、牧场、林地和自然保护区等地的土壤。基于以上标准，可通过风险评价方法，对尾矿库附近土壤中重金属的风险进行评价。如周曼等（2021）对以某铜尾矿堆场为研究对象，对场地土壤中重金属的风险进行了评价，结果表明土壤砷污染严重，整体为重度污染，潜在生态风险主要为极强和很强；宋凤敏等（2015）对汉江上游某铁矿尾矿库区周边土壤重金属污染特征和潜在生态环境污染风险进行了研究，尾矿库区土壤Hg和Cd达到中-强污染等级，As和Co属中度污染等级。

例如，秦岭地区是“南水北调”中线工程水源地，土壤、水质质量对“南水北调”具有重要影响。目前关于秦岭地区矿石采选及冶炼所产生的废弃尾砂是否会对矿区内土壤产生影响还未见相关报道，亟需开展相应的风险评价研究。

2.2污染防控技术手段

矿山废弃地的恢复和重建研究成果较多，包括融合资源化利用、阻隔技术（清污分流、隔离层）等防治技术和生物和物理化学措施等改良控制技术。其中，生物和物理化学措施主要通过采取措施恢复、肥化土壤，恢复矿区损毁地的生物生产效能（李杏珠, 2021）。典型物理化学措施可以采用重金属钝化技术，钝化剂可以选择沸石、凹凸棒土、膨润土等，对重金属进行钝化处理。生物措施主要以植物修复为主，在植物修复技术方面，欧美植物修复成为矿区乃至其他地区土壤重金属污染的一条可行之路。对于植被恢复的研究从上个世纪四五十年代到现在，国内外学者发现了大量的能够富集Se、Si、 Zn、 Cd、 Cu和Co等重金属的富集性植物（宋凤敏, 2016）。目前，我国尾矿废弃地复垦方式主要为充填覆土后种植植物。高杰（2012）将简单的地形改造和科学的种植技术应用于蚌埠铁尾矿库的生态治理中，铁尾矿库的植被很快得到恢复。闫德明等（2013）采取覆盖客土、覆盖客土+生态植被毯等措施修复北京首云铁尾矿库土壤，结果显示，客土+生态植被毯恢复措施最好。

总体而言，金属尾矿库污染物防治中可利用的方法较多，筛选和研究适合特定地区尾矿库污染物的防治方法是研究的重点。

3 展望

国内外学者在尾矿库安全隐患识别（安全监测和风险要素识别）方面均开展了大量研究，但国内学者主要集中于理论研究，在实践应用方面相对欠缺。此外，金属尾矿库污染物防治中可利用的方法较多，但因地制宜的尾矿库污染物防治方法研究较少，今后需开展该方面筛选和研究深入工作。

参考文献：

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作者简介：何俐蓉（1991-），女，工程师，主要从事污损土地修复技术研究。

基金资助：陕西省土地工程建设集团内部科研项目（DJNY2021-27）

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