探究尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

王鐵軍

【摘要】文章結(jié)合尾礦庫潰壩事故的實(shí)際特點(diǎn)，重點(diǎn)分析尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)影響指標(biāo)，并構(gòu)建了對(duì)應(yīng)的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，在此基礎(chǔ)之上根據(jù)危險(xiǎn)指標(biāo)構(gòu)建了對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，通過實(shí)例證實(shí)了該模型的可行性，值得引起重視。

【關(guān)鍵詞】尾礦庫；潰壩；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；指標(biāo)；模型

建立評(píng)價(jià)指標(biāo)是對(duì)具體問題進(jìn)行研究與分析的基礎(chǔ)、關(guān)鍵所在，同時(shí)也會(huì)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生直接且深入的影響。在選擇尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)指標(biāo)的過程當(dāng)中，必須確保所有的評(píng)價(jià)指標(biāo)與尾礦壩的正常工作系統(tǒng)特征以及基本情況密切相關(guān)，以系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)狀態(tài)為目標(biāo)。從這一角度上來說，評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立對(duì)評(píng)價(jià)過程有著至關(guān)重要的影響。當(dāng)然，評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)置過多會(huì)造成評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，一定程度上增加評(píng)價(jià)的難度，評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)置過少則可能導(dǎo)致關(guān)鍵性的影響因素被掩蓋，難以全面且真實(shí)的反應(yīng)評(píng)價(jià)對(duì)象的可觀情況。因此，在對(duì)尾礦庫潰壩事故的危險(xiǎn)性因素進(jìn)行評(píng)估期間，風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的構(gòu)建是非常重要的問題，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，才能夠指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的建設(shè)，以更加真實(shí)與可觀的反應(yīng)尾礦庫發(fā)生潰壩事件的可能性，從而做到有備無患。

1、尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系分析

從尾礦庫潛在潰壩風(fēng)險(xiǎn)的角度上來說，在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的過程中，需要把握以下幾個(gè)方面的基本原則：第一，系統(tǒng)性原則，即要求評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能夠系統(tǒng)全面的反應(yīng)被評(píng)價(jià)對(duì)象的整體情況，確保評(píng)價(jià)結(jié)果的高度可信；第二，客觀性原則，即要求評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不受主觀意愿的影響，同時(shí)廣泛征集環(huán)境、社會(huì)等各方意見；第三，實(shí)效性原則，即要求評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能夠根據(jù)社會(huì)價(jià)值觀念的發(fā)展趨勢(shì)做出相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)以上原則，在針對(duì)尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的過程中，可選擇指標(biāo)有以下幾個(gè)方面：

1）防洪標(biāo)準(zhǔn)：該評(píng)價(jià)指標(biāo)所指的是防洪保護(hù)對(duì)象要求達(dá)到的對(duì)洪水防御能力的標(biāo)準(zhǔn)。通常來說，該指標(biāo)的設(shè)計(jì)需要以某一重現(xiàn)期區(qū)間內(nèi)的設(shè)計(jì)洪水作為參照標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然也可以參照實(shí)際洪水作為防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；

2）排洪設(shè)施能力系數(shù)：在對(duì)尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估的過程當(dāng)中，需要從設(shè)計(jì)角度入手對(duì)防洪設(shè)施的排洪能力進(jìn)行分析，根據(jù)排洪設(shè)施設(shè)計(jì)能力的異常情況來計(jì)算對(duì)應(yīng)的能力系數(shù)，并劃分相應(yīng)的等級(jí)；

3）灘頂與庫水位高差：該評(píng)價(jià)指標(biāo)所指的是對(duì)尾礦庫在運(yùn)行過程當(dāng)中的現(xiàn)狀是否能夠滿足最小安全超高以及最小干灘長(zhǎng)度的要求進(jìn)行評(píng)估。當(dāng)然，前提條件是從設(shè)計(jì)單位入手進(jìn)行調(diào)整，分析在當(dāng)前堆壩高程條件下，在設(shè)計(jì)洪水因素影響下庫水位的上升高度；

4）平均粒徑：該評(píng)價(jià)指標(biāo)的是通過繪制砂土粒徑級(jí)配累計(jì)曲線的方式所實(shí)現(xiàn)的，通過對(duì)級(jí)配累計(jì)曲線的分析，能夠?qū)ι巴恋拇旨?xì)度情況，以及粒徑分布的均勻性情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與了解，同時(shí)也能夠得到有關(guān)砂土級(jí)配水平的數(shù)據(jù)資料；

5）下游坡比：該評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠充分反映尾礦庫壩體的基本輪廓與尺寸特征，其具體取值與尾礦庫壩體自身的抗滑穩(wěn)定性能力以及滲流穩(wěn)定性能力密切相關(guān)；

6）現(xiàn)狀壩高：該評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是指尾礦壩現(xiàn)狀的堆積高度，對(duì)初期壩和中線式、下游式筑壩為壩頂與壩軸線處壩底的高差；對(duì)上游式筑壩則為堆積壩壩頂與初期壩壩軸線處壩底的高差；

7）地震烈度：該評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是指受地震因素影響而表現(xiàn)的地面震動(dòng)以及其對(duì)地面的影響程度，該評(píng)價(jià)指標(biāo)以度作為單位衡量標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)當(dāng)前將地震烈度劃分為12個(gè)等級(jí)，等級(jí)越高代表地震的破壞性越大，且該指標(biāo)與巖土性質(zhì)，地質(zhì)構(gòu)造，震源深度，震級(jí)，以及震中距等均有密切關(guān)系；

8）堆積容重：該評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是指尾礦壩上尾礦砂單位體積的重量；

9）浸潤(rùn)線高度：該評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是指壩體內(nèi)滲流的水面線，是反應(yīng)潰壩災(zāi)害的關(guān)鍵指標(biāo)；

10）橫向裂縫衡量系數(shù)：該評(píng)價(jià)指標(biāo)主要可用于衡量尾礦壩現(xiàn)狀橫向裂縫的存在可能導(dǎo)致潰壩災(zāi)害的危險(xiǎn)程度；

11）縱向裂縫衡量系數(shù)：該評(píng)價(jià)指標(biāo)主要用于對(duì)尾礦庫當(dāng)前工況下存在縱向裂縫的可能性進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)反應(yīng)因縱向裂縫造成潰壩事件的危險(xiǎn)性程度，通?？梢愿鶕?jù)尾礦庫上縱向裂縫的數(shù)量進(jìn)行對(duì)應(yīng)的等級(jí)劃分；

12）水平裂縫衡量系數(shù)：該評(píng)價(jià)指標(biāo)主要用于對(duì)尾礦庫當(dāng)前工況下存在水平裂縫的可能性進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)反應(yīng)因水平向裂縫造成潰壩事件的危險(xiǎn)性程度，通常根據(jù)地質(zhì)勘查得到；

13）排洪設(shè)施完好系數(shù)：該評(píng)價(jià)指標(biāo)主要被用來反應(yīng)在尾礦庫運(yùn)行過程當(dāng)中，相關(guān)排滲設(shè)施除設(shè)計(jì)功能外，能夠正常發(fā)揮功能的程度；

14）日常管理衡量系數(shù)：該評(píng)價(jià)指標(biāo)反應(yīng)礦山企業(yè)在尾礦庫運(yùn)行過程當(dāng)中，日常管理的實(shí)際能力，該指標(biāo)與整個(gè)尾礦庫運(yùn)行的安全性水平存在密切關(guān)系；

15）事故應(yīng)急衡量系數(shù)：該評(píng)價(jià)指標(biāo)可反映尾礦庫在發(fā)生潰壩事件下的應(yīng)急響應(yīng)能力以及處置能力；

16）檢測(cè)設(shè)備完好系數(shù)：該評(píng)價(jià)指標(biāo)主要用于衡量尾礦庫監(jiān)測(cè)設(shè)施的完備程度和預(yù)警方法的有效程度。

2、尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型分析

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

根據(jù)前文中所確定的尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)指標(biāo)，將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中各個(gè)指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)應(yīng)劃分：其中，漫頂潰決設(shè)置為A1指標(biāo)，失穩(wěn)潰決設(shè)置為A2指標(biāo)，滲流破壞設(shè)置為A3指標(biāo)，結(jié)構(gòu)破壞設(shè)置為A4指標(biāo)，管理因素設(shè)置為A5指標(biāo)。結(jié)合以上劃分標(biāo)準(zhǔn)，可以引入A1～A5指標(biāo)，得到對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)判斷矩陣（如表1所示）。

在此基礎(chǔ)之上，在對(duì)權(quán)重向量進(jìn)行計(jì)算的過程當(dāng)中，可以采用和法對(duì)判斷矩陣A中的各個(gè)元素以列為單位做歸一化處理，計(jì)算公式為“ ”，經(jīng)過處理后所得到的判斷矩陣為：

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)

結(jié)合已有的尾礦庫潰壩事故案例，結(jié)合工程力學(xué)特性方面的研究成果，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中將尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為四個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)方式分別為：

1）A級(jí)：本等級(jí)指所評(píng)價(jià)的尾礦庫可繼續(xù)安全運(yùn)行，符合評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)>500年/一遇；防洪設(shè)施能力系數(shù)>0.75；灘頂與庫水位高差>1.5m；平均粒徑>0.5mm；下游坡比>5.0；壩高<20.0m；1/現(xiàn)狀壩高>1/20；設(shè)計(jì)地震烈度>8.0度；堆積容重>2.0t/m3；浸潤(rùn)線高度>8.0m；橫向裂縫衡量系數(shù)>0.75；縱向裂縫衡量系數(shù)>0.75；水平裂縫衡量系數(shù)>0.75；排洪設(shè)施完好系數(shù)>0.75；日常管理衡量系數(shù)>0.75；事故應(yīng)急衡量系數(shù)>0.75；監(jiān)測(cè)設(shè)施完備系數(shù)>0.75。

2）B級(jí)：本等級(jí)指所評(píng)價(jià)的尾礦庫帶有缺陷運(yùn)行，符合評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)100～500年/一遇；防洪設(shè)施能力系數(shù)0.5～0.75；灘頂與庫水位高差1.0～1.5m；平均粒徑0.2～0.5mm；下游坡比3.0～5.0；壩高20.0～50.0m；1/現(xiàn)狀壩高1/50～1/20；設(shè)計(jì)地震烈度6.5～8.0度；堆積容重1.7～2.0t/m3；浸潤(rùn)線高度6.0～8.0m；橫向裂縫衡量系數(shù)0.5～0.75；縱向裂縫衡量系數(shù)0.5～0.75；水平裂縫衡量系數(shù)0.5～0.75；排洪設(shè)施完好系數(shù)0.5～0.75；日常管理衡量系數(shù)0.5～0.75；事故應(yīng)急衡量系數(shù)0.5～0.75；監(jiān)測(cè)設(shè)施完備系數(shù)0.5～0.75。

3）C級(jí)：本等級(jí)指所評(píng)價(jià)的尾礦庫存在嚴(yán)重缺陷，且必須交由安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)在限定期限內(nèi)進(jìn)行治理，并對(duì)運(yùn)行進(jìn)行密切監(jiān)視，符合評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)50～100年/一遇；防洪設(shè)施能力系數(shù)0.25～0.5；灘頂與庫水位高差0.5～1.0m；平均粒徑0.05～0.2mm；下游坡比1.0～3.0；壩高50.0～80.0m；1/現(xiàn)狀壩高1/80～1/50；設(shè)計(jì)地震烈度5.0～6.5度；堆積容重1.4～1.7t/m3；浸潤(rùn)線高度5.0～6.0m；橫向裂縫衡量系數(shù)0.25～0.5；縱向裂縫衡量系數(shù)0.25～0.5；水平裂縫衡量系數(shù)0.25～0.5；排洪設(shè)施完好系數(shù)0.25～0.5；日常管理衡量系數(shù)0.25～0.5；事故應(yīng)急衡量系數(shù)0.25～0.5；監(jiān)測(cè)設(shè)施完備系數(shù)0.25～0.5。

4）D級(jí)：本等級(jí)指所評(píng)價(jià)的尾礦庫無法繼續(xù)運(yùn)行，由安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)下令停止使用，治理合格后方可再次投入運(yùn)行，符合評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)<50年/一遇；防洪設(shè)施能力系數(shù)<0.25；灘頂與庫水位高差<0.5；平均粒徑<0.05mm；下游坡比<1.0；壩高>80.0m；1/現(xiàn)狀壩高<1/80；設(shè)計(jì)地震烈度<5.0度；堆積容重<1.4t/m3；浸潤(rùn)線高度<5.0m；橫向裂縫衡量系數(shù)<0.25；縱向裂縫衡量系數(shù)<0.25；水平裂縫衡量系數(shù)<0.25；排洪設(shè)施完好系數(shù)<0.25；日常管理衡量系數(shù)<0.25；事故應(yīng)急衡量系數(shù)<0.25；監(jiān)測(cè)設(shè)施完備系數(shù)<0.25。

3、實(shí)例分析

XX尾礦庫，位于XX礦區(qū)西北約lkm溝谷中。庫區(qū)基巖為古老的片麻巖，溝底為第四系覆蓋層，壩址處覆蓋層最厚為16m。上部以洪積亞黏土為主，中部以坡積碎石和含土碎石主，底部為碎石層。尾礦庫由前冶金部鞍山黑色冶金礦山研究院設(shè)計(jì)。建有兩座初期壩，均為透水堆石壩。西壩底標(biāo)高149.3m，東壩底標(biāo)高143.5m。壩頂標(biāo)高都是163.5m，最終堆積壩標(biāo)高220.0m，總庫容約1350萬m3。庫區(qū)縱深約300～800m，庫內(nèi)兩條小溝，縱坡較陡，現(xiàn)匯水面積約為0.47km2。設(shè)計(jì)采用塔一管式排洪系統(tǒng)。排洪塔直徑2.0m，側(cè)壁溢洪孔直徑0.35～0.30m，排距0.65m，每排6孔。排洪管埋于東壩下，直徑l.0m。

以全國(guó)尾礦庫普查按系統(tǒng)作為立足點(diǎn)，結(jié)合對(duì)該尾礦庫現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的深入檢查，由專家根據(jù)該尾礦庫現(xiàn)場(chǎng)安全狀況進(jìn)行打分，并根據(jù)打分結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，相關(guān)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果分別為：防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為500年/一遇；防洪設(shè)施能力系數(shù)為0.74；灘頂與庫水位高差為2.0m；平均粒徑為0.43mm；下游坡比為4.0；壩高為163.5m；1/現(xiàn)狀壩高為1/163.5；設(shè)計(jì)地震烈度為8.0度；堆積容重為1.8t/m3；浸潤(rùn)線高度為6.0～8.0m；橫向裂縫衡量系數(shù)為0.5；縱向裂縫衡量系數(shù)為0.71；水平裂縫衡量系數(shù)為0.68；排洪設(shè)施完好系數(shù)為0.6；日常管理衡量系數(shù)為0.65；事故應(yīng)急衡量系數(shù)為0.7；監(jiān)測(cè)設(shè)施完備系數(shù)為0.66。

利用相關(guān)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果，在C++條件下編程計(jì)算，輸出結(jié)果顯示該尾礦庫潰壩的安全評(píng)價(jià)總分值為81.97，對(duì)應(yīng)安全等級(jí)為“較好”，即B級(jí)，為本尾礦庫實(shí)際情況一致。

4、結(jié)束語

結(jié)合我國(guó)當(dāng)前的實(shí)際情況來看，隨著礦山開采工作量的不斷增長(zhǎng)與發(fā)展，尾礦庫的數(shù)量也在持續(xù)增多。但根據(jù)已有調(diào)查數(shù)據(jù)來看，大部分尾礦庫的安全狀況不容客觀，各種重大～特大安全事故時(shí)有發(fā)生。潰壩作為發(fā)生率較高的尾礦庫安全事故之一，已經(jīng)引起了行業(yè)內(nèi)以及國(guó)家的高度重視。為了能夠真正意義上的做到有備無患，在事故發(fā)生前采取有效的應(yīng)對(duì)與預(yù)防措施，就需要根據(jù)尾礦庫的實(shí)際情況，做好對(duì)潰壩等安全事故危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)工作。文章即從這一角度入手，重點(diǎn)分析尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，并根據(jù)危險(xiǎn)指標(biāo)構(gòu)建了對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，通過實(shí)例證實(shí)了該模型的可行性，值得引起重視。

參考文獻(xiàn)

[1]彭康，李夕兵，王世鳴等.基于未確知測(cè)度模型的尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，43（4）：1447-1452.

[2]李全明，陳仙，王云海等.基于模糊理論的尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2008，4（6）：57-61.

[3]梅國(guó)棟，吳宗之.尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)方法探討[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012，08（2）：78-82.

[4]王晉淼，賈明濤，王建等.基于物元可拓模型的尾礦庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014，（4）：96-102.

[5]劉來紅，彭雪輝，李雷等.潰壩風(fēng)險(xiǎn)的地域性、時(shí)變性與社會(huì)性分析[J].災(zāi)害學(xué)，2014，（3）：48-51.

[6]趙泱軍，李同春，石永超等.可拓評(píng)判法在水庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析中的應(yīng)用[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，35（6）：16-19.

[7]趙泱軍，李同春，石永超等.可拓評(píng)判法在水庫潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析中的應(yīng)用[C].//第四屆全國(guó)水工抗震防災(zāi)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.2013：331-336.

[8]胡強(qiáng)，徐升，劉穎等.改進(jìn)的模糊事件樹法在土石壩潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用[J].南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，32（4）：72-75.