王昆等：尾矿库遗坝灾害防控现状及发展 ·533· 成系统升级与集成难度高，数据共享程度有限，海量 特征，以及地质、气象、地表植被等影响因素，边界条 历史数据的存储管理有待进一步规范 件过于粗放或理想化，因此结果具有不确定性：(2) 安全监测系统应当以保障尾矿库安全运营、辅 土体特性是由密度和应力水平共同决定的，上述缩 助矿山管理决策并提升企业经济效益为主要目标， 尺物理模拟试验未能复制原型问题的土体应力水 而上述现状已逐渐背离监管部门对于监测系统建设 平，可能出现较大误差甚至给出与实际情况相反的 强制性规定的初衷，监测系统逐渐沦为遮挡在企业 结论；(3)主要通过试验现象以及库区水位、干滩 落后管理机制上、用先进装备拼装出的“皇帝新 面、坝体位移等参数简单描述溃决演进过程，缺乏更 衣”，值得全体从业人员反思 为先进、精确的量测手段：(4)尾矿溃坝泥砂是类似 2.1.3灾害预警模型准确度低，新方法缺乏实践验证 于泥石流的带有自由面的多相流体，当自由面发生 当前监测数据处理分析手段过于简单，主要由 较大变形时，网格类数值模拟方法难以给出精确可 设备配套软件平台自动生成图表，管理人员基于数 信的计算结果. 据变化趋势及速率结合自身经验做出直观判断，与 当前应急措施的评价主要依赖监管部门强制性 系统建设高投入严重不相匹配[].而灾害警报触 要求的应急演练，由尾矿库管理人员及下游群众定 发通过设置监测数据预警阈值及人工巡查实现，预 期参与，模拟事故发生情形，检验考察应急程序、物 设阈值伴随坝体堆筑具有一定时效性，无效报警消 资配备、通讯能力、组织机构协调、应急人员技术水 息频发干扰正常生产秩序，预警系统逐渐失去管理 平.然而，长期实践过程中逐渐凸显出演练形式单 者及公众的信任，已无法满足新时代背景下信息化 一、关键环节缺失、参与度低、应付检查、形式主义等 安全管理的要求.另一方面，尾矿坝溃决致灾要素 问题，导致实际效果大打折扣 复杂，包括地震、洪水漫顶、管涌、坝体裂缝、坝体渗 2.2发展建议 漏、滑坡、排水构筑物垮塌、排水系统失效等]，简2.2.1科学划分尾矿库安全等别，规范主体变更程序 单的监测数据趋势分析难以准确及时揭露出各要素 当前我国尾矿库的设计等别根据库容与坝高从 致灾演化过程，将灾害预警及应急管理置于不利局 高至低划分为一等库至五等库，安全度等级根据坝 面.如前文所述，国内外学者针对灾害预警模型及 体状态与调洪能力划分为危库、险库、病库、正常库 其算法的优化开展了大量研究，取得了可喜的成果， 四级[]，各等别对应不同严格程度的设计与安全标 但普遍存在训练及验证数据样本量有限的问题，甚 准.然而如上所述，我国低等级中小型库数量庞大、 至有学者建立出100%准确率的预警模型，可靠性 安全基础薄弱，溃坝风险更大、后果更加严重，现行 有待进一步实践验证.在大数据、人工智能等技术 等别划分标准不能全面反映出坝体安全性与危害程 高速发展的信息时代，基于尾矿库事故案例库以及 度.建议我国可借鉴国外先进经验，综合评估库区 海量历史数据的预警算法将为预警准确率改进提供 规模、溃坝后果严重程度、安全保障能力、应急准备 新的思路 情况来进一步科学细分安全等级 2.1.4应急措施制定与评价不规范，理论支撑不足 为解决部分废弃尾矿库无人认领或主体不明确 近几年矿山企业效益不佳，部分中小型矿山为 问题，可考虑借鉴加拿大管理经验，设置记录工程师 控制成本，未完全按规定制定应急预案[或委托设 职务，根据尾矿库等别及其安全性，由具备从业资质 计院全权负责库区规划及建设方案设计.有些设计 的专人独立审查并管理一至多个库区档案资料，在 人员根据自身经验及矿山资料草草制定应急预案， 主体变更、企业破产等特殊情况下，记录工程师能够 并未经过严谨的科学论证，方案未必高效实用甚至 维持资料的完整与可溯性.另可参照国外经验，在 未必可行. 建设初期由企业出资筹建复垦环保基金[6]，从资金 国内学者对溃坝灾害泥砂演进机制已开展了大 上保障尾矿库的全生命周期管理 量试验研究，为应急措施的制定及改进提供理论支 2.2.2传统监测设备研发升级及新兴技术交叉应用 撑.然而，该研究是涉及土力学，水力学、流体力学 为提高监测系统的运行稳定性，亟需在传统监 等多学科交叉的复杂议题，由于溃坝砂流破坏性巨 测设备的基础上，研究开发适应尾矿库岩土特征的 大不易控制，只能借助物理相似模拟结合计算机数 耐高压、耐腐蚀、高稳定性专用监测仪器，实现坝体 值仿真重现，当前研究在以下四个方面仍存在不足： 深部及表层长期大变形、孔隙水压力、浸润线等参数 (1)往往忽略或简化处理库区及下游复杂地形，未 的高精度连续监测.同时，为促进监测设备供应行 考虑尾矿坝堆积材料的多维、多相、多层次复杂工程 业的健康良性发展、调动矿企建设与维护的积极性，王 昆等: 尾矿库溃坝灾害防控现状及发展 成系统升级与集成难度高,数据共享程度有限,海量 历史数据的存储管理有待进一步规范. 安全监测系统应当以保障尾矿库安全运营、辅 助矿山管理决策并提升企业经济效益为主要目标, 而上述现状已逐渐背离监管部门对于监测系统建设 强制性规定的初衷,监测系统逐渐沦为遮挡在企业 落后管理机制上、用先进装备拼装出的“ 皇帝新 衣冶,值得全体从业人员反思. 2郾 1郾 3 灾害预警模型准确度低,新方法缺乏实践验证 当前监测数据处理分析手段过于简单,主要由 设备配套软件平台自动生成图表,管理人员基于数 据变化趋势及速率结合自身经验做出直观判断,与 系统建设高投入严重不相匹配[92] . 而灾害警报触 发通过设置监测数据预警阈值及人工巡查实现,预 设阈值伴随坝体堆筑具有一定时效性,无效报警消 息频发干扰正常生产秩序,预警系统逐渐失去管理 者及公众的信任,已无法满足新时代背景下信息化 安全管理的要求. 另一方面,尾矿坝溃决致灾要素 复杂,包括地震、洪水漫顶、管涌、坝体裂缝、坝体渗 漏、滑坡、排水构筑物垮塌、排水系统失效等[93] ,简 单的监测数据趋势分析难以准确及时揭露出各要素 致灾演化过程,将灾害预警及应急管理置于不利局 面. 如前文所述,国内外学者针对灾害预警模型及 其算法的优化开展了大量研究,取得了可喜的成果, 但普遍存在训练及验证数据样本量有限的问题,甚 至有学者建立出 100% 准确率的预警模型,可靠性 有待进一步实践验证. 在大数据、人工智能等技术 高速发展的信息时代,基于尾矿库事故案例库以及 海量历史数据的预警算法将为预警准确率改进提供 新的思路. 2郾 1郾 4 应急措施制定与评价不规范,理论支撑不足 近几年矿山企业效益不佳,部分中小型矿山为 控制成本,未完全按规定制定应急预案[90] 或委托设 计院全权负责库区规划及建设方案设计. 有些设计 人员根据自身经验及矿山资料草草制定应急预案, 并未经过严谨的科学论证,方案未必高效实用甚至 未必可行. 国内学者对溃坝灾害泥砂演进机制已开展了大 量试验研究,为应急措施的制定及改进提供理论支 撑. 然而,该研究是涉及土力学、水力学、流体力学 等多学科交叉的复杂议题,由于溃坝砂流破坏性巨 大不易控制,只能借助物理相似模拟结合计算机数 值仿真重现,当前研究在以下四个方面仍存在不足: (1)往往忽略或简化处理库区及下游复杂地形,未 考虑尾矿坝堆积材料的多维、多相、多层次复杂工程 特征,以及地质、气象、地表植被等影响因素,边界条 件过于粗放或理想化,因此结果具有不确定性;(2) 土体特性是由密度和应力水平共同决定的,上述缩 尺物理模拟试验未能复制原型问题的土体应力水 平,可能出现较大误差甚至给出与实际情况相反的 结论;(3) 主要通过试验现象以及库区水位、干滩 面、坝体位移等参数简单描述溃决演进过程,缺乏更 为先进、精确的量测手段;(4)尾矿溃坝泥砂是类似 于泥石流的带有自由面的多相流体,当自由面发生 较大变形时,网格类数值模拟方法难以给出精确可 信的计算结果. 当前应急措施的评价主要依赖监管部门强制性 要求的应急演练,由尾矿库管理人员及下游群众定 期参与,模拟事故发生情形,检验考察应急程序、物 资配备、通讯能力、组织机构协调、应急人员技术水 平. 然而,长期实践过程中逐渐凸显出演练形式单 一、关键环节缺失、参与度低、应付检查、形式主义等 问题,导致实际效果大打折扣. 2郾 2 发展建议 2郾 2郾 1 科学划分尾矿库安全等别,规范主体变更程序 当前我国尾矿库的设计等别根据库容与坝高从 高至低划分为一等库至五等库,安全度等级根据坝 体状态与调洪能力划分为危库、险库、病库、正常库 四级[76] ,各等别对应不同严格程度的设计与安全标 准. 然而如上所述,我国低等级中小型库数量庞大、 安全基础薄弱,溃坝风险更大、后果更加严重,现行 等别划分标准不能全面反映出坝体安全性与危害程 度. 建议我国可借鉴国外先进经验,综合评估库区 规模、溃坝后果严重程度、安全保障能力、应急准备 情况来进一步科学细分安全等级. 为解决部分废弃尾矿库无人认领或主体不明确 问题,可考虑借鉴加拿大管理经验,设置记录工程师 职务,根据尾矿库等别及其安全性,由具备从业资质 的专人独立审查并管理一至多个库区档案资料,在 主体变更、企业破产等特殊情况下,记录工程师能够 维持资料的完整与可溯性. 另可参照国外经验,在 建设初期由企业出资筹建复垦环保基金[16] ,从资金 上保障尾矿库的全生命周期管理. 2郾 2郾 2 传统监测设备研发升级及新兴技术交叉应用 为提高监测系统的运行稳定性,亟需在传统监 测设备的基础上,研究开发适应尾矿库岩土特征的 耐高压、耐腐蚀、高稳定性专用监测仪器,实现坝体 深部及表层长期大变形、孔隙水压力、浸润线等参数 的高精度连续监测. 同时,为促进监测设备供应行 业的健康良性发展、调动矿企建设与维护的积极性, ·533·