非煤矿山尾矿库溃坝风险评估与防控技术研究

摘要：尾矿库溃坝的风险评估与防控技术研究在矿山安全管理中占据了至关重要的位置。文章基于尾矿库溃坝风险因素分析，结合非煤矿山尾矿库的特点，提出了一套系统的溃坝风险评估方法，并探讨了多种有效的防控技术。通过对溃坝风险的定性与定量分析，识别出主要风险点，并提出相应的防控措施，旨在为尾矿库的安全运行提供科学依据和技术支持。本研究采用了综合分析法、模糊数学法以及工程现场数据进行实证研究，得出了一些具有现实指导意义的防控技术方案。研究表明，结合现代监测技术、优化设计与施工管理、以及建立完善的风险应急机制，能够显著降低尾矿库溃坝的风险。

关键词：非煤矿山；尾矿库；溃坝风险；评估；防控技术

非煤矿山尾矿库是矿业生产中的重要组成部分，其主要功能是储存开采过程中产生的尾矿。然而，随着尾矿库规模的不断扩大和使用年限的增长，其安全隐患逐渐显现，尾矿库溃坝事故的发生频率也逐步上升。尾矿库一旦发生溃坝，往往会造成巨大的生命财产损失，甚至对周边地区的生态环境造成长期的影响。因此，如何有效评估尾矿库的溃坝风险并采取有效的防控措施，是矿山安全管理中的一项重要课题。现有研究多集中于尾矿库的设计与施工阶段，但针对尾矿库运营管理过程中的风险评估和防控技术研究较少，亟需提出更加系统、综合的解决方案，以保障尾矿库的长期安全运行。

一、尾矿库溃坝风险因素分析

尾矿库溃坝的风险因素复杂多样，主要可归纳为自然因素、工程因素和管理因素三个方面。在这些因素中，任何一项因素的失控，都可能成为引发溃坝事故的导火索。

（一）自然因素

自然因素是尾矿库溃坝的不可忽视的风险源。降水量、地震、地质结构等自然灾害往往是引发尾矿库溃坝的重要触发因素。特别是在降水较为集中的季节，尾矿库的承载能力和排水系统若未能有效应对强降水，便可能发生溃坝[1]。例如，山东地区某些矿山由于季节性暴雨，尾矿库内水位过高，导致溃坝事故的发生。

（二）工程因素

工程因素主要指尾矿库的设计、建设、操作等工程技术层面的缺陷。尾矿库设计中未考虑足够的地基承载力、库区的水力条件以及堆积层次的合理性，都会直接影响尾矿库的稳定性。例如，若尾矿库的坝体设计不符合国家标准，或者堆积过程中过于急功近，可能导致坝体沉降或滑坡。近年来，尾矿库的坝体设计多采用高压砂浆加固技术，但部分工程中，采用了不符合设计要求的材料，造成坝体承载力不足。

（三）管理因素

管理因素涵盖了尾矿库的日常监控、管理人员的技术水平和应急响应能力等方面。尾矿库的溃坝往往源于长期的管理疏忽。例如，监测设施的缺乏、缺乏定期的安全评估、人员培训不充分等，都会导致潜在危险未能及时发现。若尾矿库的安全管理存在漏洞，管理层对溃坝风险的判断和防控措施不到位，溃坝事故的风险也会随之增加。

二、尾矿库溃坝风险评估方法

尾矿库溃坝的风险评估工作是防控措施得以落实的前提。有效的风险评估方法可以为管理者提供准确的安全评估数据，制定出科学的防控策略。常用的风险评估方法主要包括定性分析法、定量分析法以及综合评估法。

（一）定性分析法

定性分析法主要依赖专家经验和判断，通过对尾矿库可能面临的风险因素进行辨识、分类和归纳，形成一套全面的评估体系[2]。这种方法的优点是能够系统地分析各类风险因素，尤其在缺乏定量数据的情况下仍能得出有效结论。通过对尾矿库的现场勘查和历史数据分析，专家可以根据自然灾害、尾矿堆积方式以及坝体稳定性等方面的表现，给出溃坝的潜在风险等级。

（二）定量分析法

定量分析法通过收集现场数据，结合数学模型，利用统计学和计算方法对尾矿库的风险进行量化评估。例如，使用有限元分析法（FEA）模拟尾矿库坝体的受力情况，结合地质勘探数据对尾矿库的稳定性进行数值模拟。通过计算尾矿库的稳定系数和安全系数，评估坝体是否存在潜在溃坝风险。基于现场降水量、地震强度等因素，利用水力学模型对库区的蓄水量进行计算，判断是否超出设计安全水位。

（三）综合评估法

综合评估法是通过结合定性和定量分析方法，采用多种模型和算法进行联合评估。这种方法综合了多维度的风险信息，能够较为全面地反映尾矿库的风险水平。例如，模糊综合评判法（Fuzzy AHP）通过专家打分法结合AHP层次分析法，能综合考虑不同风险因素的权重，得出一个综合风险评价结果。利用该方法，管理者能够科学地判断尾矿库溃坝的风险大小，进而采取有效的防控措施。

三、非煤矿山尾矿库溃坝防控技术

（一）监测技术的应用

1、水位监测

水位监测是尾矿库溃坝风险评估中的核心技术之一。尾矿库的水位若持续上升，可能导致坝体的超载，增加溃坝的风险。因此，水位监测系统必须能够全天候、全方位地监测库区水位，并将实时数据反馈给管理人员。常见的水位监测方法包括浮子式水位计、压力传感器和声波水位传感器等[3]。例如，在某非煤矿山尾矿库的实际应用中，安装了多个压力传感器和浮子式水位计，分布在库区不同的监测点。这些传感器实时监测尾矿库水位的变化情况，并通过无线通信将数据传输到监控中心。如果水位超过设定阈值，系统自动发出警报信号，并启动应急排水机制，防止库区水位过高导致坝体浸泡，进而发生溃坝。此外，随着气候变化带来的降水量增多，结合气象数据监测，可以在预报强降雨时，提前做好应急措施。例如，利用气象卫星数据和地面监测站点的气象预报，结合水位监测系统的反馈，管理人员可以在强降水来临之前增加排水量，降低尾矿库内的水位，从而降低溃坝的风险。

2、渗透压力监测

渗透压力监测用于实时掌握尾矿库坝体内部的渗透状况，尤其是针对坝体深层的水流渗透情况。长时间的水流渗透可能导致坝体结构的弱化或产生裂隙，最终引发坝体的失稳或溃坝。因此，渗透压力传感器能够检测坝体内部的渗透压力变化，及早发现坝体的隐患[4]。

在某矿山的尾矿库项目中，通过在坝体不同深度位置埋设渗透压力传感器，有效监控了坝体的水流渗透情况。当传感器检测到渗透压力达到设定阈值时，系统会自动发出报警，提醒工程师及时进行排水或加固处理。例如，在某些坝体底部存在较高的渗透压力，及时的排水和加固工作避免了尾矿库坝体出现裂缝和滑坡现象，从而降低了溃坝的风险。

3、坝体位移监测

坝体位移监测技术是评估尾矿库稳定性的重要手段。通过对坝体的位移进行实时监测，能够及早发现坝体的倾斜、沉降或裂缝等问题，及时采取加固或调整措施。常见的坝体位移监测方法包括激光位移计、全站仪和倾斜传感器等。例如，在某大型尾矿库中，采用了激光位移计和全站仪对坝体的位移进行全天候监测。这些监测设备可以实时精确地记录坝体的水平位移和垂直位移，并将数据上传至集中监控平台。如果监测到坝体位移超过预设标准，系统会发出警报，并触发自动化预警措施，如启动坝体加固程序或疏散库区周围的工作人员。此外，无线传感器网络（WSN）的应用进一步提升了尾矿库位移监测的效率。在某尾矿库的项目中，通过在坝体内外布设多个无线传感器，结合物联网技术，管理人员可以实时在线查看坝体各个监测点的位移变化情况。这些传感器不仅能捕捉细微的坝体位移，还能在发生异常情况时立即向远程控制中心报告，从而减少人为巡查的时间差，提高了监测反应速度。

4、无线传感器网络与远程数据采集

现代尾矿库的监测技术越来越依赖于物联网技术和无线传感器网络（WSN）。通过将多种传感器和监测设备接入无线传感器网络，管理人员可以在任何时间、任何地点实时获取尾矿库的关键数据，并进行分析决策。例如，某矿山尾矿库利用无线传感器网络将坝体的位移、渗透压力、水位等数据集中到一个统一的监控平台，通过云计算技术实时分析数据并发出预警。

该系统的核心优势在于可以实现24小时不间断监控，而且由于传感器分布广泛，监测覆盖面更加全面。例如，在某尾矿库项目中，安装了超过100个无线传感器，这些传感器分布在坝体的各个关键位置，包括坝体上、下游以及周边环境。实时收集的数据通过无线网络传输至控制中心后，能够由工程师通过监控平台随时掌握尾矿库的运行状态。通过这种智能化的数据采集和分析方式，可以提前发现潜在问题，并快速响应，极大提高了尾矿库安全管理的精确性和时效性。

（二）坝体加固技术

1、高压砂浆加固

高压砂浆加固技术是一种传统而有效的坝体加固方法，广泛应用于尾矿库坝体渗漏和裂缝修复中。该技术通过将高压水泥砂浆注入坝体的裂缝及空隙中，利用水泥砂浆的固结作用填充坝体内部的空隙，提高坝体的抗渗性和抗压强度。高压砂浆加固不仅可以修复已经存在的裂缝，还能有效地增强坝体的稳定性。

在实际应用中，高压砂浆加固一般采用专用注浆设备，将水泥浆通过管道注入坝体深处，通过不断注入高压砂浆填充坝体的裂缝、空隙等处，从而达到加固的效果。例如，某尾矿库经过长期使用后，坝体出现了不同程度的裂缝，管理人员通过高压砂浆加固技术对坝体进行了全面修复，显著提高了坝体的整体稳定性，成功避免了溃坝事故。

2、喷射混凝土加固

喷射混凝土加固是一种用于加固坝体表面及受力较大的部位的有效技术。该技术通过喷射混凝土（即高压喷射混凝土）形成加固层，不仅提高坝体的抗压强度，还能有效提升其抗渗透性能[5]。喷射混凝土加固通常适用于坝体表面渗漏问题较为严重或存在裂缝的尾矿库。

在喷射混凝土加固施工中，混凝土通过压缩空气喷射到坝体的表面，形成坚固的保护层，能够有效防止水流渗透到坝体内部，增强坝体的整体稳定性。某矿山尾矿库采用喷射混凝土加固技术修复了坝体的裂缝和渗漏点，大大提高了坝体的防渗性能，延长了尾矿库的使用寿命。

3、水土保持与排水系统优化

水土保持技术对于尾矿库的稳定性至关重要，特别是在降水量较大、土壤渗透性较强的地区。针对这些问题，合理设计排水系统成为防控溃坝的重要手段。例如，利用排水沟、集水井和渗水管道等设施有效分流尾矿库的积水，避免由于水位过高引发的溃坝。合理的水流引导、积水的及时排放是防止水库过载及溃坝的有效方法。例如，在一些高风险的尾矿库中，设计人员常会使用多层排水系统，包括坝体表面的排水沟和坝体底部的渗水管道，结合集水井对水流进行收集与导流，确保库区水位始终保持在安全范围内。此外，水土保持措施还包括对尾矿库堤坝的植被绿化，有效减少表面水流侵蚀和减少水土流失，从而增强坝体的稳定性。

（三）风险应急与管理技术

有效的应急管理体系能显著提升尾矿库的风险应对能力。一旦尾矿库出现异常，管理人员能够迅速采取应急措施，减少溃坝造成的损失。

1、应急预案的制定与演练

制定完善的应急预案，并定期进行应急演练，是尾矿库溃坝防控的重要环节。预案中应涵盖溃坝事故的预警机制、人员疏散、事故应急响应等内容。例如，在某大型非煤矿山尾矿库，基于溃坝风险评估系统，一旦监测系统检测到坝体出现明显位移或渗漏情况，预警机制将自动启动，并通过无线报警系统通知库区管理人员和周边应急队伍。此时，管理人员依据预案迅速评估风险等级，采取行动。对于位移超过预设阈值或渗水量超标的情况，预案要求立即组织人员撤离，启动应急疏散通道，并采取紧急加固措施。定期演练确保应急响应人员能够迅速有效地执行应急操作，减少人员伤亡和财产损失。

2、尾矿库的安全管理与规范化

完善的安全管理制度是防控溃坝事故的基础。尾矿库的管理应符合国家和行业标准，尤其在设计、建设、运营、维护等方面要严格执行相关规定。定期开展尾矿库的安全检查和风险评估，确保尾矿库能够长期处于安全状态。例如，某矿山尾矿库设置了专门的安全管理部门，负责日常的监控、检查、预警等工作。此外，还规定了严格的安全考核制度，每年对所有相关人员进行安全培训和考核，确保每个岗位的工作人员都能掌握应急处理技能和操作规范。

总结：非煤矿山尾矿库的溃坝风险评估与防控技术是一个涉及多个学科的复杂问题。从风险评估方法的选择到防控技术的实施，都需要科学的决策和精确的技术支持。通过多种评估方法的综合应用，能够有效识别尾矿库的潜在风险点，并根据风险程度采取相应的防控措施。现代监测技术、坝体加固技术以及科学的管理手段，为尾矿库的安全运行提供了坚实保障。

参考文献

[1]陈聪聪.尾矿库溃坝风险评估与预控方法研究及应用[D].北京科技大学，2023.000271.

[2]孙红梅，牟明明，高磊.故障树分析法的定性和定量分析研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2023，41（03）：22-26.

[3]何子常.某水库运行水位及沉降监测分析[J].水利科技与经济，2023，29（12）：126-129.

[4]姚志武，侯丽娜，文茂华.基于LSTM算法的大坝坝体渗透压力预测[J].水利建设与管理，2023.08.09.

[5]韩建明.桥梁加固处理锚喷混凝土加固技术研究[J].运输经理世界，2023，（36）：92-94.