《世界有色金属》2008年第二期发表了《美国矿山企业尾矿管理》一文。作者在比较了中美两国尾矿库的工程设计标准后,提出“美国尾矿库的洪水设计标准高。最低标准为百年一遇洪水,大中型水库应按最大可能洪水(PMF)或最大可能洪水的一半设计”。文章还建议“根据我国国情修订尾矿库安全技术标准……适当提高洪水标准”。2009年,国家有关部委在《尾矿库隐患综合治理方案》中论述我国尾矿库事故频发、安全形势严峻的主要原因时,认同并引用了这份文件的观点。第一条是:“安全设计标准低。与发达国家相比,尾矿库防洪等安全设计标准相对较低”。
尾矿库设计洪水标准对尾矿库工程的安全性和经济性有很大影响。在相同计算方法下,设计洪水标准越高,相应的设计洪水越大,工程投资和社会投资(包括征地拆迁等)也越大。).中国是世界上尾矿库数量最多的国家之一。如果调整和提高尾矿库设计洪水标准,将对我国尾矿库投资产生巨大影响。
恰逢作者正在参与我国新尾矿库设计规范的编制,认为有必要对这一观点进行探讨。本文将我国尾矿库设计洪水标准与美国、日本等发达国家进行对比,以判断我国尾矿库设计洪水标准是否偏低。
一、美国尾矿库的设计洪水标准
(a)美国矿山安全和健康管理局(MSHA)的标准
MSHA 1976年3月的《矿山排土场和尾矿坝设计准则》指出:“尾矿库设计应按最大可能暴雨(PMP)计算,降雨历时6h…………当库容能容纳部分或全部设计暴雨(洪水)时,允许降低设计标准”。
㈡美国内政部矿产局的标准
美国内政部矿业局1977年发布的《金属和非金属矿山尾矿处理设计指南》附录B指出:“百年一遇的洪水...是尾矿池设计中应采用的参数,除非由于尾矿池的位置、规模和潜在危险而需要更大的设计洪水”。
二、我国尾矿库防洪标准
(一)有色金属工业防洪标准
《选矿厂尾矿设施设计规范》(ZBJ1-90)中广泛采用了有色金属行业尾矿库的防洪标准,防洪标准见表1。
表1尾矿库防洪标准
(2)国家安全生产监督管理局制定的防洪标准
国家安监总局制定的《尾矿库安全技术规范》(AQ2006-2005)防洪标准与之前的《选矿厂尾矿设施设计规范》一致。
(3)国家标准规定的防洪标准
我国现行国家标准《防洪标准》(GB 50201-94)与《选矿厂尾矿设施设计规范》基本一致,只是“初期”改为“设计”,“中后期”改为“校核”。第4.0.6条规定“尾矿坝或尾矿库一旦溃决,将对下游城镇、工矿企业、交通运输等设施造成严重危害,或有害物质大量扩散,应将表4.0.5规定的防洪标准提高到一级或二级”。其“总则”的1.0.6.1条款甚至指出,“对于遭受洪水或崩溃后遭受巨大损失和严重影响的保护对象,可采用高于本标准规定的防洪标准”。
我国尾矿库防洪标准是上述国家标准和行业标准的有机结合,并以强制性国家标准《防洪标准》为最终决策依据。
三。中、美、日等国尾矿库设计洪水标准比较
(一)从可能发生的最大洪水数值比较。
我国工程水文专家王国安分析了美国50多个水库工程的PMF绘制的“洪峰流量-流域面积关系曲线”,发现美国采用的PMF数值并不大,仅相当于我国中东部地区500年一遇洪峰流量的数值,超出了我们的预期!
(2)比较尾矿库的设计暴雨历时。
如上所述,美国标准设计暴雨历时为6h,而中国标准设计暴雨历时为24h。显然,暴雨持续时间越长,暴雨量越大,洪峰流量越大。表2为美国Dames&Moore公司设计德兴铜矿尾矿库时,采用中美不同洪水标准计算的设计暴雨值。
德兴铜矿尾矿库采用中美不同洪水标准计算的洪水参数。
(3)比较尾矿库一次洪水总量的流量空时间。
美国尾矿库一次洪水总量的90%的排水空时间为10d,我国尾矿库一次洪水总量的排水空时间为3d。以仁德兴铜矿尾矿库为例,按照美国标准,流量为(10.13×106 m3×90%)↓(10×86,400s)= 10.55 m3/s;按我国3d排空要求,泄流率为16.90×106 m3÷(3×8.64万)= 65.20 m3/s,后者远大于前者,说明我国泄洪标准更高。
(4)防洪标准值的比较。
1989年6月,《选矿厂尾矿设施设计规范》(报批稿)附有尾矿库防洪标准专题报告。经过比较,专题报告认为中国的标准高于美国、苏联和日本。详情见表3。
表3中、苏、美、日尾矿库防洪标准比较
从以上对比分析,我们很难得出美国尾矿库防洪标准高于我国尾矿库的结论,更难以得出“尾矿库防洪标准低是我国尾矿库事故频发、安全生产形势严峻的主要原因之一”的结论。而且自1963年海河暴雨、1975年淮河暴雨以来,我国设计洪水数据大幅增加,由此可以推断,我国现行尾矿库设计洪水标准对应的设计洪水值也偏大。同时,我国尾矿库事故的原因很多,但迄今为止还没有因“小”设计洪水标准而发生事故的例子。
需要注意的是,美国已明确规定必要时采用最大可能洪水(PMF)进行设计,而中国标准在“采用高于本标准的防洪标准”一句中包含了PMF(详见防洪标准)。事实上,国内有很多利用PMF设计尾矿库或拦洪的工程实例,如德兴铜矿2号尾矿库和武山铜矿老尾矿库。
四。结论。
(1)我国尾矿库设计洪水标准不低。相反,对于一般重要的尾矿库,其设计洪水标准甚至高于美国等发达国家。因此,尾矿库设计洪水标准的高低并不是我国尾矿库事故频发、安全生产形势严峻的主要原因。
(2)尾矿库设计洪水标准的确定不仅是一个安全技术问题,也是一个包含政治、经济和社会因素的综合性政策问题。作者建议对规范进行修订,对一般重要的尾矿库设计洪水标准可适当降低。合理调整设计洪水标准是建设节约型、环境友好型社会的需要。
(3)由于自然和人类社会的复杂性,以及人类对自然认知的局限性,无论设计标准定得多高,工程失事的风险总是潜在的。为此,应该加强管理,通过立法,加强尾矿库预警和应急设施的投入,防止尾矿库溃坝,或者即使溃坝也尽量减少损失。