尾礦壩的案例
尾礦壩破壞原因解釋的不確定性
引言
一個不爭的事實是尾礦壩(Tailings Dam)比水壩(Embankment)更容易發生破壞，主要是因為尾礦壩材料是由細粒的尾粉土組成，特別是使用上游法筑壩，近年來發生破壞的尾礦壩幾乎都是采用的是上游法筑壩方法。加拿大Alberta特有的油砂(Oil Sands)尾礦壩相比金屬尾礦壩相對安全一些，原因是尾礦內含有大量粘土；而對于金屬尾礦壩，鐵礦的尾礦壩是不是比其它類型金屬的尾礦壩更容易發生破壞，這是一個非常有趣的科學和工程問題，本文最后簡要討論了這個話題。
當尾礦壩發生破壞后，礦業公司通常會聘請專家調查組對尾礦壩的潰壩原因進行詳細的事故技術調查，取決于礦業公司對事故的重視程度，有的僅聘請一個調查組，有的聘請兩個調查組，有的甚至聘請三個調查組，一個典型例子是1997年南非的Merriespruit尾礦壩破壞，那次事故造成17人死亡，事故發生后成立了三個獨立的調查組，分別由政府、礦山業主以及尾礦庫的運營者組織。
事故調查組成員都是尾礦工程領域內的專家和學者，事故調查在大多數情況下都不是單純研究過去可得到的資料，我們通常稱之為Desktop Study(類似于文獻回顧)，而是作為一個獨立的項目展開研究，包括新的巖土工程勘察、試驗室試驗、理論分析和數值模擬。
當有兩個或兩個以上專家組進行調查時，會遇到的一種情形是各個調查組形成的結論不一致，其實這很好理解，一方面由于巖土材料的不確定性，另一方面由于專家組人員廣泛的研究背景，最后的結論通常取決于專家組組長的意見，更偏向于自己熟悉和專長的解釋。
2 尾礦壩破壞的總體原因
所有的尾礦壩破壞都與水的存在有關。我以前說過的一句話是：“沒有水的存在就沒有土力學；沒有節理的存在就沒有巖石力學?！北M管這句話說得有些極端，但確實顯示出巖土工程的核心所在。
展開 尾礦壩穩定性分析和設計的數值模擬
在目前的工作中，除了回顧《Independent Expert Engineering Investigation and Review---Mount Polley Tailings Storage Facility Breach(獨立專家工程調查和審查---Mount Polley尾礦儲存設施破壞事件)》之外，還回顧了近期尾礦壩破壞分析的4份研究報告，包括：
(1) Allen Marr(Geocomp, USA): Geotechnical aspects of tailing dams(尾礦壩的巖土工程問題)
(2) Michael Jefferies(Golder Associates, Canada): Improving governance will not be sufficient to avoid dam failures(提高監管不足以避免大壩破壞)
(3) Chad LePoudre(BHP, Canada): Tailings faiulre case studies,statistics and failure modes(尾礦庫的案例研究、統計和破壞模式)
(4) Scott M. Olson (University of Illinois at Urbana-Champaign, USA) The shear strength of liquefied soils-updates and new developments(液化土的抗剪強度-更新和新的發展)
4 波利山尾礦壩數值模型
波利山尾礦壩【能精確預警尾礦壩的潰壩嗎?|波利山(Mount Polley)尾礦壩事故調查】的簡化模型如下圖所示，壩體由5部分組成。
展開 尾礦壩穩定性計算剖面的選擇
引言
與采礦邊坡的穩定性分析不同，由于尾礦壩具有規則的斷面形狀，而且縱向長度很長，因此大多數情況下可以使用平面應變假設進行二維分析，而不需要進行三維分析。另一方面，根據對尾礦壩破壞案例的觀察發現，潰壩的部位大部分出現在壩長的中間部位，類似于一個梁受均布荷載作用下的最大彎矩處，盡管這種類比沒有嚴格的理論證明。
基于上述假設，我們的計算剖面選擇在壩體南側的中間部位，這個剖面對應于巖土工程勘察剖面12#。
2. 12#剖面
12#剖面共有10個鉆孔，其中4個鉆孔在壩體外側，6個鉆孔在尾礦庫內。壩體外側的鉆孔為12-1, 12-2, 舊孔8和12-3，壩體內測的鉆孔為12-4至12-9。
由于我們的主要目的是分析壩體外側的穩定性，因此著重觀察壩體外面的4個鉆孔，壩體內測僅觀察與之相距最近的鉆孔12-4。
(1) 12-1鉆孔揭示出的地層從上至下分別為尾粉土、粉土、中砂和粉質粘土。沒有找到原狀樣的試驗結果。
(2) 12-2鉆孔位于初始壩附近，因此上部地層是建筑初始壩的素填土，下部地層與12-1鉆孔相同。沒有找到原狀樣的試驗結果和SPT值。
(3) 舊孔8借用了以前的勘察結果，上部地層是尾粉土，接下來有一層層厚1.2m的尾粉質粘土，下部的粉土層內夾著一個透鏡體粉砂層，由于這一層的范圍很小，在穩定性分析模型中我們將忽略這個透鏡體。尾粉土的SPT值從N=7變化到N=18。
(4) 12-3鉆孔主要由尾粉土組成，接下來是尾粉質粘土和粉土層。尾粉土SPT值最小值N=11，最大值N=32。
(5) 12-4鉆孔位于壩體內測，地層分布與鉆孔12-3相同，但SPT值變化幅度很大。
展開 尾礦壩滲流分析ansys源程序 ￥3.2
ansys尾礦壩滲流分析，源程序見“付費”后的附件中。
靜態液化的可能性 (static liquefaction)
引言
靜態液化涉及土強度的突然喪失和在沒有地震作用下的液化，已被確定為許多尾礦壩潰壩的原因。本文總結了由靜態液化引起的4個尾礦壩潰壩的案例(其中3個在以前的公眾號文章中討論過)，以此作為類比對象來檢查目前尾礦壩靜態液化的可能性。
尾礦壩靜態液化的觸發因素和機理 (static liquefaction)
靜態液化模擬(Static Liquefaction)
使用非排干脆性指數粗略估算靜態液化(undrained brittleness index)
2. 破壞案例
2.1 Brumadinho dam
2019 年 1 月 25 日發生在巴西的布魯馬迪尼奧災難 (Brumadinho dam)是歷史上最嚴重的尾礦壩潰壩事故之一，排放了近1200萬立方米尾礦，淹沒了下游地區，造成至少270人死亡。調查指出尾礦內的靜態液化是可能的破壞機制，穩定性分析表明即使在災難發生之前安全系數也很低。專家小組將破壞歸因于蠕變應變導致強度突然喪失以及強雨期后土吸力喪失。后來的一項研究指出了鉆井引起的液化，這也顯示出最終確定破壞原因的挑戰。
尾礦壩破壞原因的不同解釋
尾礦壩破壞原因解釋的不確定性
布魯馬迪尼尾礦壩破壞的原因(Brumadinho dam disaster)
2.2 Merriespruit dam
1994 年南非的 Merriespruit 尾礦壩潰壩也歸因于靜態液化。暴雨導致尾礦壩潰決，釋放出 60 萬立方米的尾礦，順流而下 3公里，淹沒了 Merriespruit 村。溢流和侵蝕是直接原因，但研究表明靜態液化是導致液化尾礦釋放的潛在破壞機制。
展開 尾礦庫溢流事故---不太嚴重,但需警覺
1 引言
尾礦庫是礦山企業正常運行過程中不可缺少的一部分，對資源利用和環境保護起到不可忽視的作用。其中尾礦庫選址, 容量設計以及尾礦壩穩定性是尾礦庫最重要的三個技術要素. 在過去的公眾號文章中, 曾經直接或間接地討論了尾礦庫或壩體的溢流問題. 如下所示的是其中一些最典型的文章.
2021年4月16日, 內蒙古烏拉特前旗西沙德蓋鉬業有限責任公司尾礦庫由于溢流井發生故障，導致尾礦庫發生溢流事故。這個筆記簡要描述了與本事故相關的一些技術的和非技術的內容.
2 尾礦庫溢流事故
2021年4月16日晚9時, 內蒙古烏拉特前旗西沙德蓋鉬業有限責任公司尾礦庫溢流井發生故障，導致尾礦庫溢流?，F已得到有效控制，沒有人員傷亡，具體原因正在抓緊調查中。采取的措施包括對滲流部位進行封堵，使用水泵向外轉移庫存水等措施, 努力從源頭上截斷水流,減少泥沙下泄; 對溢流出來的水進行取樣送檢；同時加強沿線溝道巡查截流。
3 尾礦庫建設
烏拉特前旗西沙德蓋鉬業有限責任公司位于內蒙古自治區巴彥淖爾市烏拉特前旗額爾登布拉格蘇木沙德蓋，于2006年09月29日在烏拉特前旗市場監督管理局注冊成立，注冊資本為27800萬元，設計開采年限25年, 現有從業人員150多人.
該尾礦庫工程位于巴彥淖爾市烏拉特前旗沙德格蘇木, 包括尾礦庫位置、初期壩和尾砂堆積壩、尾礦庫排水防洪構筑物、尾礦庫回水設施等。根據《中華人民共和國環境影響評價法》及《環境影響評價公眾參與暫行辦法》的相關規定，2016年9月該公司委托內蒙古環科園環境科技有限責任公司對該工程進行了環境影響評價, 即《內蒙古自治區烏拉特前旗西沙德蓋鉬業有限責任公司10000t/d 鉬礦采選擴建尾礦庫工程環境影響報告書》. 該報告主要評價的內容包括: 尾礦庫揚塵, 選礦廢水, 尾礦砂和回水泵房噪聲.
展開 我國銅冶煉技術出口首傳捷報 祥光旋浮冶煉技術在美國成功應用
4、【嘉能可用衛星監測其全球尾礦壩】自由港邁克墨倫公司(Freeport McMoRan)-位高管周一表示，自由港已與四家中國冶煉企業達成協議，將2021年的銅精礦加工費(TC/RCs)下調4%。這也預示年度TC/RCs將連續第六年下滑。
5、【嘉能可用衛星監測其全球尾礦壩】礦業公司嘉能可(Glencore)與InSAR服務提供商Tre-Altamira達成協議，將衛星監測范圍擴大到其全球110多個尾礦壩。
上一交易日華南現貨交易情況：
鋁：南儲佛山鋁錠報價16810-16870元，均價16840元，漲70，對當月升380。早期持貨商積極出貨，雖然庫存下降，但市場流通貨源略微增加，主流成交價集中在16840-16850元之間，其后盤中基價上漲，持貨商惜售，市場流通貨源較少，成交價上行至16910元，較南儲佛山均價升水0~70元。
南儲無錫鋁錠報價16710-16750元，均價16730元漲80，對當月升270。今日華東流通貨源相對充足，早期上海成交價在16750元附近，無錫成交在16750-16760元，其后期貨走高，不過現貨跟漲明顯乏力，部分持貨商低價出貨，成交價小幅上漲至16780元附近，較南儲無錫均價升水20~50元。
銅：南儲佛山電解銅均價:58170元，漲120,當月升貼水報價:40至50，跌10。早間滬銅跳空高開震蕩，今日市場參與者不多，出貨者相對較少，平水銅報價升水40元/噸，貨源難覓，好銅升水50-60元/噸，市場出貨較為困難，持貨商有小幅調價至與平水銅同價，但依舊難有成交;第二節交易時段結束，報盤減少，下游剛需入貨，平水銅升水50也迎來少許成交。整體來看，今日市場相對僵持，下游需求仍舊低迷，成交不佳。升水銅對當月升水50元/噸;平水銅升水40-50元/噸。
展開 SLOPE_W軟件總應力法和有效應力法的應用
SLOPE_W軟件總應力法和有效應力法的應用.pdf
【E-V】瓏金礦尾礦壩DuncanChang非線性靜力計算分析.pdf
92-非飽和孔隙裂隙巖體邊坡穩定性評價.pdf
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廢棄礦山生態修復措施
2.尾礦的治理措施
對占用大量土地的尾礦進行二次開發，加大尾礦的綜合利用率;開發用量大、投資少、有銷路的尾礦以實現規模經營和多品種開發的資源化、商品化使其變廢為寶，真正成為經濟商品中的一部分。還要對尾礦壩中的廢水進行處理以達到國家標準，實現浮選廢水適度凈化后全部回用和零排放。對于未處理的采空區、廢舊巷道和硐室的礦山，利用井下采空區排放尾礦是一種處置尾礦行之有效的辦法。
3.土壤基層改良
礦山開采造成生態破壞的關鍵是土地退化，也就是土壤因子的改變，即廢棄地土壤理化性質變壞、養分丟失及土壤中有毒有害物質的增加。因此，土壤改良是礦山廢棄地生態恢復最重要的環節之一?？梢圆扇〉拇胧┌ǎ?1)異地取土措施:在不破壞異地土壤的前提下，取適量土壤，移至礦山受損嚴重的部位，在土壤上種植植物，通過植物的吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用對受損土壤進行修復。(2)廢棄地改造措施進行表土改造之前，設法灌注泥漿，使其包裹廢渣，然后再鋪一層粘土壓實，造成一個人工隔水層，減少地面水下滲，防止廢渣中劇毒元素的釋放。(3)土壤增肥改良措施:添加有效物質，使土壤的物理化學性質得到改良，從而縮短植被演替過程，加快礦山廢棄地的生態重建。
4.礦山重金屬污染的植物修復
重金屬耐性植物不僅能耐重金屬毒性，還可以適應廢棄地的極端貧瘠、土壤結構不良等惡劣環境，部分耐性植物還能富集高濃度的重金屬，因而被廣泛地用于重金屬污染土地的修復?？紤]到引種可能會帶來的生態問題，且鄉土植物對當地氣候條件的適應性，立足本地篩選重金屬耐性植物十分必要。
5.礦山水資源的修復
礦山開采中對水的損害分別表現在對地表水和地下水的影響。地表水、地下水的污染可以通過構筑人工濕地，通過耐受植物、微生物的作用對污染物進行去除。
展開 
廢棄礦山生態修復措施
2.尾礦的治理措施
對占用大量土地的尾礦進行二次開發，加大尾礦的綜合利用率;開發用量大、投資少、有銷路的尾礦以實現規模經營和多品種開發的資源化、商品化使其變廢為寶，真正成為經濟商品中的一部分。還要對尾礦壩中的廢水進行處理以達到國家標準，實現浮選廢水適度凈化后全部回用和零排放。對于未處理的采空區、廢舊巷道和硐室的礦山，利用井下采空區排放尾礦是一種處置尾礦行之有效的辦法。
3.土壤基層改良
礦山開采造成生態破壞的關鍵是土地退化，也就是土壤因子的改變，即廢棄地土壤理化性質變壞、養分丟失及土壤中有毒有害物質的增加。因此，土壤改良是礦山廢棄地生態恢復最重要的環節之一?？梢圆扇〉拇胧┌ǎ?1)異地取土措施:在不破壞異地土壤的前提下，取適量土壤，移至礦山受損嚴重的部位，在土壤上種植植物，通過植物的吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用對受損土壤進行修復。(2)廢棄地改造措施進行表土改造之前，設法灌注泥漿，使其包裹廢渣，然后再鋪一層粘土壓實，造成一個人工隔水層，減少地面水下滲，防止廢渣中劇毒元素的釋放。(3)土壤增肥改良措施:添加有效物質，使土壤的物理化學性質得到改良，從而縮短植被演替過程，加快礦山廢棄地的生態重建。
4.礦山重金屬污染的植物修復
重金屬耐性植物不僅能耐重金屬毒性，還可以適應廢棄地的極端貧瘠、土壤結構不良等惡劣環境，部分耐性植物還能富集高濃度的重金屬，因而被廣泛地用于重金屬污染土地的修復。考慮到引種可能會帶來的生態問題，且鄉土植物對當地氣候條件的適應性，立足本地篩選重金屬耐性植物十分必要。
5.礦山水資源的修復
礦山開采中對水的損害分別表現在對地表水和地下水的影響。地表水、地下水的污染可以通過構筑人工濕地，通過耐受植物、微生物的作用對污染物進行去除。
展開 積水池(Ponded Water)邊坡穩定性分析: HYRCAN, SLIDE, PLAXIS LE的結果比較
1 引言
積水條件下的邊坡穩定性(Ponded Water in Slope Stability)分析是巖土工程經常遇到的一個問題，最典型的場景如水庫的土壩或土石方壩【從巖土工程視角看本周美國水壩的損壞】，工業場地的積水池(蓄水池)以及采礦工程的尾礦壩等，在這個筆記中，我們使用HYRCAN分析這類邊坡的穩定性，并與SLIDE的計算結果進行比較。
2 問題陳述
下圖所示的邊坡由兩層土組成，邊坡一側有3米高的水位，求邊坡的安全系數。
3 求解過程
在此之前，我們已經分析過兩個例子的邊坡穩定性，因此在本例中，省略了一些相同或相似的操作步驟，代之以代碼的方式呈現。
HYRCAN腳本描述以及與SLIDE計算結果比較
HYRCAN多層土邊坡(Non-Homogeneous Slope)穩定性分析以及安全系數的自動提取
(1) 項目設置
選擇四種方法，改變邊坡方向為從左到右，改變“條塊數量”值，設置為50。
set("Method","GLE/M-P","on","Method","JanbuSim","on","Method","Spencer","on")set("failureDir","l2r","numSlice",50)
(2) 邊坡形狀
按節點坐標順序畫出邊坡外部形狀。使用主菜單”幾何構型->外部邊界”命令，順序輸入外部邊界坐標，結束后輸入”c[close]”, 形成邊坡形狀。
extboundary(0,0,40,0,40,4,30,4,10,14,0,14,0,0)
(3) 材料邊界
由于本例有兩層土，因此只需要畫一條材料邊界。
展開 礦山林草地如何生態修復
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受污染生態的林草地修復工程質量標準
礦山污染場地的類型主要有尾礦庫庫區、堆浸場、赤泥堆場等。為了避免修復耕地后農作物的污染，一般選擇林草地生態修復模式，其相應的質量控制標準參見表4-3。
表4-3 選礦場、堆浸場、尾礦庫等污染場地林草地生態修復質量控制參考標準
注：①尾礦庫必須在編制閉庫報告并經安全生產管理部門的審批、完成閉庫工程并驗收后，方能實施尾礦庫庫區的生態修復。
②根據《尾礦設施設計規范》（GB 50863—2013）要求，尾礦庫閉庫后，“三等及三等以上尾礦庫應設置人工監測與自動監測相結合的安全監測設施”，“監測庫水位、灘頂標高、干灘長度、浸潤線深度、壩體坡度和位移”等，以便及時采取對策，保證尾礦壩安全及穩定。
③對于不含有毒有害物質中小型尾礦庫，無需覆蓋隔離層，可直接修復。在修復模式上可采取人工濕地模式，即在尾砂上直接種植蘆葦等喜水灌草，此方式修復費用低、恢復生態系統快。
④污水排放需符合《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）；具有放射性污染時，工程措施及標準應符合《放射性廢物管理規定》（GB 14500—2002）。
⑤防洪標準根據原尾礦庫安全等級設定，高者取大值，小級取小值。
在進行林草地修復確定覆土厚度時，要考慮沉實土壤厚度，以便留有一定的余量，以滿足植物正常生長的需要（表4-4）。
展開 最新出臺的礦山及尾礦庫安全生產綜合治理工作方案[3/11/2022]
黃河流域相關盟市要進一步強化摸排統計，準確掌握轄區內每一座尾礦庫的基本情況，包括尾礦庫的名稱、所屬企業或單位名稱、尾礦庫具體地址、設計和現狀壩高、庫容及等別、安全設施“三同時”情況、筑壩及排放方式、排洪方式、是否安裝在線監測系統、生產建設及停產停建停用情況、地方政府包保責任人落實情況、是否為有主或無主庫、是否為“頭頂庫”、是否存在重大隱患等。要建立尾礦庫工作臺賬，逐一制定治理措施或方案，分類施策、分類管控、分類整治，有效防范化解尾礦庫安全風險。（完成時限：2022年6月底前）
2. 嚴把新（改、擴）建尾礦庫準入關。全面落實自治區應急管理廳等8部門聯合印發的《內蒙古自治區防范化解尾礦庫安全風險工作實施方案》（內應急字〔2020〕42號），嚴格控制新建獨立選礦廠尾礦庫，嚴禁新建“頭頂庫”、總壩高超過200米的尾礦庫，嚴禁在距離黃河干流岸線3公里、重要支流岸線1公里及其他河流、湖泊1公里范圍內新（改、擴）建尾礦庫，新建四等、五等尾礦庫必須采用一次建壩方式。嚴禁審批“頭頂庫”、運行狀況與設計不符的尾礦庫加高擴容項目。（完成時限：2023年底前，并長期堅持）
3. 強化重點尾礦庫監管執法。按照分級分類監管執法的原則，自治區、盟市和旗縣應急管理部門分別對三等及以上、四等和五等尾礦庫進行全覆蓋監管執法，依法嚴肅處罰處理重大安全隱患和違法違規行為，對存在的問題隱患督促企業按照“一庫一案”的原則全面落實整改。加大春季開化期、夏季防汛期等關鍵時段重點尾礦庫執法檢查力度，全面檢查尾礦壩、排洪系統、干灘長度、庫水位及監測監控系統，加強尾礦庫隱蔽工程施工質量管控，強化尾礦庫排洪系統質量檢測，針對性治理排洪系統冰凍災害，嚴格落實各項安全防范措施，全力防范尾礦庫潰壩、泄漏事故發生。（完成時限：2022年和2023年底前各完成1次）
4. 加強尾礦庫安全風險管控。
展開 