尾矿库安全评价方法研究
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尾矿库事故统计
（1）美国克拉克大学公害评定小组的研究表明 ,尾矿库事故的危害在世界 93 国外溃坝事故统计 国内溃坝事故统计
30 40 种事故、公害的隐患中,名列第18位,它仅次于核爆炸、神经毒气、核辐射等
20
危害。
30
（2）据统计，自1965年以来，美国、智利、南非、加拿大、保加利亚、秘鲁 20
10
间距 (m)
0 23.57 21.32 43.76 50.5 35.91 37.03 21.32 21.32 28.05 24.69 20.2 41.52 28.05 19.08 26.93 47.13 39.28 20.2 17.95
水深 （m）
1.9 1.25 0.9 0.8 0.75 0.7 0.78 0.72 1.38 1.21 1.07 0.95 0.65 1.65 1.1 1 0.85 0.9 1.6 1.35
汇报目录
03
安评合理方法探讨
3、合理方法探讨
安评现状
定性分析与 “一刀切”模式
主要手段
二维水动力学模型
漫顶洪水
尾矿库事故中65%以上 由溃坝事故导致，漫顶 洪水为主要原因之一
定量分析
确定漫顶或溃坝后 准确的淹没范围、 淹没深度等
3、合理方法探讨
二维水动力模型原理
地 形、 流域 信息
计算 区域 确定
1、尾矿库安全问题
9·8山西襄汾新塔矿业尾矿库溃坝事故
2008年9月8日，山西省襄汾县新塔矿业有限公司新塔矿区发生 特别重大溃坝事故。事故泄容量26.8万立方米，过泥面积30.2公顷
，波及下游500米左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅，造成
277人死亡、4人失踪、33人受伤，直接经济损失达9619.2万元。是 一起违法违规生产导致的重大责任事故。
4、实例分析
坝体稳定分析 1.物料的物理性 质试验
Elevation/m 270
250 230 210 190 170 150 130 110 90 70 50 30 10 -10 -30 -50 0.0
2.物料的力 学性质
3.最不利条件下 坝体稳定性分析
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
比降J 0.00 0.06 0.03 0.05 0.05 0.06 0.09 0.10 0.01 0.04 0.05 0.09 0.12 0.01 0.00 0.10 0.05 0.06 0.01 0.04
流速 (m/s)
2.40 2.80 3.40 4.25 4.50 4.90 4.70 3.85 3.70 3.45 3.60 4.35 4.30 3.78 3.25 3.60 4.00 4.15 3.35 3.60
网格 剖分
边界条 件与初 始条件
模型 计算
结果 分析
汇报目录
04
实例分析
4、实例分析
以陕西省某尾矿库为例。该尾矿库设计标准为1000年一遇，下游约2Km
为县城，1500m处高速公路和变电站，800m左右有人家。
分析计算
洪水
实验分析
坝体稳 定
安全
坝面冲刷
水沙输移
4、实例分析
设计洪水推求
工况：根据泥沙的起动流速，选取使流速大于0.5m/s的流量的平均，即 2m3/s进行流场计算，冲刷有效历时为1.15小时。
0.05 0.04 0.16 0.08 0.25 0.2 0.35
0.03 0.01 0.02 0.04 0.1 0.1
0.07 0.07 0.3 0.12 0.3 0.6
0.14 0.1 1.44 0.44 0.4 0.31 3.85
0.09 0.06 1.28 0.36 0.15 0.11 3.5
77051 49412 2246 7050 14753 13712 3083
4、实例分析
河道流速场计算
Q=82m3/s时的河流上段流场
Q=82m3/s时的河流中段流场
Q=82m3/s时的河流下段流场
4、实例分析
（6）河道冲淤量计算
断面号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 距坝脚累 计距离 (m)
基于尾矿库存在的安全问题，保证其安全运行，国家制定了一些列的
法律、法规、规范。 《安全评价通则》。
《非煤矿矿山建设项目安全设施设计审查与竣工验收办法》。
《安全验收评价导则》。 《安全预评价导则》。 《尾矿库安全技术规程》。 然而，以上法律法规中较多为定性规定与“一刀切”的条文。例如《 关于印发深入开展尾矿库综合治理行动方案的通知》规定，尾矿坝下游1 公里范围以内的居民、学校等重要设施统一实施搬迁。陕西省安监局发布 的文件《关于印发深入开展尾矿库综合治理行动方案的通知》尾矿库下游 2公里范围以内不能有居民、学校等重要建构筑物等的管理规定。
河底Em (m)
744 743.25 743 741 738.4 736.23 733 730.9 730 729 728.02 726.36 721.5 720.09 720.64 718.1 716.12 713.53 712.7 712.15
水位 (m)
745.9 744.5 743.9 741.8 739.15 736.93 733.78 731.62 731.38 730.21 729.09 727.31 722.15 721.74 721.74 719.1 716.97 714.43 714.3 713.5
Ⅳ
①严格设计方案审查制；② 严把施工质量和施工材料质 量观；③查清渗漏部位和施 工原因，即使堵漏；④建立 完善的排渗设施；⑤加强监 测，注意坝体浸润线出溢点 的变化
2、尾矿库安全评价现状
（3）设施安全检查表法
根据尾矿库易出现事故的频率、危险程度及危害等级赋予分值。尾矿 库安全检查表总分为100,尾矿库安全管理单元40、尾矿排放与筑坝单元20 、排洪系统单元20、水力输送系统单元10、回水系统及环境保护单元10。
秦 毅 教授 2016年5月
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
汇报目录
01
尾矿库安全问题
1、尾矿库安全问题
尾矿的堆存处理，通常是利用有利地形，围筑堤坝，形成一定的容积，将 尾矿排入其中，这种设施称为尾矿库。尾矿库通常具有高势能，一旦发生 事故，会产生泥石流，给下游人民的生命财产带来严重损失，同时破坏生 态环境。
1、尾矿库安全问题
4、实例分析
（5）坝坡冲刷量计算
流区 1区 2区 3区 4区 5区 6区 7区 8区 合计 流速 <0.5 <0.5 1.35 1.3 4.5 2.75 0.8 0.78 5.5 水深 最小 水深 最大 水深 冲刷终止 水深h' 冲刷深度 hp 冲刷面 积m2 部分体积 （m3） 0 6549.34 3162.37 2874.88 2538 2212.95 1535.74 10790.5 29663.78
单宽gs （T/s）
5.80 91.48 107.04 216.26 254.37 327.70 336.32 229.15 91.79 128.24 145.67 286.29 317.36 106.26 4.82 194.56 184.45 229.25 59.45 144.71
输沙宽 (m)
29.80 31.80 32.10 27.40 41.90 33.10 32.00 36.50 26.30 28.80 25.80 29.90 20.50 19.40 26.00 22.80 22.40 25.20 20.20 19.90
总输沙率 （T/s）
172.80 2909.15 3435.98 5925.49 10657.97 10846.84 10762.09 8363.80 2414.17 3693.41 3758.36 8560.02 6505.79 2061.48 125.44 4436.00 4131.64 5777.06 1200.99 2879.72
、菲律宾、赞比亚等国共发生了60起尾矿库事故其中，溃坝 56起、占93.3%， 10 泄漏4起、占6.7%。
渗透破坏 洪水漫顶 地震液化 浸润线高 速度快 其他 0 渗透破坏 洪水漫顶 坝坡过陡 浸润线高 地震液化
0
（3）2001-2013年，我国共发生尾矿库事故90起，加之1960-2000年10起有重 大伤亡的尾矿库事故。约100起尾矿库事故中，溃坝占65%，尾砂泄露占31%。
0 23.57 44.89 88.65 139.15 175.06 212.09 233.41 254.73 282.78 307.47 327.67 369.19 397.24 416.32 443.25 490.38 529.66 549.86 567.81
4、实例分析
总体情况分析及措施
1.坝脚与河道交界处的比降极小，为倒坡，故泥沙在距坝脚30米的范围内大量堆积； 2.被水流挟带的泥沙以2.9T/S的速度被带向下游，共计挟带泥沙1.2万吨。 3.至河道9断面处（距坝脚254m），河道对泥沙的输移减小为0.9994万吨。之后在14号 断面处（距坝脚 397.24m ）再次受阻，输沙量减小到 0.8534 万吨。在 15 号断面（距坝脚 416.32m）继续受阻，河道输移的泥沙仅为0.5193万吨（合301.94m3）。
2、尾矿库安全评价现状
（1）尾矿坝坝体稳定性评价方法
极限平衡法
数值分析法
概率分析法
基本土力学理论方 法计算坝体稳定性
建立数学模型求解 坝体应力应变值
分析坝体稳定性或 失稳的概率
2、尾矿库安全评价现状
（2）尾矿坝溃坝事故危险性预先分析法
潜在事故 产生原因 事故后果 危险等级 Ⅳ 措施 ①认真选址,并做好工程地 质勘察工作；②请具有资质 和经验的设计人员精心设计 尾矿坝，严格审查设计方案； ③严格实行工程监理制，确 保尾矿坝施工质量 ①库内存水过多；①尾矿坝垮塌，形 ②汛期雨量大； 成泥石流，导致人 ③地震；④排水 员伤亡、财产损失 构筑物堵塞、损 和严重的环境污染； （1）坝体整体 毁；⑤尾矿库坝 ②尾矿坝局部滑坡、 失稳 体出现裂缝、滑 沉陷，威胁整体的 坡、渗漏以及管 安全 涌流土；⑥坝体 施工不当 ①尾矿排放超过 ①有毒有害液体泄 设计标准；②坝 漏，造成环境污染； 体厚度窄 ②尾矿坝垮塌，导 （2）尾矿坝的 致人畜伤亡、房屋 渗漏 倒塌
汇报目录
02
尾矿库安全评价现状
2、尾矿库安全评价现状
尾矿库安全评价体系
尾矿库安全评价体系将其分为5大单元，尾矿库安全管理单元、尾 矿排放与筑坝单元、排洪系统单元、水力输送系统单元和回水系统及 环境保护单元。
尾矿库现状安全评价方法
（1）尾矿坝坝体稳定性评价方法。
（2）尾矿坝溃坝事故危险性预先分析法。 （3）尾矿设施安全检查表法。
总输沙量 (T)
715.38 12043.88 14224.97 24531.51 44124.01 44905.93 44555.05 34626.15 9994.65 15290.72 15559.61 35438.50 26933.96 8534.51 519.33 18365.05 17104.98 23917.02 4972.08 11922.05
2、尾矿库安全评价现状
安评方法评价
尽管《尾矿库安全监督管理规定》中要求企业每3年对尾矿库进行一 次安全评价，但评价质量不高、方法有限，主要体现在以下2点: 定性评价居多，定量分析较少。采用的大多是安全检查表法、 预先 危险性分析法等评价方法，主要依靠评价人员经验，缺少定量分析和 定量评价结果。 “一刀切”模式。过多关注尾矿库本身，忽略了尾矿坝下游状况。 对尾矿库进行评价，只关注于尾矿坝渗流稳定和坝体稳定性计算，而 不考虑下游居民、重要工业设施多寡及分布情况，造成下游人烟罕至 的尾矿库风险与下游有密集城市的尾矿库风险相同，严重脱离了风险 评价的实际。
1、尾矿库安全问题
12·20深圳山体滑坡
2015年12月20日11时40分，广东省深圳市光明新区凤凰社区恒泰 裕工业园发生山体滑坡 。此次灾害滑坡覆盖面积约38万平方米，造成 33栋建筑物被掩埋或不同程度受损，灾害造成69人死亡。 值得注意的是，专家认定此事故非山体滑坡，是“人工堆土垮塌 ”。
1、尾矿库安全问题
0.8
0.9
1.0
Distance/m (x 1000)
4、实例分析
坝面冲淤分析 冲淤 水动力条件
利用二维数学模型模拟 计算坝面在垮坝或漫顶 的坝面水动力条件
+
泥沙运动特性
实验确定
（2）
（1）
4、实例分析
（3）率定参数并验证模型后，计算设计洪水下的流速场
4、实例分析
（4）统计计算坝坡相似流速区信息
（1）美国克拉克大学公害评定小组的研究表明 ,尾矿库事故的危害在世界 93 国外溃坝事故统计 国内溃坝事故统计
30 40 种事故、公害的隐患中,名列第18位,它仅次于核爆炸、神经毒气、核辐射等
20
危害。
30
（2）据统计，自1965年以来，美国、智利、南非、加拿大、保加利亚、秘鲁 20
10
间距 (m)
0 23.57 21.32 43.76 50.5 35.91 37.03 21.32 21.32 28.05 24.69 20.2 41.52 28.05 19.08 26.93 47.13 39.28 20.2 17.95
水深 （m）
1.9 1.25 0.9 0.8 0.75 0.7 0.78 0.72 1.38 1.21 1.07 0.95 0.65 1.65 1.1 1 0.85 0.9 1.6 1.35
汇报目录
03
安评合理方法探讨
3、合理方法探讨
安评现状
定性分析与 “一刀切”模式
主要手段
二维水动力学模型
漫顶洪水
尾矿库事故中65%以上 由溃坝事故导致，漫顶 洪水为主要原因之一
定量分析
确定漫顶或溃坝后 准确的淹没范围、 淹没深度等
3、合理方法探讨
二维水动力模型原理
地 形、 流域 信息
计算 区域 确定
1、尾矿库安全问题
9·8山西襄汾新塔矿业尾矿库溃坝事故
2008年9月8日，山西省襄汾县新塔矿业有限公司新塔矿区发生 特别重大溃坝事故。事故泄容量26.8万立方米，过泥面积30.2公顷
，波及下游500米左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅，造成
277人死亡、4人失踪、33人受伤，直接经济损失达9619.2万元。是 一起违法违规生产导致的重大责任事故。
4、实例分析
坝体稳定分析 1.物料的物理性 质试验
Elevation/m 270
250 230 210 190 170 150 130 110 90 70 50 30 10 -10 -30 -50 0.0
2.物料的力 学性质
3.最不利条件下 坝体稳定性分析
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
比降J 0.00 0.06 0.03 0.05 0.05 0.06 0.09 0.10 0.01 0.04 0.05 0.09 0.12 0.01 0.00 0.10 0.05 0.06 0.01 0.04
流速 (m/s)
2.40 2.80 3.40 4.25 4.50 4.90 4.70 3.85 3.70 3.45 3.60 4.35 4.30 3.78 3.25 3.60 4.00 4.15 3.35 3.60
网格 剖分
边界条 件与初 始条件
模型 计算
结果 分析
汇报目录
04
实例分析
4、实例分析
以陕西省某尾矿库为例。该尾矿库设计标准为1000年一遇，下游约2Km
为县城，1500m处高速公路和变电站，800m左右有人家。
分析计算
洪水
实验分析
坝体稳 定
安全
坝面冲刷
水沙输移
4、实例分析
设计洪水推求
工况：根据泥沙的起动流速，选取使流速大于0.5m/s的流量的平均，即 2m3/s进行流场计算，冲刷有效历时为1.15小时。
0.05 0.04 0.16 0.08 0.25 0.2 0.35
0.03 0.01 0.02 0.04 0.1 0.1
0.07 0.07 0.3 0.12 0.3 0.6
0.14 0.1 1.44 0.44 0.4 0.31 3.85
0.09 0.06 1.28 0.36 0.15 0.11 3.5
77051 49412 2246 7050 14753 13712 3083
4、实例分析
河道流速场计算
Q=82m3/s时的河流上段流场
Q=82m3/s时的河流中段流场
Q=82m3/s时的河流下段流场
4、实例分析
（6）河道冲淤量计算
断面号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 距坝脚累 计距离 (m)
基于尾矿库存在的安全问题，保证其安全运行，国家制定了一些列的
法律、法规、规范。 《安全评价通则》。
《非煤矿矿山建设项目安全设施设计审查与竣工验收办法》。
《安全验收评价导则》。 《安全预评价导则》。 《尾矿库安全技术规程》。 然而，以上法律法规中较多为定性规定与“一刀切”的条文。例如《 关于印发深入开展尾矿库综合治理行动方案的通知》规定，尾矿坝下游1 公里范围以内的居民、学校等重要设施统一实施搬迁。陕西省安监局发布 的文件《关于印发深入开展尾矿库综合治理行动方案的通知》尾矿库下游 2公里范围以内不能有居民、学校等重要建构筑物等的管理规定。
河底Em (m)
744 743.25 743 741 738.4 736.23 733 730.9 730 729 728.02 726.36 721.5 720.09 720.64 718.1 716.12 713.53 712.7 712.15
水位 (m)
745.9 744.5 743.9 741.8 739.15 736.93 733.78 731.62 731.38 730.21 729.09 727.31 722.15 721.74 721.74 719.1 716.97 714.43 714.3 713.5
Ⅳ
①严格设计方案审查制；② 严把施工质量和施工材料质 量观；③查清渗漏部位和施 工原因，即使堵漏；④建立 完善的排渗设施；⑤加强监 测，注意坝体浸润线出溢点 的变化
2、尾矿库安全评价现状
（3）设施安全检查表法
根据尾矿库易出现事故的频率、危险程度及危害等级赋予分值。尾矿 库安全检查表总分为100,尾矿库安全管理单元40、尾矿排放与筑坝单元20 、排洪系统单元20、水力输送系统单元10、回水系统及环境保护单元10。
秦 毅 教授 2016年5月
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
汇报目录
01
尾矿库安全问题
1、尾矿库安全问题
尾矿的堆存处理，通常是利用有利地形，围筑堤坝，形成一定的容积，将 尾矿排入其中，这种设施称为尾矿库。尾矿库通常具有高势能，一旦发生 事故，会产生泥石流，给下游人民的生命财产带来严重损失，同时破坏生 态环境。
1、尾矿库安全问题
4、实例分析
（5）坝坡冲刷量计算
流区 1区 2区 3区 4区 5区 6区 7区 8区 合计 流速 <0.5 <0.5 1.35 1.3 4.5 2.75 0.8 0.78 5.5 水深 最小 水深 最大 水深 冲刷终止 水深h' 冲刷深度 hp 冲刷面 积m2 部分体积 （m3） 0 6549.34 3162.37 2874.88 2538 2212.95 1535.74 10790.5 29663.78
单宽gs （T/s）
5.80 91.48 107.04 216.26 254.37 327.70 336.32 229.15 91.79 128.24 145.67 286.29 317.36 106.26 4.82 194.56 184.45 229.25 59.45 144.71
输沙宽 (m)
29.80 31.80 32.10 27.40 41.90 33.10 32.00 36.50 26.30 28.80 25.80 29.90 20.50 19.40 26.00 22.80 22.40 25.20 20.20 19.90
总输沙率 （T/s）
172.80 2909.15 3435.98 5925.49 10657.97 10846.84 10762.09 8363.80 2414.17 3693.41 3758.36 8560.02 6505.79 2061.48 125.44 4436.00 4131.64 5777.06 1200.99 2879.72
、菲律宾、赞比亚等国共发生了60起尾矿库事故其中，溃坝 56起、占93.3%， 10 泄漏4起、占6.7%。
渗透破坏 洪水漫顶 地震液化 浸润线高 速度快 其他 0 渗透破坏 洪水漫顶 坝坡过陡 浸润线高 地震液化
0
（3）2001-2013年，我国共发生尾矿库事故90起，加之1960-2000年10起有重 大伤亡的尾矿库事故。约100起尾矿库事故中，溃坝占65%，尾砂泄露占31%。
0 23.57 44.89 88.65 139.15 175.06 212.09 233.41 254.73 282.78 307.47 327.67 369.19 397.24 416.32 443.25 490.38 529.66 549.86 567.81
4、实例分析
总体情况分析及措施
1.坝脚与河道交界处的比降极小，为倒坡，故泥沙在距坝脚30米的范围内大量堆积； 2.被水流挟带的泥沙以2.9T/S的速度被带向下游，共计挟带泥沙1.2万吨。 3.至河道9断面处（距坝脚254m），河道对泥沙的输移减小为0.9994万吨。之后在14号 断面处（距坝脚 397.24m ）再次受阻，输沙量减小到 0.8534 万吨。在 15 号断面（距坝脚 416.32m）继续受阻，河道输移的泥沙仅为0.5193万吨（合301.94m3）。
2、尾矿库安全评价现状
（1）尾矿坝坝体稳定性评价方法
极限平衡法
数值分析法
概率分析法
基本土力学理论方 法计算坝体稳定性
建立数学模型求解 坝体应力应变值
分析坝体稳定性或 失稳的概率
2、尾矿库安全评价现状
（2）尾矿坝溃坝事故危险性预先分析法
潜在事故 产生原因 事故后果 危险等级 Ⅳ 措施 ①认真选址,并做好工程地 质勘察工作；②请具有资质 和经验的设计人员精心设计 尾矿坝，严格审查设计方案； ③严格实行工程监理制，确 保尾矿坝施工质量 ①库内存水过多；①尾矿坝垮塌，形 ②汛期雨量大； 成泥石流，导致人 ③地震；④排水 员伤亡、财产损失 构筑物堵塞、损 和严重的环境污染； （1）坝体整体 毁；⑤尾矿库坝 ②尾矿坝局部滑坡、 失稳 体出现裂缝、滑 沉陷，威胁整体的 坡、渗漏以及管 安全 涌流土；⑥坝体 施工不当 ①尾矿排放超过 ①有毒有害液体泄 设计标准；②坝 漏，造成环境污染； 体厚度窄 ②尾矿坝垮塌，导 （2）尾矿坝的 致人畜伤亡、房屋 渗漏 倒塌
汇报目录
02
尾矿库安全评价现状
2、尾矿库安全评价现状
尾矿库安全评价体系
尾矿库安全评价体系将其分为5大单元，尾矿库安全管理单元、尾 矿排放与筑坝单元、排洪系统单元、水力输送系统单元和回水系统及 环境保护单元。
尾矿库现状安全评价方法
（1）尾矿坝坝体稳定性评价方法。
（2）尾矿坝溃坝事故危险性预先分析法。 （3）尾矿设施安全检查表法。
总输沙量 (T)
715.38 12043.88 14224.97 24531.51 44124.01 44905.93 44555.05 34626.15 9994.65 15290.72 15559.61 35438.50 26933.96 8534.51 519.33 18365.05 17104.98 23917.02 4972.08 11922.05
2、尾矿库安全评价现状
安评方法评价
尽管《尾矿库安全监督管理规定》中要求企业每3年对尾矿库进行一 次安全评价，但评价质量不高、方法有限，主要体现在以下2点: 定性评价居多，定量分析较少。采用的大多是安全检查表法、 预先 危险性分析法等评价方法，主要依靠评价人员经验，缺少定量分析和 定量评价结果。 “一刀切”模式。过多关注尾矿库本身，忽略了尾矿坝下游状况。 对尾矿库进行评价，只关注于尾矿坝渗流稳定和坝体稳定性计算，而 不考虑下游居民、重要工业设施多寡及分布情况，造成下游人烟罕至 的尾矿库风险与下游有密集城市的尾矿库风险相同，严重脱离了风险 评价的实际。
1、尾矿库安全问题
12·20深圳山体滑坡
2015年12月20日11时40分，广东省深圳市光明新区凤凰社区恒泰 裕工业园发生山体滑坡 。此次灾害滑坡覆盖面积约38万平方米，造成 33栋建筑物被掩埋或不同程度受损，灾害造成69人死亡。 值得注意的是，专家认定此事故非山体滑坡，是“人工堆土垮塌 ”。
1、尾矿库安全问题
0.8
0.9
1.0
Distance/m (x 1000)
4、实例分析
坝面冲淤分析 冲淤 水动力条件
利用二维数学模型模拟 计算坝面在垮坝或漫顶 的坝面水动力条件
+
泥沙运动特性
实验确定
（2）
（1）
4、实例分析
（3）率定参数并验证模型后，计算设计洪水下的流速场
4、实例分析
（4）统计计算坝坡相似流速区信息