摘 要：为了充分认识或辨识尾矿库的危险与有害因素以及其时变规律，应用安全系统方法即从安全系统的物质、能量、信息三个要素，研究了尾矿库系统中矿体、水体、坝体、基体、坡体的风险因素、信息参数及其相互关系。
关键词：尾矿库；安全系统；风险辨识
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2012）17-0180-02
尾矿库是一个具有高势能人造泥石流的重大危险源，尾矿库堆存的尾矿矿体和尾矿水体也是重要污染源。从文献资料可以看出，目前尾矿库研究主要是对尾矿库的坝体稳定性、尾矿库的安全评价方法及其尾矿库失事后对各种环境的影响方面。尾矿库的坝体稳定性研究主要是围绕由溃坝引发的坝体堆筑、排渗和地震液化等，尾矿库的安全评价基本上是安全评价技术方面的研究，尾矿库失事后的环境污染影响的研究主要关于尾矿废水对地下水地表水的污染。
尾矿库系统主要涉及岩土工程、环境工程、地质工程、安全工程，为了充分辨识和认识尾矿库的危险与危害以及尾矿设施的重要性，应用安全系统方法即从安全系统的物质、能量、信息三个要素，研究尾矿库系统中矿体、水体、坝体、基体、坡体的风险机理、信息参数及其内在联系。
1 风险辨识
尾矿库系统是一个复杂的大系统，目前一般将大系统划分为许多个子系统进行研究。主要的子系统是尾矿处理、排放子系统，尾矿坝构筑、排渗、排洪子系统和尾矿库的监测与管理子系统。这些子系统是相互关联、相互制约的。尾矿库的危险辨识单元一般根据尾矿库主要设施的组成系统，划分为尾矿坝、排洪、水力输送与回水等三个单元进行。这种划分方法没有揭示尾矿库系统中物质、能量与信息之间发展与变化的内在联系。
根据尾矿库系统与环境之间及其尾矿库系统内部的各子系统之间的物质、能量和信息的输入与输出及其变化与影响，将尾矿库系统风险辨识单元主要划分为尾矿库矿体、水体、坝体、基体、坡体，另外可以增加一个尾矿库系统的监控单元。尾矿库系统的风险辨识就是辨识尾矿库矿体、水体、坝体、基体、坡体以及监控等六个风险辨识单元的物质流动、能量转换、信息传递以及它们之间的相关性与突变性。
2 尾矿库系统的生命特征
2.1 尾矿库系统的组成与功能
系统的物质流动、能量转换与信息传递是维持系统生命的关键。系统的生命特征体现在系统与环境、系统与系统之间的物质、能量和信息的流动、转换与传递。在尾矿库系统全寿命周期内，尾矿库系统内部物质、尾矿库系统与外界环境之间存在着复杂的物理、化学、生物化学反应和有毒有害物质的迁移过程。这些反应涉及到尾矿库的设计施工、正常运行、闭库和生态恢复等工程问题。尾矿库系统一般是由尾矿输送子系统、尾矿堆存子系统、尾矿排水子系统、尾矿水处理子系统等组成。
2.2 尾矿库系统的物质与能量
根据危险源的主要危险物质与能量类型可以将危险源分为物质型危险源、能量型危险源以及混合型危险源。特别是混合型危险源既有危险物质的存在，又具有危险能量。所以该类危险源具有更大的危险性，发生事故的类型也具有多样性。在我们的生产过程中，工艺设备、设施很多属于混合型危险源。对于尾矿库系统来说，尾矿矿体和水体，一方面是含有大量有害物质，另一方面又是势能和化学能的载体与源泉。
将尾矿库系统按照危险源的主要危险物质和能量存活时间的长短分为永久、临时危险源两类。尾矿库存在时间较长，其矿体相对较稳定，物质较多，势能较大，可划分为永久危险源。这类危险源因素在尾矿库设计、管理、操作方面均得到较大重视，对其已有了全面、清楚的认识，安全技术措施、安全管理措施等均得到了完善。尾矿库系统的设施存在临时性与变化性，可划分为临时危险源。临时危险源易被忽视，其危险因素比永久危险源更多，更不易认识清楚，对策措施的实施没有针对性。
3 尾矿库系统的风险与信息
根据研究尾矿库事故的实例，结合尾矿库事故理论和国内尾矿库病害分类统计，分析其事故原因，总结尾矿库事故的主要风险因素有溃坝、排水（排渗和泄洪）不畅、滑坡、陷落、渗漏、裂缝、管涌、地震等。
3.1 抗剪强度与坝体失稳
尾矿库坝体稳定性信息主要包括干滩面长度、浸润线高度、堆坝坡度、堆积坝高度、矿砂密实度、尾矿沉积层的抗剪强度、尾矿颗粒组成、尾矿冲积分层情况、库区地质现象、区域地质构造、工程措施、运行管理等。
尾矿矿体与水体的物理力学性质，是分析尾矿库各种危险因素影响下各种相互作用的关键。其物理力学性质是反映尾矿中的固相、气相和液相比例关系的物理量，包括尾砂的重力密度、比重、塑性指数、液限、塑限、颗粒分布、重度、含水量、孔隙比、可塑性指标等特征。尾矿的透水性能由尾矿的粒度决定，粒度越细，透水性能越差，其渗透性随尾矿中细泥含量的增加而降低。尾矿的透水性能也受到沉积尾矿砂的孔隙率与压缩率影响，孔隙率越大透水性能越好。
3.2 浸润线位与渗流破坏
尾矿坝渗流是指尾矿水在渗透压的作用下从组成坝体的尾砂孔缝渗透出来。衡量渗流的指标是尾矿渗流系数，渗流直接影响着尾矿坝浸润线的高低，甚至尾矿坝的稳定性。影响浸润线高低的因素较多，尾矿库设计、尾矿坝渗流系数、尾砂粒度、排洪构筑物、降雨等都对会对浸润线的高低产生较大影响。
尾矿坝坝体内的渗流场和应力场之间是相互影响、相互作用的。一方面，渗流流场的改变将会引起渗流体积力与渗透压力的改变，从而造成坝体应力场分布的改变。另一方面，应力场的改变会引起体积应变的改变，从而使坝体各部位的孔隙率发生变化，渗透系数同时也随之变化，最终也改变了坝体渗流场的分布。
尾矿坝浸润线是尾矿坝的生命线，直接影响着坝体的安全与稳定。浸润线高度的影响因素有尾矿坝基的渗透性、颗粒分级程度、尾矿沉积层渗透性和尾矿库内水位相对于坝顶的位置等。同样的，地下尾矿水体对坝体的影响会产生动水压力，引起坝体稳定性的降低。尤其是在地震作用时，会引起孔隙水压力的快速上升，有效应力将会减小，造成坝体的液化，同时还会产生管涌、流砂和坝面沼泽化等危害。排渗系统损坏或堵塞对尾矿库影响主要表现在排渗不畅，继而造成浸润线升高，引发一系列危害因素产生，最终导致溃坝事故发生。有研究特别指出：尾矿废水中众多的污染物质会在强酸、强碱的作用下产生物理化学反应，形成大的悬浮颗粒或者胶体颗粒，极易降低尾矿坝的排渗性能，造成排渗不畅引发灾害。
3.3 自然灾害与信息分析
尾矿库区的自然条件一般较差，尾矿库设施易受到自然灾害影响而失效，引起一系列尾矿库危害因素产生，甚至引发溃坝事故。尾矿库区的自然灾害主要有山体滑坡、滚石、暴雨和泥石流等，这些灾害本身能量巨大，不仅能破坏尾矿库设施，也能直接毁坏尾矿库，造成重大损失。
尾矿库自然灾害的发生原因要综合考虑工程地质条件和区域水文气象条件。工程地质信息包括尾矿库地形地貌、地质构造、地层岩性等。其中地形及地质条件是影响尾矿库稳定性的首要因素，决定了尾矿库的坝基、坝体的渗漏与稳定和排洪单元构筑物的安全。
区域水文气象条件包括尾矿库区降雨等气象条件，库区降水直接影响尾矿库区水位和浸润线位，对尾矿库的安全性能影响明显。降雨导致尾矿库区水面提高、浸润线提高、坝面含水饱和和降低坝体抗滑稳定性等危险因素出现，特别是库区大暴雨引发的山洪会导致漫坝等尾矿库事故。同时雨水对坝面的冲刷作用破坏了坝体的整体性。
4 结论
（1）尾矿库是一个稳定的具有时变特征的堆积体，矿体、水体、坝体、基体、坡体之间具有相关性和突变性。
（2）尾矿库稳定性与安全性的信息包括最小干滩面长度、堆坝坡度与高度、矿体密实度，浸润线高度、尾矿沉积层的抗剪强度、颗粒组成和工程地质信息与区域水文气象条件等。
（3）孤立地考虑或解决坝体结构的安全问题，或者孤立地辨识与评价尾矿库系统的安全事故与环境污染问题，都不可能从总体上认识尾矿库系统的内在关联性和实现尾矿库工程的最优化。
参考文献
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