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  • CN 62-1112/TF 
  • ISSN 1005-2518 
  • 创刊于1988年
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黄金科学技术, 2018, 26(5): 656-661 doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2018.05.656

甘肃省尾矿库环境风险分析及防范措施

赵立芳,1, 刘佳,2, 张兆虎1, 王旋1, 姚莉卫1, 赵转军1

1兰州大学资源环境学院,甘肃 兰州 730000

2甘肃省环境应急与事故调查中心,甘肃 兰州 730030

Environmental Risk Analysis and Countermeasures of Tailings in Gansu Province

ZHAO Lifang,1, LIU Jia,2, ZHANG Zhaohu1, WANG Xuan1, YAO Liwei1, ZHAO Zhuanjun1

1College of Earth and Environmental Sciences,Lanzhou University,Lanzhou 730000,Gansu,China

2Environmental Emergency and Accident Investigation Center of Gansu,Lanzhou 730030,Gansu,China

收稿日期: 2018-07-26   修回日期: 2018-09-06  

基金资助: 国家自然科学基金项目“纳米级碳铁共沉物对西北农田土壤重金属Cd/Pb的固定吸附作用研究” .  41771341
“甘肃省尾矿库企业环境风险预控及应急管理工作要点调查研究” .  20170117000896

Received: 2018-07-26   Revised: 2018-09-06  

作者简介 About authors

赵立芳(1995-),女,甘肃秦安人,硕士研究生,从事土壤修复工作zhaolf2016@lzu.edu.cn , E-mail:zhaolf2016@lzu.edu.cn

刘佳(1985-),男,陕西商洛人,工程师,从事环境应急管理工作309875497@qq.com , E-mail:309875497@qq.com

摘要

尾矿库是矿山巨大的环境风险源,严重威胁着周边生态环境和居民的生命安全。通过现场调研和资料收集,分析了甘肃省尾矿库的基本现状及环境风险特征,并提出环境风险防范措施。研究结果表明,甘肃省尾矿库主要分布在陇南地区,以山谷型、涉重尾矿库为主,小型库居多,安全度水平较低,存在一定的环境风险,威胁着周边水体、大气和土壤环境,选址、设计与施工、监测设施、生态恢复和环境应急体系是环境风险防范的重点工作。

关键词: 尾矿库 ; 现状 ; 环境风险 ; 防范措施 ; 生态恢复 ; 甘肃省

Abstract

Tailings is a huge source of environmental risk for mine,which seriously threaten the surrounding ecological environment and the lives of residents.The basic situation and environmental risk characteristics of tailings in Gansu Province were analyzed through site investigation and data collection,and the environmental risk prevention measures were proposed.Results showed that tailings in Gansu Province mainly distributes in Longnan area with a low level of safety,mainly in form of valley type,heavy tailings reservoir and small-sized reservoir. There are certain environmental risks,which threaten the surrounding water bodies,soil and atmospheric environment.The site selection,design and construction,monitoring facilities,ecological restoration and environmental emergency system are key tasks for preventing environmental risk of tailings in Gansu Province.

Keywords: tailings ; status ; environmental risk ; countermeasure ; ecological restoration ; Gansu Province

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本文引用格式

赵立芳, 刘佳, 张兆虎, 王旋, 姚莉卫, 赵转军. 甘肃省尾矿库环境风险分析及防范措施. 黄金科学技术[J], 2018, 26(5): 656-661 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2018.05.656

ZHAO Lifang, LIU Jia, ZHANG Zhaohu, WANG Xuan, YAO Liwei, ZHAO Zhuanjun. Environmental Risk Analysis and Countermeasures of Tailings in Gansu Province. Gold Science and Technology[J], 2018, 26(5): 656-661 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2018.05.656

尾矿库是矿山企业生产不可或缺的基础设施,对防止尾矿流失、调节径流和自然净化尾矿废水等具有极其重要的作用[1]。同时,它又是具有高势能的人造泥石流危险源和巨大的环境风险源,一旦发生排洪设施损毁、洪水漫顶和溃坝等安全事故,必将引发次生环境污染事件[2,3,4]

近年来,我国涉及饮用水安全的突发环境事件有56起,其中由尾矿库生产事故引发的环境事件有10起,约占总数的18%[5]。尾矿库中堆存的尾砂通常含有重金属、絮凝剂等有毒、有害物质,一旦发生流失,不仅会危害区域生态环境,污染周围河流和农田,甚至造成跨流域污染,还会严重影响人体健康[6,7,8,9]

本文在现场调研和资料收集的基础上,对甘肃省尾矿库的基本现状及环境风险进行综合分析,并提出了环境风险防范措施,以期有效预防和降低尾矿库造成的环境危害,从而保护周边生态环境,保障居民的生命财产安全。

1 甘肃省尾矿库基本现状

为全面掌握甘肃省尾矿库基本现状,对甘肃省230座尾矿库的区域分布、等别、类型、矿种、运行状态和安全度进行了统计,结果如图1所示。由图可知,甘肃省尾矿库具有如下特点:

图1

图1   甘肃省尾矿库基本现状

Fig.1   Basic situation of tailings in Gansu Province


(1)地域分布相对集中。甘肃省尾矿库地域分布相对集中,主要分布在陇南地区[图1(a)],占甘肃省尾矿库总数的61.74 %。

(2)以山谷型为主、小型库居多。甘肃省尾矿库以山谷型为主、小型库(四、五等尾矿库)居多[图1(b)~(c)],山谷型和小型库分别占甘肃省尾矿库总量的73.91%和89.14%。

(3)涉重金属尾矿库比重较高。甘肃省尾矿以铅锌矿、金矿、铁矿和铜矿为主[图1(d)],涉重金属尾矿库(铅锌矿、铜矿和锑矿)比重较高,占甘肃省尾矿库总量的61.7%。

(4)存在大量的停用库和废弃库。甘肃省存在大量的停用尾矿库和废弃尾矿库[图1(e)],占甘肃省尾矿库总量的36.96%。

(5)安全度处于较低水平。甘肃省230座尾矿库中,正常运行的尾矿库仅占60%。

2 甘肃省尾矿库环境风险

据统计,尾矿库环境风险主要是选址不合理、设计施工缺陷、运营操作和管理不规范以及地震等自然灾害造成库内压力失稳,导致堆体发生滑坡或尾矿溃坝。当堆体滑坡或尾矿溃坝发生泥石流时,溢流出库的尾矿砂将淹没下游地表植被、农田和公共基础设施,堵塞河道,污染水体,甚至淹没下游村庄[10,11]。通过调研甘肃省尾矿库基本现状并进行现场踏勘分析,认为目前存在的环境风险主要有6个方面。

2.1 选址不合理,威胁环境敏感区

聂志丹等[12]预测了某山谷型尾矿库溃坝事故的环境风险后果,结果表明当溃坝发生后50 s、160 s的时间内可分别淹没下游500,1 000 m的距离,最大影响距离达到1 700 m,严重影响着下游居民的生活。但是,甘肃省尾矿库以山谷型尾矿库为主,且部分尾矿库选址不合理,分布在饮用水水源保护区、自然保护区和人口聚集区等环境敏感区的上游且距环境敏感区较近,严重影响着区域生态环境和居民安全[12,13]。例如:成县某尾矿库处于省级自然保护区试验区范围内,距杨坝河(嘉陵江三级支流)仅500 m,且下游评估范围内存在饮用水源地;西和县某尾矿库位于村庄上游,距村庄仅350 m,属于典型的“头顶库”。

2.2 雨污混流,尾矿水外排

排洪系统是尾矿库安全设施的必要组成部分和清水分流设施[14]。现场调研发现,甘肃省多数尾矿库闭库时采用反坡和暗排方式,将表面雨水收集至斜槽、竖井等排洪系统后排至库外。李晓琴等[15]研究发现,随着时间的推移,由于受自然环境、管理不当等因素的影响,反坡坡度可能会降低,若调洪库容无法保证,则水流无法到达原排洪系统进水口,当遇到暴雨等情况时,将危及尾矿库的安全。同时,增加了闭库尾矿库企业处理尾矿水的成本和管理时间。此外,还有部分闭库尾矿库的尾矿水经沉淀后直接排放,污染下游土壤、地表水和地下水环境。

2.3 监测设施不齐全

由于受自然和人为因素的影响,尾矿库的运行状态随时发生着变化。因此,必须采用监测设施及时掌握尾矿库对周边环境的影响。其中,三等及以上尾矿库应设置人工监测与自动监测相结合的安全监测设施[16]。于广明等[17]分析指出,我国在尾矿坝稳定性和安全监测方面已经积累了一定的经验,在线监测对我国尾矿坝的安全管理和环境保护具有重要意义。然而,甘肃省大多数尾矿库未安装自动监测系统,部分尾矿库甚至没有设置坝体位移和浸润线观测设施,无法及时发现隐患,一旦发生滑坡等事故,将引发次生环境污染事件。此外,部分尾矿库无地下水监测井,不能对尾矿库影响区域的污染情况进行有效监测。

2.4 排洪设施故障或建设不全

排洪设施是尾矿库安全的重要保证。据统计,2001~2009年我国发生的66起尾矿库事故中,排洪设施破损占18%[18]。目前,甘肃省部分尾矿库的排洪设施由于设计不合理和施工不合格等原因,导致大量雨水进入库区,存在一定的安全隐患。例如:部分在用尾矿库坝体下游坡面横向排水沟无坡度且多处出现较大裂缝,导致坡面雨水直接下渗入库;还有部分尾矿库缺少环库截洪沟,造成两侧山坡雨水进入库区,尾矿水量增加,进而影响库区排洪和尾矿砂堆积体稳定性。

2.5 生态环境保护和修复措施不到位

甘肃省尾矿库以小型库和涉重金属尾矿库为主,由于人们对小型尾矿库的重视不足、资金投入少及缺乏专业人员,多数小型尾矿库的生态环境保护和修复措施不到位。通过现场踏勘发现,甘肃省部分涉重金属的小型尾矿库干滩面尾砂覆土较薄或直接暴露在外,未因地制宜进行植被恢复或覆盖砂石等材料,若遇到雨雪天气,尾砂中的氯化物等药剂以及重金属通过风蚀、溶滤作用产生有害气体或酸性水,严重威胁周边的生态环境[19,20,21]。陈华君等[22]研究发现,尾矿淋漓液中Zn、Pb、Cd等重金属浓度随淋漓液pH值的减小而增大,酸性条件可能会增加尾矿中重金属的释放风险。

2.6 环境应急工作不到位

环境应急是针对可能或已发生突发环境事件而采取的超出工作程序的行动,尾矿库企业是防范、处置突发环境事件的责任主体。因此,完善的环境应急体系可以有效预防、及时控制和消除突发尾矿库环境事件造成的危害,进而降低环境污染和生态破坏造成的损害[23]。甘肃省尾矿库在环境应急方面的工作主要存在2个方面的不足:

(1)日常预防和预警不足。甘肃省尾矿库在日常预防和预警方面存在未编制环境影响评价报告、未开展环境风险评估、未建设符合要求的环保监测设施,以及未对污染隐患进行整改等问题。据统计,在甘肃省陇南市142座尾矿库中,只有39座尾矿库编制了环境影响评价报告,仅占陇南市尾矿库总量的27%。

(2)环境应急准备缺乏。甘肃省部分尾矿库企业未编制突发环境事件应急预案,缺乏相应的应急物资,未修建应急通道和事故应急池等工程设施,一旦发生突发环境事件,不能及时有效地控制污染物的扩散。2015年11月23日,甘肃陇星锑业选矿厂尾矿库排水井坍塌,由于未修建抵达排水井的应急道路,应急人员无法及时抵达泄漏口,并缺乏封堵泄漏口的应急物资,导致大量污染物泄漏[24]。资料显示,甘肃省陇南市尾矿库中已编制应急预案的有68座,仅占陇南市尾矿库总数的48%。

3 甘肃省尾矿库环境风险防范措施

针对甘肃省尾矿库目前的环境风险情况,从尾矿库选址、设计和施工质量、监测、生态恢复和环境应急等方面提出环境风险防范措施。

(1)合理选址。选址是尾矿库建设的关键,其科学性和合理性不仅能为矿山企业节约成本,还能减少对周边环境的危害[25,26]。赵彦杰等[27]研究发现,陕西凤县小梁沟铅锌尾矿库通过正确选址、加大资金投入、尾矿废水回收利用、库区覆土以及植被种植等措施,在尾矿库运行期间未发生过环境污染,且改善了闭库后库区的生态环境。因此,对于新建尾矿库,应避开自然保护区、风景名胜区、饮用水水源保护区和人口聚集区等环境敏感区,从源头上控制环境风险[28]

(2)重视设计和施工质量。尾矿库建设项目的设计单位应具有金属、非金属矿山工程设计资质,其施工单位应当具有矿山工程施工资质,从而加强设计、施工过程的质量控制[29]

(3)积极推广在线监测系统。尾矿库在线监测系统是利用现代电子、信息、通信及计算机技术,实现对尾矿库浸润线、降雨量和干滩长度等指标数据实时、自动、连续采集、传输、管理及分析的监测技术,可以全面掌握尾矿库的运行状况。

(4)加强生态恢复。生态恢复可以显著改善矿区生态环境,恢复生态系统功能,同时有效预防尾矿流失和扬散,对于稳固尾矿库和污染防治等具有重要作用[7,30]。尾矿库闭库后,坝体和滩面应根据当地气象条件、污染物毒性和植被恢复方式等情况进行覆土,因地制宜进行植被恢复,初期多以草、灌木为主。位于干旱风沙区、不具备植被恢复条件的坝体和滩面,应覆盖砂石等材料。

(5)建立快速有效的环境应急体系。在日常预防和预警方面,应积极开展环境影响评价和环境风险评估,加强尾矿库环境风险隐患排查;在环境应急准备方面,应尽快完善应急预案的编制,购置完备的应急物资,修筑合理的工程设施,加强应急演练;在环境应急响应和处置方面,一旦发生突发环境事件,应立即启动应急响应和应急预案,迅速采取封堵污染源、修筑拦截坝和投加药剂等措施;在后期处置方面,应对突发环境事件应急全过程进行分析和评估,对环境污染事故原因进行调查,确定风险来源,完善应急预案,进一步加强尾矿库后期管理。

4 结论

(1)甘肃省尾矿库主要分布在陇南地区,以山谷型和涉重金属尾矿库为主,小型库居多,安全度处于较低水平。

(2)甘肃省尾矿库存在一定的环境风险,主要表现在选址不合理,雨污混流和尾矿水外排,监测设施不齐全,排洪设施故障或建设不全,生态环境保护、修复措施及环境应急不到位等多方面。

(3)甘肃省尾矿库环境风险预防应做好选址、设计、施工、监测设施、生态恢复和环境应急等方面的工作,降低尾矿库的环境风险,保护周边生态环境。

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