2010, Vol. 1引用本文 |
| FTA在尾矿库溃坝事故分析中的应用 |  [PDF全文] |
2. 昆明诚信勘察设计有限公司，昆明 654100;
3. 云南华昆工程技术股份公司，昆明 650051
2. Kunming Chengxing Survey and Design Co., Ltd., Kunming 654100, China;
3. Kunming Engineering & Research Institute of Non-ferrous Metallurgy, Kunming 650051, China
尾矿库是矿山的重要设施，它的安全状况关系到矿山生产能否顺利进行和库区下游群众生命财产的安危.在尾矿库的各类事故中，溃坝事故时有发生，而且后果十分严重[1].为了防止尾矿库溃坝，各矿山都为尾矿坝的安全投人了大量的人力、物力和财力.由此可见，研究如何有效地防止尾矿库溃坝是十分有意义的.
导致尾矿库溃坝有许多因素，如自然因素、坝体本身运行因素、管理因素等.这些因素不仅互相交叉，而且往往只能作定性的描述，不便于分析尾矿坝溃坝事故的原因或者指导尾矿坝的安全运行.本文根据国内外典型尾矿坝溃坝事故概括出导致尾矿库溃坝的基本事件，运用安全系统工程中的事故树分析法[2]对尾矿库溃坝事故进行了研究[3].
1 尾矿库溃坝事故树分析事故树分析法(FTA)又称故障树分析，是一种逻辑演绎系统安全分析方法.是把所研究系统的最不希望发生状态作为分析的顶上事件，然后寻找直接导致这一顶上事件发生的全部直接因素，并逐次下推，一直追查到那些不需再深究的因素为止；将特定的事故和各层原因(危险因素)之间用逻辑门符号连接起来，得到形象、简洁地表达其逻辑关系(因果关系)的逻辑树图形，即事故树.通过对事故树简化、计算，达到分析、评价以及预防事故的目的[4].
2 尾矿库溃坝的事故树编制导致尾矿库溃坝的因素很多，包括地质勘察、设计、施工、管理及技术等因素.这些因素贯穿了尾矿库从建筑施工到运行以及闭库各个阶段的安全，而且各因素之间又互相交叉互相制约.因此，必须从中概括出导致事故发生的基本事件，才能够真正的研究尾矿库溃坝这一事件.本文通过对美国弗吉尼亚洲布法罗河尾矿库、我国江西岿美山尾矿库、日本去泽矿中泽尾矿库、云南锡业公司火谷都尾矿库、智利白拉奥罗尾矿库、我国首钢大石河尾矿库、安徽黄梅山铁矿尾矿库、江西西华山钨矿尾矿库等17座尾矿库溃坝事故的原因进行总结分析[5-7].找出了影响尾矿库溃坝事故发生的10个基本事件.根据其发生的逻辑关系，构造出如图 1所示的事故树图，类似地，库区水位超过坝顶、水流高速冲击坝、坝面拉沟、流土、裂缝、管涌、渗流破坏、自然灾害子事故树详见图 2、图 3、图 4、图 5、图 6及图 7.用此法便可以分析出尾矿库破坏的主要形式及原因[7].
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| 图 1 尾矿库溃坝事故树 |
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| 图 2 库区水位超过坝顶子事故树 |
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| 图 3 渗流破坏子事故树 |
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| 图 4 自然灾害子事故树 |
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| 图 5 流土子事故树 |
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| 图 6 管涌子事故树 |
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| 图 7 裂缝子事故树 |
3 事故树的定性定量分析 3.1 求最小割集
最小割集是表示系统的危险性，每个最小割集都是顶上事件发生的一种可能渠道.最小割集的数目越多越危险.现用布尔代数法求最小割集，由图 1并联系图 2、图 3、图 4、图 5、图 6及图 7可得出该事故树的结构函数：
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将上式经逻辑化简后求得最小割集共有21个，即为：
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将事故树图 1中的“或”门用“与”门代替，“与”门用“或”门代替，并将全部事件符号加上“′”，变成事件补的形式，这样便可得到与原事故树对偶的成功树，求成功树的最小割集便是原事故树的最小径集(每个最小径集为预防顶上事件发生的一条途径).即：
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由上式展开经逻辑化简求得该成功树共有57个最小割集，即原事故树共有57个最小径集，因为最小径集数量太多，在此就不一一列举.
3.3 结构重要度分析事故树中各基本事件对顶上事件的影响程度是不相同的.从事故树结构上分析各基本事件的重要度(不考虑各基本事件的发生概率)或假定各基本事件发生概率相等的情况下，分析各基本事件的发生对顶上事件发生的影响程度，叫结构重要度.结构重要度是分析基本事件对顶上事件影响的大小，为改进系统安全性提供重要信息的手段.
对所求出的20个最小割集，现按一次近似计算得：
(1) 因为X1、X13、X27是一阶最小割集中的事件，所以Iφ(1)、Iφ(13)、Iφ(27)最大.
(2) 而在最小割集中不含X15、X30、X35，故Iφ(15)、Iφ(30)、Iφ(35)是不发生的状态.
(3) 近似判别式为[4]：
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(1) |
式(1)中: Iφ(i)为基本X1的重要度系数近似判断值；K1为包含X1的所有割集；n为基本事件所在割集中的个数.
通过式(1)计算可得：
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显然有各基本事件的结构重要度系数顺序为：
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从结构重要度分析结果看，给尾矿坝稳定带来较大影响的几个事件依次是：大于设计地震烈度的地震(对地震的预报目前的技术尚难做到，不过它可以视为小概率事件)、规模较大的岩体滑坡、附近有大爆破震动、设计不周、隐患判断处理不当和管理不善都是导致尾矿库发生事故的主要原因[4].为确保尾矿坝稳定，综合其他分析可知：尾矿库排洪排水设施、准确气象预报、泥石流检测防治、建库前的地质勘察、正确的建筑施工、尾矿库的日常维护、按正确的方式排浆等都在尾矿库的安全运行中是很重要的.
如美国弗吉尼亚洲布法罗河尾矿库是典型的洪水漫顶溃坝的，失事前3d连续降雨94 mm，库内水位上升，坝体出现裂缝，继而产生大滑动.造成事故的主要技术原因是：库内无溢洪道，泻水管的能力不能抵挡洪水漫顶，缺乏防洪管理措施.我国江西岿美山尾矿库也是洪水漫顶失事的，主要是设计上考虑不周，汇水面积大而尾矿库的库容小，使用中忽视排水，溃坝前又无人负责管理.日本去泽矿中泽尾矿库溃坝主要原因是坝坡稳定性差，主要是由于堆积坝坝坡过陡，坝体抗剪强度低，产生滑坡最终溃坝.云南锡业公司火谷都尾矿库事故主要原因是坝体稳定性差，这起事故是我国尾矿库史上最大的事故，也是世界上已知的三大尾矿事故之一，此事故发生前兆坝顶开裂，库内水位过高，渗水滑坡，坝体建筑质量差，排水能力差，而这些隐患的判断处理又不当，最终事故发生.智利白拉奥罗尾矿库事故是由以北140 km处发生7.5级地震使坝体液化，主要是因为尾矿库过陡，尾矿颗粒过细.安徽黄梅山铁矿尾矿库溃坝主要是渗流造成管涌、流土破坏.江西西华山钨矿尾矿库主要是因为勘察不到位，地质条件差，施工时未挖出坝基下部的淤泥层，导致筑坝后坝体下沉，边坡局部滑动，下部隆起等[6-8].从这些事故的发生原因可以认识到：尾矿库的管理和使用者必须要防止坝坡失稳、浪涌或洪水漫坝、渗流破坏、坝体液化和自然灾害的发生，因为这些事件直接导致尾矿库溃坝的发生，防止这些事件的发生也就是防止尾矿库溃坝的重中之重，也是本文的核心思想.
尾矿库从勘察、设计、施工到运行、闭库的全过程中，任何一个环节存在问题，都可能导致尾矿库的不能正常使用或溃坝的安全隐患.因此，企业必须在勘察、设计、施工、尾矿库运行等各个方面都要加强管理.
5 结论根据尾矿库溃坝的一些典型事例，概括出导致尾矿库溃坝的基本事件.应用事故树分析中的最小割集、最小径集及结构重要度，对尾矿坝溃坝事故进行了研究.从文章可以看出，控制尾矿库中的浪涌或洪水漫坝、渗流破坏、坝坡失稳、坝体液化的发生，就基本上可以控制尾矿库溃坝事故的发生.并且提出了防止这些事故发生的重点控制措施，指导企业如何安全有效地管理尾矿库.尾矿坝溃坝是一个很大的系统，为了便于分析，本文作适当简化，但并不影响本文的结论.
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DOI: 10.3969/j.issn.1674-6082.2009.10.043. |
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丁慧哲, 王海亮, 马敏. 小型尾矿库存在的问题及溃坝事故树分析[J].
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张景林, 崔国璋.
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