Екологічна та експлуатаційна безпека хвостосховищ: аналіз аварій, причин та методів діагностики технічного стану

Автор(и)

  • Л.М. Рудаков Кандидат с.-г. наук, доцент, Дніпровський державний аграрно-економічний університет, Дніпро, Україна https://orcid.org/0000-0001-7277-7220

DOI:

https://doi.org/10.32347/2411-4049.2023.2.66-84

Ключові слова:

хвостосховище, техногенна аварія, ґрунтова дамба, відходи гірничодобувної промисловості, діагностика технічного стану

Анотація

Розглянуто ряд резонансних промислових аварій, які стались на шламо- та хвостосховищах різних країн світу. Показано проблему екологічної і техногенної небезпеки експлуатації таких об’єктів, що призводить до значних жертв серед цивільного населення, серйозних економічних збитків і завдає шкоди навколишньому природному середовищу. Встановлено та проаналізовано основні причини виникнення аварійних ситуацій, що дозволить зменшити ризик виникнення аварій та мінімізувати негативні екологічні наслідки для аналогічних об’єктів на території України. Ретроспективний огляд охоплює період з 1960 по 2022 роки. За цей час зафіксовані близько 150 випадків руйнування ґрунтових дамб накопичувачів відходів. Відмічається різна тенденція виникнення частоти аварій. Зокрема, у період з 1960 по 2009 рік трапилось 98 аварій з частотою в середньому майже дві (1,98) на рік. За останнє десятиріччя (2010–2020 рр.) кількість аварій досягла 36 випадків, а їх частота збільшилась майже удвічі – до 3,6 аварій на рік. За останні два роки, з початку 2021 по грудень 2022 року, вже зареєстровано 10 аварій. Переважна більшість аварій за цей період сталися в 34 країнах світу. Найбільша їх кількість відмічена в США (22,4 %), Китаї (10,4%), Бразилії (7,5%), Чилі (6,7%), Філіппінах (6,0%), Канаді (5,2%), Великій Британії (4,5%) та інших країнах. Дослідженнями відмічаються сплески збільшення аварій, які мають десятирічні тренди (1975 р., 1985 р., 1995 р., 2005 р.). Показана загальна тенденція масових аварій з початку 2015 року, що обґрунтовується вичерпними термінами роботи багатьох гірничо-рудних підприємств (копалень) та значними (понад нормативними) термінами експлуатації хвостосховищ, які подекуди залишились без належного нагляду і догляду. Встановлено, що основними причинами аварій є порушення стійкості схилу дамби (37%), переповнення проєктної ємності хвостосховища (12%), сейсмічні прояви (11%) тощо. Проведено огляд сучасних підходів до управління техногенно-небезпечними об’єктами та методів діагностики технічного стану таких споруд. Запропоновано використання комплексу організаційних та технічних рішень щодо використання сучасних методів оцінювання та контролю за технічним станом накопичувачів відходів на різних рівнях їх експлуатації та стадіях життєвого циклу.

Посилання

Yak vyrishyty problemu utylizatsiyi vidkhodiv. (n.d.). [web log]. Retrieved from https://biz.nv.ua/ukr/experts/jak-virishiti-problemu-utilizatsiji-vidhodiv-2178636.html [in Ukrainian].

Chetverik, M., Bubnova, O., & Levchenko, K. (2021). Reduction of man-made load on the environment by restructuring the "TPP - coal mines - sludge storage" complexes into "energy-desalination-food corporations". SCIENTIFIC PRACTICE: MODERN AND CLASSICAL RESEARCH METHODS VOLUME 1 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.36074/logos-26.02.2021.v1.54

Chetverik, M., Bubnova, O., Babii, K., Shevchenko, O., & Moldabaev, S. (2018). Review of geomechanical problems of accumulation and reduction of mining industry wasters, and ways of their solution. Mining of Mineral Deposits, (12 (4)), 63-72.

Hapich, H., Pikarenya, D., Rudakov, L., Maximova, N., & Makarova, T. (2020). Assessment of the accident risk and calculation of the failure processes in terms of the Earth Dike of a tailing dam. Municipal Economy of Cities, 3(156), 99–104. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2020-3-156-99-104

Hapich, H. (2019). Assessing level of environmental and operational safety of low-pressure hydroengineering structures. Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, 4, 46–52. https://doi.org/10.30929/1995-0519.2019.4.46-52

International Commission on Large Dams (ICOLD), United Nations Environment Programme (UNEP), “Tailings dams risk of dangerous occurrences – Lessons learnt from practical experiences” (Bulletin 121, ICOLD, 2001).

Hirschberg, S., Spiekerman, G., & Dones, R. (1998). Severe Accidents in the Energy Sector. Switzerland. 469 pp. ISSN 1019-0643.

Williams, D.J. (2021). Lessons from tailings dam failures – where to go from here? Minerals, 11(8), 853. https://doi.org/10.3390/min11080853

Rudakov, L.M., & Hapich, H.V. (2019). Modern State, dynamics of changes and prospects for the development of hydrotechnical reclamations in Dnipropetrovsk Region. Mizhvidomchyy Tematychnyy Naukovyy Zbirnyk "Melioratsiya i Vodne Hospodarstvo", (1), 54–60. https://doi.org/10.31073/mivg201901-161

Hapich, H.V. (2013). Assessment of the technical condition of earth dams as an element of the environmental monitoring system of territories. Collection works of National Mining University, 42, 168-173. https://core.ac.uk/download/pdf/168413168.pdf

World Register of Dams. ICOLD CIGB. (n.d.). Retrieved February 22, 2023, from https://www.icold-cigb.org/GB/world_register/world_register_of_dams.asp

WISE (World Information Service on Energy): Chronology of major tailings dam failure, 2020. Retrieved from https://www.wise-uranium.org/mdaf.html

Papageorgiou, G., Fourie, A.B., & Blight, G.E. (2021). Static liquefaction of Merriespruit Gold Tailings. Geotechnics for Developing Africa, 61–72. https://doi.org/10.1201/9781003211174-9

Dam breach modeling. (2016). Dam Failure Mechanisms and Risk Assessment, 161–221. https://doi.org/10.1002/9781118558522.ch8

Olalla, C., & Cuéllar, V. (2001). Failure mechanism of the Aznalcóllar Dam, Seville, Spain. Géotechnique, 51(5), 399–406. https://doi.org/10.1680/geot.2001.51.5.399

Penman, A.D. (2003). Discussion: Failure mechanism of the aznalcóllar dam, Seville, Spain. Géotechnique, 53(5), 521–522. https://doi.org/10.1680/geot.2003.53.5.521

Maglambayan, V.B., Montes, S., Hipol, K., Mamitag, M., Pineda, R.P., Rodolfo, R., Oliveros, N., & Sy, A. (2005). Carlin-type gold prospects in Surigao del Norte, Mindanao Island, Philippines: Their geology and mineralization potential. Resource Geology, 55(3), 145–154. https://doi.org/10.1111/j.1751-3928.2005.tb00237.x

Macklin, M.G., Brewer, P.A., Balteanu, D., Coulthard, T.J., Driga, B., Howard, A.J., & Zaharia, S. (2003). The long term fate and environmental significance of Contaminant Metals released by the January and March 2000 mining tailings dam failures in Maramureş County, upper Tisa Basin, Romania. Applied Geochemistry, 18(2), 241–257. https://doi.org/10.1016/s0883-2927(02)00123-3

Sammelin (Kontturi), M., Wanhainen, C., & Martinsson, O. (2011). Gold mineralogy at the Aitik Cu–Au–Ag Deposit, Gällivare area, northern Sweden. GFF, 133(1-2), 19–30. https://doi.org/10.1080/11035897.2010.551542

Wang, G., Tian, S., Hu, B., Xu, Z., Chen, J., & Kong, X. (2019). Evolution pattern of tailings flow from dam failure and the buffering effect of debris blocking dams. Water, 11(11), 2388. https://doi.org/10.3390/w11112388

Mijalkovski, S., Despodov, Z., Mirakovski, D., Hadzi-Nikolova, M., & Mitic, S. (2015). Determination and monitoring of ore recovery and dilution coefficients in Sasa lead and zinc mine - M. Kamenica, R. Macedonia. Podzemni Radovi, (26), 1–8. https://doi.org/10.5937/podrad1526001m

Bykov, A.A., Travin, S.O., Gromov, O.B., & Mikheev, P.I. (2014). Modeling of uranium oxides hydrofluorination process with Areva firm technology (Malvési, France). Procedia Chemistry, 11, 3–9. https://doi.org/10.1016/j.proche.2014.11.002

Williams, D. (2008). The influence of climate on seepage from mine waste storages during deposition and post-closure. In Proceedings of the International Conference on Mine Closure. https://doi.org/10.36487/acg_repo/852_42

Wei Z., Yin G., Wang J.G., Wan L., & Li G. (2013). Design, construction and management of tailings storage facilities for surface disposal in China: case studies of failures. Waste Management & Research, 31(1), 106-112. https://doi.org/10.1177/0734242X12462281

Winkler, D., Bidló, A., Bolodár-Varga, B., Erdő, Á., & Horváth, A. (2018). Long-term ecological effects of the red mud disaster in Hungary: Regeneration of red mud flooded areas in a contaminated industrial region. Science of The Total Environment, 644, 1292–1303. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.07.059

Ranđelović, D., Mutić, J., Marjanović, P., Đorđević, T., & Kašanin-Grubin, M. (2019). Geochemical distribution of selected elements in flotation tailings and soils/sediments from the dam spill at the abandoned antimony mine stolice, Serbia. Environmental Science and Pollution Research, 27(6), 6253–6268. https://doi.org/10.1007/s11356-019-07348-4

Mura, J., Gama, F., Paradella, W., Negrão, P., Carneiro, S., de Oliveira, C., & Brandão, W. (2018). Monitoring the vulnerability of the dam and dikes in germano iron mining area after the collapse of the Tailings Dam of Fundão (Mariana-mg, Brazil) using DInSAR techniques with TerraSAR-X Data. Remote Sensing, 10(10), 1507. https://doi.org/10.3390/rs10101507

Agurto‐Detzel, H., Bianchi, M., Assumpção, M., Schimmel, M., Collaço, B., Ciardelli, C., Barbosa, J. R., & Calhau, J. (2016). The tailings dam failure of 5 November 2015 in SE Brazil and its preceding seismic sequence. Geophysical Research Letters, 43(10), 4929–4936. https://doi.org/10.1002/2016gl069257

Santamarina J.C., Torres-Cruz L.A., & Bachus R.C. (2019). Why coal ash and tailings dam disasters occur. Science, 364(6440), 526-528. https://doi.org/10.1126/science.aax1927

Yuan, Y., Gao, R., Liang, Q., Song, L., Huang, J., Lang, N., & Zhou, J. (2020). A foodborne bongkrekic acid poisoning incident – Heilongjiang Province, 2020. China CDC Weekly, 2(51), 975–978. https://doi.org/10.46234/ccdcw2020.264

Adeyinka, G.C., Bakare, B.F., & Iwarere, S.A. (2021). Evaluation and risk assessment of heavy metals in surface water collected along the Isipingo River, KwaZulu-Natal, South Africa. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 1–17. https://doi.org/10.1080/03067319.2021.1947265

Azam, S., & Li, Q. (2010). Tailings dam failures: A review of the last one hundred years, Geotech., 28, 50-53.

Penman, А., & Tedd, P. (2015). Tailings dam incidents and new methods. https://doi.org/10.1680/riacw.31395.0037

Oboni, F., & Oboni, C. (2020). Two Recent Catastrophic Tailings Dams Accidents. Tailings Dam Management for the Twenty-First Century. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-19447-5_2

Chen, C. (2022). Hazards identification and characterisation of the tailings storage facility dam failure and engineering applications. International Journal of Mining, Reclamation and Environment, 36(6), 399-418. https://doi.org/10.1080/17480930.2022.2051136

DBN V.1.1-24:2009. Protection against dangerous geological processes. The main design provisions. Kyiv: Ministry of Regional Development, Construction and Housing and Communal Services of Ukraine, 2009.

DBN V.2.4-5:2012. Tailings storage facility and sludge accumulators. Part I Design; Part II Construction. Kyiv: Ministry of Regional Development, Construction and Housing and Communal Services of Ukraine, 2012.

Hui, S. R., Charlebois, L., & Sun, C. (2017). Real-time monitoring for structural health, public safety, and risk management of mine tailings dams. Canadian Journal of Earth Sciences, 55(3), 221-229. https://doi.org/10.1139/cjes-2017-0186

Abramson, L.W. (2002). Slope stability and stabilization methods, 2nd ed. Wiley.

Ozcan, N.T., Ulusay, R., & Isik, N.S. (2012). A study on geotechnical characterization and stability of downstream slope of a tailings dam to improve its storage capacity (Turkey). Environmental Earth Sciences, 69(6), 1871–1890. https://doi.org/10.1007/s12665-012-2016-1

Stefaniak, K., & Wróżyńska, M. (2018). On possibilities of using global monitoring in effective prevention of tailings storage facilities failures. Environ. Sci. Pollut. Res. 25, 5280-5297. https://doi.org/10.1007/s11356-017-0995-x

Schmidt, B., Malgesini, M., Turner, J., & Reinson, J. (2016). Monitoring of a large tailings storage facility. Retrieved from http://www.photosat.ca/pdf/Golder-satellite-monitoring-large-tailings-storage-facility-oct2015.pdf

Clarkson, L., Williams, D., & Seppälä, J. (2020). Real-time monitoring of tailings dams. Georisk: Assessment and Management of Risk for Engineered Systems and Geohazards, 15(2), 113–127. https://doi.org/10.1080/17499518.2020.1740280

Dimech, A., Cheng, L. Z., Chouteau, M., Chambers, J., Uhlemann, S., Wilkinson, P., Meldrum, P., Mary, B., Fabien-Ouellet, G., & Isabelle, A. (2022). A review on applications of time-lapse electrical resistivity tomography over the last 30 years: Perspectives for Mining Waste Monitoring. Surveys in Geophysics, 43(6), 1699–1759. https://doi.org/10.1007/s10712-022-09731-2

Ouellet, S., Dettmer, J., Olivier, G., de Wit, T., & Lato, M. (2022). Advanced Tailings Dam Performance Monitoring with seismic noise and stress models. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1647118/v1

Li, S.M., Yuan, L.W., Yang, H., An, H.M., & Wang, G.J. (2020). Tailings dam safety monitoring and early warning based on spatial evolution process of mud-sand flow. Safety Sci., 124, 104579. https://doi.org/10.1016/j.ssci.2019.104579

Dong, K., Yang, D., Yan, J., Sheng, J., Mi, Z., Lu, X., & Peng, X. (2022). Anomaly identification of monitoring data and safety evaluation method of tailings dam. Frontiers in Earth Science, 10. https://doi.org/10.3389/feart.2022.1016458

Sivasuriyan, A., Vijayan, D. S., Munusami, R., & Devarajan, P. (2021). Health Assessment of dams under various environmental conditions using structural health monitoring techniques: A state-of-art review. Environmental Science and Pollution Research, 29(57), 86180–86191. https://doi.org/10.1007/s11356-021-16749-3

Shmatkov, G.G., Oksamitny, A.F., Nikolaieva, I.A. (2012). Environmental Problems in Ukraine and Human Factors. In Correlation Between Human Factors and the Prevention of Disasters (eds. David L. Barry, Wilhelm G. Coldewey, Dieter W.G. Reimer, Dmytro V. Rudakov). (NATO Science for peace and security series. Sub-series E: Human and societal dynamics; Vol. 94, pp. 218–223). Amsterdam: IOS Press.

Rudakov, D.A., Nikolaieva, I.A. (2015). Checklist method as a tool to improve public safety in TMF affected areas. In Engaging the public to fight the consequences of terrorism and disasters (eds. I. Apostol, J. Mamasakhlisi, D. Subotta, D. W.G. Reimer). (NATO Science for peace and security series. Sub-series E: Human and societal dynamics; Vol. 120, pp. 139–147). Amsterdam : IOS Press.

Nikolaeva, I.A., & Rudakov, D.V. (2014). Checklist as a tool to improve the environmental safety of tailings storage facility. In Forum of miners-2014: materials of the international conf. (Vol. 1, pp. 190–198). Dnipropetrovsk: LizunovPres.

Bogoslovsky, V.A., Ogilvy, A.A. (1970). Application of geophysical methods for studying the technical status of earth dams. Geophysical Prospecting, 18(1), 758-773. https://doi.org/10.1111/j.1365-2478.1970.tb02141.x

Kim Jung-Ho, Yi Myeong-Jong, Song Yoonho, Seol Soon Jee, Kim Ki-Seog. (2020). Application of Geophysical Methods to the Safety Analysis of an Earth Dam. Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 12(2), 221-235. https://doi.org/10.2113/JEEG12.2.221

Lai Sin-Long, Lee Der-Her, Wu Jian-Hong, Dong Yan-Min. (2014). Detecting the cracks and seepage line associated with an earthquake in an earth dam using the nondestructive testing technologies. Journal of the Chinese Institute of Engineer, 37(4), 428-437. https://doi.org/10.1080/02533839.2013.799949

Sung-Ho Song, Yoonho Song, Byung-Doo Kwon. (2005). Application of hydrogeological and geophysical methods to delineate leakage pathways in an earth fill dam. Exploration Geophysics, 36, 92-96. https://doi.org/10.1071/EG05092

Rudakov, L.M., Hapich, H.V., Orlinska, O.V., Pikarenia, D.S., Kovalenko, V.V., Chushkina, I.V., & Zaporozhchenko, V.Y. (2020). Problems of technical exploitation and ecological safety of hydrotechnical facilities of Irrigation Systems. Journal of Geology, Geography and Geoecology, 29(4), 776–788. https://doi.org/10.15421/112070

Hapich, H., Pikarenia, D., Orlinska, O., Kovalenko, V., Rudakov, L., Chushkina, I., Maksymova, N., Makarova, T., & Katsevych, V. (2022). Improving the system of technical diagnostics and environmentally safe operation of soil hydraulic structures on small rivers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(10 (116), 18–29. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.255167

Orlinska, O., Pikarenia, D., Chushkina, I., Maksymova, N., Нapich, H., Rudakov, L., Roubík, H., & Rudakov, D. (2022). Features of water seepage from the retention basins of irrigation systems with different geological structures. Industrial, Mechanical And Electrical Engineering. https://doi.org/10.1063/5.0109330

Orlinska, O.V., Pikarenya, D.S., Maximova, N.M., Gapich, G.V., Ischenko, V.M. (2012). Evaluation of strength properties of soil dams by method of natural pulse electromagnetic field of the Earth. Coll. works of National Mining University, 37, 17-23.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-06-28

Як цитувати

Рудаков, Л. (2023). Екологічна та експлуатаційна безпека хвостосховищ: аналіз аварій, причин та методів діагностики технічного стану. Екологічна безпека та природокористування, 46(2), 66–84. https://doi.org/10.32347/2411-4049.2023.2.66-84

Номер

Том 46 № 2 (2023): Екологічна безпека та природокористування

Розділ

Екологічна безпека та основи природокористування

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Rudakov L.M.

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Збірник «Екологічна безпека та природокористування» працює у рамках міжнародної ліцензії Creative Commons Attribution («із зазначенням авторства») 4.0 International (CC BY 4.0).

Ліцензійна політика журналу сумісна з переважною більшістю політик відкритого доступу та архівування матеріалів.