Прорыв дамбы хвостохранилища, сели горнодобывающих шламов и выживание при наводнении токсичных тяжелых металлов¶

В отличие от обычной бетонной плотины гидроэлектростанции, которая удерживает чистую речную воду за укрепленной каменной стеной, хвостохранилище (или хранилище угольной золы) представляет собой массивную промышленную насыпь, спроектированную для хранения миллионов тонн мелкоизмельченной каменной муки, реагентов для химической обработки и воды, содержащей тяжелые металлы, оставшейся после добычи золота, меди, железа, алюминия (red mud), фосфат или уголь. Потому что многие старые дамбы хвостохранилищ сооружаются с использованием метода восходящего потока, при котором последовательные дамбы возводятся непосредственно поверх самого неуплотненного, водонасыщенного осадка, сильных дождей, перелива, внутренней фильтрационной эрозии (piping), или небольшое землетрясение может привести к тому, что весь фасад плотины и водохранилище подвергнется статическому или сейсмическому разжижению за считанные секунды. При прорыве дамбы хвостохранилища не происходит обычного паводка. Вместо этого он выпускает поток высотой от 10 до 30 метров (33-to-100-foot) сверхконцентрированный горный сель с плотностью влажного бетона (1,600 to 2,200 kg/m3) мчась по долине со скоростью от 30 до 80 км/ч (от 20 до 50 миль в час). Эта токсичная волна разрушает железобетонные мосты, за считанные минуты хоронит целые города и оставляет после себя едкую, загрязненную тяжелыми металлами или цианидами грязь, которая затвердевает, как цемент. Если звучит сирена прорыва дамбы или вы слышите глубокий подземный рев в долине под шахтой или электростанцией, позвоните в местную службу. номера экстренных служб немедленно и обратитесь к нашим руководствам по прорыв ледникового озера, наводнение и прорыв плотины, эвакуация, оползни и сели, химические разливыи вдыхание цианидов и промышленных газов.

Сделай это сейчас¶

1. Немедленно эвакуируйтесь ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО дну долины (поднимитесь прямо на ближайший склон холма): Никогда не пытайтесь обогнать селевой поток хвостохранилища, бегая или двигаясь вниз по течению вдоль дороги, ведущей в долину. Сверхконцентрированная волна хвостохранилищ распространяется со скоростью от 30 до 80 км/ч (от 20 до 50 миль в час) по речным руслам, тогда как подъем всего на от 30 до 50 метров (от 100 до 165 футов) вертикально вверх по склону долины занимает менее 3-5 минут пешком и выводит вас из зоны затопления.
2. Считайте любую минную сирену, внезапное падение или мутную волну речной воды или низкий грохот грузового поезда немедленным нарушением: Если вы живете или работаете в зоне самоспасения (ZAS / в пределах 10 километров или 30 минут ниже по течению от дамбы хвостохранилища), у вас есть 2-15 минут до удара. Оставьте все позади, не останавливайтесь, чтобы собрать сумки, запереть двери или собрать скот, и бегите вверх по заранее отмеченному пути эвакуации на склоне холма.
3. Немедленно покиньте свой автомобиль, если движение заглохло на дороге или мосту в долине: Мосты , это первые конструкции, оторвавшиеся от своих опор высокоплотным фронтом валунов и ила волной хвостохранилищ. Выпрыгивайте из машины и карабкайтесь вверх по самой крутой прилегающей насыпи или склону горы.
4. Никогда не вступайте в свежую или высыхающую грязь хвостов после прохождения волны: Шлам хвостохранилища ведет себя как тиксотропная неньютоновская жидкость: на солнце сверху образуется тонкая сухая корка, а грязь на глубине 15 см (6 дюймов) под ним остается бездонной вакуумной ловушкой высокой плотности, которая всасывает ботинки и фиксируется вокруг талии, как застывший бетон.
5. Избегайте контакта кожи, глаз и дыхательных путей с горнодобывающим шламом (cyanide, caustic alkali, arsenic, mercury, lead): Хвосты добычи золота могут содержать токсичный цианид натрия (which releases lethal hydrogen cyanide gas if mixed with acidic water), хвосты бокситового «красного шлама» сильнощелочные (pH 10 to 13, вызывая серьезные химические ожоги, такие как мокрый цемент), а хвосты сульфидных металлов содержат концентрированные мышьяк, свинец, кадмий и ртуть. Промойте кожу или глаза чистой проточной водой в течение 15-20 минут.
6. Никогда не пейте, не кипятите и не мойтесь речной или колодезной водой после разлива хвостохранилищ: Кипящая вода не удаляет тяжелые металлы, мышьяк и химические реагенты; Фактически, кипячение концентрирует нелетучие тяжелые металлы, такие как свинец, ртуть и мышьяк, и одновременно испаряет летучие токсины в воздух вашей кухни. Используйте только запечатанную бутилированную воду или воду из городских цистерн.

Схема принятия решений: прорыв дамбы хвостохранилища и выживание токсичных селей¶

flowchart TD
    Alert["Сирена прорыва дамбы хвостохранилища, оповещение по телефону экстренной помощи, грохот земли или обнаружена грязевая волна вверх по течению"] --> TimeCheck{"Как далеко вы находитесь ниже по течению от плотины?"}
    TimeCheck -->|"В зоне самоспасения (< 10 км / < 15 минут в пути)"| FootClimb["НЕ ездите по дороге долины; Бегите ПЕШКОМ прямо вверх по склону ближайшей долины (от 30 до 50 м / от 100 до 165 футов по вертикали)"]
    TimeCheck -->|"Далее вниз по течению (> 10-50 км / время выполнения заказа от 15 до 90 минут)"| EvacRoute["Следуйте обозначенному маршруту эвакуации перпендикулярно из поймы реки к назначенной возвышенной точке сбора."]
    FootClimb --> Trapped{"Невозможно добраться до склона холма до прихода грязевой волны?"}
    Trapped -->|"Да"| VerticalRoof["Поднимитесь на крышу самого высокого железобетонного здания на высоком краю долины или заберитесь на крепкие деревья высоко на склоне; Никогда не оставайтесь в одноэтажном кирпичном/деревянном доме"]
    Trapped -->|"Нет, достиг возвышенности"| StayHigh["Оставайтесь на возвышенности; Обвалы вторичных плотин и волны в водохранилище продолжаются в течение нескольких часов"]
    EvacRoute --> StayHigh
    StayHigh --> PostWave{"Кто-нибудь облился илом ИЛИ попал в грязь хвостохранилища?"}
    PostWave -->|"Забрызгано шламом (особенно красной грязью или золотосодержащими/сульфидными хвостами)"| Decon["Немедленно разденьте загрязненную одежду; Смахните сухую грязь; Промывайте кожу и глаза чистой водой в течение 15-20 минут."]
    PostWave -->|"Человек застрял в грязи хвостохранилища"| NoWalk["НЕ ВЫХОДИТЕ на грязевую корку; Позвоните по номеру 911/112/999, чтобы получить вертолетный подъемник или надувные сани для спасения от грязи/вытаскивание досок."]

Инженерия и реология: почему сель на хвостохранилище гораздо опаснее, чем паводок¶

Понимание физических и химических различий между стандартным речным наводнением и прорывом дамбы хвостохранилища объясняет, почему традиционные тактики выживания при наводнении (например, укрытие на втором этаже деревянного каркасного дома или переход вброд по колено в потоке) терпят неудачу во время затопления отходов горнодобывающей промышленности.

1. Гиперконцентрированная плотность и импульс удара (2x water density)¶

• Чистая паводковая вода имеет плотность жидкости 1000 килограммов на кубический метр (62.4 lb/ft3).
• Сжиженный шлам хвостов горнодобывающей промышленности состоит на 50-75 % из мелкоизмельченных частиц минеральной породы по массе, взвешенных в технологической воде, что придает ему объемную плотность от 1600 до 2200 кг на кубический метр (100 to 137 lb/ft3), близко к плотности жидкого бетона.
• Поскольку гидродинамическое ударное давление (P = 0.5 * rho * v2) масштабируется напрямую в зависимости от плотности жидкости (rho) и квадрат скорости (v2), селевой хвостохранилище, движущееся со скоростью 50 км/ч (14 m/s) оказывает в 5-10 раз более разрушительную силу бокового сдвига, чем быстрое разлив реки. Кроме того, жидкая жижа высокой плотности легко переносит на воду многотонные валуны, бульдозеры, транспортные контейнеры и вырванные стальные балки мостов на самом фронте волны (the boulder snout), действуя как таран, срезающий железобетонные колонны у их оснований.

2. Конструкции дамб хвостохранилища вверх по течению, по средней линии и вниз по течению¶

Не все хвостохранилища (TSFs) несут тот же риск обрушения. Глобальные стандарты безопасности горнодобывающей промышленности (такие как Глобальный отраслевой стандарт по управлению хвостохранилищами, GISTM) классифицируйте насыпи по тому, как дамба поднимается с течением времени:

Химические и токсикологические опасности по типам шахт¶

В отличие от естественного вулканического лахара или оползня на склоне холма, состоящего из доброкачественной почвы и камней, горнодобывающие и промышленные водоемы содержат концентрированные химические обрабатывающие агенты, экстремальные уровни pH и биодоступные тяжелые металлы, которые превращают зону затопления в опасные материалы (HAZMAT) место катастрофы.

Предупреждающие знаки о предобрушении на дамбе хвостохранилища¶

Если вы работаете на горнодобывающей площадке, угольной электростанции или живете в непосредственной близости от хвостохранилища, сообщите в органы по чрезвычайным ситуациям о любом из следующих структурных тревожных сигналов и немедленно эвакуируйте территории, расположенные ниже по течению:

1. Мутная или мутная вода, просачивающаяся с внешней стороны или подошвы плотины: Прозрачная вода, стекающая из инженерных дренажных труб, является нормальным явлением; мутная вода цвета ила, пузырящаяся из-под склона плотины или из грунта ниже по течению, означает внутреннюю эрозию (piping) активно размывает ядро плотины изнутри наружу.
2. Новые влажные пятна, оползни, вздутия или продольные трещины вдоль гребня плотины или внешних уступов: влажная темная полоса, появляющаяся на середине сухого внешнего склона, указывает на внутренний уровень грунтовых вод (phreatic surface) поднялся опасно высоко и пропитывает структурную оболочку.
3. Водовороты или воронки, образующиеся на берегу хвостохранилища или на поверхности пруда: указывает на то, что подземный материал стекает в разорванную заглубленную дренажную трубу или полость фундамента под водохранилищем.
4. Пруд с водой, приближающийся к внешнему гребню плотины: На верхних и средних плотинах пруд со свободной водой должен располагаться далеко от внешней стены насыпи, отделенный широким «пляжем» из осушенного песка. Если сильный дождь подтолкнет открытую воду прямо к гребню плотины, в течение нескольких часов может последовать перелив и разжижение.

Пошаговое выживание во время и после взлома¶

Фаза 1: Немедленная эвакуация (Правило 90 градусов на склоне холма)¶

1. Двигайтесь под углом 90 градусов от оси реки или долины:
2. В Зоне самоспасания (ZAS), который регулирующие органы горнодобывающей промышленности определяют как территорию в пределах 10 километров (6,2 миль) вниз по течению или менее чем за 30 минут до начала паводка, официальные эвакуационные автобусы не смогут добраться до вас вовремя.
3. В тот момент, когда завоет сирена, сработает оповещение сотовой связи на смартфоне или вы услышите глубокий, сотрясающий землю рев волны, бегите пешком прямо вверх по склону долины.
4. Не пересекайте мосты с одного берега реки на другой, чтобы добраться до предпочтительной дороги; вместо этого поднимитесь на склон холма на на той стороне реки, на которой вы сейчас находитесь.
5. Как высоко подниматься:
6. В узких горных ущельях непосредственно под высокой плотиной (например, обрушение плотины Става в Италии в 1985 году, где сель достигал скорости 90 км/ч / 56 миль в час), грязевая волна может подниматься на 15-35 метров (50-115 футов) вверх по стенам каньона, особенно на внешнем берегу излучин реки, где центробежная сила захватывает сель высоко вверх по склону (superelevation). Постарайтесь подняться как минимум на 30-50 метров (100-165 футов) над дном долины.

Фаза 2: Почему никогда нельзя наступать на грязь хвостохранилища после того, как волна утихнет¶

После прохождения основного нагона дно долины покрывается плоским, обманчивым морем серой, коричневой или красной грязи глубиной от 1 до 15 метров (от 3 до 50 футов).

• Тиксотропная ловушка: Мелкие шламы хвостохранилищ (silt and clay-sized rock flour) тиксотропны: при потревожении или наступлении на них они превращаются в плотный вязкий клей с сильным отрицательным присасыванием пор.
• За несколько часов солнечного света верхние слои толщиной от 2 до 5 сантиметров (от 1 до 2 дюймов) высыхают и превращаются в потрескавшуюся корку, которая выглядит достаточно твердой, чтобы по ней можно было ходить, а 3 метра под ней остаются жидкой грязью.
• Если кто-то застрял на крыше или в автомобиле посреди грязного поля: не пытайтесь пройти по грязи пешком, чтобы спасти его; спасатели без специального оборудования падают по грудь и сами становятся жертвами ловушки. Ждите пожарно-спасательных вертолетов (hoist extraction) или обученные команды спасателей из грязи, использующие надувные спасательные сани, широкие деревянные доски для грязи и пневматические копья (которые нагнетают воздух вокруг ног жертвы, чтобы нарушить вакуумное всасывание перед ее подъемом).
• Если вы лично попали в медленно движущийся внешний край илового отложения и не можете достичь суши: лягте на спину или живот в горизонтальную позу морской звезды/плавания, широко расставив руки и ноги, чтобы распределить вес тела по как можно большей площади поверхности (reducing ground bearing pressure below the mud's yield stress), затем медленно ползите на брюхе или катитесь по поверхности к твердой земле или плавающим древесным обломкам, вместо того, чтобы пытаться встать на ноги.

Этап 3: Немедленная химическая дезактивация выживших.¶

Если кто-либо попал в кромку хвостохранилища или был забрызган горнодобывающим шламом:

1. Немедленно снимите всю пропитанную грязью одежду и обувь: Не натягивайте испачканную грязью рубашку на лицо; при необходимости отрежьте их ножницами и запечатайте в полиэтиленовые пакеты.
2. Смахните густую запекшуюся грязь сухой тканью или рукой в перчатке, затем тщательно промойте чистой водой в течение 15-20 минут:
3. Если разлив произошел с бокситом «Красная грязь» (caustic sodium hydroxide, pH 11 to 13): Как и влажный цемент, щелочные ожоги часто не вызывают жжения в течение первых 15 минут, а высокий уровень pH бесшумно растворяет белки кожи и роговицы. Постоянно промывайте кожу и глаза чистой проточной водой или физиологическим раствором в течение не менее 20-30 минут и немедленно обратитесь за ожоговой помощью в больницу и к офтальмологу. Смотрите наше руководство по химические ожоги цементом и щелочами.
4. Если разлив связан с хвостами цианида золота/серебра: Следите за головной болью, головокружением, спутанностью сознания, учащенным дыханием, вишнево-красной кожей или метаболическим ацидозом; В отделениях неотложной помощи имеется внутривенный гидроксокобаламин (Cyanokit) противоядия. Смотрите наше руководство по первая помощь при вдыхании и отравлении цианидом.
5. Предотвратите вдыхание токсичной пыли после наводнения: Как только солнце высушит грязь, покрывающую улицы и дома, каждое проезжающее транспортное средство поднимает ослепительные облака мелкой кварцевой муки с примесью мышьяка, свинца, кадмия или каустической соды. Надевайте плотно прилегающий противоаэрозольный респиратор N95, KN95, FFP2 или P100 всякий раз, когда находитесь на открытом воздухе в зоне воздействия.

Региональные номера экстренных служб и протоколы агентств¶

Часто задаваемые вопросы¶

Чем хвостохранилище отличается от обычного водохранилища?¶

Обычная водная плотина представляет собой постоянный барьер из железобетона, каменной кладки или утрамбованной глины и камня, предназначенный для сдерживания чистой речной воды. Хвостохранилище , это насыпь промышленных отходов, построенная постепенно в течение десятилетий для хранения миллионов тонн мелко измельченной каменной муки, реагентов для химической обработки и загрязненных тяжелыми металлами шламов, оставшихся от горнодобывающей руды. Многие старые дамбы хвостохранилищ были построены с использованием «метода восходящего потока», когда каждая новая стена укладывалась прямо на влажный, неуплотненный ил, что делало их подверженными внезапному разжижению и полному обрушению.

Почему нельзя избежать обрушения дамбы хвостохранилища, проехав по дороге в долине?¶

Когда дамба хвостохранилища разжижается и прорывается, вырывающаяся волна грязи высокой плотности обычно вырывается наружу со скоростью от 30 до 80 километров в час (от 20 до 50 миль в час) вниз по речному руслу, неся валуны и вырванные с корнем деревья, которые разрушают дороги в долине и сносят мосты в течение нескольких минут. Спускаясь по долине, вы попадаете прямо на путь селевого потока, где один заблокированный перекресток или размытый мост смертельно заманивают вас в ловушку. Вместо этого, бегая пешком под углом 90 градусов прямо вверх по склону ближайшей долины, вы сможете подняться на высоту от 30 до 50 метров (от 100 до 165 футов) всего за 3-5 минут, что позволит вам безопасно оказаться над волной грязи.

Почему опасно ходить по грязи хвостохранилища даже через несколько дней после того, как паводок прекратился?¶

Отходы горнодобывающей промышленности состоят из микроскопических минеральных частиц размером с ил и глину («шламов»), насыщенных водой. Этот материал тиксотропен: в то время как верхние несколько сантиметров высыхают на солнце, образуя потрескавшуюся корку, похожую на твердую грязь, грязь под ней остается жидкой в ​​течение недель или месяцев. В тот момент, когда человек проходит сквозь тонкую корку, вибрация снова разжижает грязь вокруг его ног, а высокая плотность и вакуумное присасывание захватывают его ботинки и талию, как влажный цемент, делая невозможным самостоятельное спасение без специальных грязеспасательных досок или вертолетных подъемников.

Какие токсичные химические вещества содержатся в шламах хвостохранилищ горнодобывающей промышленности?¶

Точная химическая опасность зависит от добываемого минерала. Отходы добычи золота и серебра часто содержат токсичный цианид натрия, а также мышьяк и ртуть. Бокситовые (алюминиевые) хвосты, известные как «красный шлам», содержат концентрированный едкий гидроксид натрия (`lye`) с pH от 11 до 13, который при попадании вызывает тяжелые химические ожоги кожи и глаз. Хвосты сульфида меди, железа, свинца и цинка часто образуют кислый шлам (`acid mine drainage`) загружены растворенными мышьяком, свинцом, кадмием, ртутью и таллием, а пруды с угольной золой содержат концентрированные мышьяк, хром и селен.

Могу ли я сделать речную или колодезную воду безопасной для питья после разлива хвостохранилищ, прокипятив ее?¶

Нет, вы никогда не должны пить или готовить пищу из речной воды или воды из мелкого колодца, загрязненной разливом отходов горнодобывающей промышленности, а кипячение воды на самом деле сделает ее более опасной. Кипячение убивает бактерии и вирусы, но не удаляет тяжелые металлы, такие как мышьяк, свинец, ртуть, кадмий или шестивалентный хром; вместо этого, когда вода испаряется в виде пара, концентрация токсичных тяжелых металлов в кастрюле увеличивается, а летучие химические реагенты испаряются в воздух, которым вы дышите. Используйте только запечатанную бутилированную воду или официальные резервуары для аварийной воды до тех пор, пока власти не сертифицируют водоснабжение.

Что означает «Зона самоспасения» (ЗАС), если я живу рядом с шахтой?¶

В международных правилах безопасности хвостохранилищ (например, в Бразилии и в соответствии с Глобальным отраслевым стандартом управления хвостохранилищами) зона самоспасения (`Zona de Autossalvamento` или `ZAS`) определяется как территория долины в пределах 10 километров (6,2 мили) ниже по течению от плотины или любая область, куда грязевая волна может прийти менее чем за 30 минут. Поскольку внешние аварийно-спасательные службы физически не могут добраться до этой зоны до того, как обрушится волна, жители и рабочие внутри ЗАС полагаются на автоматические сирены, мгновенные оповещения по сотовой связи и заранее размеченные пешеходные дорожки, ведущие прямо вверх по стенам долины к возвышенным точкам сбора.

Связанные руководства¶

• Прорывы ледниковых озер (GLOF) и эвакуация из-за прорыва плотины
• Оползни, сели и выживание селей
• Цемент, влажный бетон, химические ожоги щелочами и воздействие на глаза извести
• Первая помощь при вдыхании цианида, сероводорода и промышленных газов
• Разливы химических веществ, шлейфы HAZMAT и дезактивация

Источники и официальное руководство¶

• Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Международный совет по горнодобывающей промышленности и металлам (ICMM) и Принципы ответственного инвестирования (PRI): Глобальный отраслевой стандарт по управлению хвостохранилищами (GISTM) - Требование 13: Планы готовности к чрезвычайным ситуациям и реагирования на них.
• Международная комиссия по большим плотинам (ICOLD): Бюллетень 121 и Бюллетень 194: Риск опасных происшествий на хвостохранилищах, уроки, извлеченные из практического опыта, и картирование затопления прорывов плотин.
• Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (FEMA) и Инженерный корпус армии США (USACE, США): Федеральные рекомендации по безопасности плотин: планирование экстренных действий в случае аварий на плотинах и хвостохранилищах.
• Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ): Химические выбросы, вызванные опасными природными явлениями и техногенными катастрофами (NATECH): прорывы хвостохранилищ, тяжелые металлы и цианиды, меры общественного здравоохранения.
• Национальное агентство по разминированию (ANM) и Национальная гражданская оборона (Бразилия): Протоколы безопасности заграждений по разминированию, зон самоспасания (ZAS), и системы оповещения Соноро.