Cuprum nr 2 (55) 2010______________

Cuprum nr 2 (55) 2010
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
*KGHM CUPRUM sp. z o.o. CBR, ul. gen. Wł. Sikorskiego 2-8, 53-659 Wrocław
5
dr hab. inż. Witold Pytel*
Recenzent: dr inż. Andrzej Grotowski
Current practice in tailings ponds risk assessment
Key words: tailings ponds, stability, risk assessment
Abstract
Current practice for risk assessment posed by surface tailings/waste storage
facilities is presented. This involves current legislation and regulations applied in EU
countries and over the world and the basics concerned with tailings impoundments
design as well. It was proved that a current activity at the existing tailings
impoundment structures is presently confined rather to field measurements,
monitoring and surveillance understood as a basic source for a “real time risk
assessment”.
1. Introduction
The first documented attempt of geo-environmental risk analysis considered
the petrochemical plant on Canvey Island at Thames, in London area
(HMSO, 1978). In 80-ties, this kind of risk analysis was performed already
for different industrial branches such as chemical, petrochemical plants,
automotive manufacturing, railway, water supply etc. Presently, also
forestry, public service, mining and local communities exhibit increasing
awareness of the rationale within the procedures of Risk Assessment and
Risk Management. Therefore one may observe the increasing demand for
risk level information, on measures applied for its mitigation and on the legal
responsibilities. In the same time the industry and the government agencies
encounter financial and labour limitations in initiatives which may satisfy
involved communities. Since risk perception level depends, among others,
on quality of the knowledge about the actual risk level, the principles of
reliable methods of risk assessment as well as dissemination them within
communities technological/engineering issues and socio-psychological
aspects, also referring to surface tailings ponds’ construction and further
exploitation are particularly important.
Larger and larger volume of industrial waste dumped into tailings ponds or
storage yards as well as relatively low level of acceptance of local societies
towards their enlargement or further exploitation, indicate the necessity for
developing safety assessment procedures bonding multifaceted aspects of
identification of hazards and their superimposing as well as determining
effective and socially allowable and expected technical and organizational
means of these hazards mitigation and prevention. Communities in industrial
Witold Pytel
__________________________________________________________________________
6
and post-industrial regions are often exposed to several hazardous
processes developing within dam’s and filling’s structure of tailings pounds,
resulting in possible earth dams instabilities following soil liquefaction due to
e.g. strong mining-related seismic event associated with heavy rains.
Hence, the adoption of a combined multi-risk-oriented analysis, in which
investigations focus on the inter-correlation between events and their
possible conjunction, is absolutely necessary.
The problem of risk created by tailings ponds, landfills and waste stockpiles
is known widely for many years, particularly as an issue of earth dam’s
stability and a number of bulletins prepared by International Committee of
Large Dams (ICOLD) were devoted to this subject. Pond embankments
failure in Aurul S.A. Mine in Baia Mare (Romania) caused launching a large
European research project TAILSAFE (2004) completed in 2004 by an
international consortium. However, this valuable work does not indicate
recommended computational procedures which may help in real risk values
estimation, especially for a case of statistically non-homogeneous natural
and man-made environment subjected to various randomly defined external
natural inter-correlated influences such as floods, rainfalls, earthquakes,
tectonic movement of surface geological deposits (rocks and soil). These
effects in conjunction with possible mining-related static and dynamic
influences are extremely complex and therefore their analytical (numerical)
solutions are unavailable in literature. The second from shortcomings of the
above mentioned research project is lack of reference to risk management
problems, which should be quantitatively and qualitatively confronted with
alllowable/torelable/ultimate level of risk.
Taking into account the above mentioned problems one may conclude that
there is a large room for new analytical tools which could permit integrating
most of hazards posed by extractive waste storage facilities under the one
general risk paradigm adequate also for different industrial branches/activity.
Therefore in 2008 the large collaborative project “Integrated European
Industrial Risk Reduction System – IRIS” has been commenced within the
7th Framework Programme (FP7-NMP-2007-Large-1) of EU. In this project
Work Package 4 is devoted to mining industry, particularly to risk
assessment and management addressed to tailings ponds and other waste
storage facilities. The project will fill a presently existing gap in the
engineering good practices transfer to communities, stakeholders and
decision makers and furthermore, it will serve as a model for dissemination
of the elaborated solutions. They will permit exploring new research domains
concerning development of new methods and analytical tools for quantitative
risk assessment as well as this knowledge promoting amongst practitioners.
This will create a space for long-term cohabitation with hazards related to
industrial tailings storage structures, providing support for practitioners to
produce a comprehensive risk management and prevention policy. The new
approach will utilize the data taken from at least three large sites from
different European countries.
Current practice in tailings ponds risk assessment
__________________________________________________________________________
7
Unlike the previous works, the IRIS project offers integrating two basic paths
of ponds safety estimation, each of them of extreme internal complexity:
− the path embracing analytical methods and measurement techniques
addressed to a general problem of risk estimation in a case of possible
structural instability due to natural and man-made hazards, and
− the path grouping analytical methods and measurement techniques
useful for environmental risk assessment, for a case of soil/water
possible pollution in accordance with the European regulations.
Each of the mentioned groups will utilize its own characteristic analytical and
measurement methods as well as the specific methods of concluding. The
final integration of the paths will take place as the appropriate procedures
permitting the total risk assessing. Selected parts of his approach,
concerning in particular a structural instability potential, will be outlined in the
next parts of the paper.
2. Causes of tailing ponds failures in general view
Due to unique conditions concerning geology, mineralogical properties of
extracted ore, topography of surface as well as due to different technological
mining systems and procedures, different mines produce unique tailings
materials which are stored in surface storage structures of different technical
and safety characteristics. All these objects are constructed according to
laws and codes applicable to tailings storage facilities, nevertheless many
failures of tailings dams occurred in European countries each year. Among
the main reasons of such events occurrences we may indicate:
− insufficient knowledge of material characteristics,
− improper calculation models and theories describing the physical
behavior of structures,
− operational departure from the prior accepted design criteria,
− lack of appropriate structure monitoring including the water level
measurements,
− insufficient understanding of connections between the instability
manifestation and the causes.
Therefore one may conclude that tailings dams safety should be explicit
included within the well organized legislation system permitting mining
companies to operate in possibly safest and effective manner.
At the advent of mining, tailings were disposed in the closest location, even
put directly into flowing water or the existing drainage systems. Sedimentation
in downstream watercourses however brought concerns about water
use and therefore tailings began to be stored behind earthen dams, which
were often constructed of tailings and other wastes.
More recently, concerns have been raised about the stability and
environmental performance of tailings dams and impoundments. Stability
concerns are raised in part by the use of tailings material in tailings
Witold Pytel
__________________________________________________________________________
8
dams/embankments; to mitigate these concerns, such embankments often
rely on a certain amount of controlled seepage to enhance stability, which in
turn affects environmental performance.
Inactive tailings impoundments also are receiving more attention due to the
long-term effects of windblown dispersal, ground water contamination, and
acid drainage. In many cases, the costs of remediation can be considerable,
significantly exceeding the costs of original design and operation of the
tailings impoundment.
Impoundment of slurry tailings is the most common method of disposal (Fig.
1) and are the main focus of this report. Impoundments are favored
because, among other things, they are "economically attractive and
relatively easy to operate" [6].
Fig. 1. Spigotting outlets in Żelazny Most tailings pond
(KGHM Polska Miedź S.A., Poland)
Tailings impoundments can be and are designed to perform a number of
functions, including treatment functions. These include [6]:
− removal of suspended solids by sedimentation,
− precip

Wyniki (polski) 1:

Miedzi Nr 2 (55) CUPRUM sp. z oo CBR, ul. Gen. WL. Sikorskiego 2-8, 53-659 Wrocław 5 dr hab. Inż. Witold Pytel * recenzent: dr inż. Andrzej Grotowski Obecna praktyka w stawach osadowych oceny ryzyka słowa kluczowe: stawach osadowych, stabilność, oceny ryzyka Streszczenie obecnej praktyce do oceny ryzyka stwarzanego przez odpady powierzchniowych / Przechowywanie odpadów urządzeń jest prezentowany. Wiąże się to z obecnie obowiązujących przepisów i regulacji prawnych obowiązujących w UE i krajach osadowych piętrzenia na całym świecie i zainteresowanym podstawy projektowania, jak również. Wykazano, że w bieżącej działalności odpady istniejących struktur spiętrzeniem wody jest obecnie ograniczone raczej do pomiarów w terenie, monitorowanie i nadzór rozumiane jako podstawowe źródło dla "ryzyka w czasie rzeczywistym oceny. " 1. Wstęp Pierwsza udokumentowana próba analizy ryzyka geo-środowiskowych uważana w Canvey Island w zakładzie petrochemicznym na Tamizie w Londynie obszarze (HMSO, 1978). W 80-tych, ten rodzaj analizy ryzyka przeprowadzono już w różnych gałęziach przemysłu, takich jak przemysł chemiczny, petrochemii, produkcji samochodów, kolei, wodociągów itp Obecnie także leśnictwa, usług publicznych, górnictwo i społeczności lokalne wykazują zwiększenie świadomości uzasadnienie w ramach procedur oceny ryzyka i zarządzania ryzykiem. Dlatego można zaobserwować rosnące zapotrzebowanie na informacje na temat poziomu ryzyka, środków zastosowanych w celu ich zmniejszenia i prawnych obowiązków. W tym samym czasie przemysł i agencje rządowe napotkać ograniczenia w inicjatywach, które mogą spełniać finansowych i pracy zaangażowanych społeczności. Ponieważ poziom percepcji ryzyka zależy między innymi od jakości wiedzy na temat rzeczywistego poziomu ryzyka, zasad wiarygodnych metod oceny ryzyka, a także upowszechniania ich w społeczności kwestie technologiczne / inżynierskie i społeczno-psychologiczne aspekty, dotyczące także odpady górnicze powierzchni Budowa stawów "i dalej eksploatacja są szczególnie ważne. coraz większe ilości odpadów przemysłowych zatapiane w stawach osadowych i składowisk oraz relatywnie niski poziom akceptacji społeczności lokalnych na rzecz ich rozszerzenia lub dalszej eksploatacji, wskazują na konieczność wypracowania procedur oceny bezpieczeństwa wielostronne aspekty łączenia , jak również identyfikacja zagrożeń i ich nałożoną determinujące skuteczne i społecznie dopuszczalne i oczekiwane techniczne i organizacyjne środki te zagrożenia łagodzenia i zapobiegania. Społeczności w przemysłowej Witold Pytel __________________________________________________________________________ 6 i regionach poprzemysłowych są często narażone na działanie kilku niebezpiecznych procesów rozwijających się w obrębie zapory i paliw na strukturę osadowych funtów, w wyniku ewentualnej niestabilności następujące Ziemi tamy upłynniania gruntu spowodowane np mocna impreza związanych z górnictwem sejsmiczne związane z ulewne deszcze. Stąd przyjęcie Multi-skojarzonej zorientowane na analizę ryzyka, w której badania koncentrują się na wzajemnych korelacji pomiędzy wydarzeniami i ich możliwych koniunkcji, jest to absolutnie konieczne. Problem ryzyka tworzony przez stawach osadowych, wysypisk i składowisk odpadów jest znany powszechnie przez wiele lat, zwłaszcza w emisji zapory 's ziemi stabilności i biuletynów przygotowanych przez szereg Międzynarodowego Komitetu Wielkich Zapór (ICOLD) były poświęcone tej tematyce. Nasypy Staw Mine w SA powiew awarii w Baia Mare (Rumunia) spowodował uruchomienie dużego europejskiego TAILSAFE projektu badawczego (2004) zakończone w 2004 roku przez międzynarodowe konsorcjum. Jednak to cenne dzieło nie wskazuje wartości rzeczywiste ryzyko zalecane procedury obliczeniowe, które mogą pomóc w ocenie, zwłaszcza dla statystycznie niejednorodnego przypadku naturalnego środowiska i człowieka określonej losowo poddawane różnych zewnętrznych czynników, takich jak klęski powodzi wzajemnie skorelowane, opady, trzęsienia ziemi, ruch tektoniczny powierzchni depozytów geologiczne (skał i gleby). Te efekty w połączeniu z możliwych związanych z górnictwem statycznych i dynamicznych wpływy są bardzo skomplikowane i dlatego ich analityczne (liczbowe) rozwiązania są niedostępne w literaturze. Drugi od wad ww projektu badawczego jest brak odniesienia do zarządzania ryzykiem problemów, które powinny być ilościowo i jakościowo do czynienia z alllowable / torelable / ostatecznego poziomu ryzyka. Biorąc pod uwagę wyżej wymienionych problemów, można stwierdzić, że istnieje duży pokój dla nowych narzędzi analitycznych, które mogą umożliwiają zintegrowanie większość zagrożeń ze składowisk odpadów wydobywczych pod jednym . paradygmatu ogólnego ryzyka odpowiednie także dla różnych branż przemysłowych / Działalność Dlatego w 2008 roku duży wspólny projekt "Zintegrowany Europejski System redukcji ryzyka przemysłowe - IRIS "rozpoczęto w ramach 7. Programu Ramowego (FP7-NMP-2007-Large-1) UE. W tym projekcie Work Package 4 jest poświęcony branży górniczej, w szczególności ryzyka ocena i zarządzanie skierowane do stawach osadowych i innych odpadów magazynów. Projekt będzie wypełnić lukę w istniejącym obecnie dobre praktyki inżynierii transferu do gmin, zainteresowanych stron i decydentów, a ponadto będzie ona służyć jako model dla upowszechniania wypracowanych rozwiązań. Będą one umożliwić odkrywanie nowych dziedzinach badawczych dotyczących rozwoju nowych metod i narzędzi analitycznych do ilościowej oceny ryzyka, jak również propagowanie tej wiedzy wśród lekarzy. To stworzy przestrzeń dla długotrwałego współżycia z zagrożeń związanych odpady przemysłowe struktur pamięci, wsparcie dla praktyków do uzyskania kompleksowej polityki zarządzania ryzykiem i zapobiegania. Nowe podejście będzie wykorzystywać dane pochodzą z co najmniej trzech dużych witryn z różnych krajów europejskich. obecnej praktyki w stawach osadowych oceny ryzyka __________________________________________________________________________ 7 W przeciwieństwie do poprzednich prac, projektu IRIS oferuje połączenie dwóch podstawowych ścieżek stawów oceny bezpieczeństwa, każdy z nich z ekstremalnych złożoności wewnętrznej: - ścieżka obejmując metod analitycznych i technik pomiarowych skierowana do ogólnego problemu szacowania ryzyka w przypadku ewentualnej niestabilności strukturalnej z powodu zagrożeń naturalnych i sztucznych, oraz - ścieżka grupowanie metod analitycznych i technik pomiarowych przydatnych dla środowiska oceny ryzyka, na razie gleby / woda możliwych zanieczyszczeń, zgodnie z przepisami europejskimi. Każda z wymienionych grup wykorzysta swoje charakterystyczne analitycznych i metod pomiarowych, a także specyficzne metody wnioskowania. Ostateczna integracja ścieżek odbędzie się w odpowiednich procedur pozwalających na całkowite ryzyko oceniającej. Wybrane fragmenty jego podejścia, dotyczących w szczególności potencjał niestabilności strukturalnej, zostaną przedstawione w kolejnych częściach artykułu. 2. Przyczyny osadniki niepowodzeń w Walnym Zobacz powodu wyjątkowych warunków dotyczących geologii, właściwości mineralogicznych w wydobywanej rudzie, topografii powierzchni, jak również z powodu różnych technologii systemów i procedur Górniczych, różne kopalnie produkcji unikalnych przeróbczych materiały, które są przechowywane w strukturach powierzchniowych Storage Różne techniczne cechy i bezpieczeństwa. Wszystkie te obiekty zostały zbudowane zgodnie z prawem i przepisami mającymi zastosowanie do magazynów odpady, mimo wielu niepowodzeń stawach osadowych miały miejsce w krajach europejskich w roku. Wśród głównych przyczyn takich zdarzeń zdarzeń można wskazać: - niewystarczająca znajomość charakterystyki materiału, - niewłaściwe fizycznych modeli obliczeniowych i teorie opisujące zachowanie konstrukcji, - przed operacyjne do odejścia od przyjętych kryteriów projektowych, - brak odpowiedniego monitoringu konstrukcji w tym poziomu wody pomiary, - niewystarczające zrozumienie powiązań pomiędzy niestabilności . manifestacji i przyczyn Dlatego można stwierdzić, że odpady tamy bezpieczeństwa powinny być wyraźne przepisy zawarte w systemie dobrze zorganizowanej zezwalającego górniczych przedsiębiorstw do działania w możliwie najbezpieczniejszy i efektywny sposób. Na pojawieniem górnictwa, odpady zostały usunięte w najbliższym miejscu, nawet płynącej wody lub umieścić bezpośrednio do istniejących systemów odwadniających. Sedymentacja w dalszych cieków jednak przyniósł obawy wody użytku i dlatego zaczął być przechowywane za ziemnych stawach osadowych, które często były zbudowane z odpadów górniczych i innych odpadów. Ostatnio pojawiły się obawy o stabilność i ekologiczności stawach osadowych i piętrzenia. Stabilność obaw, po części dzięki zastosowaniu materiału składowiska w odpadach Witold Pytel __________________________________________________________________________ 8 tamy / nasypów; w celu złagodzenia tych problemów, takie wały często opierają się na pewnym kontrolowanym wycieków w celu zwiększenia stabilności, co z kolei wpływa na skuteczność ochrony środowiska. Nieaktywne odpady górnicze piętrzenia również otrzymujących więcej uwagi ze względu na efekty długoterminowe symulują rozproszenia, zanieczyszczenia wód gruntowych, i odwodnienia kwasu. W wielu przypadkach koszty rekultywacji mogą być znaczne, znacznie przekracza kosztów pierwotnego projektu i eksploatacji piętrzenia składowiska. Retencja zawiesiny jest najczęściej stosowaną metodą unieszkodliwiania odpadów górniczych (rys. 1) i są głównym przedmiotem niniejszego raportu , Piętrzenia są preferowane , ponieważ, między innymi, są one "ekonomicznie atrakcyjne i stosunkowo łatwe w obsłudze ". [6] Fig. 1. Wyloty Spigotting w stawie osadowym Żelazny Most (KGHM Polska Miedź SA, Polska) piętrzenia przeróbczych mogą być i są przeznaczone do wykonywania szeregu funkcji, w ​​tym funkcji leczenia. Należą do [6]: - usunięcie zawiesin przez sedymentację, - opadów