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露天采矿史上规模最大的滑坡---宾汉峡谷铜矿滑坡(Bingham Canyon Manefay )

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1 引言

在【内蒙古露天煤矿大规模山体滑坡可能的诱发原因(massive slides in open-pit mine)】一文中,作为类比,提及了宾汉峡谷铜矿 (Bingham Canyon)矿曾经发生的滑坡。事实上,它们二者之间的确有一些相似之处。首先,它们都曾有过地下开采的历史;其次,滑坡的运动型式都具有流动性,更像是岩崩。


宾汉峡谷铜矿位于湖城西南约30km处,坑口直径约为4km,深度1210m,是全球最深的露天矿,目前由英澳联合的跨国企业---力拓集团(Rio Tinto)拥有。矿石主要由铜组成,同时还含有少量的银、金、铅、钼、 铂和钯。

2013年4月10日,该矿经历了史上最大规模的滑坡,后称作Manefay Landslide,Manefay滑坡是北美历史上最大的非火山滑坡。滑坡原因是由侵蚀过程、岩石的局部不稳定性和地震活动共同造成的。这个案例对于目前事故矿山的边坡治理以及其它采矿滑坡的预防和治理都有一定借鉴和启示作用。

2 滑坡预警

宾汉峡谷铜矿在矿区内建立了非常复杂的岩土工程监测网络,用来监测边坡数据。从2012年11月开始,监测发现滑坡区域出现了不稳定现象,2013年初发现边坡移动得越来越快,到了4月10日,监测发现边坡移动速度达到了每天5cm,于是矿方让所有员工在上午11点从矿场撤离,并在下午2点38分发布了一份新闻稿,向员工和当地社区传达了这一问题,警告说滑坡即将发生,同时为边坡破坏以及破坏后的补救和继续运营方案做好准备。

3 滑坡过程

2013年4月10日晚上发生了超大规模的滑坡由于地面雷达系统的监控警告,在滑坡发生前一天就停止了采矿作业,因此没有造成人员伤亡。两次大规模的山体滑坡将大约1.45亿吨岩石从东北侧的矿坑边坡流向坑底,这是历史上最大的采矿引起的山体滑坡。美东时间晚上9点30分发生了第一次大规模滑坡,滑坡材料接近1亿吨,滑坡长度760m,高度455m;11点5分发生了第二次滑坡,滑坡长度615m,高度305m。第二个滑坡发生后11分钟,矿井下发生了小规模的浅层地震(约M2.5级),这是由滑坡的重量迅速转移引起的。每次岩崩持续的时间大约为90秒。Manefay滑坡虽然没有造成人员伤亡,但极大地改变了矿区的面貌,并给运营造成了数亿美元的损失。矿坑底部的碎石堆积高度位60m。两个滑坡导致了相当于M5.1级和M4.9级的 "地震",并导致了16次较小的 "余震"。

4 滑坡轨迹
由于滑坡之前已经作了预测,工程师们预测了滑坡体的运动轨迹,并且按照预测对设备作了撤离。但是,滑坡的真实运动轨迹与预测的运动轨迹不一样,滑坡体冲出的距离比预期的要大得多,导致破坏程度出乎意料,滑坡摧毁了3台大型铲车(每台铲车4500万美元)、13辆320吨的卡车(每辆卡车500万美元)、运输道路、建筑以及其他设备和用品,损失约为10亿美元,但没有造成安全影响。
边坡体滑移过程是一个非常有趣的科学和工程问题。实际测量的滑坡长度为2940m,总落差884m,远远超出当初预测,这是由于滑坡具有流动性,时速超过112km/h,穿过坑底,因此滑移距离比预期的距离要远得多,结果导致已经撤离的设备受损。

5 滑坡影响

这次滑坡发生后,力拓公司增加了边坡设计和批准边坡的技术审查,对数据的可靠性、边坡破坏的后果和适当的设计同行审查给予了高度关注【基于可靠性的设计验收准则(Reliability-based Design Acceptance Criteria)】。由于坑内破碎机和地下矿石输送机没有损坏,因此在滑坡发生后17天就恢复了生产矿石。另一个重要事项是重建进入矿坑的主要运输道路,这需要清除约600万吨滑坡碎石,他们7个月完成了新运输道路的重建。为了在不安全地带工作,他们快速开发了20多台遥感控制的重型搬运设备。新建的道路宽45m,长1.2km。

2021年5月, 宾汉峡谷矿再次发生了名为"Leo"的2100万吨的边坡破坏,由于矿方吸取了上次滑坡的经验和教训,使用综合监测系统对边坡运动进行了早期监测,因而准确地预测了塌方时间,设备和人员安全都没有受到影响。

6 滑坡总结

Manefay滑坡的材料重1.44亿吨,坚硬的岩石从边坡崩落出来在90秒内掉入600多米深的矿坑内水一样流淌了近2.4km,平均时速100km,然而无人伤亡

Brad Ross作为Manefay滑坡的主要调查者,于2017年出版了他的调查结果《Rise to the Occasion: Lessons from the Bingham Canyon Manefay Slide(迎难而上--来自Manefay滑坡的教训》,详细记录了这个历史上最大的采矿滑坡。书中描述了滑坡发生的那天,矿区人员如何预测和准备滑坡以及从滑坡中恢复的英勇努力;如何防止可能比Manefay更具破坏性的第二次滑坡以及Manefay滑坡的原因等。

来源:计算岩土力学
建筑岩土材料控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-02-27
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