采矿岩石力学回顾 | 内蒙古阿拉善新井露天煤矿滑坡一周年

10月前浏览3173

1. 引言

今天是内蒙古阿拉善左旗新井露天煤矿滑坡事故一周年。2023年2月22日下午1点11分左右，内蒙古自治区阿拉善盟阿拉善左旗新井煤业有限公司的露天煤矿发生大规模滑坡，导致53人遇难，6人受伤，直接经济损失2.04亿元。滑坡体的最大厚度为105米，滑坡堆积体约为756万立方米，破坏范围南北最长630米、东西最宽520米，面积约23万平方米。

2023年8月29日，应急管理部公布了这起事故的调查报告《内蒙古阿拉善新井煤业有限公司露天煤矿“2·22”特别重大坍塌事故调查报告》；临近事故发生一周年之际，国家矿山安全监察局发布了《内蒙古阿拉善新井煤业有限公司露天煤矿“2·22”特别重大坍塌事故警示片》，详细的事故调查过程和事故处理结果参看这两个官方文档。

事故发生后，《计算岩土力学》进行了一系列的“受教育的猜想(Educated Guess)”，从采矿工程和岩石力学的角度分析了滑坡的原因，本文简要总结、回顾和比较了最初的猜想哪些是相对正确的，哪些因素是没有考虑到的。

2. 最初的猜想

根据少量的现场照片以及卫星地图，当时作出了如下猜测：

(1) 岩体结构。大多数采矿边坡不稳定是由岩体结构引起的，特别是断层穿过采坑，《计算岩土力学》的采矿岩石数据库讨论了许多这样的案例，这个猜想在调查报告中得到了证实。

(2) 地下采空区的影响。在露天开采转地下开采和地下开采转露天开采的矿山，地下采空区或采矿区会直接影响边坡的稳定性。事故发生时，已经通过正规渠道---中央电视台的报导证实该矿最初是地下开采，2012年转为露天开采，此前有三年时间处于停产状态，2021年4月恢复生产建设，因此最初猜测可能由于采空区塌落引起地表塌陷导致滑坡，不过后来的调查报告并没有特意说明地下采空区与滑坡位置的空间关系，所以最初的这个猜想应该是不成立的。

(3) 排土场载荷的影响。下图所示的是矿区的整体范围，左图所示的是未滑坡之前的矿区全貌，其中周边的棕色区域是排土场，红色方框圈定的区域是本次滑坡的部分，中间长条形的深色区域是采矿带。滑坡发生在采矿带的上方；右图所示的是2023年8月29日的卫星图像，从图中依稀能够看到滑坡体。最初估算的滑坡垂直高度约为180m，调查报告的边坡剖面显示这个高度间于150m至180m，这是平台上部滑动体的高度，台阶下部是一个深切滑动，这印证了最初的推测是合理的和正确的。

按照下面的照片所示，最初的一个猜想是滑动的起始标高就是排土场的底标高，但无法精确估算排土场距坡肩的距离，因而排土场产生的载荷是否对滑坡产生了"触发"作用，不过调查报告没有提及这个因素。

调查报告给出了一个滑坡前的典型剖面，如下图所示。按照这个剖面，排土堆(报告中称之为"排弃物料")完全位于边坡的上方。通过数字化这个图形，测量得出边坡顶端(crest)的排土高度约为8m。

下图是根据调查报告的边坡剖面数字化后的排土场位置(绿色部分)。

(4) 边坡设计参数。边坡参数直接影响着边坡稳定性。在最初的猜想中，陈述到：“边坡角和台阶宽度的实际施工值也可能是导致滑坡的直接因素。台阶边坡角和台阶宽度极大地影响着整体边坡稳定性，即使边坡设计合理，也有可能由于监管不严，导致矿主出于经济利益方面的考虑而擅自增大边坡角。” 这个猜想在调查报告中得到了证实，报告显示该事故的技术原因是矿山没有按照设计施工，台阶高度过高，坡角采煤导致边坡稳定性降低，失稳的岩体沿着断层和节理滑落。

(5) 爆破的影响。在最初的猜想中，我们没有考虑爆破对边坡破坏的影响，假定爆破是严格按照露天采矿的爆破规程进行的，但调查报告指出了爆破存在许多操作不规范的问题。在采矿工程中，爆破对边坡的影响范围，即损伤带一般经验地取30m或边坡高度的1/3。事实上，爆破对边坡稳定性的定量估算是一件非常困难的事情，Hoek-Bwom准则采用扰动因子D主观地考虑爆破扰动对岩体的影响，IMASS采用应变软化途径消除了D的输入，理论上可能前进了一步，但真实用于实际还有许多不确定因素。

(6) 滑坡距离与滑坡角。最初根据卫星图像的粗略测量，估算出滑坡体的起始点到最坡底的直线水平距离大约为450m，通过与调查报告对比，发现这个估算比较准确，实际测量的距离为445m。

最初推断"上部滑坡体基本上停留在中间位置，形成一个相对平滑的堆积体"，这个中间位置是下图所示的平台，经测量这个平台的宽度约为107m，当时假设这个位置距顶部的滑坡位置为100m，由此计算出滑动面的角度大约为64° ，实测的这个水平距离约为129m，实测的滑动角为34°。

(7) 破坏模式。当露天矿的边坡发生破坏后，滑坡体受重力作用会向下滚落，在台阶规模和坡道规模上，破坏大部分是浅层破坏，其特点是滑坡体体积小，滑动速度慢，边坡破坏主要的主要型式是平面破坏【岩石边坡平面滑动参数的敏感性排序】或楔形破坏【岩石楔形体的组合分析(Combinations Analysis)】，这种破坏通常不会造成太大损失；而多台阶的深层边坡危害性极大，其特点是滑坡体体积大，滑动速度块，例如Bingham Canyon的滑坡【露天采矿史上规模最大的滑坡---宾汉峡谷铜矿滑坡(Bingham Canyon Manefay Landslide)】。

在最初通过视频观察得到的猜想中，提及了这个边坡滑动可能是一个复合破坏型式，在平台上部以平面滑动为主，但大部分的滑动体可能来自于下部边坡的整体移动，即所谓的深切型破坏。调查报告排除了地下采空区的因素，因此断层了一定推动作用。调查报告中的滑坡堆积体剖面显示了该滑坡是一个复合型破坏，但报告正文中没有提及。

(8) 流滑途径。当露天矿的边坡发生破坏后，滑坡体受重力作用会向下滚落，在台阶规模和坡道规模上，破坏大部分是浅层破坏，其特点是滑坡体体积小，滑动速度慢，边坡破坏主要的主要型式是平面破坏【岩石边坡平面滑动参数的敏感性排序】或楔形破坏【岩石楔形体的组合分析(Combinations Analysis)】，这种破坏通常不会造成太大损失；而多台阶的深层边坡危害性极大，其特点是滑坡体体积大，滑动速度块，例如Bingham Canyon的滑坡【露天采矿史上规模最大的滑坡---宾汉峡谷铜矿滑坡(Bingham Canyon Manefay Landslide)】。这就给采矿工程师和岩土工程师提出一个非常难预测的问题，当边坡发生岩崩后，滑坡体能跑多远？设置多大的安全距离合适？

滑流分析是对滑坡运动的分析。一般来说，如果滑动体的滑动速度大于5m/s(18km/h)，就认为出现了滑流，滑流体的最终位置远离它的起源点---边坡最顶端发生破坏的地方。典型的滑流分析如下图所示。假定滑坡体只在上部台阶发生，然后这部分材料滑移到边坡脚底流动和堆积，大部分的边坡破坏确实是这样的，不过在视频中观察到首先地层在边坡底部的平台上出现了开裂，然后上部滑坡体才流动到这个位置，因此严格意义上，滑流模式并不符合图示的假设。

下面的陈述摘自最初的分析:"滑坡体经过滑流形成了堆积物，在这个时候使用雷达进行滑坡体的变形监测本质上已经没有太大意义，一方面，由于没有外力作用，散体状的“颗粒”之间的接触力已经达到了平衡，滑坡体本身不会构成大的塌落危险；另一方面，雷达对于连续的、渐进式的岩体移动有预警作用，而对于岩体不连续体运动、偶然掉落的岩块，根本起不到预警作用，雷达还没作出反应，岩块就掉下来了。我想应该把监测重点放到滑坡体周围的岩体上。前面说过，这个滑坡是一个深切型的岩崩，尽管目前没有充足的证据，但有理由猜测可能是存在的地下采空区或断层起了一定推动作用"。

3. 边坡稳定性分析

数字化了调查报告中提供的边坡剖面，作了一个简单的极限平衡稳定性分析。尽管调查报告中提及了断层和节理的影响，但没有任何相关信息，也没有提及岩体和排土的物理力学参数，参数选择基于日常的经验，因此目前这个分析是非常粗糙的。