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

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

(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。

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。

(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)】。

(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。

3. 边坡稳定性分析

4. 照片回忆

(2) 这张卫星图片是滑坡当天还未发生滑坡前的卫星图像。

(3) 这是滑坡之后(2/23/2023)的卫星图像，在最初的一段时间里，由于缺少矿山的基本信息，没看明白采场的布置，直到调查报告出来之后，才明白了为啥滑坡出现在这一段。

(4) 实时卫星图像基本上每天都会拍摄，通过把一个时间区间内的卫星图像按时间顺序连续播放，可以定性地观察边坡地形的变化，下图所示的某边坡地形从2023年2月3日至2月28日之间的变化过程。