周末有阅 | 内蒙古阿拉善左旗新井煤矿滑坡事故分析与思考
【导读】
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内蒙古阿拉善左旗新井煤矿于2月22日发生大面积滑坡，该文对事故原因进行了分析与思考，推荐阅读。
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内蒙古阿拉善左旗新井煤矿于2月22日发生大面积滑坡（图1-图2）。滑坡体有80m高，相当于20多层楼的高度；塌方量巨大，测算接近500万土方量。第一次滑坡发生在22日13时12分，持续时间30~40s；第二次滑坡发生在18时44分，说明该山体还处于不稳定状态中，发生多次滑塌的可能性还存在，尤其在救援过程中可能发生再次塌方。发生坍塌的露天煤矿作业面北侧山坡，现场形成了南北约200m，东西长500m，净高约80m的坍塌体（图3）。从卫星图上可以看出，滑坡范围为新井煤矿西采区（图4-图5）。
图2 滑坡发生中，瞬间掩埋坑底工作人员和车辆
图4 事故发生前的卫星图
图5 事故发生后的卫星图
常规的滑坡诱因，主要有以下几种原因。
降雨。大雨、暴雨和长时间的连续降雨，使地表水体深入坡体，软化岩土及其中的软弱面，极易诱发滑坡。
地震。强外力作用引起坡体晃动，破坏坡体受力平衡，易诱发滑坡。
地下水的浸泡。河流等地表水不断地冲刷坡脚或浸泡坡脚，削弱坡体支撑或软化岩土强度，也可能诱发滑坡。
不合理的人类活动。如开挖坡脚、地下采空、水库蓄水、泄水等改变坡体原始平衡的人类活动，都可以诱发滑坡，常见的可能诱发滑坡的人类活动有采矿、切坡建房、道路工程、水库蓄水放水与渠道渗漏、堆（弃）渣填土、强烈的机械震动等。
据报道，新井煤矿最早是地下开采煤矿，2012年改造成为露天煤矿，2017年6月至2020年11月底期间停工，2021年4月恢复生产建设。“露天转地下开采”是一种较为普遍的开采方式，为了获取深部地下资源，需要往更深处开挖。
那么地下转露天矿山，是不是这次露天坑滑坡的重要原因呢？
对于地下转露天矿，特别需要注意露天顶柱的设计，如果设计的厚度不足，强度不够，那么由于重力作用很容易引起顶部如此巨大的山体塌陷。该矿为煤矿，是由长期沉积而成，其强度远远低于硬岩金属矿开采的岩石强度，那么有理由怀疑这强度不足，厚度不够的煤层顶柱，是一个潜在的事故诱发因素，如图6。
图6 地下转露天开采后，顶柱承载山体重力
从发出的视频来看，岩土边坡是显而易见的松散土质和软弱砂石土层，以及内含不可见的断层和节理裂隙及不整合层面。这种岩土体条件极易受到人工扰动而产生滑坡，滑坡后的效果譬如“雪崩”。大家想一想，雪的松散程度以及雪崩之后的后果，那速度之迅猛，让人几乎没有生还机会。
该矿位于内蒙古，2月温度分布如图7，温差在10度左右。高寒和高热高温差地域的边坡由于冻胀热融（湿体）或冷缩热胀（干体）。高边坡，尤其是接近稳定临界状态仅仅需要一点点外界变化就会滑塌。具体此次事故是否跟温度和冻融有关，还需要后续事故调查中专业人士给出解答，事故原因简易分析见图8。关于滑塌区域和总量-尽管对于事故后果不是很关键的，但是从视频和照片及卫星图视看：1）典型的circular failure，“半椭球体”滑坡；总滑坡体似乎从上部的平台一直到坑底（明显底部的大裂缝）。按此估计应在300-400万立方米；2）如果按照目前网上用的塌落堆的几何尺寸和形状，加上原坑底的地形，同时也要考虑松散系数，1.2-1.3之间，总滑落体不会超过500万立方。
图7 内蒙古阿拉善左旗滑坡前后温度
图8 事故原因分析简易图
边坡角和台阶宽度也可能是导致滑坡的直接原因。据报道，采矿边坡为180m，基本测算可知，边坡角增高1°，采用下图的假设可以减少几十万立方米的土石剥离（如图9）。在作为岩土工程师期间，参与的边坡项目台阶边坡角度是70°，整体边坡角为55°-60°，由于是硬质岩石边坡，对于采矿安全没有影响。
图9 边坡角度越陡，可减少土石方剥离
其他更多不易观察到的原因，比如大断层的影响，软弱结构面的滑移，底部煤层的倾向和倾角等等。这都需要专业人来现场勘察后，才能进一步给出答案。从滑坡后岩土体抛射的速度和角度来看，更像是有一种巨大的“推力”在推着巨量岩土体向外抛射。原因之一，可能是因为岩土体内部温度突增而变的松散后，岩体的内聚力损失，从而造成边坡失稳破坏；也有可能是滑坡的位置和方向刚好有一个顺断层或沿着煤层方向的滑移，才会有视觉上这么大的推力。
阿拉善盟政府官方网站显示，2015年7月16日，腾格里经济技术开发区组织开发区国土、安监等部门，开展地质环境治理检查，发现新井煤矿存在包括山体裂缝、易发山体坍塌以及落石、泥石流等多项安全隐患问题。
此次检查后，当地政府要求新井煤矿针对隐患区域编制《地质环境治理施工方案》，于7月20日前上报国土资源、安监局，矿区存在的地质灾害安全隐患，并责令必须在9月30日前进行整改。
4个月后，2015年11月12日，新井煤矿发生生产安全事故。一年后，2016年9月18日，该煤矿再次发生生产安全事故。
裁判文书网2018年6月14日发布的《内蒙古自治区阿拉善左旗人民法院行政裁定书》显示，“2015年11月12日和2016年9月18日两起生产安全事故中，被执行人内蒙古新井煤业有限公司未严格落实安全生产主体责任，安全管理制度不健全，施工现场缺乏有效管理，导致‘11.12’和‘9.18’两起生产安全事故，共造成二人死亡。”
值得令人深思的是，已经有“两人死亡”的前车之鉴，矿山管理者其间“做了哪些技术和管理的评估和改善措施？”。那么2月22日发生的露天矿边坡滑坡，到底是天灾还是人祸呢？
答案是，一定可以，100%可以。史上最大规模滑坡，Manefay Landslide由于提前预警，无一人遇难。那么常见的预警手段，有如下几种：
第一，边坡雷达。边坡雷达可谓是所有露天矿山开采必备设施（图10），主要通过测量边坡表面与雷达之间的反射波来监测边坡的变形和位移，能提前预测预警边坡失稳，从而为矿工撤离危险区域提供足够时间。
图10 应急救援边坡雷达（事故后，现场使用的）
第二，现场勘察。具有实践经验的岩土工程师，能判断滑坡前兆。通过使用传统的距离测量仪器，比如自动扫描的测距仪（automated Theodolite)可以分析边坡稳定趋势，计算出大致的失稳滑坡时间段，发布必要的撤离警报。比如地表有无裂纹，边坡有无落石，岩土体位移状况。正规的矿山，都应该有一位岩土工程师保驾护航，确保矿业从业者的生命安全。
第三，数值模拟。我作为一个“下得矿井，上得讲堂”的岩土工程师，也可以用一些计算力学的方法来预测边坡失稳滑移的可能性。比如我们岩土工程常用的“数值模拟方法”，从事了十多年的岩土工程工作，我们都具备将现场混乱的岩土体转化为数字化模型，输入各种岩土体参数来预测边坡的稳定性。如图11~13，考虑了何种岩土体，大断层和小结构面，地下水影响的数值模型，图形其他矿山模型及结果，这里仅作为示意图参考。
图11 数值模型，考虑了不同岩土体和结构面 （示意图）
图12 数值模拟结果，红色区域为不稳定区域（示意图）
图13 数值模拟结果剖面图，进一步观察失稳区域（示意图）
六、6天后的救援现状？
目前，国家安全生产应急救援勘测队在整个核心区域周围，架设了多台设备进行实时监测，可以高精度监测边坡是否变形。绿色区域为监测区，目前边坡还存在蠕变。由于塌方量巨大，救援难度非常大。现场搜救人员，也要随时警惕小滑坡再次出现。
诸多的救援车辆和设备，已经到达现场。同时也利用生命探测仪、搜救犬等多种方式搜救，侦察，确定被困人员具体位置。然而，距离滑坡发生，已经过去了6天，进展依然很少。想象一下，如果人员被掩埋在了20层楼高80米的废墟下面，我们如何快速解救被困人员。很可惜，生命探测仪，最高只能探测50米的高度，被埋人员的位置，远远超过了探测深度。做为一个在远方围观的人，只能为47个失联人员祈福，哪怕有半丁点的希望，都要竭尽全力。
图14 中国安科滑坡预警云平台
愿伤者康复，死者安息。我们应深刻反思，需要切实有效的措施预防和控制矿灾，尤其是矿岩引发的边坡滑落塌方，地下冒顶偏帮等。国内矿山公司和设计研究院，以及监管机构都没有专职的矿山岩土工程师，应该是一个很重要的原因。
可能监管和矿业管理层都不大了解矿山岩土工程和岩土工程师的作用，很难说服。另一个关键问题是“严管，严惩，严罚”的做法尽管值得称道，但是，由于种种因由，少数矿主们或者矿长们总是无视规则无视自然规律，工程常识。时常侥幸，也不时的引发矿难。
矿业大国，澳大利亚在20世纪90年代，也曾因为矿业安全事故而倍受苦恼。一位前辈说，他在1997年加入WMC的St Ives Gold 时，那里已经有两个“岩土工程师”和一个见习工程师。当时他们并没有多少基础和实践，但是随后三四年间，ST Ives 扩大到8人，包括1个水文地质师。到他五年后离开时西澳大约有近50多个现场的岩土工程师，加上大约同样数量的咨询公司的。安全状况大大好转。同时设计和营运效果也明显好转。矿山积极主动高薪聘请岩土工程师。
澳洲矿业界过去三十年经验教训明示了这个认知。从设计边坡稳定性系数或者叫安全系数，到安全平台和清扫平台的设置，再到营运中的边坡检测系统的应用和岩土工程师或者技术员的每天的巡视，都会大大减少人身设备事故，提高矿山效益。惩戒矿主矿长和安全员等并不见得会防止类似灾难反复出现，根本上是需要了解我们开采的矿岩水土的特性和随着开采的不断加深加大，季节等引起的不断变化，以便制定相应的设计更改，检测和撤离机制。一两个住矿岩土工程师加上几种常规监控预警设备的安装维护和每天的数据分析不需要多少资金投入，他们带来的安全高效，以及矿工们矿主们和采矿经营人员的信心静心，会有几倍几十倍的回报。
但愿决策人们会考虑并设立矿山岩土工程师这个关键职位，院校能够联合工矿企业尽快培训一批立足于矿山，有实权实责的岩土工程师，从根本上改变低效不安全的矿山设计营运状态。
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