让滑坡事故可知可防可控

“我们所能做到的是，在露天煤矿滑坡事故发生前精准预测并安全撤离，保障矿工生命和财产安全。”日前举办的第二届矿山安全发展大会上，中国科学院院士何满潮在接受本报记者采访时表示。

我国是矿业大国，由于矿山开采引发的岩体大变形灾害始终居高不下，严重制约矿产资源安全高效开发。

2023 年 2 月 22 日，内蒙古阿拉善新井煤业公司露天煤矿发生特别重大坍塌事故，教训十分惨痛。“露天煤矿滑坡的稳定性评价问题、监测问题、预报问题和控制问题，是全世界的科技难题。”何满潮说。

要想解决上述难题，目前有两种方法。

第一种方法是位移法，就是现在采用干涉合成孔径雷达、地基雷达、全球导航卫星系统、全站仪等对边坡监测的方法。位移法的理论根基可追溯至 1950 年哈佛大学教授太沙基时代。

“滑坡具有两个界面，一个是可见的地表界面，一个是看不见的潜在滑动面。位移法只做到了表面监测，因此监测了数十年依然难以精准预测滑坡事故。这种方法给出了很多预测，但由于不满足滑坡发生的充分必要条件，预测结果往往不准，所以经常发生‘狼来了’的误报情况。”何满潮说。

“第二种方法是力法，采用力法监测的是肉眼看不到的内部滑动面。”何满潮介绍，此方法认为滑坡发生的充分必要条件是滑动面上牛顿力 （相互作用力） 的突变，而非传统的位移累积。将滑坡体视为“双体系统”，滑动面是灾变界面。监测重点不是表面位移，而是跨滑动面上牛顿力的动态变化过程。“我们首次实现了对滑坡全过程牛顿力的精准测量，成功解决了滑坡短临预报的科学难题，已在国内成功预警多处滑坡。

实践证明，采用此种方式监测的露天煤矿取得了显著的效果。如内蒙古白音华矿有效采用牛顿力监测技术，避免了人员伤亡和财产损失。2025 年 8 月 2 日，该矿发生了一次大规模滑坡事故，量级达到 250 万立方米。结果在事故发生前的 2 小时 2 分钟，滑坡牛顿力空地监测预警系统发出了滑坡灾害预警，露天煤矿下面的人员和关键设备全部安全撤离，保障了生命安全和设备安全，避免了损失。

何满潮团队研发的滑坡牛顿力空地监测预警系统，核心采用负泊松比（Negative Poisson'sRatio，简称 NPR）锚索传感技术。其中，绕不开的话题是材料。

研究表明，大多数岩体灾害都是由小变形发展到非线性大变形，进而导致灾害发生。现有工程性控制钢铁材料为具有泊松比（PoissonRatio，简称 PR）效应的材料，即受拉时发生颈缩变形从而破断的小变形材料，不适应致灾岩体的大变形特性而破断和功能失效，从而导致灾害发生。

“简单说，就是拉伸后，‘脖子’变细了，就从变细的地方断了，断掉后整个工程就垮掉了。”何满潮说。

因此，深部工程大变形的破坏特性呼唤着大变形材料革命，研究能够忍受岩体大变形的控制材料、技术和方法，对于岩体大变形灾害控制至关重要。

2004 年，何满潮根据实际推测，高强理想塑性或高强准理想塑性材料可能是一种在受力拉伸时颈缩消失、具有负泊松比效应的材料。经过 20 余年的不懈探索，终于研发出了一种新型材料，从冶炼出发，结合加工过程，实现对材料微观界面的控制，所研制的工程产品具有拉伸大变形不颈缩的变形特征，也就消除了材料受力局部断裂的风险。

“第三代 NPR 材料已投入生产，现在开始研发第四代 NPR 材料。第二代 NPR 材料强度达 1000 兆帕，第三代 NPR 材料强度达 1500 兆帕，第四代 NPR 材料的强度目标是 2000 兆帕，安全系数越来越高。”何满潮介绍。

目前，NPR 结构新材料已在工程中广泛应用，在矿山开采恶劣环境条件下，表现出良好的吸收能量能力及长期稳定性。在井工开采领域，通过 NPR 材料代替 PR 材料，形成利用矿压自动成巷新技术，可以减少巷道掘进量约 50%，实现了传统开采方法的技术变革。该材料已应用在我国五大主要煤炭产区，影响年产能约 23.6 亿吨。在深大露天煤矿开采领域，通过 NPR 锚索代替 PR 锚索，控制了滑坡发生，保证了安全生产。

该 材 料 已 在 全 国 700 余 个 工 程 中 得 到 应用，并推广至水利边坡加固和活断层监测等领域。相关技术在煤矿和金属矿山、交通工程等行业广泛应用，取得了重大的经济效益和社会效益。

“未来，这种材料还可以用在建筑上。”何满潮说，“以后建房子，可以在一套房子里用这种材料建一间诺亚方舟。当地震来临时，别的房间垮塌了，人可以跑到这间房间，保障生命安全。