过去十年,极端降雨导致智利、秘鲁和澳大利亚的矿山被迫停产,造成数十亿美元的损失,例如2023 年,由于特大暴雨淹没了多个矿井,导致秘鲁的Cerro Lindo矿关闭了近两周;2024年3月,受强降雨的影响,嘉能可(Glencore)暂停了澳大利亚麦克阿瑟河(McArthur River)锌铅矿的运营,此次暂停可能导致全球锌精矿得供应进一步收紧。据称该地区本周的降雨量超过了1974年创下的纪录,麦克阿瑟河锌铅矿目前是一个露天矿,该矿是由地下开采转为露天开采的,一旦洪水灌入采空区,将会对边坡稳定性产生重大影响。澳大利亚麦克阿瑟河(McArthur River)锌铅矿此类事件后的重建工作往往成本高昂且耗时,损坏的设备和不安全的建筑物需要大量维修。因此,为当前和未来的气候风险做好准备对于加强应急响应计划和确保采矿作业的恢复能力至关重要。最新研究显示,全球四分之一的铜矿开采项目受到气候变化影响的风险越来越大,极端降雨预计将影响到 2050 年对全球清洁能源转型至关重要的金属生产。
根据风险情报公司 Verisk Maplecroft 的一项研究,预计到本世纪中叶,全球约 25% 的铜项目将面临“高”或“非常高”的极端降雨风险。加拿大、澳大利亚和刚果民主共和国(DRC)等主要铜生产国预计将最容易受到气候相关破坏的影响。Verisk Maplecroft 的极端降雨指数衡量了七个不同时间范围和三种排放情景中暴雨的频率和强度,显示 19% 的铜矿已经面临极端天气事件的重大风险。随着全球气温升高,导致降雨和干旱更加严重,这一数字预计还会上升。工人的健康和安全风险、道路受损以及现场设施的电气和结构损坏都会对生产产生影响,这些影响可能会超出矿场范围,影响当地社区和供应链。该咨询公司分析基准的 718 个铜矿项目中,加拿大和澳大利亚占近一半 (47%),面临极端降雨高风险或极高风险的加拿大铜矿项目数量预计将增加一倍以上,从目前的 16 个项目增加到本世纪中叶的 42 个(在中等排放情景下)。潜在矿点数量位居第二的澳大利亚预计将略有增加,从目前的 27 个增加到 2050 年的 28 个,从而使该国 17% 的铜项目面临风险。墨西哥和刚果等潜在铜矿较少的国家预计也将面临更大的风险。在墨西哥,高风险地点的数量预计将从现在的两个增加到本世纪中叶的七个。在刚果民主共和国,到 2050 年,遭受极端降雨影响的项目可能会增加三倍,从 3 个增加到 9 个。普华永道 (PwC) 4 月份发表的一项类似研究发现,即使目前的碳排放水平迅速降低,全球 70% 以上的钴和锂产量以及约 60% 的铝土矿和铁产量仍将处于停滞状态。到 2050 年,由于气候相关原因将面临风险。普华永道的报告重点关注极端高温和天气模式变化对干旱期延长的影响。研究显示,即使在 2050 年乐观的低排放情景下,世界上超过 50% 的铜矿也将位于面临严重、高或极端干旱风险的地区。报告得出的结论是,对于另外两种能源过渡金属锂和钴干旱风险甚至更高,达到 74%。在极端降雨事件中,岩石边坡的破坏模式与土边坡的边坡模式有着显著的不同。土边坡的破坏主要是由于土体内粘结力的丧失而发生破坏,而岩石边坡的破坏通常是由于裂缝中的高瞬态水压力,特别是拉力诱发的裂缝(张裂缝)。在稳态条件下,沿结构面的任意点处的压力可以近似为该点距离地下水位的垂直深度与水的单位重量的乘积。在瞬态条件下,张裂缝可能会迅速充满水,张裂缝中的水压力显著高于稳态条件下的水压力,因而边坡安全系数会降低。
瞬态水压力(transient water pressures)会引起岩体孔隙和裂缝内水压力的变化。这些变化可以是快速的或逐渐发生的,取决于岩体的水力特性以及降雨量的大小和持续时间。瞬态水压力对岩石边坡的力学行为和强度有着重要影响。水压力的增加降低了岩体的有效应力和剪切强度,导致边坡稳定性下降,位移增加。相反,水压的降低可以增加岩体的有效应力和剪切强度,从而恢复边坡稳定性,并减小变形和位移。
因此,对于极端降雨事件要尽可能减少岩体内张裂缝的形成,从而限制水进入裂缝的机会;提供良好的地表排水设施以防止水渗透边坡。设计边坡时需要考虑极端降雨可能对边坡产生不利影响的可能性,即考虑降雨引起的瞬态压力。选择适当的极端降雨可接受性标准取决于矿山的风险承受能力,在极端降雨条件下(24小时持续时间和140年回归周期)设计的安全系数应该至少为1,分析方法可以使用等效连续岩体模型和/或显式的不连续性模型。