某多金属矿露天开采终了边坡结构参数分析及稳定性验算

刘国寅, 孙发院, 丁军明, 杜德岗, 尹修平, 张鲲华. 某多金属矿露天开采终了边坡结构参数分析及稳定性验算[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(4): 74-84. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.009
引用本文: 刘国寅, 孙发院, 丁军明, 杜德岗, 尹修平, 张鲲华. 某多金属矿露天开采终了边坡结构参数分析及稳定性验算[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(4): 74-84. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.009
LIU Guoyin, SUN Fayuan, DING Junming, DU Degang, YIN Xiuping, ZHANG Kunhua. Structural Parameter Analysis and Stability Calculation of End−of−pit Slope of a Polymetallic Mine[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(4): 74-84. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.009
Citation: LIU Guoyin, SUN Fayuan, DING Junming, DU Degang, YIN Xiuping, ZHANG Kunhua. Structural Parameter Analysis and Stability Calculation of End−of−pit Slope of a Polymetallic Mine[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(4): 74-84. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.009

某多金属矿露天开采终了边坡结构参数分析及稳定性验算

详细信息
    作者简介: 刘国寅(1988—),男,高级工程师,本科,主要从事矿山设计及研究,E-mail: 412143348@qq.com; 孙发院,1991年出生,汉族,本科,采矿工程师,云南宣威人,云南亚融矿业科技有限公司露天项目部经理。目前从事矿山岩石力学及边坡工程研究工作。主持及参与矿山科研项目60余个,其中承担部级露天采场边坡稳定性研究项目3个。获得实用新型专利1项,在核心期刊发表论文7篇; 丁军明,1980年出生,汉族,硕士,采矿高级工程师,甘肃通渭人,2007年毕业后自主创业成立云南金澜矿业集团,目前拥有员工500余人,下属企业拥有冶金行业(冶金矿山工程)专业甲级资质、矿山工程总承包壹级资质、建筑工程总承包壹级资质、工程地质勘察、固体矿产勘查等22项资质
    通讯作者: 孙发院(1991—),男,工程师,本科,主要从事岩石力学及矿山边坡工程研究,E-mail:cumtsfy@qq.com
  • 中图分类号: TD824.7

Structural Parameter Analysis and Stability Calculation of End−of−pit Slope of a Polymetallic Mine

More Information
  • 露天多金属矿山的边坡稳定性是确保矿山安全生产和环境保护的关键问题。采用正交实验设计、极限平衡法和FLAC3D数值模拟等方法,对某露天矿山终了边坡的结构参数进行系统分析,并对其稳定性进行验证。通过正交实验设计,考察了不同坡高、坡角和地质条件下的边坡稳定性参数,并结合简化Bishop法和Morgenstern−Price法计算了安全系数。结果表明,在自然条件下,各坡面的安全系数均大于1.17,符合规范要求。为了进一步验证边坡的稳定性,采用FLAC3D数值模拟结合强度折减法进行三维稳定性分析。模拟结果表明,在边坡顶部和表面局部区域存在一定风险,但整体安全系数为1.78,表明边坡处于稳定状态。本研究不仅为露天矿山边坡设计和稳定性评价提供了理论依据和实践指导,也为类似工程项目提供了借鉴,具有提升矿山开采安全性和延长矿山寿命的重要价值。

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  • 图 1  露天采场全貌

    Figure 1. 

    图 2  现状境界剖面位置

    Figure 2. 

    图 3  不同边坡高度下最终边坡角与安全系数关系

    Figure 3. 

    图 4  边坡结构参数的分区

    Figure 4. 

    图 5  设计境界的边坡剖面位置

    Figure 5. 

    图 6  终了地形的计算模型

    Figure 6. 

    图 7  剖面位置

    Figure 7. 

    图 8  不同剖面剪应变增量

    Figure 8. 

    表 1  岩体力学参数

    Table 1.  Parameters of rock mechanics

    岩性 密度ρ
    /(g·cm−3)
    黏聚力c
    /MPa
    内摩擦
    φ/(°)
    变形模量E
    /GPa
    泊松比μ
    强风化
    英安岩
    2.65 0.0337 31.5 3.54 0.32
    中风化
    英安岩
    2.66 0.1264 32.5 9.33 0.30
    微风化
    英安岩
    2.66 0.1643 33.4 15.76 0.27
    流纹岩 2.91 0.2163 31.8 16.08 0.25
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    表 2  英安岩和流纹岩组成的边坡因素水平

    Table 2.  Slope factor levels for anglo−anglian and rhyolite compositions

    因素水平 台阶高度/m 台阶坡面角/(°) 平台宽度/m
    1 8 55 4
    2 10 60 6
    3 12 65 8
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    表 3  边坡高度为130 m下实验结果

    Table 3.  Experimental results under slope height of 130 m

    实验编号台阶高度/m台阶坡面角/(°)平台宽度/m最终边坡角/(°)实验结果 (安全系数)
    自然工况地震工况(8度设防)
    18554411.4771.350
    28606381.5621.424
    38658351.6801.524
    410556391.5451.410
    510608371.6141.470
    610654501.2351.145
    712558371.5901.449
    812604481.2661.168
    912656471.2871.186
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    表 4  边坡高度为280 m下的实验结果

    Table 4.  Experimental results under slope height of 280 m

    实验编号台阶高度/m台阶坡面角/(°)平台宽度/m最终边坡角/(°)实验结果 (安全系数)
    自然工况地震工况(8度设防)
    18554401.1811.081
    28606371.2721.160
    38658351.3741.243
    410556381.2521.143
    510608361.3061.190
    610654500.9530.879
    712558371.2991.183
    812604480.9810.904
    912656471.0160.935
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    表 5  边坡高度为326 m下的实验结果

    Table 5.  Experimental results under slope height of 326 m

    试验编号台阶高度/m台阶坡面角/(°)平台宽度/m最终边坡角/(°)试验结果 (安全系数)
    自然工况地震工况(8度设防)
    18554401.1151.016
    28606371.1971.086
    38658351.2851.162
    410556381.1791.071
    510608361.2301.115
    610654500.8860.813
    712558371.2181.105
    812604480.9120.837
    912656470.9520.871
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    表 6  边坡高度为476 m下的实验结果

    Table 6.  Experimental results under slope height of 476 m

    实验编号台阶高度/m台阶坡面角/(°)平台宽度/m最终边坡角/(°)实验结果 (安全系数)
    自然工况地震工况(8度设防)
    18554400.9830.915
    28606371.0660.991
    38658351.1621.076
    410556381.0490.975
    510608361.0961.017
    610654490.7670.716
    712558361.0941.016
    812604480.7950.743
    912656460.8320.778
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    表 7  不同边坡高度下最终边坡角最大取值

    Table 7.  Maximum values of final slope angle for different slope heights

    边坡高度/m 100~200 200~300 300~400 >400
    最终边坡角/(°) 49 38 34 30
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    表 8  设计境界的边坡稳定性计算结果

    Table 8.  Slope stability calculations for the design realm

    边坡分区 剖面编号 边坡高度/m 边坡角/(°) 载荷组合 安全系数 规范允许安全系数 备注
    M−P法 Bishop法
    B区 1 238 36 1.226 1.229 1.20 满足规范要求
    1.185 1.184 1.18 满足规范要求
    1.161 1.159 1.15 满足规范要求
    2 189 34 1.367 1.372 1.20 满足规范要求
    1.251 1.277 1.18 满足规范要求
    1.226 1.25 1.15 满足规范要求
    3 280 31 1.283 1.282 1.20 满足规范要求
    1.196 1.205 1.18 满足规范要求
    1.162 1.158 1.15 满足规范要求
    4 290 32 1.291 1.291 1.20 满足规范要求
    1.214 1.214 1.18 满足规范要求
    1.169 1.167 1.15 满足规范要求
    5 170 34 1.445 1.454 1.20 满足规范要求
    1.327 1.335 1.18 满足规范要求
    1.307 1.315 1.15 满足规范要求
    C区 6上部 288 25 1.497 −− 1.20 满足规范要求
    1.372 −− 1.18 满足规范要求
    1.323 −− 1.15 满足规范要求
    6下部 187 35 1.3 1.301 1.20 满足规范要求
    1.224 1.225 1.18 满足规范要求
    1.179 1.178 1.15 满足规范要求
    6整体 475 28 1.401 1.399 1.20 满足规范要求
    1.31 1.304 1.18 满足规范要求
    1.25 1.248 1.15 满足规范要求
    7 356 31 1.288 1.288 1.20 满足规范要求
    1.191 1.191 1.18 满足规范要求
    1.166 1.165 1.15 满足规范要求
    D区 8 115 37 1.625 1.633 1.20 满足规范要求
    1.506 1.514 1.18 满足规范要求
    1.485 1.492 1.15 满足规范要求
    A区 9 253 38 1.264 1.263 1.20 满足规范要求
    1.189 1.191 1.18 满足规范要求
    1.155 1.152 1.15 满足规范要求
    10 165 33 1.338 1.344 1.20 满足规范要求
    1.221 1.227 1.18 满足规范要求
    1.212 1.217 1.15 满足规范要求
    注:荷载组合Ⅰ为自重+地下水;荷载组合Ⅱ为自重+地下水+爆破振动力;荷载组合Ⅲ为自重+ 地下水+地震力。
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出版历程
收稿日期:  2024-04-06
刊出日期:  2024-08-15

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