金堆城小北露天矿深凹边坡形状优化

维普资讯

总第１２８期

２００６年第１２期

西部探矿工程

ＷＦ￣ｑＴ－－ＣＨＩＮＡ ＥＸＰＬＯＲＡＴ１０Ｎ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

ｓｅｒｉｅｓ Ｎｏ．１２８

Ｄｅｅ．２００６

文章编号：１００４－－５７１６（２００６）１２一（）（）９０—０３ 中图分类号：ＴＤ１６４文献标识码：Ｂ

金堆城小北露天矿深凹边坡形状优化

赵克烈 ，张世雄 ，张 松。，刘雁鹰。，石栓虎。

（１．武汉理工大学，湖北武汉４３００７０；２．湖南省长沙煤矿安全监察站，湖南长沙４１０００４；

３．金堆城钼业公司，陕西华县７１４１０２）

摘要：运用弹性力学的空间分析方法，推导出椭圆形深凹露天矿边坡上任意点的临界稳定边坡角、高程与此点的水平

曲率和岩体物理力学参数的关系式，并据此解算出金堆城小北露天矿边坡的合理形状，不但减少了废石剥离量，而且更

有利于边坡的稳定。

关键词：深凹边坡；边坡形状的优化；椭圆；拟合曲线

１问题的提出

金堆城铝业公司是我国最大的铝生产企业。该公司小北露

天矿的矿岩比较松软，稳定性较差，整个边坡在水平面上呈矩形，

原设计１２００ｍ高程以上风化层的边坡角为３６。，以下为４２。～

４３。。随着开采工作的进行，出现了两个急需解决的问题：矿山现

／，／ 一

Ｖ 。

ｂ

有的废石剥离量已占到矿山采剥总量的将近一半，在当前确定

的４１。边坡角的情况下，每采Ｉｔ深部矿石所需分摊的废石剥离量

将迅速增加，减少深部开采对应的废石剥离量将成为提高矿山

经济效益的重要途径；矿体在水平面上呈扁豆状，矿体垂直延伸，

不但造成了在边坡４个边角部位的大量无用剥离，而且由于形成

ｌ

｛ ／

＼

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～。

０

／

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～

一

的边坡的直角边过长，当坑内矿体被采出后，４个直角边呈不利

的两向受力状态，受地应力的压迫向坑内弯曲，处于边坡岩体最

易破坏的拉应力状态，越靠近直角边中部拉应力越大，这是当前

金堆城钼矿边坡破坏的重要原因。

２平面为椭圆的深凹边坡的力学分析

一

针对金堆城露天矿的形状特征，分析在平面上表征为椭圆

形的深凹边坡的受力情况。假定岩体为连续、均质、各向同性的

弹性体，岩体只承受自重应力的作用。

取椭圆形岩环上Ｍ（Ｘ，ｙ）点一微元体△Ｖ为研究对象，可绘

出其达到临界下滑状态的受力图，如图１所示。

图中，△ｓ为岩环环向截面积，△Ｖ为微元体的体积。于是

有：

ＡＶ－－ＡＳｒｄＯ （１）

Ｏ０一Ｏｒ，一一

图１椭圆形岩环中微元体△Ｖ受力图

式中：ｒ¨ Ｍ（ｘ，ｙ）点处的水平曲率半径。

以微元体沿滑动方向的力平衡为条件，有方程：

ＡＶ７ｓｉｎａ—ＡＹ￣０ｄ０ｃｏｓａ＝（ＡＶＹｅｏｓａ＋ＡＳｅｏｄ０ｓｉｎａ）ｆ （２）

式中：Ｃ、 一一岩体的粘聚力和内摩擦角。

把式（５）代入式（３）便得：

＾ 一

文献［１］推导的环向弹性应力公式为：

二．． ｃ０Ｉａ （３）

ｒ

！ Ｑ ５巳 （６）

Ａｎｃｏｔａ（１一ｓｉｎｑｏ）

再把式（６）代入力的平衡方程式（４），并取ｆ＝Ｉａｎ（Ｐ，就可得：

ｔａｎａ—ｌａｎ￣ｏ＋２Ｃ／［Ｔｒ（１一ｓｉｎ ）ｃｏｓ 一２ｓｉｎ ｃｏｓ们 （７）

（４） ７ｓｉｉｒｌｌ—Ａｏｃ。ｔｄ ｃ。ｓｄ＝（ ∞ｓｄ＋Ａ０￣ｏｔａ ７Ａｚｓ ｎａ）ｆ

ｙ）点处的临界稳定性坡角的正切函数：

把式（１）和式（３）代入式（２），得到：

再把Ｍ（ｘ，ｙ）点的水平曲率半径ｒ代入式（７），就得到Ｍ（ｘ，

ｌａｎａ—ｔａｎ￣ｏ＋２Ｃａ ｂ／｛［７ａ４＋ｘ （ －－ａ。）］ （１一ｓｉｎａ）ｃｏｓｑｏ－－

若椭圆形岩环达到溃屈状态，即Ａｚ达到△ｚｎ ，使得Ｏ０达到

ｏ…，此时，取岩环的最大主应力和最小主应力分别为：ｏｔ—Ｏ０一

Ｏｍａ ，ｄ。一０。由库仑定律可得：

２Ｃａ ｂｓｉｎ ｃｏｓ ｝ （８）

式（８）就是推导出的椭圆形深凹露天矿边坡上任意点Ｍ（ｘ，

ｙ）临界稳定性坡角与此点的水平曲率半径和岩体物理参数的关