基于最优边坡角的露天矿山边坡稳定性分析与安全评价研究

露天矿山边坡高度随着采矿生产不断增大,也带来了边坡稳定性问题,开展边坡稳定性分析与安全评价,是新建露天矿山项目安全设施设计的必要工作。以新疆拟建某露天矿山采场边坡为研究对象,通过现场调查进行边坡潜在风险分析,确定单台阶及局部组合台阶的潜在破坏模式主要有平面滑动、楔体滑动、弯曲倾倒。采用多种极限平衡法开展边坡稳定性计算,通过计算自重、爆破振动,以及地震等荷载组合条件下的边坡稳定性系数,评价边坡安全状态,并确定最优边坡角。采用有限差分法开展三维数值模拟,通过对边坡开挖过程中的变形破坏特征进行位移场、应力场及塑性区分布分析,为露天矿山边坡安全运行提供边坡风险管控建议。本文研究可为类似新建露天矿山项目安全设施设计提供参考。

基于三维数值模拟和切线角理论的露天煤矿滑坡灾害预防技术

露天煤矿软岩边坡变形复杂,滑坡危险性大,为了有效预防边坡滑坡灾害,提出了一种三维数值模拟和切线角理论相结合的滑坡灾害预防技术。该技术研究过程为基于大尺度三维数值模拟在空间上找到潜在变形体,利用蠕变曲线切线角理论计算,建立了不同类型边坡雷达预警阈值划分标准,并对潜在重点变形区域进行时间尺度的全天候监测。将该技术应用于霍林河煤田二号露天采区边坡的滑坡灾害预防中,取得很好的效果。通过数值模拟技术发现,采区南帮开挖区域附近边坡存在潜在变形体,有滑坡风险;再结合切线角理论计算得到的边坡雷达监测阈值提前发出预警信息,得到的边坡雷达监测变形区域与三维数值模拟得到的潜在变形区域基本一致,成功预警了边坡变形的发生,保障了露天煤矿的安全生产。

提高矿山资源利用率的设计优化措施

矿山资源利用率是影响矿山经济效益和可持续发展的重要指标。本文结合我公司设计的广东阳春石灰石矿山项目的实际问题,分析了矿山设计过程中导致资源利用率低的原因,通过综合分析项目的问题,提出了优化设计的方法。结果显示,合理调整采场边坡角度、优化矿岩量计算方法,可以显著提高资源利用率。

基于套索与优化算法的矿山岩质边坡可靠度研究

【目的】为解决拟合边坡极限状态方程时存在的过拟合与共线性等问题,且为获得更符合实际的安全系数,在考虑剪胀角的基础上,建立基于LASSO-GA-PSO的矿山岩质边坡可靠度分析模型。【方法】通过将Slide与FLAC3D相结合的方法,计算考虑剪胀角变化的边坡安全系数;采用LASSO对数据进行拟合,获得相应的极限状态方程;编写用遗传算法与LHS优化的自适应粒子群算法程序,建立基于LASSO-GA-PSO的边坡可靠度分析模型,进而确定边坡的可靠度指标。【结果】二次带交叉项的LASSO-GA-PSO模型所得的可靠度指标为2.3257,略小于LASSOMonte-Carlo的2.3879,误差为2.6%。【结论】模型具有较好的优化结果,可为类似工程提供参考。

整体边坡角对露天边坡稳定性的影响

以季德钼矿某边坡为研究对象,利用极限平衡法和Slide软件,计算规范要求中地下水、爆破及地震3种荷载不同组合下的边坡安全系数,评估稳定性。结果表明,在3种荷载情况下,安全系数分别为1.278,1.237,1.217,存在优化空间。利用Slide软件角度调整模块,分别将整体边坡角度分别提升1°,2°,3°,4°,5°,在3°时,3种荷载组合安全系数分别为1.223,1.184,1.161,满足规范要求,最终边坡角由48°提升为51°,在符合安全生产要求的同时,增加了资源利用率,提高了经济效益。

顺倾多弱层复合边坡稳定性分析及参数优化

为探究顺层多弱层复合边坡在回采煤后的稳定性及边坡优化设计,以新疆某露天煤矿南帮边坡为研究背景,运用SLOPE/W分析不同边坡形态的稳定性,并对边坡形态进行优化设计。研究结果表明:回采煤后复合边坡稳定性系数1.079小于1.2不满足规范要求;当整体边坡采用27°坡角设计,下部厚煤层区域采用预留50 m煤柱+置换开采设计时,边坡能够处于稳定状态。

北衙金矿万硐山矿段深凹露天矿边坡角的确定

露天矿山边坡具有开挖地点的无选择性、时效性和岩体的可变形性、动态性等特点。在边坡稳定性研究过程中,应结合上述特点,确定经济合理的边坡角。边坡角的大小决定了露天矿山企业的经济效益,边坡角提高1°,节约剥离成本上千万元甚至上亿元。根据深凹露天矿边坡稳定性的边坡角与岩体物理力学参数之间的关系,确定了北衙金矿万硐山矿段深凹露天矿边坡角;采用数值模拟方法对该边坡稳定性进行了计算分析。2种方法所得出的结论基本一致,对矿山实际生产和设计具有一定指导作用。

大倾角大坡度仰采综采工作面瓦斯治理技术应用

山西泓翔煤业有限公司1139综采工作面为大倾角、大坡度仰采工作面,采用上行通风方式,采空区瓦斯涌出量较大,回风流及上隅角瓦斯浓度较高,瓦斯治理难度大。根据工作面煤层赋存条件和瓦斯涌出特点,采用以抽采为主的瓦斯治理技术,工作面回风流和上隅角瓦斯浓度分别控制在0.3%、0.4%以下,保证了矿井生产安全。

露天矿最终边坡角的数值模拟研究

为了合理确定露天矿最终边坡角,在岩石力学试验和工程地质调查研究的基础上,分别应用三维弹性有限元程序ANSYS、三维弹塑性有限元程序PHASE2和三维黏弹塑性有限元程序EVP模拟最终边坡角为42°、50°、53°的开挖模式。建立计算模型时,最终台阶坡面角取65°;按照《矿山安全规程》,台阶高度12 m时,安全平台宽度取4 m,清扫平台宽度取6 m;台阶高度14m时,安全平台宽度取5 m,清扫平台宽度取8 m。结果表明,上帮最终边坡角不超过48°,下帮最终边坡角不超过50°,端帮最终边坡角不超过49°。较原有设计上帮可增大6°,下帮可增大8°～10°。

哈尔乌素露天煤矿南端帮边坡角度优化

露天煤矿边坡是构成采矿场形状的重要要素,合适的边坡角度对维持露天煤矿边坡稳定和经济效益具有重要意义。以哈尔乌素露天煤矿南端帮边坡为例,分别采用数值有限元法和Fellenius、Bishop、Janbu等3种极限平衡法相结合的方法,分析了哈尔乌素南端帮边坡在37°现有的条件下端帮边坡最小稳定系数为1.341,潜在圆弧滑动面贯穿整个坡体,南端帮边坡处于稳定状态且有进一步提高的可能。充分结合目前南端帮平台构成特征并考虑端帮运输系统的情况下,提出4种提高端帮边坡角度方案,并采用有限元法和Janbu极限平衡法对4种可行方案进行对比和稳定性分析。结果表明:边坡角度可以提高至40°,最低稳定系数能达到1.135,可增加原煤产量近43.8万t,增加岩石剥离量18.15万m3,可提高经济效益7 382万元。

毕机沟露天矿台阶坡面角取值范围及最终边坡角研究

毕机沟露天矿南北剖面山坡与凹陷露天并存,且山坡露天高达270m,设计中台阶坡面角都取65~68°、最终边坡角都取45°可能不合理.应用快速拉格朗日有限差分法(FLAC-3D)专门研究该剖面的台阶坡面角取值范围,据此建立边坡台阶构成方案,并确定最终边坡角及局部边坡的加固方案.研究表明:台阶坡面角及最终边坡角取值均与边坡类型、开采深度及岩性有关;按岩质边坡上出现的拉应力值及其区域大小确定是否加陡或减缓边坡,并确定边坡局部的加固方案,经济合理、技术可行、简便实用.该方法适用于岩质露天边坡设计中安全合理地确定台阶坡面角及最终边坡角.

基于有限元与极限平衡分析的露天矿边坡角优化

为保证露天边坡的安全稳定,提出用有限元与极限平衡综合分析法分析其稳定性并优化边坡角。利用数值分析软件ABAQUS模拟出边坡潜在滑动面和张裂缝的位置,再根据极限平衡法计算出不同边坡角下的安全系数值,绘制安全系数随边坡角的变化曲线,最后得到安全稳定条件下的最终边坡角的优化值。采用该方法对某露天矿的边坡进行优化,最终边坡角由原设计的53.5°提高至55.4°,能同时降低剥离工程量,保证边坡的稳定性。

灵泉露天矿残煤回采边坡稳定性分析与评价

为了保证灵泉露天煤矿残煤回采时边坡安全,对其边坡稳定性进行了分析与评价。根据灵泉露天煤矿东帮边坡各剖面实际揭露分层物料各自物理力学性质,应用边坡数值计算软件计算模拟灵泉露天煤矿东帮边坡的稳定性。结果表明,东帮最终帮坡边坡角为32°～35°,能够保证残煤回采时边坡的安全性。同时,对影响灵泉露天煤矿东帮边坡稳定性的主要因素进行了分析评价。结果表明,粉砂岩容易吸水,但含水率的增加对C、φ值的影响幅度小于泥岩,泥岩不易吸水,亦不易排水,但含水率对泥岩的影响幅度大。因此,在采矿过程中应加强露天矿疏干排水工作,以使边坡岩体保持较高强度,从而保证边坡安全。

露天矿最终边坡角的快速拉格朗日有限差分法研究

某露天钼矿,矿体为石英粗面岩,下盘为流纹岩,上盘为粗面凝灰岩。原设计坑底标高为630 m,最终边坡角上盘实际取48°,下盘取50°。二期设计坑底标高为500 m。为了探索露天坑底延伸后的最终边坡角,分别应用ANSYS和快速拉格朗日有限差分法（FLAC-3D）,研究矮台阶和高台阶开采的边坡稳定性及局部边坡加固方法。结果表明：应用ANSYS软件在D-P准则下研究最终边坡角及边坡稳定性是不合适的;由FLAC-3D得出经济合理的最终边坡角为48°~50°。为确保边坡的长期稳定,应用长8 m的锚索加固局部台阶,可减小其潜在的受拉区中的拉应力值;按一根锚索承担的台阶潜在的受拉区的岩体自重施加锚固力是合理的;若高台阶坡面角不变,边坡稳定性略有恶化;降低高台阶坡面角可加大边坡的稳定性。在莫尔-库伦准则下FLAC-3D适合搜索岩质边坡的潜在受拉区,据此确定最终边坡角技术可行、经济合理、简便适用。用该方法研究最终边坡角,克服了极限平衡法必须事先假定滑动面的弱点。

基于临界滑移场技术的露天矿边坡稳定性分析

本文主要应用临界滑移场技术依次搜寻、确定所研究露天矿边坡的最危险滑坡位置,再应用Ordinary、Bishop、Janbu、Morgenstern-Price四种边坡稳定性评价方法对该搜寻出危险滑面的边坡进行稳定性评价。应用以上所述方法,对本文所述露天矿现状边坡进行稳定性评价,在确保该露天矿现状边坡稳定的前提下,对其到界边坡进行坡角优化设计,找到既能使采场边坡稳定,又能实现石英石开采量最大和边坡剥离量最小的最佳坡角并确定最终开采方案。

基于锥体排除法的露天矿最终境界优化

我国经济进入新常态,钢铁冶金业大力淘汰过剩产能,加之世界铁矿市场疲软,铁矿价格持续低迷,矿山企业面临降低成本的巨大压力。对于露天矿山,提高帮坡角是充分回收资源、降低生产成本、增加矿山效益的重要手段。鉴于此,通过Opmetalminer软件建立矿床数值模型,按0.5°步长优化得到不同上盘帮坡角所对应的境界内矿岩量、总盈利、开采范围和开采深度的变化情况,通过对比分析给南芬露天矿降低生产成本提供决策。研究表明:随着帮坡角度数的提高,与基准境界相比,采出矿石量有所增加,剥离岩石量有增加有减少,总盈利增加,开采范围和开采深度在不同区域变化趋势相反。

露天铁矿边坡稳定性分析方法

采用模糊测度方法、有限元法及Bishop法对露天矿节理化边坡的稳定性进行了探讨,分析了在地下水影响下边坡稳定性随坡角及坡高的变化规律。研究结果表明,坡角达到45°时,最大失稳模糊概率为0.108 8,有限元法和简化Bishop法计算的安全系数分别为1.004 0和1.036 0。在保证合理坡角的前提下,坡高对边坡稳定性的影响是有限的。本文提出的综合分析方法可为今后露天采场的合理坡度以及合理矿山境界的确定提供一定参考依据。

露天矿最终边坡角的简易数值模拟方法

中钢集团赤峰金鑫矿业有限公司类比德兴铜矿的闪长斑岩和变质千枚岩边坡确定的最终边坡角太小,导致剥离量太大,开采效益低下。为此,应用二维弹塑性有限元程序PHASE2确定最终边坡角,并应用二维极限平衡法确定最终边坡的稳定性系数。计算表明,该矿的最终边坡角上盘应不超过48°,下盘应不超过50°,相应的平均稳定性系数分别为2.99、3.49。研究证明该方法简便、直观、快速、可靠。

岩石深凹边坡稳定性坡角的初步确定方法

在假设岩体为各向同性的弹性体,只承受自重应力作用,并对其进行截头喇叭曲面开挖情况下,以喇叭曲面形边坡上环岩体为力学模型,分析其临界下滑时的应力状态,并以库仑准则作为环岩体的破坏准则,推导出了深凹边坡的稳定性坡角a与岩体的内摩擦角j,内粘聚力C,容重g,及边坡的水平半径r之间的联系关系式。该式表明了深凹边坡的稳定性坡角可随着开挖深度增加而增大的空间力学原理,它为采用减少深凹露天矿底部废石剥离量的凸曲线形边坡奠定了理论基础,也为确定其边坡的合理形状提供了初步方法。

某山坡露天矿边坡稳定性的FLAC^(3D)研究

某山坡露天矿,原设计的最终边坡角约为46°。为了探索最终边坡角的合理性,应用快速拉格朗日有限差分法FLAC3D在摩尔-库伦准则下搜索该岩质山坡露天边坡的潜在受拉区,判定其稳定性。结果表明:经济合理的最终边坡角是50°38';应用8 m长的锚索加固局部台阶可减小其潜在受拉区中的拉应力;并段将减小边坡的稳定性;爆破开挖时的同段最大装药量与爆距对边坡稳定性影响明显。该方法确定最终边坡角技术可行,它适用于研究岩质边坡的稳定性,克服了用极限平衡法研究边坡稳定性必须事先假定滑动面的弱点。