露天矿边坡破坏---如何确定边坡角(Slope Angle)

1 引言

一般来说，尽管露天矿的边坡有发生滑坡或崩塌的可能性，但很少会导致同时超过3人死亡的事故，不过近期发生在甘肃省白银市的一个矿区因边坡崩塌造成10人死亡的重大事故其情形实属罕见，只能说是“死神来了”。本文首先概述了国家矿山安全监察局公布的该个事故的技术原因，然后讨论了露天矿边坡角的确定方法，由于没有本次事故的第一手资料，因此讨论与本次事故无关。

2 事故概述

2022年7月23日，甘肃省白银市景泰县泓胜煤业有限责任公司的露天煤矿发生边坡坍塌事故，造成10人死亡、6人受伤。该矿共有两个采区，设计生产能力30万吨/年，2021年10月开工建设。2022年7月23日上午，山西省民爆集团景泰爆破分公司到该矿二采区进行爆破作业，9时45分左右，爆破公司作业人员和陕西长久现代物流有限责任公司民用爆炸物品运输车辆进入矿区，10时54分左右，民用爆炸物品运输车行驶至二采区一号坑西出口150米处时，边坡发生坍塌，导致车辆及乘坐在车厢内的爆破作业人员被掩埋。

经初步分析，事故原因为：该矿对煤页岩互层边坡未按设计留设安全平盘，形成超高、超陡边坡，加之前期雨水侵润作用使岩体稳定性进一步弱化，致使边坡失稳坍塌。事故暴露出的首要问题是未按设计组织施工。该矿设计台阶高度10米、安全平盘宽度4米、清扫平盘10米、边坡角49度，但事故坍塌区域实际未留设安全平盘，将3个台阶并段，形成边坡高度24～28米、边坡角63度的超高、超陡边坡；在采坑最深处形成一处高度43米、边坡角56度的超高、超陡边坡；通向采坑最深处的道路坡度达到14%，超过8%的设计要求。

3 边坡角定义

一个典型的采矿边坡几何形状如下图所示, 在这个边坡中, 有三个不同层面的边坡角。

(1) 整体边坡角或最终边坡角(overall slope angle), 由最上一个台阶的坡顶线和最下一个台阶的坡底线的连线与水平线的夹角。整体边坡角(OSA)的选择直接影响着矿业公司的经济效益。较缓的边坡角度虽然保持了边坡稳定，但由此引起的剥采量会产生巨大费用，因此采矿工程师必须在安全与经济之间作出平衡，优化边坡角度，使得边坡角尽可能大但同时要保证合适的安全系数。一般来说，取安全系数FOS>=1.3，破坏概率POF<=5%，参看【边坡稳定判别准则---安全系数FOS和破坏概率POF；露天矿整体边坡角优化技术(Overall Slope Angle Optimization)】。

(2) 工作帮坡角(inter-ramp slope angle)，在大多数情况下定义为台阶坡底连线与水平线的夹角, 如下图所示的角IRA; IRA取决于台阶高度BH、台阶坡面角BFA以及台阶宽度CB。这些因素的不同组合可用于形成相同的工作帮坡角。台阶宽度的经验法则是CB=4.5m+0.2BH，其中BH是单个台阶高度。例如, 台阶高度BH=20m, 那么台阶宽度CB=8.5m.

也有定义为坡底与Ramp顶点连线与水平线之间的夹角，参看【露天矿边坡术语---北美英语与澳洲英语的不同表达】

(3) 台阶坡面角(bench face angle), 单个台阶坡面与水平线之间的夹角, 如上图所示的角BFA. 台阶坡面角BFA由岩石强度、结构以及是否使用控制爆破(最大限度地减少对岩壁的破坏)综合来决定。BFA可能会在不同的岩石类型和区段中有所不同，但通常在60°至75°之间。

4 Chuquicamata矿的边坡角

根据Dr. Hoek 的简化模型, Chuquicamata露天矿西帮的边坡形状如下图所示，简化的工作帮坡角在34°至40°之间。

              相关文章，在仿真秀官网搜索：

• 全球最大矿山: 丘基卡马塔(Chuquicamata)铜矿由露天开采转入地下开采
  

• Chuquicamata(丘基卡马塔)露天矿岩石力学研究
  

• "双子矿"露天开采转为地下开采岩石力学方面的考虑