露天开采的边坡角(Slope Angle)

1 引言

与土木工程的边坡不同,采矿工程的边坡由一系列台阶组成, 在设计边坡时会使用不同定义的边坡角, 这就导致了有时与别人交谈或者阅读文献时不得不自我追问一下, 这说的是哪个边坡角呀? 而且不同文献定义边坡角的方法不一样. 这个笔记简要回顾了采矿工程中使用的边坡角, 强调了其中的一些细微差别.

2 边坡角的定义

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;

(2) 工作帮坡角(inter-ramp slope angle), 与上图不同, 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.

(3) 台阶坡面角(bench face angle), 单个台阶坡面与水平线的夹角, 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）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。

3 Chuquicamata矿的边坡角

按照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。相对于大多数采矿边坡来说, 这个值有点儿偏低. 我们将使用这个模型进行边坡稳定的概率分析.

4 参考文献

[1] Grenon, M. and A.-J. Laflamme (2011). "Inter-ramp and bench design of open-pit mines: the Portage pit case study." Canadian Geotechnical Journal 48(11): 1601-1615.

[2] Valerio M. et al. (2020). Discrete fracture network based approaches to assessing inter-ramp design. Slope Stability 2020, PM Dight (ed.) pp.1017-1030.

[3] Read, J., & Stacey, P. (2009). Guidelines for Open Pit Slope Design. Collingwood: CSIRO. 

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