[发明专利]一种倾斜基底内排土场边坡形态的优化方法

说明书

一种倾斜基底内排土场边坡形态的优化方法，属于露天开采领域。该方法包括(1)定性分析倾斜基底内排土场边坡稳定性影响因素及潜在滑坡模式；(2)对内排土场边坡岩土体进行力学实验，得到边坡岩土体物理力学指标；(3)确定倾斜基底内排土场边坡的安全储备系数K；(4)设计不同排弃高度、不同平盘宽度的倾斜基底内排土场边坡形态，并设计最优的边坡稳定性系数和最大的排弃空间。(5)结合强度折减理论算法，运用FLAC^3D有限差分数值模拟软件对以上得到的最优边坡形态方案进行模拟检验，进一步验证最优边坡形态的可行性。该方法确保了内排土场的稳定及内排空间的不断扩展，为边坡形态的设计提供了依据，同时也节省了大量露天开采成本。

技术领域

本发明属于露天开采领域，特别涉及一种倾斜基底内排土场边坡形态的优化方法。

背景技术

露天煤矿在生产过程中为减少土地占用和缩短剥离运距会将剥离物直接排弃到露天采场的采空区内，形成内排土场。内排土场边坡高大且距离采剥工作面较近，其稳定性直接影响到露天矿能否安全生产。内排土场边坡的稳定性除了与排弃物料性质、基底岩土体性质、边坡形态等因素有关外，基底形态也是影响到其稳定性的主要因素。如果基底倾向与内排土场边坡倾向一致，内排土场边坡转变为倾斜边坡，高大边坡与倾斜边坡并存，必将对边坡安全造成重大隐患，因此倾斜基底内排土场边坡形态设计问题不容忽视。

目前大多数露天煤矿在进行生产时遇到倾斜基底会保守选择向外排土场排弃剥离物，这样很大程度增加了剥离运距，没有有效的利用已有的土地资源，浪费了大量的人力、物力、财力。现有技术选择内排土时大多基于现状根据经验进行缓坡排土，考虑到安全的同时又没能兼顾到经济效益最大化。因此迫切需要提出一种对倾斜基底内排土场边坡形态进行优化的方法，保障露天矿安全生产的同时又能创造最大的经济效益。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种倾斜基底内排土场边坡形态的优化方法。该方法确保了内排土场的稳定及内排空间的不断扩展，为边坡形态的设计提供了依据，同时也节省了大量露天开采成本。

本发明的一种倾斜基底内排土场边坡形态的优化方法，包括以下步骤：

步骤1，结合倾斜基底内排土场边坡的具体情况，定性分析倾斜基底内排土场边坡稳定性影响因素及潜在滑坡模式；

步骤2，对内排土场边坡岩土体进行力学实验，得到边坡岩土体物理力学指标；

步骤3，根据具体露天煤矿内排土场边坡的服务年限、重要程度、各构成部分物理力学指标的掌握程度和滑坡潜在危害等因素，确定倾斜基底内排土场边坡的安全储备系数K；

步骤4，设计不同排弃高度、不同平盘宽度的倾斜基底内排土场边坡形态，并设计最优的边坡稳定性系数和最大的排弃空间，其具体优化方法为：

(1)最优的边坡稳定性系数的确定：根据极限平衡法中的简化Bishop法，计算边坡稳定性系数Fs，当满足Fs＞K的边坡形态为露天矿安全边坡形态；

所述的边坡稳定性系数Fs的计算方法为：

首先假设了岩体滑裂面是两个圆柱面，并且假设了作用力在划分的不同条带间的方向为水平方向，之后，通过垂直方向力的平衡求解条底反力，并依据对某一相同点的力矩平衡计算出稳定性系数Fs；

Bishop法的根本假设，是将滑面认定成圆弧面，将稳定性系数描述成对滑面旋转中心的抗滑力矩与下滑力矩的比值，同时假设划分的不同条带所受的力都处于平衡状态。具体的稳定性系数Fs的公式为：

式中，i为第i条带；n为条带总个数；c`为黏聚力；l_i为第i条滑面的长度；W_i为第i条带的重力；α_i为第i条带滑面倾角；μ_i为作用在滑面上的单位面积的孔隙水压力；为内摩擦角；