CN110616722B - 露天矿开采境界的边坡安全设计方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于特大型高陡边坡露天矿开采境界的边坡安全设计方法、装置及存储介质。针对特大型高陡边坡露天矿开采境界的边坡设计中道路系统布置导致的路间边坡变陡引发的安全问题，本发明提出了结合开采境界的路间边坡稳定性综合考虑整体边坡安全的设计方法，建立了整体边坡角、路间边坡角与各边坡结构参数间的关联关系，通过路间边坡的安全稳定性分析方法，实现了基于稳定路间边坡角下的整体边坡安全设计。本发明有利于保障特大型高陡边坡露天矿的开采安全，弥补露天矿开采境界边坡设计中存在的不足，为露天矿山的全面安全设计提供了技术支撑。

Description

露天矿开采境界的边坡安全设计方法、装置及存储介质

技术领域

本发明属于边坡设计技术领域，具体涉及一种应用于特大型高陡边坡露天矿开采境界的边坡安全设计方法、装置及存储介质。

背景技术

“广”而“贫”是我国矿产资源的主要特征，国家资源战略正逐步向人烟稀少的西部高原、高寒或荒漠地带转移，规模化、设备大型化、智能化、低成本运行是未来资源开采的发展方向。对于埋藏较浅、厚大型贫矿床，采用露天矿开采无疑是最为经济可行的资源回收方法。为适应我国矿产资源开发趋势，冶金矿山采矿设计规范(GB50830-2013)中明确定义了矿石生产规模大于1500万吨/年或矿岩规模合计达6000万吨/年及以上的露天矿山为特大型露天矿。

特大型高陡边坡露天矿具有生产规模大，边坡高陡，配套的采选设备、设施大型化等诸多特点，产生了不同于以往开采境界边坡设计的新问题。目前国内外对于露天矿边坡稳定性的分析理论和方法相对比较成熟，形成的的稳定性分析方法包括工程地质分析法、极限平衡分析法、数值分析方法和可靠性分析方法等。但分析已有的研究成果不难发现，几乎所有的露天矿边坡稳定性分析都是基于矿山的整体边坡角的安全考虑，忽视了加入设计道路运输系统后的开采境界路间边坡稳定性对整体边坡稳定性的影响。对于特大型高陡边坡露天矿而言，在设计露天矿开采境界时，根据场内道路运输系统的布置及运输设备对道路宽度的要求，每个区域内通过道路条数并不相同，在保证整体稳定终了边坡角的情况下，由于运输道路宽度的影响，路间边坡角将高于整体边坡角，且通过的道路条数越多，路间边坡角将越陡。因此，为保证矿山开采的边坡安全，需结合路间边坡综合考虑整体边坡的开采安全。

发明内容

为了解决现有方法在特大型高陡边坡露天矿的边坡设计应用中存在的不足，实现开采境界边坡的安全优化设计，本发明提供了一种露天矿开采境界的边坡安全设计方法、装置及存储介质。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，一种露天矿开采境界的边坡安全设计方法，应用于特大型高陡边坡露天矿，包括：

获取开采境界路间边坡的几何构成，并根据所述路间边坡的几何构成，建立路间边坡角与台阶参数的关联关系，得到第一关联关系；

获取开采境界整体边坡的几何构成，并根据所述整体边坡的几何构成，建立整体边坡角与台阶参数、运输道路参数的关联关系，得到第二关联关系；

根据所述第一关联关系和所述第二关联关系，构建所述整体边坡角与所述路间边坡角、所述运输道路参数的关联关系，得到第三关联关系；

根据所述第三关联关系，确定目标整体边坡角。

进一步可选地，所述台阶参数包括：台阶高度、平台宽度和台阶坡面角。

进一步可选地，还包括：

获取台阶超爆参数，所述台阶超爆参数包括断裂剪切强度值、断裂方位、断裂长度和单元映射图的节理组数据的统计间距；

基于预设软件和所述台阶超爆参数，获取超爆距离小于预设超爆阈值的概率；

根据所述超爆距离小于预设超爆阈值的概率，计算目标超爆距离；

根据所述目标超爆距离，计算有效的所述台阶坡面角。

进一步可选地，还包括：

获取所述路间边坡的破坏模式；

根据所述路间边坡的破坏模式，确定所述路间边坡的稳定性；

所述基于预设软件和所述台阶超爆参数，获取超爆距离小于预设超爆阈值的概率为：

基于所述路间边坡的稳定性、所述台阶超爆参数和所述预设软件，获取超爆距离小于预设超爆阈值的概率。

进一步可选地，还包括：

根据所述路间边皮角台阶的超爆计算，获取安全路间边坡角；

判断所述路间边坡角是否大于所述安全路间边坡角；

所述根据所述第三关联关系，确定目标整体边坡角为：若所述路间边坡角大于所述安全路间边坡角，则根据所述第三关联关系计算所述整体边坡角；

若所述路间边坡角小于所述安全路间边坡角，则根据路间边坡的分布情况，获取所述整体边坡角。

又一方面，一种露天矿开采境界的边坡安全设计装置，应用于特大型高陡边坡露天矿，包括：获取模块和处理模块；

所述获取模块，用于获取开采境界路间边坡的几何构成和获取开采境界整体边坡的几何构成，并将获取到的所述路间边坡的几何构成和所述整体边坡的几何构成发送至所述处理模块；

所述处理模块，用于接收所述获取模块发送的所述路间边坡的几何构成和所述整体边坡的几何构成，并根据所述路间边坡的几何构成，建立路间边坡角与台阶参数的关联关系，得到第一关联关系；根据所述整体边坡的几何构成，建立整体边坡角与台阶参数、运输道路参数的关联关系，得到第二关联关系；还用于根据所述第一关联关系和所述第二关联关系，构建所述整体边坡角与所述路间边坡角的关联关系，得到第三关联关系；还用于根据所述第三关联关系，确定目标整体边坡角。

进一步可选地，所述台阶参数包括：台阶高度、平台宽度和台阶坡面角。

进一步可选地，所述获取模块，还用于获取台阶超爆参数，所述台阶超爆参数包括断裂剪切强度值、断裂方位、断裂长度和单元映射图的节理组数据的统计间距；还用于基于预设软件和所述台阶超爆参数，获取超爆距离小于预设超爆阈值的概率，并将所述超爆距离小于预设超爆阈值的概率发送至所述处理模块；

所述处理模块，还用于接收所述获取模块发送的所述超爆距离小于预设超爆阈值的概率，并根据所述超爆距离小于预设超爆阈值的概率，计算目标超爆距离；根据所述目标超爆距离，计算有效的所述台阶坡面角。

进一步可选地，所述获取模块，还用于获取所述路间边坡的破坏模式，并将所述破坏模式发送至所述处理模块；

所述处理模块，还用于接收所述破坏模式，并根据所述破坏模式，确定所述路间边坡的稳定性。

又一方面，一种存储介质，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序，以实现上述任一项所述的露天矿开采境界的边坡安全设计方法。

本发明实施例提供的露天矿开采境界的边坡安全设计方法、装置及存储介质，包括获取开采境界路间边坡的几何构成，并根据路间边坡的几何构成，建立路间边坡角与台阶参数的关联关系，得到第一关联关系；获取开采境界整体边坡的几何构成，并根据整体边坡的几何构成，建立整体边坡角与台阶参数、运输道路参数的关联关系，得到第二关联关系；根据第一关联关系和第二关联关系，构建整体边坡角与路间边坡角、运输道路参数的关联关系，得到第三关联关系；根据第三关联关系，确定目标整体边坡角。进行目标整体边坡角的设计时，结合考虑了加入设计道路运输系统后的开采境界路间边坡稳定性对整体边坡稳定性的影响，建立了整体边坡角、路间边坡角与各边坡结构参数间的关联关系，通过路间边坡的安全稳定性分析方法，实现了基于稳定路间边坡角下的整体边坡设计。本发明有利于保障特大型高陡边坡露天矿的开采安全性，弥补露天矿开采境界边坡设计中存在的不足，减小现有边坡设计方法中的安全隐患，为露天矿山的全面安全设计提供了技术支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种露天矿开采境界的边坡安全设计方法的流程示意图；

图2为某境界内局部较陡路间边坡平面示意图；

图3为某境界边坡A-A剖面示意图；

图4为本发明实施例中路间边坡角、台阶坡面角、平台宽度与台阶高度之间的几何关系示意图；

图5为台阶坡顶线及台阶坡面角的不规则性变化示意图；

图6为超爆定义示意图；

图7为某分区设计饼图；

图8为台阶坡面角概率分布图；

图9为基于平台可靠性的路间边坡角分布；

图10为典型破坏模式；

图11为本发明实施例提供的一种露天矿开采境界的边坡安全设计装置结构示意图；

图12为本发明实施例提供的存储介质结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例一：

为了更加清楚地说明本实施例发明方法的过程和优点，本发明提供一种露天矿开采境界的边坡安全设计方法。

图1为本发明实施例提供的一种露天矿开采境界的边坡安全设计方法的流程示意图。

本申请提供的设计方法应用于特大型高陡边坡露天矿，图2为某境界内局部较陡路间边坡平面示意图，图3为某境界边坡A-A剖面示意图。请参阅图2、图3，图中标识出了特大型高徒边坡示意图，并标识了整体终了边坡角、路间边皮角和运输道路的几何关系。

露天矿开采境界是指露天采矿场的底平面、最终边坡及开采深度所构成的空间几何形状。而露天矿开采境界的边坡安全稳定性直接关系到露天矿的安全高效开采。目前，通常的做法是通过对高陡边坡露天矿边坡稳定性分析来确定边坡的安全性，从而确定边坡是否处于稳定状态，是否需要对其进行加固与治理，防止其发生破坏。但是，目前对稳定性的分析都是基于矿山的整体边坡角的安全考虑，忽视了加入设计道路运输系统后的开采境界路间边坡稳定性对整体边坡稳定性的影响，使得存在安全隐患。对于特大型高陡边坡露天矿而言，在设计露天矿开采境界时，根据场内道路运输系统的布置及运输设备对道路宽度的要求，每个区域内通过道路条数并不相同，在保证整体终了边坡角的情况下，由于运输道路宽度的影响，路间边坡角将高于整体边坡角，且通过的道路条数越多，路间边坡角将越陡。因此，为保证矿山开采的边坡安全，需结合路间边坡安全综合考虑整体边坡的开采安全。

例如，某矿山位于海拔5000m以上，地貌类型属高原山地，区内相对高差一般300m～500m，地形坡度一般30°～45°，局部形成陡岩。矿体在平面上呈近东西走向，长约1800m，南北宽约1760m，呈似椭圆形状，平面投影面积约2.56Km²左右；在垂直方向上，矿体呈不规则柱状体向深部延展，倾角近于直立。通过软件优化圈定并经人工修整后的设计开采境界坑底标高4600m，上口最大尺寸：东西长2770m，南北宽2615m；下口最大尺寸：南北长870m，东西宽225m。东侧边坡最高标高5524m，边坡最大高度924m；南侧边坡最高标高5518m，边坡最大高度918m；西侧边坡最高标高5414m，边坡最大高度814m；北侧边坡最高标高5476m，边坡最大高度876m。采场封闭圈标高5020m，山坡露天最大高度504m，凹陷露天深度420m。该矿山设计采矿规模15万吨/日，场内运输道路设计宽度38m。

表1为开采境界各地质分区边坡角参数表。

在现有技术中，矿山按边坡设计形态、所处位置、边坡高度、边坡岩体优势结构面产状及与边坡的组合关系、工程地质岩组的分布特征、不连续面特征、地下水状况等要素基本相同或一致的原则将境界划分为五个地质分区，每个分区均推荐了不同的稳定终了边坡角，如图2、图3和表1所示。

表1开采境界各地质分区边坡角参数

为保证矿山运输能力，境界设置多个出入沟口，道路系统采用环形布置，道路系统复杂。参阅图2，在开展矿山的露采境界设计时，受布置的道路宽度，以及各区域内通过的道路条数影响，部分区域的路间边坡角(由运输道路之间一系列不间断的台阶组成的边坡角)超过了表1所示的推荐终了边坡角的5°～6°，且边坡高度达到200m～300m，相当于中、大型矿山边坡，如图3所示。

请参阅图1，本实施例提供的露天矿开采境界的边坡安全设计方法，可以包括以下步骤：

S11、获取开采境界路间边坡的几何构成，并根据路间边坡的几何构成，建立路间边坡角与台阶参数的关联关系，得到第一关联关系。

进一步地，台阶参数包括：台阶高度、平台宽度和台阶坡面角。

为了便于建立路间边坡角与各结构参数间的关联关系式，揭示其内在规律，假设露天境界边坡的各台阶平台宽度相同，即安全平台与清扫平台宽度一致。其分析结果具有通用性。

图4为本发明实施例中路间边坡角、台阶坡面角、平台宽度与台阶高度之间的几何关系示意图。

请参阅图4，其中，1为运输道路，根据其几何关系，可以得到如下关联关系方程：

其中，I为路间边坡角；B为台阶坡面角；H_b为台阶高度；W_b为安全(清扫)平台宽度。

根据(1)可知，路间边坡角与台阶高度、台阶坡面角和平台宽度有关，存在一定的几何关系，台阶高度与台阶坡面角可根据边坡结构参数优化的具体需求进行确定。因此，路间边坡角主要通过满足清理设备运行的平台宽度进行调整。平台宽度越大，路间边坡角越缓，两者之间呈单调递减关系。

最小清扫平台宽度的选择可以基于地质学家A.M.Ritchie为公路削减的研究工作进行设定。而因为沿着矿山台阶的落石问题不像公共道路那么关键，因此Ritchie的建议已经被修正。推荐的最小清扫平台宽度主要依赖于台阶高度，并在较小程度上依赖于台阶坡面角。对大于55°的台阶坡面角，最小平台宽度计算公式如下：

W＝4.6+0.2*H (2)

式中：W—平台宽度(m)；H—平台高度(m)。

S12、获取开采境界整体边坡的几何构成，并根据整体边坡的几何构成，建立整体边坡角与台阶参数、运输道路参数的关联关系，得到第二关联关系。

开采境界的整体边坡是由一系列的路间边坡和运输道路组成，是边坡的最终整体状态。矿山整体边坡的稳定边坡角根据地质结构特征、矿岩性质等通过岩石力学试验与边坡稳定性分析后综合确定。由开采境界整体边坡的几何构成可得到如下关联关系：

其中，O为整体边坡角；B为台阶坡面角；H_b为台阶高度；W_b为安全(清扫)平台宽度；W_hr为运输道路宽度；H_s为整体边坡高度；n为运输道路条数。

由(3)可知，整体边坡角的构成与各参数均存几何函数关系，按稳定终了边坡角圈定获得初始境界后，相应边坡的整体垂直高度基本确定。整体边坡的设计即在保证稳定终了边坡角的前提下，根据边坡的整体垂直高度，通过的运输道路情况，调整安全(清扫)平台宽度来满足整体稳定边坡角要求。

S13、根据第一关联关系和第二关联关系，构建整体边坡角与路间边坡角、运输道路参数的关联关系，得到第三关联关系。

例如，根据式(2)，可以得到：

根据公式(1)和(4)，可以得到：

H_s(cotO-cotI)+H_b(cotI-cotB)(1+n)＝n×W_hr (5)

由公式(5)可知，台阶坡面角、路间边坡角与整体边坡角存在一定的几何函数关系。对于任一整体边坡来说，边坡的整体高度、台阶高度、台阶坡面角，通过该区域的道路条数一般是确定的。因此，整体边坡角与路间边坡角属于一一对应关系。而整体边坡角和路间边坡角均与平台宽度成一一对应函数关系。因此，要保证整体与路间边坡均安全为前提下的经济优化设计主要方式是调整平台宽度值。

S14、根据第三关联关系，确定目标整体边坡角。

具体地，根据公式(5)，确定目标整体边坡角。

本发明实施例提供的露天矿开采境界的边坡安全设计方法，包括获取开采境界路间边坡的几何构成，并根据路间边坡的几何构成，建立路间边坡角与台阶参数的关联关系，得到第一关联关系；获取开采境界整体边坡的几何构成，并根据整体边坡的几何构成，建立整体边坡角与台阶参数、运输道路参数的关联关系，得到第二关联关系；根据第一关联关系和第二关联关系，构建整体边坡角与路间边坡角、运输道路参数的关联关系，得到第三关联关系；根据第三关联关系，确定目标整体边坡角。在进行目标整体边坡角的设计时，结合考虑了加入设计道路运输系统后的开采境界路间边坡角的稳定性对整体边坡稳定性的影响，建立了整体边坡角与路间边坡角、运输道路参数的关联关系，从而根据关联关系，进行目标整体边坡角的设计，使得矿山开采的边坡安全设计中，结合路间边坡角的安全稳定性综合考虑整体边坡的开采安全，减小了现有技术中的安全隐患。本发明可以针对特大型高陡边坡露天矿开采境界的边坡设计中存在的安全漏洞，提出结合开采境界的路间边坡稳定性综合考虑整体边坡安全的设计方法，建立了整体边坡角、路间边坡角与各边坡结构参数间的的关联关系，通过路间边坡的安全稳定性分析方法，实现了基于稳定路间边坡角下的整体边坡设计。本发明有利于保障特大型高陡边坡露天矿的开采安全性，弥补露天矿开采境界边坡设计中存在的不足，为露天矿山的全面安全设计提供了技术支撑。

进一步地，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的露天矿开采境界的边坡安全设计方法，还可以包括以下步骤：获取台阶超爆参数，台阶超爆参数包括断裂剪切强度值、断裂方位、断裂长度和单元映射图的节理组数据的统计间距；基于预设软件和台阶超爆参数，获取超爆距离小于预设超爆阈值的概率；根据超爆距离小于预设超爆阈值的概率，计算目标超爆距离；根据目标超爆距离，计算有效的台阶坡面角。根据路间边皮角台阶的超爆计算，获取安全路间边坡角；判断路间边坡角是否大于安全路间边坡角；根据第三关联关系，确定目标整体边坡角为：若路间边坡角大于安全路间边坡角，则根据第三关联关系计算整体边坡角；若路间边坡角小于安全路间边坡角，则根据路间边坡的分布情况，获取整体边坡角。

具体地，在本实施例中，对路间边坡角的安全进行考虑分析。露天矿开采境界的最终边坡设计由整体边坡稳定性控制，但是台阶几何形态，即路间边坡角由区域内岩体结构控制。因此，在保证最终边坡沿整体稳定边坡角设计情况下，需对路间边坡角进行稳定性分析。即验证根据整体边坡角设计确定的路间边坡角的台阶设计具有足够的可靠性，即在提议的整体边坡设计角下，不发生过多的平台破坏。因此，需要有效的台阶坡面角。

台阶形态是台阶高度、台阶宽度和台阶坡面角的函数，路间边坡角的基础是可实现的台阶配置。台阶高度主要由所用采矿设备确定。平台宽度按照安全要求，其宽度根据操作经验、清理设备运行要求、表面特征、边坡服务期限、台阶高度和台阶坡面角等进行估计。

图5为台阶坡顶线及台阶坡面角的不规则性变化示意图。请参阅图5，地质结构方向的变化和爆破开采过程将导致台阶坡顶线和台阶坡面角的不规则性变化。因此，台阶设计的标准是在给定的可靠性下保持一定的清扫平台宽度。

保持指定清扫平台宽度的合理可靠性选择是长期落石程度、开采年限、爆破控制和作业人员经验的函数，本实施例中，推荐的可靠度范围为60％～90％。例如，露天坑内的清扫平台设计基于70％～90％的可靠性，可以采用80％的可靠性来保持最小清扫平台宽度。

在本实施例中，为了确定可实现的台阶坡面角，开展概率分析，计算不同区域内预期的超爆量。

图6为超爆定义示意图。请参阅图6，超爆定义为：沿着揭露的台阶边坡地质结构临空面向露天坑脱落的行为。超爆距离定义为：从开采台阶坡顶线扩展到上部台阶破底线的水平距离。

具体地，可以采用数值分析软件Backbreak预测矿山台阶坡面角概率分布。该软件可根据断裂剪切强度值、方位、长度和单元映射图的节理组数据的统计间距，预测理论上可达到的最大台阶坡面角分布。该项分布基于台阶坡顶线离垂直面应沿单一或相交断面超爆的距离。Backbreak软件输出是超爆距离小于或等于给定距离的概率，通过超爆距离可转换成台阶坡面角。

超爆发生概率范围为0～1，具有相应的台阶坡面角。台阶坡顶线外部的半米到一米几乎总是破坏或者开挖期间被挖掉。因此，在不考虑破坏大小的情况下，那个区域的破坏概率接近1.0。当垂直坡面的坡顶线超爆距离增加时，破坏体积也增加，但是破坏的概率减小，直到不再超爆。因此，超爆概率可用来评估保持台阶坡面角或清扫平台宽度的可靠性。该可靠性的计算方法是1减去超爆发生概率。

在本实施例中，在考虑路间边坡角台阶超爆时，可以根据以下几方面来进行考虑：(1)岩体结构统计。为每一个平面剪切和楔形几何设计集进行结构统计计算。这些参数包括倾斜方位、倾角、间距、长度的平均值和方差和倾斜方位和倾角关系的相关系数。(2)岩石强度。包括各类主要岩石的断面剪切强度和岩石密度值。特定的工程岩石类型强度被赋予主要由该岩石类型组成的设计分区中。(3)地下水。对减压(干燥)地下环境进行分析。由于沿着台阶从坡顶线超爆形成的破坏形态相对较小，驱动力也相对较低。因此，在饱和而不是干燥条件下进行分析通常对稳定性和由此产生的超爆距离具有较小的额外影响。(4)发生概率。指定方向的设计岩体结构组将沿着边帮发生的概率决定于超爆分析的输入。如果结构组发育很好，即在大多数单元内可以观察到映射点，沿边帮稳定性的影响概率(发生概率)要比只在一两个单元内观察到的相同结构组要高很多。发生概率的计算方法是用结构域内映射的单元总数除以观察到结构组的单元数目。然后，这些值被输入到分析程序中，用于衡量结构组将发生不稳定的潜在影响。

图7为某分区设计饼图。请参阅图7，对于提出的最终露天坑的每一个分区，将每一个地质结构域的期望边坡方位描绘在斯密特网上。表示平面剪切和形成左、右楔形边界的线被画在施密特网上，形成三部分饼图。对位于设计饼图内的结构数据进行统计计算，然后输入到Backbreak软件中。

利用结构域生成结构数据库，由Backbreak分析生成最终开采境界设计某分区的单台阶(15m)配置的台阶坡面角分布。由Backbreak计算最大值和预测台阶坡面角分布。基于该分布，在一定范围的可靠度内计算路间边坡角和设计清扫平台宽度。一旦由沿着控制断面、平面剪切和楔形体破坏的累计效应确定了超爆距离和边坡角分布，对应的理论和预测的台阶坡面角分布就可以得到确定。

图8为台阶坡面角概率分布图。图9为基于平台可靠性的路间边坡角分布。

请参阅图8，给出了最终露天坑某设计分区的15m单台阶和30m双台阶并段理论和预测的台阶坡面角分布曲线。图7是某设计分区内分析需要的台阶可靠性表，由对应分区(图8)的预测曲线产生。这些数据表指明了预测的平均台阶坡面角，明确了路间边坡角和对应可靠性产生的平均台阶几何形态。数据表可用于评估改变一项或多项设计参数，如要求的最小可靠度带来的影响。

由图9可知，单台阶15m，平台宽度7.6m，可靠性大于80％的路间边坡角为46°，台阶坡面角为65.3°。通过在第二列(平台可靠性表)搜索所求可靠性等级和横向追踪第一列的对应的路间边坡角，确定任一等级可靠性的路间边坡角。

在本实施例中，根据Backbreak计算获得的路间边坡角结果，优化根据整体边坡角设计的路间边坡角值，以达到在符合不对矿产资源开发产生不利影响相应风险等级的情况下，选择最陡的露天边坡角。

进一步地，在上述实施例的基础上，为了保证结果的安全性与经济性相适应，本发明实施例中，还可以包括以下步骤：获取路间边坡的破坏模式；根据路间边坡的破坏模式，确定路间边坡的稳定性；基于路间边坡的稳定性、台阶超爆参数和预设软件，获取超爆距离小于预设超爆阈值的概率。

图10为典型破坏模式。请参阅图10，边坡破坏模式的确定对边坡稳定性具有很大的影响，不同的稳定性分析计算方法适用于不同的破坏模式，而不同的稳定性判别，会得出不同的边坡稳定与否的结论。一般露天边坡稳定性分析时，判定边坡破坏模式主要是考虑岩性、岩体结构面类型、优势结构面产状和边坡结构参数(坡向、坡角、坡高等)等因素及其关系，在本实施例中，对岩质边坡主要依据是岩体结构与边坡的组合关系，可以遵循以下原则：

(1)根据已有的工程地质水文资料，尽量找出“确定面”或“特征面”，即为坡体内不连续面或软弱夹层、破碎带、岩层控制面等相互连通、与边坡临空面构成的形状、位置、大小都已确定的潜在剪切面，这类潜在剪切面主要受控于工程地质和力学特征。(2)按节理裂隙组数、产状或岩体强度等来考虑边坡破坏模式，有下列条件之一者，均可判定为圆弧型破坏模式：①均匀松散介质、冲积层、大型岩层破碎带；②有三组或多组产状各异的软弱结构面存在，且不与边坡面同向；③强风化碎裂结构的岩体；④某些强度很低的岩石边坡；⑤软弱面的产状各异且均不与边坡面同向；⑥两侧面脱开。岩质边坡潜滑面的形状一般来说不会是很严格的圆弧形，经验已表明：大量滑坡实测的滑动面都可近似地表示为垂直裂隙加圆弧型。(3)楔形滑动破坏判别。楔形四面体通常由两组弱面组成，楔体沿某弱面滑动的判别准则如下：①两结构面中必定有一个倾角较大的陡立面，通常为直立的最小断裂面。②最小断裂面被拉开后，楔体沿另一结构面滑动。③沿该结构面滑动的面上的内摩擦角要小于该面的倾角。(4)采用数值模拟分析技术，根据边坡体内最大剪应变和剪切破坏区的发展状况与趋势，来确定或验证边坡体的滑动模式。破坏模式是用以表示能够造成边坡位移的一组假设条件的工程术语。工程分析，如极限平衡法，用来评估是否将真正发生位移，数值模型用以评估如果发生位移则位移的大小。如果发生位移，地质工程层面上的破坏就会发生，但是这不同于生产层面上的破坏，生产层面上的破坏是位移大到以致于对生产产生不利影响而发生的破坏，图8为典型破坏模式。剥落，也被称为落石，剥落发生在地质结构产生具有多面块结构特性的容易从岩体中分离的岩石的边坡上。分离的岩块滚下堆积在台阶上。旋转剪切破坏，旋转剪切破坏模式用以评估由低强度岩体或间距紧密和随机取向的岩体结构材料组成的边坡的稳定性。破坏面通常被认为是圆形或非圆的圆弧形。平面剪切破坏，平面剪切破坏模式可能会发生在地质结构走向平行或近似平行于边坡坡面走向，以比露天坑边坡角平缓的角度倾向露天坑内。阶梯状破坏模式，平面剪切破坏模式沿着单一平面发生，而阶梯状失稳模式沿着许多向面外倾斜的面(主节理组)发生，沿着以下两种情况分离：1)近似垂直主节理组(交错节理)的节理组；2)贯穿完整岩桥从主节理分离的拉破坏。阶梯楔形破坏，阶梯楔形破坏模式与简单楔形相似。然而，在这种情况下，形成楔形的交叉结构不必具有单一连续特征。而是像台阶，不同结构集的结合形成破坏面。简单楔形破坏，简单楔形破坏形态是两个平的或近似平的地质结构交叉形成一个完全分离的楔形体的结果，交叉线明显、倾向露天坑。

在本实施例中，根据本实施例提供的破坏模块判别方法，进行破坏模式的获取。

对于开采境界的边坡设计最为理想的状态为：在按整体边坡角设计开采境界时获得的路间边坡角正好等于超爆分析所确定的安全路间边坡角，这时即可以保证边坡整体和局部的安全性，同时又能获得较好的经济效益。但一般而言，这种情况出现的概率较低。因此，需对设计的路间边坡角大于或小于安全路间边坡角情况下，开展安全经济优化设计分析。

基于整体边坡角设计获得的路间边坡角大于超爆分析所确定的安全路间边坡角；这种情况下，虽然边坡按整体边坡角进行了设计，但由于获得的路间边坡角大于超爆分析所确定的安全路间边坡角，路间边坡是不安全的，存在安全隐患。为保证生产安全，应根据安全路间边坡角，由相互之间的函数关系(公式5)计算所能达到的整体边坡角度，通过放缓整体边坡角来满足边坡生产安全要求。

基于整体边坡角设计获得的路间边坡角小于超爆分析所确定的安全路间边坡角；这种情况下，虽然边坡按整体边坡角进行了设计，但由于获得的路间边坡角小于超爆分析所确定的安全路间边坡角，路间边坡角虽然安全，但并不一定经济。应根据矿岩赋存形态，路间边坡分布情况，在高路间边坡区域内通过设置防滚石宽平台来加陡路间边坡角，达到少剥岩多采矿，增加矿山经济效益的目的。

实施例二：

为了进一步对本发明的技术方案进行解释说明，本发明还提供又一实施例。

图11为本发明实施例提供的一种露天矿开采境界的边坡安全设计装置结构示意图。

请参阅图11，本发明实施例提供的一种露天矿开采境界的边坡安全设计装置，其特征在于，包括：获取模块91和处理模块92。

其中，获取模块91，用于获取开采境界路间边坡的几何构成和获取开采境界整体边坡的几何构成，并将获取到的路间边坡的几何构成和整体边坡的几何构成发送至处理模块；

处理模块92，用于接收获取模块发送的路间边坡的几何构成和整体边坡的几何构成，并根据路间边坡的几何构成，建立路间边坡角与台阶参数的关联关系，得到第一关联关系；根据整体边坡的几何构成，建立整体边坡角与台阶参数、运输道路参数的关联关系，得到第二关联关系；还用于根据第一关联关系和第二关联关系，构建整体边坡角与路间边坡角的关联关系，得到第三关联关系；还用于根据第三关联关系，确定目标整体边坡角。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本发明实施例提供的露天矿开采境界的边坡安全设计装置，在进行目标整体边坡角的设计时，结合考虑了加入设计道路运输系统后的开采境界路间边坡角的稳定性对整体边坡稳定性的影响，建立了整体边坡角与路间边坡角、运输道路参数的关联关系，从而根据关联关系，进行目标整体边坡角的设计，使得矿山开采的边坡安全设计中，结合路间边坡角的安全稳定性综合考虑整体边坡的开采安全，减小了现有技术中的安全隐患。

进一步地，在上述实施例的基础上，本发明实施例的台阶参数包括：台阶高度、平台宽度和台阶坡面角。

进一步地，在上述实施例的基础上，本发明实施例的获取模块，还用于获取台阶超爆参数，台阶超爆参数包括断裂剪切强度值、断裂方位、断裂长度和单元映射图的节理组数据的统计间距；还用于基于预设软件和台阶超爆参数，获取超爆距离小于预设超爆阈值的概率，并将超爆距离小于预设超爆阈值的概率发送至处理模块；

处理模块，还用于接收获取模块发送的超爆距离小于预设超爆阈值的概率，并根据超爆距离小于预设超爆阈值的概率，计算目标超爆距离；根据目标超爆距离，计算有效的台阶坡面角。

进一步地，在上述实施例的基础上，本发明实施例的获取模块，还用于获取路间边坡的破坏模式，并将破坏模式发送至处理模块；

处理模块，还用于接收破坏模式，并根据破坏模式，确定路间边坡的稳定性。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

实施例三：

进一步地，本发明实施例还提供一种存储介质。

图12为本发明实施例提供的存储介质结构示意图，参阅图12，本发明实施例提供的一种露天矿开采境界的边坡安全设计存储介质，其特征在于，包括存储器101和处理器102，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行计算机程序，以实现任一实施例所记载的露天矿开采境界的边坡安全设计方法。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种露天矿开采境界的边坡安全设计方法，其特征在于，应用于特大型高陡边坡露天矿，包括：

获取开采境界路间边坡的几何构成，并根据所述路间边坡的几何构成，建立路间边坡角与台阶参数的关联关系，得到第一关联关系；

获取开采境界整体边坡的几何构成，并根据所述整体边坡的几何构成，建立整体边坡角与台阶参数、运输道路参数的关联关系，得到第二关联关系；

根据所述第一关联关系和所述第二关联关系，构建所述整体边坡角与所述路间边坡角、所述运输道路参数的关联关系，得到第三关联关系；

根据所述第三关联关系，确定目标整体边坡角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述台阶参数包括：台阶高度、平台宽度和台阶坡面角。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

获取台阶超爆参数，所述台阶超爆参数包括断裂剪切强度值、断裂方位、断裂长度和单元映射图的节理组数据的统计间距；

基于预设软件和所述台阶超爆参数，获取超爆距离小于预设超爆阈值的概率；

根据所述超爆距离小于预设超爆阈值的概率，计算目标超爆距离；

根据所述目标超爆距离，计算有效的所述台阶坡面角。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述路间边坡的破坏模式；

根据所述路间边坡的破坏模式，确定所述路间边坡的稳定性；

所述基于预设软件和所述台阶超爆参数，获取超爆距离小于预设超爆阈值的概率为：

基于所述路间边坡的稳定性、所述台阶超爆参数和所述预设软件，获取超爆距离小于预设超爆阈值的概率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述路间边坡角台阶的超爆计算，获取安全路间边坡角；

判断所述路间边坡角是否大于所述安全路间边坡角；

所述根据所述第三关联关系，确定目标整体边坡角为：若所述路间边坡角大于所述安全路间边坡角，则根据所述第三关联关系计算所述整体边坡角；

若所述路间边坡角小于所述安全路间边坡角，则根据路间边坡的分布情况，获取所述整体边坡角。

6.一种露天矿开采境界的边坡安全设计装置，其特征在于，应用于特大型高陡边坡露天矿，包括：获取模块和处理模块；

所述获取模块，用于获取开采境界路间边坡的几何构成和获取开采境界整体边坡的几何构成，并将获取到的所述路间边坡的几何构成和所述整体边坡的几何构成发送至所述处理模块；

所述处理模块，用于接收所述获取模块发送的所述路间边坡的几何构成和所述整体边坡的几何构成，并根据所述路间边坡的几何构成，建立路间边坡角与台阶参数的关联关系，得到第一关联关系；根据所述整体边坡的几何构成，建立整体边坡角与台阶参数、运输道路参数的关联关系，得到第二关联关系；还用于根据所述第一关联关系和所述第二关联关系，构建所述整体边坡角与所述路间边坡角的关联关系，得到第三关联关系；还用于根据所述第三关联关系，确定目标整体边坡角。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述台阶参数包括：台阶高度、平台宽度和台阶坡面角。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取模块，还用于获取台阶超爆参数，所述台阶超爆参数包括断裂剪切强度值、断裂方位、断裂长度和单元映射图的节理组数据的统计间距；还用于基于预设软件和所述台阶超爆参数，获取超爆距离小于预设超爆阈值的概率，并将所述超爆距离小于预设超爆阈值的概率发送至所述处理模块；

所述处理模块，还用于接收所述获取模块发送的所述超爆距离小于预设超爆阈值的概率，并根据所述超爆距离小于预设超爆阈值的概率，计算目标超爆距离；根据所述目标超爆距离，计算有效的所述台阶坡面角。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述获取模块，还用于获取所述路间边坡的破坏模式，并将所述破坏模式发送至所述处理模块；

所述处理模块，还用于接收所述破坏模式，并根据所述破坏模式，确定所述路间边坡的稳定性。

10.一种存储介质，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序，以实现权利要求1-5任一项所述的露天矿开采境界的边坡安全设计方法。

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