深部露天矿边坡稳定性---迪亚维克钻石矿(Diavik Diamond Mine)

1 引言

露天矿随着开采深度的不断增加以及开挖规模的不断矿大，由简单构造控制引起的破坏不再起主导作用(构造控制的隧道稳定性分析---Rock Wedge), 例如平面剪切破坏(岩石边坡平面滑动(Planar Sliding)稳定性分析)和楔形破坏(Swedge: 岩石边坡楔形破坏稳定性分析)，而是会出现更复杂的结构控制破坏，例如如阶梯路径破坏(Step-Path Failure)和大规模的倾覆破坏(岩石边坡倾倒破坏之块体倾倒(Block Toppling)数据集; 屈曲倾倒破坏(flexural toppling failure)。对于深度露天矿边坡，必须仔细评估更深层的多台阶破坏而不是单台阶破坏。因此，所选择的分析技术必须能够恰当地捕捉到岩体结构在逐渐降低强度方面的作用，以及对边坡潜在破坏的运动学影响。这在深部露天矿中特别重要，因为坡脚的高原位应力可能导致完整岩桥逐渐破坏，从而导致阶梯状的破坏面发展。如果考虑到深部露天矿和地下采矿的相互作用，这种现象甚至更加显著和复杂。目前世界上一些大型露天矿都开始由露天开采转入地下开采, 例如Chuquicamata矿(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) , Bingham Canyon矿(Intact Strength: 原岩强度的微观尺寸效应), Palabora矿(地下采矿引起的地表沉降分析)和Diavik矿.

在过去十几年里，研究工作的重点是开发新的分析技术和建模工具，以取代使用经验性岩体分类系统，从而更好地评估断裂岩体的力学特性, 从而适应能够模拟在大型露天矿和地下块体崩落法开采中遇到的岩石边坡稳定性问题。这个笔记从GeotechSet数据集中简要回顾了迪亚维克钻石矿(Diavik Diamond Mine)的边坡稳定性分析.

2 迪亚维克钻石矿

迪亚维克钻石矿(Diavik Diamond Mine)位于加拿大靠近北极圈的西北地区(Northwest Territories), 是世界上最重要的宝石产地之一。自2003年开始开采以来，它已经生产了超过1亿克拉的钻石。矿区位置如下图所示.  Diavik矿目前由力拓公司控股.  

Diavik矿分为四大采区, 如下图所示的A21, A418, A154S和A154N, 其中以A154的规模最大, A21刚刚开始开采. 从2010年开始, A154和A418相继转入地下开采.A154S和A418采用分段后退式开采, 而A154N采用空场采矿法开采.   

3 边坡稳定性分析

在Diavik矿转入地下开采之前, A154的开挖深度已经超过400m, 因此对A154区的边坡稳定性进行了研究, 部分研究见参考文献. 在这个研究过程中, 主要发展了基于岩桥的稳定性分析技术, 特别是离散断裂网络DFN. 下图所示的是为A154发展出来的离散断裂模型.

Elmo等人(2011年)利用极限平衡、连续和非连续数值模拟方法，评估了Diavik矿A154边坡的稳定性，岩体是坚固的、中等断裂的花岗岩。他们的模拟结果强调了脆性断裂和沿现有不连续体的渐进式破坏以及完整的岩桥在强的破碎岩体破坏中的作用。Karami等人(2007), Moffitt等人(2007) 使用基于离散断裂网络的UDEC进行了模拟.

岩桥和阶梯式破坏

岩桥(Rock Bridge/Step-Path Failure)文献聚合

公众号文章的自我聚合: 岩桥(Rock Bridge/Step-Path) 

3 参考文献

[1] ]Moffitt, K. M., et al. (2007). Analysis of slope stability in strong, fractured rock at the Diavik Diamond Mine, NWT. (pdf)

[2] Karami, A., et al. (2007). Numerical Assessment of Step-Path Failure of Northwest Wall of A154 Pit, Diavik Diamond Mines.  (pdf)

[3] Rogers, S, et al. (2009) Hydrogeological characterisation & conceptual DFN flow modelling of slope pressures within the Diavik diamond mine, NWT. 

[4] Moss, S., et al. (2009) Spatial and temporal evolution of kimberlite magma at A154N, Diavik, Northwest Territories, Canada.

[5] Steller W. et al. (2008) Ground Support in Strong Fractured Rock in Diavik Open Pit Mine. 

[6] Elmo, D., et al. (2011) Numerical simulations of potential rock bridge failure within a naturally fractured rock mass.