露天矿边坡运动学分析工具KATS

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1 引言

露天矿边坡设计需要进行台阶规模(bench scale)、坡间规模(inter-ramp scale)和整体规模(overall scale)的分析。整体规模分析确保了采矿资源的合理确定性，而台阶规模分析和坡间规模分析直接与人员和设备安全相关，整体规模分析通常使用极限平衡法或数值模拟方法，台阶规模分析和坡间规模分析相对来说比较复杂，研究人员开发了一些方法来解决露天矿台阶的几何设计，例如Golder的Fracman和Rocscience的SWedge和RocPlane，每种方法都使用了不同的假设。本文描述了Itasca公司(巴西office)开发的一个工具KATS(Kinematic Analysis Tools for Slopes)，该工具通过考虑场地的构造地质和节理特性，进行台阶规模分析和坡间规模分析。

边坡运动学分析工具KATS旨在评估不同结构组与特定边坡方向相互作用时形成的日光楔(daylighting wedges)和平面破坏(planar failures)所引起的不稳定性。KATS主要应用于台阶规模(bench-berm scale)和坡道间尺度(inter-ramp scale)的运动学分析。通过单一的自动化过程，KATS可以对边坡进行概率或确定性评估。分析结果有坡肩损失(loss of crest)、溢出长度(spill lengths)、台阶坡面角(bench face angle)分布等。KATS的优点如下：

(1) 非常快速的分析，一个完整的露天矿只需几分钟的计算机时间。

(2) 大多数输入值可由采矿场地获得。

(3) 可以根据边坡的性能进行标定。

(4) 估计破坏模式的溢出长度(spill length)。

(5) 可以应用概率方法产生累积频率分析(CFA)图表，这是一种典型的台阶设计方法(bench scale design)。

2 输入参数

KATS的输入参数图示如下，一部分是岩石的，另一部分是边坡的：

3 KATS产生的结果

KATS产生的结果如下：

(1) 每个分析方向的累积频率曲线(Cumulative frequency curves)，包括体积(Volume)、溢出长度(Spill length)、Backbreak、有效台阶破面角(Effective bench face angle)。

(2) 雷达图(在Excel中进行后处理)，包括：推荐的坡道间角度(inter ramp angles)、建议的护堤宽度(berm width)、预期的背离(Backbreak)、预期的有效台阶坡面角(bench face angle)。

4 文献

[1] Patricio G. and Rodrigo S. (2014) A Kinematic Analysis Tool for Slopes (KATS). ISRM Conference on Rock Mechanics for Natural Resources and Infrastructure - SBMR 2014.

[2] Rodrigo S. and Sergio Y.S. (2015) Numerical Modeling as a Tool to Rene Bench Designs in Open Pits. ISRM Regional Symposium - 8th South American Congress on Rock Mechanics

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来源：计算岩土力学