Studying the effect of the overall slope angle on the slope stability of the open-pit mine

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد

2 دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد Department of Mining and Metallurgical Engineering, Yazd University

3 دانشگاه آزاد اسلامی سیرجان

10.22034/anm.2026.22675.1660

چکیده

ناپایداری شیب‌ها در عملیات معدنکاری روباز، چالش‌های قابل توجهی را برای ایمنی معدن، پایداری زیست‌محیطی و عملکرد کلی اقتصادی معدن ایجاد می‌کند. پایداری دیواره‌های معدن در درجه اول توسط عواملی مانند شیب کلی معدن، یکپارچگی توده سنگ و ناهمگنی زمین‌شناسی تعیین می‌شود. تعیین زاویه شیب کلی مناسب (OSA) یک جنبه حیاتی در طراحی معدن است، زیرا به طور مستقیم بر ایمنی عملیاتی و بهره‌وری هزینه تأثیر می‌گذارد. به طور معمول، دیواره‌های معدن با مقاطع مسطح مدل‌سازی می‌شوند، که در آن بخش‌های بین رمپ با زوایای یکنواخت تعریف می‌شوند. با این حال، لایه‌بندی زمین‌شناسی اغلب تنوع سنگ‌شناسی و تغییرپذیری مکانی در مقاومت سنگ را ایجاد می‌کند که باید در فرآیند طراحی لحاظ شود. این تحقیق از تکنیک‌های شبیه‌سازی عددی برای ارزیابی پایداری شیب در شرایط زمین‌شناسی واقع‌بینانه استفاده می‌کند و بر چگونگی تأثیر تغییرات در OSA بر ضریب ایمنی تمرکز دارد. این مدل‌سازی، ویژگی‌های واقعی معدن، از جمله تنوع سنگ‌شناسی، تغییرات خواص سنگ و هندسه واقعی شیب را ادغام می‌کند. در این تحقیق هشت شیب کلی متفاوت مطابق با واقعیت معدن برای دیواره نهایی معدن لحاظ شد که این شیب‌ها عبارتند از 31، 33، 35، 36، 38، 40، 45 و 48. نتایج نشان می‌دهد که زوایای شیب در محدوده ۳۱ تا ۳۶ درجه به طور مداوم ضرایب ایمنی را بالای ۱.۴۵ حفظ می‌کنند و زاویه ۳۵ درجه به دلیل تعادل بین قابلیت اطمینان ژئوتکنیکی و کارایی اقتصادی، به عنوان کاربردی‌ترین زاویه طراحی ظاهر می‌شود. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل حساسیت پارامتری نشان داد که خواص الاستیک (ضریب پواسون) تنها تأثیر جزئی بر پایداری شیب دارند، در حالی که پارامترهای پلاستیک (چسبندگی) تأثیر غالب توجهی دارند و ضریب ایمنی را به طور قابل توجهی تغییر می‌دهند. به طور کلی، این مطالعه نشان می‌دهد که اتخاذ زاویه شیب ۳۵ تا ۳۶ درجه، یک راه حل فنی و اقتصادی مناسب برای برنامه‌ریزان معدن فراهم می‌کند. یافته‌ها بر اهمیت گنجاندن ناهمگنی زمین‌شناسی و حساسیت به خواص مکانیکی در طراحی شیب برای تضمین پایداری بلندمدت و کارایی عملیاتی تأکید دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Studying the effect of the overall slope angle on the slope stability of the open-pit mine

نویسندگان [English]

  • Manouchehr Sanei 1
  • Mohammad Fatehi Maraji 2
  • Mohammad Shekari Nejad 3
1 Visiting Professor, Department of Mining and Metallurgical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 Faculty of Mining Engineering and Metallurgy, Yazd University
3 Department of Mining Engineering, Islamic Azad University, Sirjan Branch, Sirjan, Iran
چکیده [English]

The instability of slopes in open-pit mining operations poses significant challenges to mine safety, environmental sustainability, and overall economic performance. The stability of pit walls is primarily governed by factors such as slope configuration, the integrity of the rock mass, and geological heterogeneity. Determining an appropriate overall slope angle (OSA) is a critical aspect of mine design, as it directly influences both operational safety and cost efficiency. Typically, pit walls are modeled with planar cross-sections, where the inter-ramp segments are defined by uniform angles. However, geological layering often introduces lithological diversity and spatial variability in rock strength, which must be incorporated into the design process. This research employs numerical simulation techniques to assess slope stability under realistic geological conditions, focusing on how variations in OSA affect the safety factor. The modeling integrates actual mine features, including lithological contrasts, rock property fluctuations, and true slope geometry. In this research, eight slope configurations were analyzed, corresponding to overall slope angles of 31°, 33°, 35°, 36°, 38°, 40°, 45°, and 48°, which were selected to represent a realistic range of design alternatives, from conservative to more aggressive geometries. The results demonstrate that slope angles in the range of 31°–36° consistently maintain safety factors above 1.45, with 35° emerging as the most practical design angle due to its balance between geotechnical reliability and economic efficiency. In addition, parametric sensitivity analyses revealed that elastic properties (poisson ratio) exert only minor influence on slope stability, whereas plastic parameters (cohesion value) have a dominant effect, significantly altering the safety factor. Overall, the study highlights that adopting a slope angle of 35°–36° provides a technically sound and economically advantageous solution for mine planners. The findings emphasize the importance of incorporating both geological heterogeneity and mechanical property sensitivity into slope design to ensure long-term stability and operational efficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Open-pit slope stability
  • Overall slope angle
  • Safety factor
  • Lithological variability
  • Numerical simulation
  • Elastic and plastic sensitivity

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 29 دی 1404
  • تاریخ دریافت: 29 دی 1403
  • تاریخ بازنگری: 26 دی 1404
  • تاریخ پذیرش: 29 دی 1404