(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210955116.5 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 辽宁工程技术大学 地址 123000 辽宁省阜新市细河区中华路 47号 (72)发明人 李广贺　王艳婷　王珍　王东　 董瑞荣　杨国华　孙有刚　缪占伟　 李运广　赵廷峰　李新宇　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李在川 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种单一煤层露天矿凸形边坡坡面拐点位 置确定方法 (57)摘要 本发明一种单一煤层露天矿凸形边坡坡面 拐点位置确定方法， 包括确定含 软弱夹层的单一 煤层的线性边坡的潜在滑面， 确定凸形边坡相对 于线性边坡增加的边坡的面积以及稳定性系数， 然后根据不同边坡角下的形态参数得到一组稳 定性系数解集， 最后根据稳定性系数解集和少剥 离面积得到最优凸形边坡的设计参数。 本发明基 于刚体极限平衡 法， 通过计算凸形形态边坡中的 几何面积、 定义增加坡体的稳定性系数， 根据边 坡稳定性关系能够准确快速的计算出最优断面 形态设计参数b、 c。 本方法克服了现有方法计算 断面形态设计后边坡 稳定性系数流程繁琐、 操作 复杂等的不足， 同时能够为边坡 稳定性分析与形 态优化提供理论基础。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115292940 A 2022.11.04 CN 115292940 A 1.一种单一煤层露天矿凸形边坡 坡面拐点 位置确定方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1： 确定含软弱夹层的单一煤层的线性 边坡的潜在滑面； 步骤2： 根据边坡线OB设计凸形边坡， 确定凸形边坡相对于线性边坡增加的边坡ΔOAB 的面积； 步骤3： 设计增 加坡体ΔOAB的稳定性系数ΔFs的计算公式； 步骤4： 根据稳定性系数ΔFs的计算公式得到不同边坡角下的形态参数对应的稳定性 系数解集{ΔFsi}； 步骤5： 根据稳定性系数解 集{ΔFsi}和少剥离面积， 得到最优凸形边坡设计参数。 2.根据权利要求1所述的一种单一煤层露天矿凸形边坡坡面拐点位置确定方法， 其特 征在于， 所述 步骤1包括： 步骤1.1： 以O点为起点建立直角坐标系， 根据线性边坡的边坡高h、 边坡角a、 坡底点O确 定边坡线OB； 步骤1.2： 确定线性 边坡安全 储备系数 K； 步骤1.3： 采用刚体极限平衡法， 找出圆弧为侧界面、 弱层为底界面的潜在滑面； 定义该 滑面底界面长度记为d， 圆弧滑面底面 倾角记为e。 3.根据权利要求1所述的一种单一煤层露天矿凸形边坡坡面拐点位置确定方法， 其特 征在于， 所述 步骤2包括： 步骤2.1： 以B点为起点， 作相对于水平线向下倾斜角度θ 的直线l1； 作边坡角为(a+b)的 直线l2； 记l1、 l2的交点为A， 则OA、 AB分别为凸形边坡线， OB为线性 边坡线； 步骤2.2： 建立OB的方程： 建立凸形边坡线OA、 AB的方程： 式中， hA为A点的高度； 步骤2.3： 定义 边坡滑面侧界面与弱层底界面的交点 为点E； 步骤2.4： 以E点向上作垂线与线性边坡线相交， 将凸形边坡相对于线性边坡增加的边 坡面积ΔOAB分为两个区域， 垂线与边坡线OB交与D点， 垂线与凸形边坡线交于点C； 步骤2.5： 分别计算ΔOAB、 ΔBCD、 ΔOCD的面积； 包括： 根据定积分相关理论， ΔOAB面积的计算公式为： 当A点在E点左侧， ΔBCD面积的计算公式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115292940 A 2当A点在E点右侧， ΔOCD面积的计算公式为： 步骤2.6： 判断A点与E点的位置， 选取对应的面积计算公式， 将垂线分割ΔOAB的左侧区 域面积记为S1， 右侧区域 面积记为S2。 4.根据权利要求1所述的一种单一煤层露天矿凸形边坡坡面拐点位置确定方法， 其特 征在于， 所述 步骤3的稳定性系数ΔFs为： 式中， 为弱层内摩擦角， 为圆弧滑面内摩擦角， e为圆弧滑面底面 倾角。 5.根据权利要求1所述的一种单一煤层露天矿凸形边坡坡面拐点位置确定方法， 其特 征在于， 所述 步骤4包括： 步骤4.1： 有规律的选取i个b的取值， 分别记为bi， 采用刚体极限平衡法， 确定在不同边 坡角下的线性形态 边坡稳定性系数为K时对应的边坡高度hi、 A点位置Ai， 连接AiB， 并计算倾 斜角度 θ 的值{ θi}； 步骤4.2： 根据{bi， hi， θi}确定面积S1、 S2， 得到不同边坡角下增加坡体的稳定性系数{Δ Fsi}。 6.根据权利要求1所述的一种单一煤层露天矿凸形边坡坡面拐点位置确定方法， 其特 征在于， 所述 步骤5包括： 步骤5.1： 比较ΔFsi与K， 存在 如下情况： 1)若ΔFsi<K， 不保留ΔFsi对应的该组数据； 2)若ΔFsi＝K， 根据等比定理， 有 F抗为凸 边坡的抗滑力， F下为凸边坡的下滑力， △F抗为增加坡体的抗滑力， △F下为增加坡体的下滑 力； 3)若ΔFsi>K， 根据等比定理， 有 步骤5.2： 针对2)、 3)两种情况， 计算少剥离面积， 选取少剥离面积最大 时对应的参数b、 c， 此为最优凸形边坡设计参数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115292940 A 3