随着国内外工业的飞速发展对矿产资源的需求日益增大,许多露天矿浅部矿体资源开采殆尽,开始对深部矿体进行开发,转入深凹露天开采,矿体赋存条件和开采工艺都变得复杂,矿山的剥采比迅速增加,露天边坡的形状对开采设计和矿山经济效益的影响日益重要。鉴于传统的确定露天边坡角和安全系数的方法比较简单,而且不符合深凹露天边坡形状的特点,因而存在一定的不合理性。本文针对金堆城钼业公司小北露天矿将转入深凹开采而进行了边坡形状的优化研究,考虑到边坡的空间几何形状和边坡不同深度形成时间的长短、岩性的不同、对稳定性保持时间长短要求的不同等因素,应用导师所提出的“凹陷露天矿边坡少剥离技术的时空原理”进行深凹露天边坡的力学优化,得出小北露天深凹边坡合理的立体形状,同时,回归出椭圆长短轴端边坡垂直边坡曲线的方程表达式。与按传统方法设计的同样深度的小北露天坑相比,边坡角可以提高1～2°,少剥离废石量4000多万吨。采用有限差分软件FLAC-3D对原设计小北露天坑和优化后的小北露天坑进行了模拟分析,在赋予相同的岩体参数下,从数值模拟计算的结果看,原设计露天坑由于边坡形状设计的不合理,在转入深凹开采时,边坡岩体出现受力不均和应力集中现象,尤其是四个边帮呈直线状态,在边帮中部拉应力的作用下,很容易形成滑坡,不利于边坡的稳定,给生产造成不利影响;优化后的露天坑边坡符合力学原理,转移了上部岩体自重产生的集中应力,同时,边坡应力沿椭圆形环向分布,因而边坡所受应力的整体分布趋于均匀、合理,使边坡的稳定性得到提高。不但从理论上证明了符合深凹露天边坡的合理形状是上缓下陡、在平面上呈圆形或椭圆形的形状特点,而且从模拟计算上也说明了这种深凹露天坑形状的合理性。本项研究成果为其他深凹露天矿确定合理边坡形状和边坡角提供一定的参考依据,使矿山在保证安全生产的前提下,实现优化开采,提高经济效益和社会效益。