[00720974]高价值多空区碎裂资源开采与空区处理协同研究

课题来源与背景：“高价值多空区碎裂资源开采与空区处理协同研究”课题来源于2011年广西自然科学基金青年基金项目(编号2011GXNSFB018011)，研究时间为2011年3月至2014年3月，项目投入经费10.0万元。研究目的与意义：为加大矿产资源特别是残矿资源回收力度，避免产生过多呆矿资源，必须降低资源开采面临的安全风险度，创新开采方式，达到资源经济与安全开采间有效的协同。以往人们把资源开采与空区处理看作一对矛盾，分别进行独立设计、施工，对二者之间的相互关系研究相对较少。特别是在复杂多空区条件下，一直未有较好的方法或思想对该矛盾进行调和。因此，为保障矿产资源安全有序开采，使矿山获取较好的协同效果和输出较高的协同效应，深入开展协同开采与采空区协同利用理论研究具有重要的意义。主要论点与论据：在现有采矿与环境关系协调理念基础上，引入协同理念，提出“协同开采”科学命题。协同开采是矿山开采期间资源开采行为与灾害处理行为及其他技术行为的合作、协调与同步，使矿山开采系统输出较高的协同效应。采空区协同利用是指将现有采空区直接或通过某种技术手段环境改造后被纳入整个矿山的开采布局之中，作为开采系统中的部分井巷工程、切割工程自由爆破空间、硐室空间等加以利用，使矿山取得较好的协同效果和较高的协同效应。采空区协同利用分为开采空间、转换空间和卸荷空间3类基本模式。随着对采空场的充填，人工顶柱拉应力最大值逐步降低，且转化为压应力，然后逐步增大，承载能力逐步得到提高，但达到某一充填高度后，人工矿柱的承载能力增长缓慢，继续充填对提高矿柱承载能力意义不大；人工底柱由受矿柱的挤压作用转变为受充填体的重力作用，拉应力最大值呈现先降低后上升的变化规律。综合考虑经济、安全等因素，低标号充填体存在一个最合理的充填高度，不仅可减少顶底板所受承载力，还可将采空场充填后的盈余空间可作为相邻采场的通风和充填巷道进行协同利用。创见与创新：提出“协同开采”重大采矿技术理念，使矿山开采期间的资源开采行为与灾害处理行为及其他技术行为实现了合作、协调与同步，促进了矿产资源的安全、高效、和谐开采。提出了“采空区协同利用”第五种空区处理方法，并从采空区协同利用理论依据、基本原则、基本模式、系统分类及与传统传统采空区处理方法辨析关系等方面构建了基础理论，为采空区处理提供了一种新的思路。提出了框架式采场结构盈余空间协同利用技术，为采矿环境结构持续良性构建以及为采空场部分协同空间的合理留设提供了科学依据。基于诱导崩落技术和采空区协同利用技术，提出了复杂空区群结构早期孕源断链减灾的诱导崩落协同治理综合技术。此外，依托该研究，申报国家发明专利2项；发表高水平学术论文8篇，其中SCI、EI检索收录7篇，出版学术专著1部。社会经济效益，存在的问题：以上诸项创新研究成果在广西华锡集团高峰矿得到了成功的应用和推广，解决了隐患资源有效开采、采空区安全经济处理、碎裂资源回收等难题，有效防范了矿产资源回采过程中的灾害问题，优化了碎裂资源的回采顺序，实现了多空区条件下碎裂资源安全、高效回采。高峰矿应用该研究成果以来，在研究区域内安全采出2.5万余吨的矿产资源，直接取得近亿元收益，极大提高了企业的经济效益。历年获奖情况：依托该项目获得湖南省优秀博士论文奖；指导学生作品获“首届全国高等学校采矿工程专业学生实践作品大赛”二等奖、三等奖；获“第四届全国高等学校采矿工程专业学生实践作品大赛”一等奖。