协同采矿方法的创新思维与创新技法

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2019.05.712

摘要/Abstract

摘要：

协同采矿方法作为一类新型采矿方法，在开采复杂地下难采资源时颇具优势，但迄今为止，尚未有学者对该类采矿方法的创新思维与创新技法进行系统分析与研究。基于此，归纳了工程类常用的3种创新思维及其对应的创新技法；回顾并分析了2009~2018年我国学者发明的19种协同采矿方法的创新思维与创新技法；统计了创新思维与创新技法所占比重，探讨了比重的启示作用。分析表明：组合创新思维及其对应的创新技法在协同采矿方法创新活动中占主导地位，一定时段内仍可继续发挥主流指导作用；移植创新和逆反创新2种思维应用较少，对应的直接类比法、逆向思考法等创新技法，未来也有可能被用以创造协同采矿方法。研究成果对于促进未来协同采矿方法的发明创造具有积极借鉴意义。

关键词: 协同采矿方法, 金属矿山, 地下开采, 创新思维, 创新技法, 协同开采

Abstract:

The basic characteristics of the occurrence of metal mineral resources in China are as follows: There are few large deposits，many medium and small deposits;There are few single metal ores，many associated and multi-metal ores. Besides，it also includes extensive management and low intensification.With the increase of mining intensity，the easy-to-exploit resources are gradually exhausted，and some resources such as difficult mining，hidden dangers，and complex engineering objectives have gradually received attention.At present，it is necessary to adopt some new mining concepts，new propositions，new theories，new technologies and new methods to guide the exploitation of this complex and difficult resources.In 2008，the author draws the concept of synergy into the technical difficult problems of mining hidden resources in the mined-out areas，and creatively proposed a new technology model for mining development in which the hidden danger resource exploitation and the empty area treatment are coordinated.Since then，the prelude of “synergetic mining” research has been opened in China’s mining engineering academic circles.With the in-depth development of the concept of “synergetic mining”，synergetic mining has become a hot research topic for mining industry professionals.Chinese scholars have proposed or invented a number of typical schemes for synergetic mining methods.As mining methods under the concept of synergetic mining，the synergetic mining method has advantages in mining complex underground difficult resources.The invention and creation of the synergetic mining method not only has the inventor’s conscious or unconscious innovative mindsets guidance，but also requires certain skills and methods，that is，“innovative techniques”.So far，few scholars have systematically summarized and analyzed the innovative mindsets and innovative techniques of this type of mining method.Based on this，three kinds of innovative mindsets and corresponding innovative techniques，which are commonly used in engineering，were summarized.And the innovative mindsets and innovative techniques of the 19 synergetic mining methods invented by Chinese researchers since 2009 to 2018 were reviewed and analyzed.The weighted average of innovative mindsets and innovative techniques is calculated，and the enlightenment of the calculation results was discussed.The analysis shows that the combinational innovative mindsets and its corresponding innovative techniques dominate the innovation activities of synergetic mining methods，accounting for 90.48% of the entire innovation system，and can continue to play the mainstream guiding role in a certain period of time.There are few applications of transplant innovative mindsets and reverse innovative mindsets in the innovation of synergetic mining methods，which only account for 4.76% of the entire innovation system respectively.Their corresponding Direct Analogy Technique and Reverse Thinking Technique，and other innovative techniques may also be used to create synergetic mining methods in the future.In the future synergetic mining method innovation activities，it can be realized through the following four ways：The development of mature traditional mining methods as the main body，and the addition of some new structures and new technologies to the stope structure or mining process of traditional mining methods； Functions，structures，methods，etc. are combined with foreign objects； The same functions，structures，methods，etc. are superimposed in quantity； Through in-depth analysis of traditional mining methods，their structures are deconstructed and reorganized.The research results are of positive reference for promoting the invention of the future synergetic mining method.The following four ways are proposed for reference： The development of mature traditional mining methods as the main body，the addition of some new structures and new technologies to the stope structure or the mining process，which are two big aspects of traditional mining methods； The different functions，structures，methods and the like of different objects are combined； the same functions，structures，methods and the like of same objects are superimposed in quantity； And the structure is deconstructed and reorganized by in-depth analysis of the traditional mining method.

Key words: synergetic mining methods, metal mine, underground mining, innovative mindsets, innovative techniques, synergetic mining

中图分类号:

TD851

金家聪,陈庆发. 协同采矿方法的创新思维与创新技法[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(5): 712-721.

Jiacong JIN,Qingfa CHEN. Innovative Mindsets and Innovative Techniques of Synergetic Mining Methods[J]. Gold Science and Technology, 2019, 27(5): 712-721.

图/表 4

表1

2009~2018年我国学者提出的协同采矿法统计"

序号	采矿方法名称	提出年份	依托单位	第一提出人或发明人
1	协同空区利用的采矿环境再造分段凿岩阶段矿房采矿法^[3]	2009	中南大学	陈庆发
2	大量放矿同步充填无顶柱留矿采矿方法^[11]	2010	广西大学	陈庆发
3	立体分区大量崩矿采矿方法^[12]	2011	长沙矿山研究院	周爱民
4	一种连续崩落采矿方法^[13]	2011	北京矿冶研究总院	陈何
5	分段凿岩并段出矿分段矿房采矿法^[14]	2013	广西大学	陈庆发
6	组合再造结构体中深孔落矿协同锚索支护嗣后充填采矿法^[15]	2013	中南大学	邓红卫
7	分条间柱全空场开采嗣后充填协同采矿法^[16]	2014	中南大学	胡建华
8	垂直孔与水平孔协同回采的机械化分段充填采矿法^[17]	2014	中南大学	李启月
9	采场台阶布置多分支溜井共贮矿段协同采矿方法^[18]	2015	广西大学	陈庆发
10	一种缓倾斜薄矿体采矿方法^[19]	2016	北京矿冶研究总院	陈何
11	厚大矿体无采空区同步放矿充填采矿方法^[20]	2016	武汉理工大学	雷涛
12	一种地下矿山井下双采场协同开采的新方法^[21]	2016	马鞍山矿山研究院	孙丽军
13	电耙—爆力协同搬运伪倾斜房柱采矿法^[22]	2016	广西大学	陈庆发
14	柔性隔离层充当假顶的分段崩落协同采矿方法^[23]	2016	广西大学	陈庆发
15	垂直深孔两次放矿同步充填阶段采矿法^[24]	2017	武汉理工大学	雷涛
16	浅孔凿岩爆力—电耙协同运搬分段矿房采矿法^[25]	2017	广西大学	陈庆发
17	底部结构下卡车出矿后期放矿充填同步的水平深孔留矿法^[26]	2017	广西大学	陈庆发
18	卡车协同出矿有底柱分段崩落法^[27]	2017	广西大学	陈庆发
19	卡车协同出矿分段凿岩阶段矿房法^[28]	2017	广西大学	陈庆发

表1

表2

表3

各协同采矿方法的创新技法汇总"

类别	协同采矿方法	创新思维	创新技法
空场类	电耙—爆力协同搬运伪倾斜房柱采矿法	组合创新	主体附加法、同物组合法
	采场台阶布置多分支溜井共贮矿段协同采矿方法	组合创新	同物组合法、异物组合法
	一种缓倾斜薄矿体采矿方法	组合创新和移植创新	异物组合法、直接类比法
	分段凿岩并段出矿分段矿房采矿法	组合创新	同物组合法
	浅孔凿岩爆力—电耙协同运搬分段矿房采矿法	组合创新	主体附加法、同物组合法
	卡车协同出矿分段凿岩阶段矿房法	组合创新	主体附加法
	一种地下矿山井下双采场协同开采的新方法	组合创新	重组组合法
	协同空区利用的采矿环境再造分段凿岩阶段矿房采矿法	组合创新和逆反创新	重组组合法、逆向思考法
崩落类	卡车协同出矿有底柱分段崩落法	组合创新	主体附加法
	柔性隔离层充当假顶的分段崩落协同采矿方法	组合创新	主体附加法、异物组合法
	一种连续崩落采矿方法	组合创新	主体附加法
	立体分区大量崩矿采矿方法	组合创新	重组组合法
充填类	大量放矿同步充填无顶柱留矿采矿方法	组合创新	主体附加法、异物组合法（2）
	垂直孔与水平孔协同回采的机械化分段充填采矿法	组合创新	重组组合法
	组合再造结构体中深孔落矿协同锚索支护嗣后充填采矿法	组合创新	异物组合法、同物组合法
	分条间柱全空场开采嗣后充填协同采矿法	组合创新	重组组合法、异物组合法
	厚大矿体无采空区同步放矿充填采矿方法	组合创新	主体附加法、异物组合法（2）
	底部结构下卡车出矿后期放矿充填同步的水平深孔留矿法	组合创新	主体附加法（2）、异物组合法
	垂直深孔两次放矿同步充填阶段采矿法	组合创新	主体附加法、异物组合法

表3

表4

参考文献 33

1	曹新元，吕古贤，朱裕生 . 我国主要金属矿产资源及区域分布特点[J]. 资源产业，2004，6（4）： 20-22.
	Cao Xinyuan ， Guxian Lü ， Zhu Yusheng . The characteristics of regional distribution of the major metal minerals resources in China[J]. Resources and Industries，2004，6（4）： 20-22.
2	国家自然科学基金委员会 . 未来10年中国科学发展战略（工程科学）[M]. 北京：科学出版社，2012.
	National Natural Science Foundation of China .Chinese Science Development Strategy （Engineering Science） in the Next 10 Years[M]. Beijing： Science Press，2012.
3	陈庆发 . 隐患资源开采与采空区治理协同研究[D]. 长沙：中南大学，2009.
	Chen Qingfa . Study on Synergism of Hidden Danger Resources Mining and Goafs Treatment[D].Changsha： Central South University，2009.
4	牛文静，陈庆发，刘严中，等 . 低品位厚大矿体多中段协同开采步距计算方法[J]. 金属矿山，2016,51（9）： 23-29.
	Niu Wenjing ， Chen Qingfa ， Liu Yanzhong ，et al . Step calculation technique for multi-stage synergistic mining of low-grade large-thick ore-body[J]. Metal Mine，2016,51（9）： 23-29.
5	杨驰，吴建胜，郭连军，等 . 露天矿多采区协同开采资源配置优化[J]. 金属矿山，2017,52（6）： 18-23.
	Yang Chi ， Wu Jiansheng ， Guo Lianjun ，et al . Ore-blending optimization via collaborative mining of multiple mining areas in open-pit mine[J]. Metal Mine，2017,52（6）： 18-23.
6	于斌，杨敬轩，高瑞 .大同矿区双系煤层开采远近场协同控顶机理与技术[J]. 中国矿业大学学报，2018，47（3）： 486-493.
	Yu Bin ， Yang Jingxuan ， Gao Rui .Mechanism and technology of roof collaborative controlling in the process of Jurassic and carboniferous coal mining in Datong mining area[J]. Journal of China University of Mining and Technology，2018，47（3）： 486-493.
7	Fan X M ， Ren F Y ， Xiao D ，et al . Opencast to underground iron ore mining technique[J]. Journal of Central South University，2018，25（7）： 1813-1824.
8	孙会熙，吴爱祥，张磊，等 . 某钒铁矿分区协同开采方案优化[J]. 金属矿山，2016,51（9）： 30-34.
	Sun Huixi ， Wu Aixiang ， Zhang Lei ，et al . Optimization of mining scheme on the partitioning collaborative mining of a vanadium and iron mine[J]. Metal Mine，2016,51（9）： 30-34.
9	陈阳，许梦国，程爱平，等 . 程潮铁矿崩落法和充填法协同开采方案优化研究[J]. 矿业研究与开发，2017，37（11）： 1-4.
	Chen Yang ， Xu Mengguo ， Cheng Aiping ，et al . Optimization research on collaborative mining by caving technique and filling technique in Chengchao Iron Mine[J]. Mining Research and Development，2017，37（11）： 1-4.
10	北京京北职业技术学院 . 创新能力培训教程[M]. 北京：中国商务出版社，2004.
	Beijing Jingbei Vocational and Technical College . Innovative Ability Training Course[M]. Beijing： China Business Press，2004.
11	陈庆发，吴仲雄 . 大量放矿同步充填无顶柱留矿采矿方法：中国，201010181971.2[P]. 2010-10-20.
	Chen Qingfa ， Wu Zhongxiong . The synchronized to fill the mining technique for a large amount of orebody removed without top pillar： China，201010181971.2[P]. 2010-10-20.
12	周爱民 .立体分区大量崩矿采矿方法：中国，201110256519.2[P]. 2011-09-01.
	Zhou Aimin . The landslide mining technique for a large of orebody in three-dimensional partition： China，201110256519.2[P]. 2011-09-01.
13	陈何，孙忠铭，王湖鑫，等 . 一种连续崩落采矿方法：中国，201110109103.8[P]. 2011-04-29.
	Chen He ， Sun Zhongming ， Wang Huxin ，et al . A progressive caving mining technique： China，201110109103.8[P]. 2011-04-29.
14	陈庆发，张亚南，吴仲雄 . 分段凿岩并段出矿分段矿房采矿法：中国，201310331194.9[P]. 2013-08-01.
	Chen Qingfa ， Zhang Yanan ， Wu Zhongxiong . A sublevel room mining technique with sublevel rock drilling overall ore removal： China，201310331194.9[P]. 2013-08-01.
15	邓红卫，周科平，李杰林，等 . 组合再造结构体中深孔落矿协同锚索支护嗣后充填采矿法：中国，201310404154.2[P]. 2013-09-06.
	Deng Hongwei ， Zhou Keping ， Li Jielin ，et al . The subsequent filling mining technique after coordinated anchor cable support under the mid-depth blasthole condition for composite structure： China，201310404154.2[P]. 2013-09-06.
16	胡建华，罗先伟，周科平，等 . 分条间柱全空场开采嗣后充填协同采矿法：中国，201310658513.7[P]. 2013-12-09.
	Hu Jianhua ， Luo Xianwei ， Zhou Keping ，et al . The subsequent filling mining with full space mining between the columns： China，201310658513.7[P]. 2013-12-09.
17	李启月，王卫华，尹土兵，等 . 垂直孔与水平孔协同回采的机械化分段充填采矿法：中国，201410257493.7[P]. 2014-06-11.
	Li Qiyue ， Wang Weihua ， Yin Tubing ，et al . A filling mining technique with mechanized section for the vertical hole and the horizontal hole work together： China，201410257493.7[P]. 2014-06-11.
18	陈庆发，陈青林，吴贤图，等 . 采场台阶布置多分支溜井共贮矿段协同采矿方法：中国，201510673789.1[P]. 2015-10-16.
	Chen Qingfa ， Chen Qinglin ， Wu Xiantu ，et al . A synergism mining technique with multi-branch ore deposits for layout of stope steps： China，201510673789.1[P]. 2015-10-16.
19	陈何，黄丹，杨超，等 . 一种缓倾斜薄矿体采矿方法：中国，201511019114.1[P]. 2015-12-30.
	Chen He ， Huang Dan ， Yang Chao ，et al . A mining technique for the slight slope and thin orebody： China，201511019114.1[P]. 2015-12-30.
20	雷涛，代光俊，叶海旺，等 . 厚大矿体无采空区同步放矿充填采矿方法：中国，201610366837.7[P]. 2016-05-27.
	Lei Tao ， Dai Guangjun ， Ye Haiwang ，et al . A filling mining technique with synchronous orebody removed for thick orebody without goaf： China，201610366837.7[P]. 2016-05-27.
21	孙丽军，汪为平，孙国权，等 . 一种地下矿山井下双采场协同开采的新方法：中国,201610439450X.[P]. 2016-06-20.
	Sun Lijun ， Wang Weiping ， Sun Guoquan ，et al . A new technique of synergetic mining for underground mine with double stope： China，201610439450X[P]. 2016-06-20.
22	陈庆发，刘俊广，黎永杰，等 . 电耙—爆力协同搬运伪倾斜房柱采矿法：中国，201610577976.4[P]. 2016-07-22.
	Chen Qingfa ， Liu Junguang ， Li Yongjie ，et al . A pillar mining technique for false tilt orebody with electric rake-explosive force coordinated transport： China，201610577976.4[P]. 2016-07-22.
23	陈庆发，胡华瑞，陈青林 . 柔性隔离层充当假顶的分段崩落协同采矿方法：中国，201610577993.8[P]. 2016-07-22.
	Chen Qingfa ， Hu Huarui ， Chen Qinglin . The sublevel caving synergetic mining technique for the flexible isolation layer acts as a false roof： China，201610577993.8[P]. 2016-07-22.
24	雷涛，赵昀，叶海旺，等 . 垂直深孔两次放矿同步充填阶段采矿法：中国，201611059708X.[P]. 2016-11-21.
	Lei Tao ， Zhao Yun ， Ye Haiwang ，et al . The synchronous filling stage mining technique for perpendicular mid-depth blasthole after two orebody removed： China，201611059708X.[P]. 2016-11-21.
25	陈庆发，李世轩，胡华瑞，等 . 浅孔凿岩爆力—电耙协同运搬分段矿房采矿法：中国，201611103740.3[P]. 2016-12-05.
	Chen Qingfa ， Li Shixuan ， Hu Huarui ，et al . The sublevel room mining technique with explosive force-electric harrow to carry for shallow hole drilling： China，201611103740.3[P]. 2016-12-05.
26	陈庆发，胡华瑞，李世轩，等 . 底部结构下卡车直接出矿后期放矿充填同步水平深孔留矿法：中国，201611105283.1[P]. 2016-12-05.
	Chen Qingfa ， Hu Huarui ， Li Shixuan ，et al . The horizontal deep hole retention technique for filling synchronization after orebody removed with the truck under the bottom structure condition： China，201611105283.1[P]. 2016-12-05.
27	陈庆发，胡华瑞，陈青林 . 卡车协同出矿有底柱分段崩落法：中国，201710154314.0[P]. 2017-03-15.
	Chen Qingfa ， Hu Huarui ， Chen Qinglin . The sublevel caving technique having sill pillar for orebody collaboratively removed with the truck： China，201710154314.0[P]. 2017-03-15.
28	陈庆发，蒋腾龙，胡华瑞，等 . 卡车协同出矿分段凿岩阶段矿房法：中国，201710153260.6[P]. 2017-03-15.
	Chen Qingfa ， Jiang Tenglong ， Hu Huarui ，et al . The room mining technique of sublevel drilling for orebody collaboratively removed with the truck： China，201710153260.6[P]. 2017-03-15.
29	洪燕云 . 创新思维与创新技法的应用[J]. 茶叶机械杂志，2000，7（2）： 1-3.
	Hong Yanyun . Application of innovative thinking and innovative techniques[J]. Journal of Tea Machinery，2000，7（2）： 1-3.
30	王传友，王国洪 . 创新思维与创新技法[M]. 北京：人民交通出版社，2006.
	Wang Chuanyou ， Wang Guohong . Innovative Thinking and Innovative Techniques[M]. Beijing： China Communications Press，2006.
31	侯光明 . 创新方法系统集成及应用[M]. 北京：科学出版社，2012.
	Hou Guangming . System Integration and Application of Innovative Techniques[M]. Beijing： Science Press，2012.
32	黄斌 . 工科研究生创新能力研究[D]. 广州：广东工业大学，2008.
	Huang Bin . Research on Engineering Graduate Innovation[D]. Guangzhou： Guangdong University of Technology，2008.
33	陈庆发 . 协同采矿方法的发展及类组归属[J]. 金属矿山，2018，53（10）： 1-6.
	Chen Qingfa . Development and classification of collaborative mining techniques[J]. Metal Mine，2018，53（10）： 1-6.

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[1]	曹家源,马凤山,郭捷,张国栋,李兆平. 海底倾斜矿体开采沉陷预测研究[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(4): 522-529.
[2]	赵国彦,张海云,刘建,陈英. 基于GSO-GPR算法的岩层移动角预测模型及其应用[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(1): 63-71.
[3]	卢富然, 陈建宏. 基于AHP和熵权TOPSIS模型的岩爆预测方法[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(3): 365-371.
[4]	丁剑锋. 某金矿矿仓治理研究[J]. 黄金科学技术, 2017, 25(4): 52-57.
[5]	尹土兵，王品，张鸣鲁. 基于AHP及模糊综合评判的地下金属矿山安全分析与评价[J]. 黄金科学技术, 2015, 23(3): 60-66.
[6]	郎雅平，张智斌，姜浩刚. 建设工程审计在金属矿山的应用[J]. J4, 2011, 19(5): 69-71.
[7]	郑亚鹏. 浅析金属矿山主井涌水治理方法[J]. J4, 2011, 19(5): 59-61.
[8]	白复锌, 王善功, 安智海. 地下矿山开采三维可视化系统在鑫汇金矿的应用[J]. J4, 2011, 19(1): 55-57.
[9]	王家吉, 郭国亭, 马彬. 空区立体测量方法初探[J]. J4, 2005, 13(1-2): 21-24.
[10]	樊满华. 浅孔留矿法的新工艺和新技术综述[J]. J4, 2002, 10(2): 6-12.
[11]	樊满华. 深井开采通风技术[J]. J4, 2001, 9(6): 36-42.