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  • CN 62-1112/TF 
  • ISSN 1005-2518 
  • 创刊于1988年
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黄金科学技术, 2019, 27(5): 712-721 doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2019.05.712

采选技术与矿山管理

协同采矿方法的创新思维与创新技法

金家聪,, 陈庆发,

广西大学资源环境与材料学院,广西 南宁 530004

Innovative Mindsets and Innovative Techniques of Synergetic Mining Methods

JIN Jiacong,, CHEN Qingfa,

School of Resources,Environment and Materials,Guangxi University,Nanning 530004,Guangxi,China

通讯作者: 陈庆发(1979-),男,河南郸城人,教授,博士生导师,从事非传统采矿工艺理论研究工作。chqf98121@163.com

收稿日期: 2018-09-25   修回日期: 2019-06-10   网络出版日期: 2019-10-29

基金资助: 广西自然科学基金联合资助培育项目“金属矿床协同采矿方法”.  2018GXNSFAA138105

Received: 2018-09-25   Revised: 2019-06-10   Online: 2019-10-29

作者简介 About authors

金家聪(1996-),男,重庆开县人,硕士研究生,从事采矿方法研究工作cong.j.inia@live.com , E-mail:cong.j.inia@live.com

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.

Keywords: synergetic mining methods ; metal mine ; underground mining ; innovative mindsets ; innovative techniques ; synergetic mining

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本文引用格式

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 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2019.05.712

JIN Jiacong, CHEN Qingfa. Innovative Mindsets and Innovative Techniques of Synergetic Mining Methods[J]. Gold Science and Technology, 2019, 27(5): 712-721 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2019.05.712

我国金属矿产资源赋存的基本特点[1]是大型矿床少,中、小型矿床多;单金属矿少,伴生金属及多金属矿多;管理粗放,集约化程度低。随着开采强度的增加,易采资源逐渐消耗殆尽,一些开采难度大、隐患多且工程目标复杂的难采资源逐渐受到人们的重视。当前,对于这部分复杂难采资源的开发利用,亟需一些采矿新理念、新命题、新理论、新技术和新方法予以指导[2]

2008年陈庆发针对采空区隐患资源开采的技术难题,引入协同理念,创造性地提出了“隐患资源开采与空区处理协同的矿业开发新技术模式”,2009年完成了博士学位论文《隐患资源开采与采空区治理协同研究》[3],自此在我国采矿工程学术界拉开了“协同开采”研究的序幕。

“协同开采”理念及其应用现已成为采矿工程专业人员研究的热点[4,5,6]。就露天开采转地下开采的过渡期开采安全条件差和产量衔接困难等技术难题,Fan等[7]提出并建立了适合协同开采的楔形转接新型过渡模式;孙会熙等[8]针对某钒铁矿资源开采及采空区处理方面的问题,提出了钒铁矿分区协同开采优化方案;陈阳等[9]采用崩落法与充填法协同开采选厂下的矿体,首先采用正交试验设计得到9种开采方案,然后采用数值模拟得到最优开采方案。

不仅如此,我国学者还提出了大量协同采矿方法典型方案,如:大量放矿同步充填无顶柱留矿采矿法、分段凿岩并段出矿分段矿房采矿法和电耙—爆力协同运搬伪倾斜房柱式采矿法等。这些协同采矿方法的提出,极大地丰富了我国金属矿床地下开采采矿方法体系。

协同采矿方法的发明创造,既有发明人有意识或无意识的创新思维引导,同时也需要一定的技巧与方法,即“创新技法”[10]。目前国内外学者尚未针对协同采矿方法的创新思维与创新技法开展研究,而通过分析现有协同采矿方法的创新思维与创新技法,并熟稔这些创新技法,有助于按照协同采矿科学规律启迪人们对采矿方法革新的创新性思维,有助于采矿工程从业者提高采矿方法的开发效率。因此,有必要对其进行理论研究,促进协同采矿方法的发展。

1 现有协同采矿方法及工程类创新思维与创新技法

经统计,2009~2018年我国学者共提出了19种协同采矿方法[3,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28],如表1所示。

表1   2009~2018年我国学者提出的协同采矿法统计

Table 1  Statistics of synergetic mining methods proposed by Chinese researchers during 2009~2018

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

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表1可知,我国学者发明的协同采矿方法呈逐年增多的趋势,在一定程度上反映了“协同开采”理念在我国矿业的推广普及程度。

创新思维是设计者为满足社会客观需求而存有的内在驱使力与创新活动的外在动力相结合,在科学理论与设计方法的指导下,在创新活动中表现出来的一种具有独创的能从捕捉瞬间灵感和想象中产生新成果的高级复杂的思维活动[29]

创新技法是人们借鉴大量成功的创新实例,研究其获得成功的思路历程,经过分析、归纳和总结,寻找其规律和方法,以便推进自主创新。创新思维是一切创新活动和结果的前提,每一种创新技法的产生均以一定的创新思维规律为基础。发明创造的成果是创新思维的结晶,发明创造总是与创新思维联系在一起,创新思维是整个创造活动的实质和核心[30]

基于参考文献[31]、[32],归纳了当前工程类常用的组合创新、移植创新和逆反创新3种创新思维及其对应的创新技法,如表2所示。表2中“/”表明该创新技法不再细分。

表2   工程类常用的创新思维与创新技法

Table 2  Common innovative mindsets and innovative techniques used in engineering

序号创新思维创新技法
1组合创新组合法主体附加法
同物组合法
异物组合法
重组组合法
形态分析法/
信息交合法/
2移植创新移植法原理移植
方法移植
结构移植
环境移植
类比法直接类比法
仿生类比法
因果类比法
综合类比法
3逆反创新逆向思考法/
反求工程法/

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2 协同采矿方法的创新思维与创新技法

协同采矿方法隶属于采矿方法范畴,因此可将协同采矿方法划分为空场类、充填类和崩落类三大类。协同采矿方法具体方案的类组归属应以地压管理方法为依据,将其归于三大类采矿方法的某一类、某一组,以便采矿从业人员在选择与研究采矿方法时参考[33]

2.1 空场类协同采矿方法

(1)电耙—爆力协同搬运伪倾斜房柱采矿法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的主体附加法和同物组合法。以采用电耙运搬的伪倾斜房柱采矿法为主体,将爆力运搬方式作为附属物添入其中,使回采矿房中的矿石在爆力运搬、电耙运搬方式的联合作用下顺利进入溜矿井,属主体附加法;爆力运搬与电耙运搬同物组合,形成联合运搬方式,运搬作业协同,属同物组合法。

(2)采场台阶布置多分支溜井共贮矿段协同采矿方法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的同物组合法和异物组合法。创新出矿结构中,通过增加溜矿段来联系各矿层,以弥补溜矿功能的不足,便于各矿层协同出矿,属同物组合法;各溜矿段与溜矿井的贮矿段进行组合,便于会聚各矿层回采矿石后续放出,属异物组合法。

(3)一种缓倾斜薄矿体采矿方法。该采矿方法主要运用了组合创新思维和移植创新思维;创新技法主要运用了组合法中的异物组合法和类比法中的直接类比法。从煤矿开采领域划分煤块为条带进行直接类比,将适用于煤矿开采领域的条带式开采植入开采煤系地层覆盖下多层缓倾斜薄矿体(金属矿)的领域,进行机械化条带式开采,属直接类比法;在条带式矿房回采完毕后,部分充填采空区,随后进行爆破作业,崩落上覆围岩,切顶充填采空区,即围岩崩落与采空区充填协调并进,属异物组合法。

(4)分段凿岩并段出矿分段矿房采矿法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的同物组合法。以分段凿岩分段矿房采矿法为前提,借鉴垂直深孔分段凿岩阶段矿房法,视矿体禀赋情况将部分分段进行同物组合,结合分段矿房法灵活性大、损失贫化率小及阶段矿房法采准工程量小的优势,成为了一种合并分段,即在需进行合并的各分段底部布置独立的出矿结构,使原本独立的各分段矿石经出矿结构后共用同一出矿平巷得以协同出矿。

(5)浅孔凿岩爆力—电耙协同运搬分段矿房采矿法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的主体附加法和同物组合法。类似于上述的电耙—爆力协同运搬伪倾斜房柱式采矿法,以采用电耙运搬的分段矿房采矿法为主体,将爆力运搬方式作为附属物添入其中,使得爆力运搬与电耙运搬协同作业,属主体附加法;随后将2种运搬方式进行同物组合,形成了较系统的矿石运搬方式,属同物组合法。

(6)卡车协同出矿分段凿岩阶段矿房法。该采矿方法创新思维主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的主体附加法。以分段凿岩的阶段矿房采矿法为主体,将出矿能力较高的卡车作为附属物添入其中,突破了矿石转运的限制,采用卡车直接受矿,借助于无轨运输的优势使回采矿石过程中的落矿作业和矿石运搬作业同步协调进行。

(7)一种地下矿山井下双采场协同开采方法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的重组组合法。沿矿体走向划分若干矿块,再对矿块内部进行结构重组,从传统的矿块内划分矿房矿柱重组成矿块内划分左右矿房,随后在2相邻矿块之间留设用以临时支护的矿柱;左右矿房工作面以阶梯式推进,使矿块内形成了回采矿石的双采场,实现了双采场同时出矿;左右矿房回采工作完毕后,以同样的方式回收左右矿柱,再次形成回采矿石的双采场。

(8)协同空区利用的采矿环境再造无间柱分段分条连续采矿法。该采矿方法主要运用了组合创新思维和逆反创新思维;创新技法主要运用了组合法中的重组组合法和基于逆反创新思维的逆反思考法。将较大规模的采空区或复杂空区通过采矿环境再造的方式进行结构重组,将大空区划为小空区或将连续空区划为孤立空区,然后将小空区或孤立空区内嵌入矿山开采布局中加以利用,属重组组合法;另辟蹊径,逆反常规,将矿块划分为矿房和矿柱,先回采矿柱并以高配比水泥砂浆进行胶结充填再造采矿环境,再回采矿房并以低配比的水泥砂浆进行胶结充填,属逆反思考法。

2.2 崩落类协同采矿方法

(1)卡车协同出矿有底柱分段崩落法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的主体附加法。该方法类似于上文的卡车协同出矿分段凿岩阶段矿房法,以垂直深孔落矿的有底柱分段崩落法为主体,将出矿能力较强的卡车作为附属物添入其中,突破矿石转运的限制,采用卡车直接受矿,借助于无轨运输的优势使回采矿石过程中的落矿作业和矿石运搬作业同步进行。

(2)柔性隔离层充当假顶的分段崩落协同采矿方法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的异物组合法和主体附加法。以采用中深孔凿岩的无底柱分段崩落采矿法为主体,附属物为铺设的柔性隔离层假顶,使矿石与废石得到有效隔离,其中柔性隔离层运用了异物组合法,将钢丝绳、金属网及聚酯纤维这3种材料进行异物组合,形成可供工程使用的新材料;随后形成的柔性隔离层假顶作为主体采矿方法的附属物,避免了矿石与废石的直接接触,属主体附加法。

(3)一种连续崩落采矿方法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的主体附加法。以大直径深孔阶段崩落采矿法为主体,将阶段空场采矿法的采矿技术作为附属物添入其中,将矿体划分为矿块,矿块内部再划分矿房、矿柱,在矿块内回采矿石的过程中,先利用阶段矿房法回采矿房矿石,形成回采后的采空区作为后续矿柱和顶板回采时的爆破补偿空间,随后对间柱、顶柱进行大直径爆破作业。

(4)立体分区大量崩矿采矿方法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的重组组合法。沿矿体走向划分若干矿块,再对矿块内部进行结构重组,通过对大量崩矿技术的渗析,将矿块内部划分为补偿区域和大量崩矿区域,并在大量崩矿区域的三维立体范围内划分爆区,将其作为具有独立切割空间和爆破自由面的分区。在矿块内率先形成补偿区域,随后以区间微差或同时爆破的方式实现所有分区一次性协同集中大爆破。

2.3 充填类协同采矿方法

(1)大量放矿同步充填无顶柱留矿采矿法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的主体附加法和异物组合法。以浅孔留矿采矿法为主体,附属物即为铺设的复合隔离层,使矿石与废石得到有效隔离,属主体附加法;复合隔离层运用了异物组合法,把杂草、麻袋片和防渗土工料等材料进行异物组合,形成可供工程使用的新型材料,属异物组合法;复合隔离层铺设在留矿堆表面,在进行放矿作业的同时又在进行充填作业,形成了一个新的整体,属异物组合法。

(2)垂直孔与水平孔协同回采的机械化分段充填采矿法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的重组组合法。以传统分段充填采矿法为前提,沿矿体的垂直方向划分中段,中段内划分分段,沿矿体走向或垂直矿体走向布置合理长度与宽度的矿房,以此作为回采单元,对其进行结构重组,划分垂直孔、水平孔两大回采区域,先进行垂直孔爆破落矿,随后进行水平孔爆破压采,矿房采下的矿石采用铲运机协同大量出矿,出矿作业完毕后立即进行充填,并预留上分段回采所需凿岩空间,保证了矿山开采系统的协同运作。

各协同采矿方法的创新技法汇总情况如表3所示。

表3   各协同采矿方法的创新技法汇总

Table 3  Summary of innovative techniques in various synergetic mining methods

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

注:“创新技法”一列,括号内数字表示在该协同采矿方法中对应的创新技法使用次数,未标明的默认为1次

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(3)组合再造结构体下中深孔落矿协同锚索支护嗣后充填采矿方法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的异物组合法和同物组合法。首先在上盘围岩中沿矿体走向掘进凿岩、支护和出矿巷道,采用中深孔布置扇形炮孔并利用中深孔布置锚索支护上盘围岩,使爆破落矿工作和锚索支护工作“合二为一”,属异物组合法;切顶后构筑的人工假顶又与锚索支护进行组合,起到协同支护的作用,属同物组合法。

(4)分条间柱全空场开采嗣后充填协同采矿法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的重组组合法和异物组合法。以嗣后充填采矿法为基础,将盘曲矿段进行重组并组合成新的划分结构(主、次间柱),先采次间柱后采主间柱,回采次间柱时保留顶板支撑,进行全空场开采,矿石开采完毕进行一次性充填,属重组组合法;回采主间柱时连带顶板一并回采,边回采边充填,此时充填工艺和回采工艺进行了异物组合。

(5)厚大矿体无采空区同步放矿充填采矿法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的主体附加法和异物组合法。类似于大量放矿同步充填无顶柱留矿采矿法,以传统阶段充填采矿法为主体,附属物为铺设的柔性防护层,不仅使矿石与废石得到有效隔离,还起到了支撑防护的作用,属主体附加法;其中柔性防护层运用了异物组合法,把油毛毡、SBS改性沥青防水卷材等材料进行异物组合,形成可供工程使用的新材料;随后由于复合隔离层的铺设,在进行放矿作业的同时又在进行充填作业,形成新的整体,属异物组合法。

(6)底部结构下卡车直接出矿后期放矿充填同步的水平深孔留矿法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的主体附加法和异物组合法。以水平深孔留矿采矿法为主体,将出矿能力强的卡车作为附属物添入,放矿的同时卡车直接受矿,属主体附加法;此外,主体水平深孔留矿采矿法还添入了柔性隔离层作为附属物铺设在留矿堆表面,使矿石与废石相隔离,属主体附加法;随着柔性隔离层在留矿堆表面的铺设,使得落矿作业与废石充填相协调,即矿石落矿与充填作业进行了异物组合。

(7)垂直深孔两次放矿同步充填阶段采矿法。该采矿方法主要运用了组合创新思维;创新技法主要运用了组合法中的主体附加法与异物组合法。与大量放矿同步充填无顶柱留矿采矿法和厚大矿体无采空区同步放矿充填采矿法相类似,该采矿方法同样采用以空场嗣后充填采矿法为主体,将引入的聚氨酯钢丝网作为附属物,起到防护作用,并使矿石与废石得到有效隔离,属主体附加法;随着聚氨酯钢丝网的铺设,在进行放矿作业的同时又在进行充填作业,即形成了放矿同步充填,形成新的整体,属异物组合法。

对各协同采矿方法所采用的创新思维与创新技法进行统计,结果如表3所示。

一般来说,应用创新思维和创新技法次数越多的协同采矿方法,其创新的难度越大,创新性也越强;反之则反。

3 各创新思维与创新技法占比分析

为了更加直观地了解各创新思维与创新技法在现有协同采矿方法中的应用情况,对照表2,对19种协同采矿方法中创新思维与创新技法所占比重进行统计,结果如表4所示。

表4   现有协同采矿方法应用的创新思维与创新技法比重

Table 4  Proportion of innovative mindsets and innovative techniques of existing synergetic mining methods

序号创新思维

使用次

数/次

所占

比重

创新技法

使用次

数/次

所占比重
1组合创新190.9048主体附加法110.3110
同物组合法50.1414
异物组合法110.3110
重组组合法50.1414
2移植创新10.0476直接类比法10.0476
3逆反创新10.0476逆向思考法10.0476

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表4可知,创新思维中,组合创新思维使用次数为19次(所占比重为0.9048),移植创新思维和逆反创新思维各使用1次(各自所占比重均为0.0476);创新技法中,主体附加法使用次数为11次(所占比重为0.3110),异物组合法为11次(所占比重为0.3110),同物组合法为5次(所占比重为0.1414),重组组合法为5次(所占比重为0.1414),直接类比法为1次(所占比重为0.0476),逆向思考法为1次(所占比重为0.0476),未得到应用的创新技法比重为0。

可见,组合创新是当前协同采矿方法创新活动中采用的主要创新思维,基于组合创新思维的创新技法主要有主体附加法、异物组合法、同物组合法和重组组合法;移植创新、逆反创新以及基于这2种创新思维的创新技法(直接类比法、逆向思考法)所占比重较小。

根据表4中的比重数据,可以得到如下结论:(1)创新思维方面:组合创新是当前协同采矿方法创新活动中采用的最主要的创新思维;②移植创新思维与逆反创新思维应用较少。(2)创新技法方面:基于组合创新思维的组合法(主体附加法、同物组合法、异物组合法和重组组合法)得到了较广泛的应用,且组合法中的主体附加法和异物组合法应用频率高于同物组合法和重组组合法;②基于组合创新思维的形态分析法和信息交合法未得到应用;基于移植创新思维的类比法(直接类比法)得到少量应用,而移植法(原理移植、方法移植、结构移植和环境移植)和类比法(仿生类比法、因果类比法和综合类比法)未得到应用;基于逆反创新思维的逆向思考法得到少量应用,而反求工程法未得到应用。

4 启示

未来协同采矿方法创新活动中,一定时段内,仍可继续发挥组合创新思维的指导作用,积极采用对应的主体附加法、异物组合法、同物组合法和重组组合法等创新技法,通过以下4种途径实现:(1)以发展成熟的传统采矿方法为主体,将部分新结构、新技术附加到传统采矿方法的采场结构或回采工艺方面,形成新型协同采矿方法,例如厚大矿体无采空区同步放矿充填采矿法中附加以柔性隔离层到采场结构方面,降低了矿石贫化率,提高了回采的安全性。(2)将不同功能、结构和方法等进行异物组合,形成新型协同采矿方法,例如组合再造结构体下中深孔落矿协同锚索支护嗣后充填采矿方法中爆破落矿和锚杆支护异物组合,使回采工作安全可靠,工程利用率和生产能力得到极大提高。(3)将相同功能、结构和方法等以数量上的叠加,即同物组合,形成新型协同采矿方法,例如采场台阶布置多分支溜井共贮矿段协同采矿方法中,溜矿段同物组合形成多分支溜井共贮矿段结构,使贮矿能力大大增加,有效解决了矿石运输受溜井贮矿能力制约的问题,降低了出矿管理难度。(4)通过对传统采矿方法进行深入分析,将其构造进行解构重组,形成新型协同采矿方法,例如一种地下矿山井下双采场协同开采方法中矿块内部进行结构重组,实现了2个采场同时回采,生产能力提高一倍,双采场同步出矿,提高了出矿效率。

与此同时,虽然移植创新思维与逆反创新思维所占比重较低,但不排除二者在未来协同采矿方法的创新活动中的思维指导作用;基于移植创新思维的移植法(原理移植、方法移植、结构移植和环境移植)、类比法(直接类比法、仿生类比法、因果类比法和综合类比法)和基于逆反创新思维的逆向思考法、反求工程法仍有较大的应用潜力,未来仍有可能被用来创造大量新型协同采矿方法。

参考文献

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,200464): 20-22.

[本文引用: 1]

Cao Xinyuan Guxian Zhu Yusheng .

The characteristics of regional distribution of the major metal minerals resources in China

[J]. Resources and Industries200464): 20-22.

[本文引用: 1]

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.

[本文引用: 1]

National Natural Science Foundation of China .

Chinese Science Development Strategy (Engineering Science) in the Next 10 Years

[M]. BeijingScience Press2012.

[本文引用: 1]

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.

[本文引用: 3]

Chen Qingfa .

Study on Synergism of Hidden Danger Resources Mining and Goafs Treatment

[D].ChangshaCentral South University2009.

[本文引用: 3]

牛文静陈庆发刘严中 .

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,2016,519): 23-29.

[本文引用: 1]

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 Mine2016,519): 23-29.

[本文引用: 1]

杨驰吴建胜郭连军 .

露天矿多采区协同开采资源配置优化

[J]. 金属矿山,2017,526): 18-23.

[本文引用: 1]

Yang Chi Wu Jiansheng Guo Lianjun et al .

Ore-blending optimization via collaborative mining of multiple mining areas in open-pit mine

[J]. Metal Mine2017,526): 18-23.

[本文引用: 1]

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,2018473): 486-493.

[本文引用: 1]

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 Technology2018473): 486-493.

[本文引用: 1]

Fan X M Ren F Y Xiao D et al .

Opencast to underground iron ore mining technique

[J]. Journal of Central South University,2018257): 1813-1824.

[本文引用: 1]

孙会熙吴爱祥张磊 .

某钒铁矿分区协同开采方案优化

[J]. 金属矿山,2016,519): 30-34.

[本文引用: 1]

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 Mine2016,519): 30-34.

[本文引用: 1]

陈阳许梦国程爱平 .

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,20173711): 1-4.

[本文引用: 1]

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 Development20173711): 1-4.

[本文引用: 1]

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.

[本文引用: 1]

Beijing Jingbei Vocational and Technical College .

Innovative Ability Training Course

[M]. BeijingChina Business Press2004.

[本文引用: 1]

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

周爱民 .

立体分区大量崩矿采矿方法:中国,201110256519.2

[P]. 2011-09-01.

[本文引用: 2]

Zhou Aimin .

The landslide mining technique for a large of orebody in three-dimensional partition: China,201110256519.2

[P]. 2011-09-01.

[本文引用: 2]

陈何孙忠铭王湖鑫 .

一种连续崩落采矿方法: 中国,201110109103.8

[P]. 2011-04-29.

[本文引用: 2]

Chen He Sun Zhongming Wang Huxin et al .

A progressive caving mining technique: China,201110109103.8

[P]. 2011-04-29.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

邓红卫周科平李杰林 .

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

胡建华罗先伟周科平 .

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

李启月王卫华尹土兵 .

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

陈庆发陈青林吴贤图 .

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

陈何黄丹杨超 .

一种缓倾斜薄矿体采矿方法: 中国,201511019114.1

[P]. 2015-12-30.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

雷涛代光俊叶海旺 .

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

孙丽军汪为平孙国权 .

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

陈庆发刘俊广黎永杰 .

电耙—爆力协同搬运伪倾斜房柱采矿法: 中国,201610577976.4

[P]. 2016-07-22.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

雷涛赵昀叶海旺 .

垂直深孔两次放矿同步充填阶段采矿法: 中国,201611059708X.

[P]. 2016-11-21.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

陈庆发李世轩胡华瑞 .

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

陈庆发胡华瑞李世轩 .

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

陈庆发蒋腾龙胡华瑞 .

卡车协同出矿分段凿岩阶段矿房法: 中国,201710153260.6

[P]. 2017-03-15.

[本文引用: 2]

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.

[本文引用: 2]

洪燕云 .

创新思维与创新技法的应用

[J]. 茶叶机械杂志,200072): 1-3.

[本文引用: 1]

Hong Yanyun .

Application of innovative thinking and innovative techniques

[J]. Journal of Tea Machinery200072): 1-3.

[本文引用: 1]

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.

[本文引用: 1]

Wang Chuanyou Wang Guohong .

Innovative Thinking and Innovative Techniques

[M]. BeijingChina Communications Press2006.

[本文引用: 1]

侯光明 .

创新方法系统集成及应用

[M]. 北京科学出版社2012.

[本文引用: 1]

Hou Guangming .

System Integration and Application of Innovative Techniques

[M]. BeijingScience Press2012.

[本文引用: 1]

黄斌 .

工科研究生创新能力研究

[D]. 广州广东工业大学2008.

[本文引用: 1]

Huang Bin .

Research on Engineering Graduate Innovation

[D]. GuangzhouGuangdong University of Technology2008.

[本文引用: 1]

陈庆发 .

协同采矿方法的发展及类组归属

[J]. 金属矿山,20185310): 1-6.

[本文引用: 1]

Chen Qingfa .

Development and classification of collaborative mining techniques

[J]. Metal Mine20185310): 1-6.

[本文引用: 1]

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