[编委成果虚拟专辑]

陈庆发教授：“协同开采”理论与技术研究进展

【编者按】：“协同开采”作为一种采矿理念自问世以来，得到了业内学者的广泛关注，涌现出了不少理论研究与技术创新成果，有力推动了采矿理论与技术的进步。《金属矿山》编委、广西大学陈庆发教授课题组长期从事“协同开采”及相关领域的研究工作，近年来取得了显著进展。现将2018年至今陈教授课题组的部分优秀成果进行适当汇总，以飨读者。

专家介绍

陈庆发，教授，博士，博士研究生导师，现任广西大学资源环境与材料学院副院长、广西矿物工程高校重点实验室主任，兼任国家科学技术进步奖评审专家，《金属矿山》杂志编委。主要从事采矿工艺与矿山岩石力学等方面的教学与研究工作，提出“协同开采”重大采矿技术科学命题、“同步充填”采矿技术理念、岩体结构三维解构思想以及结构均质区三维划分方法、岩体质量RMRmbi分级新方法等，发展形成了采空区隐患资源协同开采技术、同步充填柔性隔离层下散体介质流理论、地下矿山岩体结构解构理论、裂隙岩体块体化程度修正理论、结构均质区与岩体质量分级一体化模式、产状复杂矿体分区协同开采技术等原创知识体系。主持国家自然科学基金项目（3项）、国家公益性行业科研专项课题、国家重点研发计划子课题等科研项目40余项；以第一作者或通信作者名义在《International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences》《Rock Mechanics and Rock Engineering》《Computers and Geotechnics》《中国科学》《岩石力学与工程学报》等期刊发表SCI/EI检索论文60余篇；以第一作者名义出版学术专著6部；获国家发明专利授权11项。

1 协同开采技术的核心模块与一般开发流程

文章摘要

为促进协同开采技术模式的规范化发展，对协同开采技术的核心模块与一般开发流程进行了研究。通过分析协同学基本原理对协同开采技术的指导作用，归纳出协同开采技术的3句核心阐述：竞争与不稳定性是开展协同开采技术开发的前提，系统要素与结构是协同开采技术的组织载体，协同作用是维持系统有序运行的驱动力。将“竞争与不稳定性”“系统要素与结构”“协同作用”视为构成协同开采技术的三大核心模块，分别诠释了它们在协同开采技术中的科学内涵。形成了以工程目标确定、竞争与不稳定性分析、系统要素与结构确定、协同作用分析、协同度测评为主要步骤的协同开采技术一般开发流程。最后结合广西高峰矿105号碎裂矿段具体采矿工程案例,介绍了碎裂环境和采空区双重隐患下协同开采技术的开发过程。研究成果为协同开采技术的开发提供了一个范式参考。

协同开采技术的核心模块与一般开发流程全文下载

陈庆发，黄昊.协同开采技术的核心模块与一般开发流程[J].金属矿山，2022（9）：1-8.

2 基于协同学的协同开采科学内涵诠释

文章摘要

“协同开采”已成为当前我国采矿工程领域研究的热点词汇之一，但业界对其内涵的把握程度尚需进一步深入。基于协同学理论，系统诠释了协同开采的科学内涵。首先，厘清了协同学主要概念及其在协同开采中的含义；其次，通过对协同开采定义的逆向剖析，提出了“开采活动前置条件”表述，分析了协同开采与开采活动前置条件中基础性因素之间的关系；然后，通过比较分析协同效应与整体效应之间的区别,阐明了协同开采系统的协同效应内涵；最后，论证了自组织理论在协同开采系统中的适用性，并对协同开采系统中的自组织过程进行了探讨。研究结果有助于促进业界准确理解协同开采的科学内涵，有助于促进协同开采理论与技术的深入发展。

基于协同学的协同开采科学内涵诠释全文下载

陈庆发，黄昊.基于协同学的协同开采科学内涵诠释[J].金属矿山，2022（5）：37-44.

3 浅孔留矿法与同步充填留矿法放矿过程力链演化特征比较

文章摘要

相较于浅孔留矿法，由于同步充填留矿法在大量放矿前预先铺设柔性隔离层，造成放矿规律出现重大改变。基于两种采矿方法的共性，借助离散单元软件，开展了浅孔留矿法与同步充填留矿法放矿过程矿石散体力链演化特征的对比研究。结果表明：两种采矿方法放矿过程中，强接触占比与力链接触占比随着放矿次数增加，呈现出的变化规律也不尽相同；力链数量随着放矿次数增加也呈现出不同的变化规律，但力链长度的概率分布规律却高度一致，均呈指数形式减少；相较于浅孔留矿法，虽然同步充填留矿法放矿过程中矿石散体内部力链强度波动幅度较小，但在不同放矿节点条件下矿石散体内部力链强度的概率分布均先呈指数形式上升再呈指数形式下降，呈现出相同的变化规律；放矿过程中，矿石散体内部力链方向分布均呈现出明显的阶段性变化，且各阶段内力链方向变化规律、力链方向分布各向异性程度表征参数变化规律各不相同。研究成果对同步充填留矿法放矿过程矿石流动规律的研究具有一定的借鉴意义。

浅孔留矿法与同步充填留矿法放矿过程力链演化特征比较全文下载

刘恩江，陈庆发，刘军.浅孔留矿法与同步充填留矿法放矿过程力链演化特征比较[J].金属矿山，2021（7）：73-82.

4 协同采矿方法协同度测度评价研究

文章摘要

协同采矿方法的协同度测度评价一直是采矿工程学术界悬而未决的科学问题。将采矿方法划分为由3层子系统构成的系统结构，在此基础上绘制了协同采矿方法参与协同要素的结构型式图。通过引入协同熵概念，构建了协同采矿方法协同度测度评价模型。基于改进的层次分析法和熵权法，给出了协同采矿方法各子系统协同度评价指标赋权方法。参照系统协同度等级划分标准,以电耙—爆力协同运搬伪倾斜房柱采矿法为例，阐述了协同熵评价模型的运用流程,并对近10 a来我国学者发明的19种协同采矿方法的协同度进行了统计分析。研究表明：构建的协同采矿方法协同要素的结构型式图，能够清晰地表明各要素间或要素内的协同关系与工艺环节间的结构关系；样例协同采矿方法整体处于基本协同状态，其中采场回采工作、采场结构、落矿及矿石运搬等工作分别处于良好协同、轻度不协同和高度协同状态；19种协同采矿方法中,有8种、7种及4种整体处于基本协同、良好协同及高度协同状态。研究成果可为协同采矿方法的技术水平评价提供参考。

协同采矿方法协同度测度评价研究全文下载

陈庆发，胡华瑞，蒋腾龙.协同采矿方法协同度测度评价研究[J].金属矿山，2020（9）：15-25.

5 大新锰矿西北地采矿区产状复杂矿体分区协同开采技术研究

文章摘要

复杂难采矿体开采是采矿业亟待解决的一个科技难题。针对产状复杂矿体采用现有技术开采常导致生产效率低、安全性差、劳动生产率高、资源回收率低等突出问题，通过引入工程地质分区思想和”协同开采”理念，提出了产状复杂矿体分区协同开采技术思路。针对大新锰矿西北地采矿区”U”形产状复杂多层薄矿体尚无成熟的采矿工艺保证安全高效开采的问题，根据产状复杂矿体分区协同开采技术思路，综合分析了矿体地质赋存条件，并结合矿体三维模型选取了影响矿体开采的走向和倾角作为矿体分区依据，将矿体分为一区、二区和三区，提出了一种工程地质条件引导的矿体分区技术。针对不同分区的开采技术条件，在各分区进行了采矿方法优选或设计，推荐一区、二区和三区分别采用浅孔留矿法、电耙出矿房柱法和电耙—爆力协同搬运伪倾斜房柱采矿法，形成了一种产状复杂矿体采矿方法优选与设计技术。研究表明：所提方法有效解决了大新锰矿西北地采产状复杂矿体的开采技术难题，为产状复杂矿体高效协同开采提供了一种新思路。

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肖体群，陈庆发，黎永杰.大新锰矿西北地采矿区产状复杂矿体分区协同开采技术研究[J].金属矿山，2020（5）：76-81.

6 “协同开采”内涵析理与发展方向展望

文章摘要

“协同开采”是我国学者独立提出的一项采矿技术理念，该理念在推广应用过程中出现了一些争议。通过对”协同开采”的内涵进行析理，对相关争议进行了回应，并对其发展方向进行了展望。首先，回顾了”协同开采”理念的提出背景与发展过程，概述了我国学者在协同开采领域的相关研究进展；其次，对与该理念密切相关的”开采”与”采矿”、”协调”与”协同”两组基础词汇进行了内涵辨析；在此基础上，进一步对”协同开采”定义做了修订，并划分了”协同开采”的类型；然后，对”协同开采”与”协调开采”、”参数优化”之间的区别及对有关”协同采矿”、”适用领域”等方面的争议给出了明确观点；最后，从理论研究、采矿设计代次、领域横断发展、横向分支技术、特殊环境下资源开采、与新一代信息技术（如人工智能技术、大数据技术等）相结合等方面，对”协同开采”未来的发展方向进行了展望。分析结果对于准确理解”协同开采”内涵及推进相关科学研究与技术开发具有重要促进作用。

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陈庆发.“协同开采”内涵析理与发展方向展望[J].金属矿山，2020（5）：2-8.

7 地下矿山两相邻矿体开采扰动关系与协同步距分析

文章摘要

对于金属矿床地下开采的两相邻矿体，从根本上弄清两相邻矿体之间的开采扰动关系与回采步距，对于实现矿产资源优化开采与地压安全管理具有重要意义。以往研究主要关注于开采顺序对围岩应力分布状态产生的影响，未从理论上对两相邻矿体间的扰动关系进行详细分析。基于协同开采理念，分析了不同倾角和不同矿层间距条件下两相邻矿体的开采扰动关系，给出了相应的协同步距计算公式，并结合山东会宝岭铁矿两急倾斜相邻矿体和云南斗南锰矿两缓倾斜相邻矿体开展了工程案例分析。研究表明：①水平—缓倾斜两相邻矿体仅存在下层矿体回采对上层矿体扰动关系1种类型,倾斜—急倾斜两相邻矿体存在无扰动关系、单一矿体扰动关系和两矿体相互扰动关系3种类型；②相应的协同步距计算公式由开采方式与矿体相关参数综合决定；③会宝岭铁矿的两急倾斜相邻矿体宜同步回采，云南斗南锰矿两缓倾斜相邻矿体的V8矿层应超前V7a矿层2个矿块回采。研究成果可为地下矿山两相邻矿体安全、高效、绿色、协同开采提供参考。

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陈庆发，杨承业，肖体群.地下矿山两相邻矿体开采扰动关系与协同步距分析[J].金属矿山，2019（7）：1-7.

8 协同采矿方法的发展及类组归属

文章摘要

随着”协同开采”理念的深入发展，我国学者发明了大量的协同采矿方法，但迄今为止尚未有学者对这类采矿方法进行系统归纳与整理。基于对”协同开采”理念的理解，将在采场结构或采场回采工作两大方面具有合作、协调与同步等协同属性的采矿方法定义为协同采矿方法；按采矿方法提出或专利申请时间的先后顺序排序，梳理了2009—2018年10 a来我国提出的协同采矿方法；并结合笔者前期采矿方法分类修订研究工作，探讨了现有19种协同采矿方法典型方案的类组归属问题，制定了协同采矿方法类组归属标准表。研究成果有助于激励我国学者开发出更多的协同采矿方法，有助于进一步推进”协同开采”理念在我国矿业行业的推广应用。

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陈庆发.协同采矿方法的发展及类组归属[J].金属矿山，2018（10）：1-6.

《金属矿山》简介

《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。投稿网址：http://www.jsks.net.cn。

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