2026冶金科学技术奖一等奖丨深部复杂金属矿多采场时空联动高效开采与灾害防控关键技术

来源：市场资讯

（来源：中国冶金报社）

项目名称：深部复杂金属矿多采场时空联动高效开采与灾害防控关键技术

完成单位：中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 等

完成人：孙国权 等

矿产资源是经济社会发展的重要物质基础，其勘查开发关乎国计民生与国家安全。但当前我国战略金属矿产资源供需缺口较大、对外依存度偏高，36种战略矿产中有20种对外依存度超过40%，13种超过70%，铁、铜等大宗矿产对外依存度长期高于80%。与此同时，随着浅部矿产资源逐步枯竭，我国矿产资源开发形成“东深—西高—大产能”的布局特征：东部矿山很大部分矿产资源埋深超过千米，目前已建及在建的深部矿山超过20座；国内矿产资源品位普遍偏低，大产能是实现经济高效开采的必然要求。深部资源开采已成为保障我国未来矿产资源安全的战略要地与主战场，实现千米以深资源规模化开发，对提高我国金属矿产资源供给能力和保障国家资源安全具有重要战略意义，是保障经济发展和国家资源安全的重要“压舱石”。

然而，向深部要资源，绝非简单延伸。在高应力受限空间内，如何布置足够数量的采场并实现连续回采？如何在大规模强采动循环下保障集群采场安全？如何实时感知采动灾害并主动防控？是深部规模化开发必须跨越的关口。实现深部高效安全开采，核心在于“建多采场、降强采动、控高地压、管多灾害”。

针对上述难题，中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司牵头，联合武汉科技大学、安徽马钢罗河矿业有限责任公司、安徽马钢张庄矿业有限责任公司、华北科技学院成立项目组，依托2项国家重点研发计划项目及多项企业合作项目，历经多年攻关，成功研发了“深部复杂金属矿多采场时空联动高效开采与灾害防控关键技术”。项目构建了“梯级协同连采—充填锚固协控—递进聚焦预警”全流程一体化开采模式，在开采、调控、预警三个核心方向实现了系统创新。

研发了深部金属矿多采场时空联动高效开采新方法，破解“有限空间内采场不足、难以连续开采”的卡点，提出“三维错峰、协同共享”的深部开采方案。

在采场布局上，项目研发了“多采区—多中段—多盘区—多采场”梯级时空协同开采方法，打破深部开采“隔三采一”的平面思维，水平方向采用“梅花形”隔三采一布置，使采场如棋盘般交错分布；竖直方向将不同中段与不同盘区采场错位布置，形成立体空间的梯级网格。这一方法用空间换数量，从根本上解决了深部采场数量受限的布局难题。

在效率提升上，项目开发了适配梯级协同的连采技术，实现多采场“凿岩—爆破—铲装—通风—支护”全工艺流程的平面与立体连续作业，同时创新多采场协同开采底部结构共用构筑方法，研发了采场-盘区间柱一体化回采技术，大幅减少采切工程量，降低工序干扰，使生产效率提升30%，间柱回收率提高17%。

在采场回采顺序上，项目研发了多采场梯级立体分区采充时序设计方法，创建“上废下充、采充协同”系统，通过立体分区和间隔回采，在水平和竖向两个方向隔断、分散采动高应力，配合及时充填形成“缓冲体”，有效降低多重反复采动影响，从源头保障了深部集群采场的整体稳定。

研发了深部多采场差异化充填—分级锚固协同地压调控技术，构建“分级卸压—差异充填—精准锚固”的分层调控技术体系，在充填和锚固两个维度实现精准适配，主动控制并降低采动地压所造成的危害。

在充填方法上，项目研发了梯级立体分区分级差异化充填技术，改变了传统“一刀切”高强度充填老路，以集群采场顶板变形量为控制标准，对梯级立体空间内不同位置的采场，紧密结合采矿方法，按回采工艺需求精准量化所需充填强度，关键区域高强度充填、一般区域低强度充填、二步骤采场采用全尾砂或原位废石充填。创新了“以尾固尾、尾废同充”模式，实现了尾砂与上中段废石的协同联合充填，在提升经济性和安全性的同时，矿山充填成本直降34%。

在锚固支护上，项目开发了针对多采场采准结构的多目标联合驱动分级锚固技术，依据采场结构功能和服务年限将支护需求定性分级，结合理论与监测数据定量匹配锚杆类型和组合模式，基于深部开采非均匀采动应力，精准适配支护方法-支护结构-支护参数，实现了采准结构、服务年限、采动环境、潜在灾害多目标定性—定量联合驱动的分级锚固。项目构建了匹配围岩变形的玻璃钢锚杆-管缝锚杆协同支护模式，大幅提升锚固质量，有效延长了采准结构的安全服役年限，采场结构综合支护成本下降27%。项目实现了差异充填与分级锚固的协同发力，让充填“有强有弱”、锚固“有主有次”，以更低成本实现了深部强采动下采场与采准结构的长期安全稳定。

研发了深部多采场采动灾害多源监测预警与管控技术，构建了保障深部矿山安全开采的最后一道防线，实现了深部采动灾害“感知—预警—管控”全链条的技术创新。

在数据感知层面，项目开发了矿山微震高精定位及“时—空—强”三维动态解析新方法，构建了矿山多源信息集成与融合流程，开发了特征信息的智能提取与时空分析方法，实现了深部采动灾害孕育过程的精细化感知。

在预警决策层面，项目研发了多场一体的“全矿评价探测—采区区域预测—采场局部预警”递进聚焦式灾害监测预警技术。该技术实现了灾害从宏观静态风险辨识到时空动态精准预警的衔接。

在管控执行层面，项目基于“PDCA”闭环管控模式，建立了面向空间关系和风险关系的灾害风险管控体系，构建了融合“风险评估—环境感知—趋势预测”于一体的灾害多源信息预警管控系统。这一系统实现了采动灾害过程可感知、调控有依据的动态分级管控，构筑了深部开采全流程的灾害主动感知和防控系统。

项目自2020年启动以来，获授权发明专利27项、发表论文23篇、软件著作权4项、出版专著1部。技术成果在罗河矿等示范矿山成功应用多年，形成以8线为界，东区自-540m、西区自-600m向上，由-600m、-540m、-508m、-455m中段构成的多采区—多中段—多盘区—多采场的梯级协同开采模式，有效降低了采切、支护、充填综合成本，采准巷道返修率大幅下降。

本项目成果突破了深部厚大矿体规模化开采的技术瓶颈，为深部矿山全生命周期安全开采提供了全新解决方案，形成了可复制推广的深部厚大矿体开采工艺技术体系。