周科平， 邰艷芝， 潘 征， 韋 軍

（1.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410083； 2.河池五吉有限責(zé)任公司，廣西 河池547000）

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，礦業(yè)占據(jù)著舉足輕重的地位。礦產(chǎn)資源為人們生活提供了基本物質(zhì)與能源保障，是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。 人類(lèi)所耗費(fèi)的自然資源中，礦產(chǎn)資源占80%以上，地球上每人每年要耗費(fèi)3 t礦產(chǎn)資源［1］。 采礦工程是一個(gè)多系統(tǒng)協(xié)同、非線性、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及資源、社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、裝備、工序、人員、安全等諸多因素，不同因素之間相互協(xié)調(diào)、相互配合、相互制約，形成大小不同、屬性不一的子系統(tǒng)，采礦作業(yè)就是以礦石資源開(kāi)采為共同目標(biāo)，各子系統(tǒng)按照一定的方式相互作用、協(xié)調(diào)配合、相輔相成的過(guò)程。 在這個(gè)復(fù)雜開(kāi)放的系統(tǒng)工程中，各子系統(tǒng)或子系統(tǒng)組成因素相互作用，形成礦石開(kāi)采整體運(yùn)行機(jī)制，采礦效率就是各子系統(tǒng)或子系統(tǒng)組成因素之間協(xié)同度的表征。 采礦科學(xué)技術(shù)和裝備工藝的進(jìn)步帶來(lái)了采礦效率的提高，卻忽略了對(duì)礦產(chǎn)資源開(kāi)采過(guò)程中系統(tǒng)間協(xié)同效應(yīng)研究。 然而，采礦工程本身就是各系統(tǒng)及其因素之間協(xié)同作用的過(guò)程，因此，研究采礦工程中的協(xié)同效應(yīng)有利于采礦效率的進(jìn)一步提高，對(duì)采礦行業(yè)的進(jìn)步大有裨益。

1 協(xié)同采礦理論的發(fā)展及意義

協(xié)同效應(yīng)是指復(fù)雜開(kāi)放系統(tǒng)中大量子系統(tǒng)之間和諧正向配合和相互作用而產(chǎn)生的整體效應(yīng)。 縱然協(xié)同效應(yīng)一直貫穿于采礦工程始終，卻一直沒(méi)有引起人們的重視，直到20 世紀(jì)60 年代Ansoff 教授首次提出了協(xié)同理論［2］。 2006 年，在協(xié)同理論的基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)［3］綜合審視了21 世紀(jì)之前國(guó)內(nèi)礦業(yè)無(wú)序低效開(kāi)發(fā)的態(tài)勢(shì)，深思了資源開(kāi)采對(duì)環(huán)境的負(fù)效應(yīng)，面向21 世紀(jì)礦業(yè)提出了“采礦環(huán)境再造”這一學(xué)術(shù)思想，突破傳統(tǒng)采礦思想約束，通過(guò)一定技術(shù)手段，改造礦體賦存地質(zhì)環(huán)境，改善礦床開(kāi)采技術(shù)條件，達(dá)到安全高效綠色開(kāi)采的目的，開(kāi)發(fā)了采礦環(huán)境再造技術(shù)體系。 2009 年，陳慶發(fā)基于采礦環(huán)境再造思想提出了“協(xié)同采礦”這一科學(xué)命題［4］。 此后，不斷有學(xué)者完善協(xié)同采礦理論體系并指導(dǎo)采礦生產(chǎn)實(shí)踐［5-11］。 此外，在露天轉(zhuǎn)地下采礦工程方面，協(xié)同采礦理論與技術(shù)得到了大量應(yīng)用［12-15］。 時(shí)至今日，協(xié)同采礦理論不斷深入發(fā)展，開(kāi)發(fā)了大量協(xié)同采礦關(guān)鍵技術(shù)，極大地豐富了我國(guó)采礦工程理論體系。

我國(guó)礦產(chǎn)資源的主要特點(diǎn)是大、中型礦床少，小型礦床多，貧礦多，富礦少，分布極不均衡，形成了不少以“多、小、散”礦群為特征的礦集區(qū)，如云南個(gè)舊礦集區(qū)、廣西大廠礦集區(qū)、河池五吉礦集區(qū)、內(nèi)蒙古正鑲白旗礦集區(qū)。 整體較差的天然稟賦給礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中的采、選、冶等帶來(lái)了一系列困難，“大礦小勘”“小礦小開(kāi)”的粗放型開(kāi)采模式直接導(dǎo)致了我國(guó)資源綜合利用率低，礦山生產(chǎn)效率低，安全事故頻發(fā)，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，環(huán)境問(wèn)題突出。 經(jīng)過(guò)數(shù)十年的強(qiáng)化開(kāi)采，多數(shù)礦山資源幾近枯竭，新增儲(chǔ)量青黃不接，嚴(yán)重制約著我國(guó)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展之路。 因此，研究探索礦集區(qū)資源高效協(xié)同采礦模式，開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源集約化開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦集區(qū)礦產(chǎn)資源規(guī)?；⒓s化、安全、高效開(kāi)采，是保障我國(guó)礦產(chǎn)資源供應(yīng)的必由之路。

2 有色金屬礦集區(qū)協(xié)同采礦理論

2.1 礦集區(qū)五律協(xié)同采礦理論

“五律”是指自然規(guī)律、環(huán)境規(guī)律、技術(shù)規(guī)律、經(jīng)濟(jì)規(guī)律和社會(huì)規(guī)律，文獻(xiàn)［16］認(rèn)為五律不僅具有獨(dú)立性，還存在著復(fù)雜的相互作用，共同制約著人類(lèi)的生存和發(fā)展。 當(dāng)五類(lèi)規(guī)律的作用目標(biāo)一致時(shí)，它們會(huì)同向作用，協(xié)同發(fā)力，更高效地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，這種狀態(tài)稱(chēng)為五律協(xié)同。

對(duì)于礦業(yè)而言，采礦工程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的大系統(tǒng)，礦集區(qū)五律協(xié)同采礦是指協(xié)調(diào)整合礦集區(qū)內(nèi)自然、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等因素的內(nèi)在聯(lián)系和矛盾，形成時(shí)間上、空間上和層次上的有序結(jié)構(gòu)，以安全綠色經(jīng)濟(jì)高效為目標(biāo)，同向協(xié)力開(kāi)采礦產(chǎn)資源。

1） 自然規(guī)律。 礦集區(qū)內(nèi)自然資源稟賦是進(jìn)行礦石開(kāi)采的基本條件和物質(zhì)基礎(chǔ)，影響礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的主要因素有地形、地貌、地質(zhì)條件、儲(chǔ)量、數(shù)量、位置、賦存狀態(tài)、巖石質(zhì)量、溫度、氣候、水土狀況等。 雖然，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們改造自然條件的能力大大提高，但自然規(guī)律依然是影響礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵因素之一。

2） 環(huán)境規(guī)律。 綠水青山就是金山銀山，礦石開(kāi)采不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)，采礦活動(dòng)對(duì)礦集區(qū)的自然生態(tài)、景觀風(fēng)貌、環(huán)境承載力提出了挑戰(zhàn)，人與環(huán)境的和諧是礦業(yè)發(fā)展的必然要求。

3） 技術(shù)規(guī)律。 技術(shù)源于人們對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)知，在很大程度上決定了礦集區(qū)資源開(kāi)采效率，是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的重要保障。 技術(shù)規(guī)律涵蓋開(kāi)采技術(shù)、支護(hù)技術(shù)、充填技術(shù)、爆破技術(shù)、環(huán)境再造技術(shù)、運(yùn)輸技術(shù)、選礦技術(shù)、監(jiān)控監(jiān)測(cè)技術(shù)等方面，技術(shù)與自然、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的聯(lián)合作用對(duì)高效開(kāi)采至關(guān)重要。

4） 經(jīng)濟(jì)規(guī)律。 經(jīng)濟(jì)規(guī)律是推動(dòng)、制約和平衡采礦活動(dòng)的最根本因素，也是技術(shù)進(jìn)步的最主要?jiǎng)恿Α?經(jīng)濟(jì)與自然、環(huán)境、技術(shù)、社會(huì)存在密不可分的聯(lián)系，是礦集區(qū)資源開(kāi)發(fā)的出發(fā)點(diǎn)和最終目標(biāo)。

5） 社會(huì)規(guī)律。 礦集區(qū)覆蓋面積大，涉及人員多，涉及方面廣，必然對(duì)該區(qū)域社會(huì)規(guī)律造成一定的影響。礦集區(qū)產(chǎn)業(yè)變革、周邊人員就業(yè)、地區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展、區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平、城市社會(huì)影響等都與資源開(kāi)發(fā)有著密不可分的聯(lián)系。

五類(lèi)規(guī)律不僅遵守著各自的作用，彼此間也相互作用：自然是礦集區(qū)協(xié)同采礦的物質(zhì)基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)是礦集區(qū)協(xié)同采礦的動(dòng)力牽引，社會(huì)是礦集區(qū)協(xié)同采礦的組織力量，技術(shù)是礦集區(qū)協(xié)同采礦的支撐體系，環(huán)境是礦集區(qū)協(xié)同采礦的約束條件。 因此，五律協(xié)同是礦集區(qū)集約安全高效開(kāi)采的必要條件和最終歸宿。

2.2 礦集區(qū)多尺度協(xié)同采礦理論

采礦系統(tǒng)是一個(gè)由大量子系統(tǒng)組成的復(fù)合系統(tǒng)［17］，通過(guò)子系統(tǒng)間的協(xié)同作用，形成具有礦石開(kāi)采功能的自組織結(jié)構(gòu)，從而在宏觀尺度上呈現(xiàn)出有序狀態(tài)，這正是協(xié)同學(xué)研究的內(nèi)容。 采礦系統(tǒng)的復(fù)雜性在于它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)涉及宏觀尺度、中觀尺度和微觀尺度等多尺度主體系統(tǒng)，且每個(gè)主體系統(tǒng)都嵌套了多個(gè)次級(jí)子系統(tǒng)、三級(jí)子系統(tǒng)，彼此間呈現(xiàn)出非線性特征。 采礦系統(tǒng)也不是一個(gè)孤立的封閉系統(tǒng)，它根植于外部環(huán)境系統(tǒng)之中，對(duì)外部系統(tǒng)的政策、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、裝備、信息等參量的摻入做出自組織性回應(yīng)，平衡系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外協(xié)同。

礦集區(qū)多尺度協(xié)同采礦（見(jiàn)圖1）就是將礦集區(qū)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)作為一個(gè)統(tǒng)一體，在不同尺度上關(guān)注不同子系統(tǒng)以及彼此間的關(guān)系流，使得各子系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)作，達(dá)到礦產(chǎn)資源集約、安全、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的開(kāi)采目的。

圖1 礦集區(qū)多尺度協(xié)同采礦示意圖

在宏觀尺度上，關(guān)注點(diǎn)在于礦集區(qū)內(nèi)的資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、人口等子系統(tǒng)，協(xié)同的內(nèi)涵在于規(guī)劃整體布局，擺脫各子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立運(yùn)作的狀態(tài)，形成整體聯(lián)動(dòng)效應(yīng)。

在中觀尺度上，關(guān)注點(diǎn)在于礦山主要生產(chǎn)系統(tǒng)，協(xié)同的內(nèi)涵在于實(shí)現(xiàn)開(kāi)采系統(tǒng)輸出較高的協(xié)同效應(yīng)，形成高協(xié)同度的開(kāi)采輔助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

在微觀尺度上，關(guān)注點(diǎn)在于采場(chǎng)的生產(chǎn)技術(shù)條件，協(xié)同的內(nèi)涵在于合理調(diào)配各工序，達(dá)到安全高效回采的目的。

不同成礦作用下礦集區(qū)的資源稟賦不盡相同，不同尺度上的關(guān)注點(diǎn)和協(xié)同的內(nèi)涵可能略有差異，但礦集區(qū)協(xié)同采礦的尺度效應(yīng)是客觀存在的。 各尺度之間不是相對(duì)獨(dú)立的，而是高度協(xié)同的。 宏觀是中觀和微觀的藍(lán)圖，中觀和微觀是宏觀設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，不同尺度間的物質(zhì)流、能量流和信息流的相互滲透、相互交叉和相互反饋，使整個(gè)采礦系統(tǒng)始終處于動(dòng)態(tài)平衡的有序狀態(tài)。

2.3 礦集區(qū)時(shí)空協(xié)同采礦理論

要實(shí)現(xiàn)礦集區(qū)“多、小、散”礦體集約高效協(xié)同采礦，就必須將區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源作為一個(gè)整體謀劃，這是協(xié)同采礦的基礎(chǔ)和前提。 礦集區(qū)協(xié)同采礦不是一蹴而就的，它需要找尋一個(gè)合適的時(shí)機(jī)，過(guò)早或過(guò)晚都會(huì)增加經(jīng)濟(jì)成本，它是一個(gè)各子系統(tǒng)與組成因素之間時(shí)空協(xié)同作業(yè)過(guò)程。

在時(shí)間上，礦集區(qū)時(shí)空協(xié)同是資源配置在時(shí)間順序、時(shí)間間隔上的合理分配，其目的是在時(shí)間上實(shí)現(xiàn)各因素之間和諧的、正向的最優(yōu)化配合。 圍巖支護(hù)時(shí)空協(xié)同示意圖見(jiàn)圖2。 由圖2 可知，圍巖支護(hù)的最佳時(shí)機(jī)是在協(xié)同點(diǎn)位置，早于協(xié)同點(diǎn)支護(hù)，圍巖自身承載力相對(duì)較小，支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的荷載較大；晚于協(xié)同點(diǎn)支護(hù)，圍巖產(chǎn)生較大變形，自身承載力降低，同樣需要較大支護(hù)力；只有在協(xié)同點(diǎn)支護(hù)才能最大限度的發(fā)揮圍巖的自身承載力，支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)圍巖本身無(wú)法平衡的那部分圍巖應(yīng)力，從而使支護(hù)荷載最小化，工程量更加經(jīng)濟(jì)合理。

圖2 圍巖支護(hù)時(shí)空協(xié)同示意圖

在空間上，礦集區(qū)時(shí)空協(xié)同是采礦系統(tǒng)工程中各種空間的組織、利用、處理模式，是在各個(gè)時(shí)期空間布局上的優(yōu)化利用，其目的是在安全的前提下，實(shí)現(xiàn)各個(gè)時(shí)期開(kāi)采空間處理和利用的利益最大化。 留礦法是典型的時(shí)空協(xié)同采礦方法，每次落礦后部分放礦，暫留礦石為礦房繼續(xù)開(kāi)采提供了工作平臺(tái)，同時(shí)對(duì)圍巖起到了一定的支撐作用。 在采空區(qū)協(xié)同利用方面，劃大采空區(qū)為小采空區(qū)或劃連續(xù)采空區(qū)為孤立采空區(qū)，將中、小規(guī)模采空區(qū)直接內(nèi)嵌入礦山開(kāi)采布局中，作為開(kāi)采系統(tǒng)中的部分井巷工程、切割工程、自由爆破空間、硐室空間等加以協(xié)同利用，從工藝協(xié)調(diào)的角度處理和利用采空區(qū)。

3 工程實(shí)踐

3.1 工程背景

云南個(gè)舊是以錫為主的超大型多金屬礦集區(qū)，是舉世聞名的世界錫都，具有2 000 余年的開(kāi)采歷史，但管理秩序混亂，民營(yíng)企業(yè)多，亂采濫挖現(xiàn)象嚴(yán)重。 1998年，礦區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、民營(yíng)礦山有340 戶(hù)，經(jīng)過(guò)4 年大力整頓，礦集區(qū)內(nèi)仍涵蓋228 個(gè)礦點(diǎn)，900 多個(gè)礦體，14 個(gè)選廠，國(guó)營(yíng)、民企礦企26 家，其中16 家沒(méi)有規(guī)劃礦界，無(wú)證開(kāi)采，資源爭(zhēng)搶嚴(yán)重，開(kāi)采方式粗放，礦山規(guī)模小，技術(shù)水平低，開(kāi)采效率低，經(jīng)濟(jì)效益差，安全隱患多，資源浪費(fèi)和環(huán)境污染嚴(yán)重。 個(gè)舊礦集區(qū)2004 年被國(guó)務(wù)院列為首批嚴(yán)重危機(jī)礦山之一。

3.2 個(gè)舊礦集區(qū)協(xié)同采礦模式

分析個(gè)舊礦集區(qū)資源開(kāi)采方式，存在的主要問(wèn)題有：①區(qū)域內(nèi)開(kāi)拓系統(tǒng)復(fù)雜，提升運(yùn)輸設(shè)備陳舊，運(yùn)行效率低，缺乏多功能綜合性的立體空間系統(tǒng)。 ②通風(fēng)系統(tǒng)線路長(zhǎng)、風(fēng)機(jī)多、能耗大，大范圍開(kāi)采適應(yīng)性差。③水資源的時(shí)間分布不均衡，年內(nèi)年際間變化大，雨季洪澇，旱季缺水。 ④生產(chǎn)輔助系統(tǒng)設(shè)備老化，布局不合理，能耗高。 ⑤生產(chǎn)量、選廠、尾礦庫(kù)等資源配置能力不匹配。 ⑥采礦方法與裝備條件落后，礦產(chǎn)資源集約化開(kāi)采程度低。 ⑦可持續(xù)發(fā)展水平低，礦產(chǎn)資源勘探和復(fù)雜難采礦體開(kāi)發(fā)存在技術(shù)瓶頸。

解決個(gè)舊礦集區(qū)的嚴(yán)峻形勢(shì)，必須實(shí)施以資源為重點(diǎn)的行業(yè)整頓，從礦集區(qū)全局出發(fā)，集聚資源，集約開(kāi)采。 因此，基于有色金屬礦集區(qū)協(xié)同采礦理論，結(jié)合個(gè)舊礦集區(qū)客觀條件，提出“區(qū)域礦山”開(kāi)采新模式，建設(shè)集約化的現(xiàn)代化礦山。 圖3 為云南個(gè)舊礦集區(qū)區(qū)域礦山模式圖。

3.2.1 區(qū)域礦山五律協(xié)同采礦設(shè)計(jì)

根據(jù)五律協(xié)同采礦理論，區(qū)域礦山內(nèi)自然資源豐富，個(gè)舊礦集區(qū)面積約1 580 km2，成礦條件較好的約500 km2，具有較好的找礦前景。 個(gè)舊礦集區(qū)以南北向斷裂為界分為東西兩個(gè)礦區(qū)，西礦區(qū)僅有牛屎坡、朱箐坡等數(shù)10 個(gè)中小型錫、鉛礦床，主要資源產(chǎn)于東礦區(qū)。東礦區(qū)面積600 km2，涵蓋馬拉格、松樹(shù)腳、高松、老廠和卡房5 大礦田，資源儲(chǔ)量占世界錫儲(chǔ)量的1／10，占中國(guó)的1／3。 在環(huán)境方面，全面建設(shè)了廢石不出坑的充填系統(tǒng)建設(shè)，保護(hù)了生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了人與環(huán)境的和諧發(fā)展。 區(qū)域礦山開(kāi)發(fā)了一系列“多、小、散”礦群的集約化開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，培養(yǎng)和造就了一批礦業(yè)及相關(guān)行業(yè)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)和管理人才，為云南個(gè)舊的社會(huì)發(fā)展和科技強(qiáng)省做出了貢獻(xiàn)。

圖3 個(gè)舊區(qū)域礦山模式圖

3.2.2 區(qū)域礦山多尺度協(xié)同采礦設(shè)計(jì)

區(qū)域礦山協(xié)同采礦在不同尺度上進(jìn)行了再設(shè)計(jì)。在宏觀層次上，從礦集區(qū)角度出發(fā)謀劃區(qū)域礦山頂層設(shè)計(jì)，將區(qū)域礦山劃分為三大平臺(tái)，整合生產(chǎn)輔助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和礦山數(shù)量，擴(kuò)大選廠服務(wù)效能，選廠數(shù)量由14個(gè)縮減到3 個(gè)，礦山數(shù)量由26 個(gè)整合到3 個(gè)。 在中觀層次上，對(duì)多重約束條件下大區(qū)域空間資源配置及工程布局進(jìn)行優(yōu)化，整合設(shè)計(jì)開(kāi)拓系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和壓氣系統(tǒng)，形成1 個(gè)中央盲豎井、4 個(gè)生產(chǎn)斜坡道、5 個(gè)通風(fēng)豎井區(qū)域礦山開(kāi)拓系統(tǒng)框架，使三大片區(qū)即相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。 此外，建立分區(qū)共享、遠(yuǎn)程控制的集約生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井上井下無(wú)線通訊、水電站無(wú)人值守、風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)及人員定位。 在微觀層次上，針對(duì)某一礦體或采場(chǎng)，開(kāi)發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)采效率高、生產(chǎn)能力強(qiáng)的采礦方案。 圖4 為區(qū)域礦山多尺度協(xié)同采礦系統(tǒng)架構(gòu)。

3.2.3 區(qū)域礦山時(shí)空協(xié)同采礦設(shè)計(jì)

以集約安全高效開(kāi)采為目標(biāo)建設(shè)區(qū)域礦山，在時(shí)空協(xié)同采礦理論的指導(dǎo)下，構(gòu)建了區(qū)域礦山時(shí)空協(xié)同采礦整體架構(gòu)如圖5 所示。 在時(shí)間上規(guī)劃未來(lái)10 年的現(xiàn)代化礦山的總體架構(gòu)、集約開(kāi)采大系統(tǒng)構(gòu)建和各階段目標(biāo)，提煉現(xiàn)有技術(shù)和工藝流程，進(jìn)行優(yōu)化、重組、改進(jìn)和集成，設(shè)計(jì)高技術(shù)性協(xié)同采礦解決方案。 在空間上將礦集區(qū)資源整合，規(guī)劃建設(shè)“三平、五豎、三區(qū)、三廠、三分礦”整體架構(gòu)，統(tǒng)籌規(guī)劃區(qū)域礦山提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、動(dòng)力供應(yīng)、充填、安全避險(xiǎn)等系統(tǒng)，科學(xué)利用各礦山空間位置優(yōu)勢(shì)，使整個(gè)區(qū)域礦山形成一個(gè)有機(jī)整體。

“三平”：區(qū)域礦山1 800、1 600、1 360 三大平臺(tái)。1 800 平臺(tái)位于區(qū)域礦山的上部，溝通銜接老廠分公司、大屯錫礦、卡房分公司和采選分公司，溝通中部和南部?jī)蓚€(gè)選廠，覆蓋范圍廣，是開(kāi)拓運(yùn)輸?shù)闹匾脚_(tái)；1 600 平臺(tái)為盲中段平臺(tái)，是區(qū)域礦山集立體勘查、系統(tǒng)建設(shè)和生產(chǎn)基地三大功能的中部平臺(tái)；1 360 平臺(tái)以開(kāi)拓排水與主運(yùn)輸為主要功能的下部基礎(chǔ)性平臺(tái)。

“五豎”：區(qū)域礦山相互連通、功能互補(bǔ)、溝通三大平臺(tái)的5 個(gè)輔助豎井，分別為中部中央豎井、北部大屯錫礦大馬蘆豎井、東部老廠分公司竹葉山豎井、南部卡房豎井和西部采選分公司西凹豎井。

“三區(qū)”：按照通風(fēng)、壓氣、排水、供風(fēng)、供電5 個(gè)輔助系統(tǒng)的服務(wù)范圍，將區(qū)域礦山分為北區(qū)、中區(qū)和南區(qū)三個(gè)服務(wù)區(qū)。

“三廠”：在區(qū)域礦山建設(shè)3 個(gè)選廠，即北部的大屯選廠擴(kuò)建，處理能力由4 600 t／d 提升到11 000 t／d；中部新建羊壩底選廠，處理能力4 000 t／d；擴(kuò)建南部的卡房選廠，生產(chǎn)能力由1 800 t／d 提升到6 000 t／d。

“三分礦”：整合區(qū)域礦山礦產(chǎn)資源，將原來(lái)的多個(gè)小礦山整合為大屯錫礦、老廠分公司和卡房分公司3個(gè)分礦。

圖4 區(qū)域礦山多尺度協(xié)同采礦系統(tǒng)架構(gòu)

3.3 區(qū)域礦山模式應(yīng)用成效

區(qū)域礦山模式的應(yīng)用取得了顯著成效。 礦集區(qū)采礦工效提高2.1～3.0 倍、采場(chǎng)生產(chǎn)能力提高2.7～4.0 倍；破解了大區(qū)域井下窄軌長(zhǎng)距離大運(yùn)量的快速運(yùn)輸難題，運(yùn)輸能力從6 300 t／d 提高到11 000 t／d；淘汰低效高耗設(shè)備2 900 臺(tái)套；固廢資源化提高43.7%；廢水利用率提高49.4%，年均增加水資源利用量480 萬(wàn)立方米。 11 年間，新增金屬總量244 萬(wàn)噸，盤(pán)活低品位礦1 600 萬(wàn)噸，延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限24 年，新增產(chǎn)值66.53 億元，利潤(rùn)29.32 億元。 云錫從國(guó)家首批資源危機(jī)礦山轉(zhuǎn)變?yōu)殄a資源保有量世界第一、錫產(chǎn)銷(xiāo)量連續(xù)10 年穩(wěn)居世界第一的龍頭企業(yè)。

區(qū)域礦山協(xié)同采礦模式整合了礦集區(qū)的礦產(chǎn)資源，實(shí)施采選產(chǎn)能合理配置，淘汰落后產(chǎn)能，簡(jiǎn)約生產(chǎn)輔助系統(tǒng)，顯著提高了產(chǎn)業(yè)集中度，實(shí)現(xiàn)了中小礦山規(guī)?；_(kāi)發(fā)利用。 區(qū)域礦山模式為我國(guó)眾多礦集區(qū)內(nèi)相對(duì)分散的中、小型礦體的開(kāi)采創(chuàng)造了一種集約化開(kāi)采的新模式，開(kāi)拓了中小型礦山的可持續(xù)發(fā)展之路。

圖5 區(qū)域礦山時(shí)空協(xié)同采礦整體架構(gòu)

4 討 論

1） 采礦工程絕不是單一學(xué)科理論和知識(shí)的運(yùn)用，而是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合實(shí)踐過(guò)程，它具有很大包容性和與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新性，它在不同時(shí)代具有不同科學(xué)內(nèi)涵。這是一個(gè)學(xué)科交叉、不同層次交叉的采礦新時(shí)代。 新時(shí)代背景下對(duì)采礦的整體要求不斷提高，僅僅依靠傳統(tǒng)采礦科學(xué)的單一思維很難帶來(lái)采礦技術(shù)的革新，因此，采礦工程與其他學(xué)科、理論體系的交叉研究必定是未來(lái)采礦的重要課題。

2） 采礦工程并不是單純科學(xué)理論的簡(jiǎn)單堆砌和剪貼拼湊，也不是相關(guān)技術(shù)的直接應(yīng)用，而是資源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、技術(shù)、社會(huì)等諸多要素的集成、優(yōu)化和協(xié)同，這也是本文提出五律協(xié)同采礦理論的原因。 有色金屬礦集區(qū)協(xié)同采礦理論是一個(gè)復(fù)雜的理論體系，其根本目的是指導(dǎo)采礦實(shí)現(xiàn)資源效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、技術(shù)效益和社會(huì)效益的最大化。 當(dāng)然，本文提出的五律協(xié)同采礦理論、多尺度協(xié)同采礦理論和時(shí)空協(xié)同采礦理論還需要進(jìn)一步細(xì)化和完善。

3） 小礦小開(kāi)的粗放型開(kāi)發(fā)模式必定限制了采礦技術(shù)的發(fā)展和裝備工藝的進(jìn)步，其應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的能力有限，韌性不足。 把一定區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源集聚起來(lái)協(xié)同采礦，將大大增加采礦效率和資源開(kāi)發(fā)的可持續(xù)性。

4） 礦山生產(chǎn)模式不斷更新，采礦業(yè)向規(guī)?；?、集約化、協(xié)同化方向發(fā)展，開(kāi)始邁入智能化新階段。 智能采礦背景下，礦集區(qū)協(xié)同采礦必定邁上新征程。

5 結(jié) 論

1） 為解決有色金屬礦集區(qū)技術(shù)裝備水平低、采礦工效不高、資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題，針對(duì)性提出了礦集區(qū)協(xié)同采礦理論體系，包含五律協(xié)同采礦理論、多尺度協(xié)同采礦理論、時(shí)空協(xié)同采礦理論，是對(duì)礦集區(qū)資源集約高效利用的有效探索。

2） 個(gè)舊礦集區(qū)區(qū)域礦山模式是有色金屬礦集區(qū)協(xié)同采礦理論的有效實(shí)踐，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。個(gè)舊區(qū)域礦山的建設(shè)增強(qiáng)了礦集區(qū)內(nèi)應(yīng)對(duì)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的韌性，增強(qiáng)了礦業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性、應(yīng)對(duì)重大災(zāi)害的可恢復(fù)性。

3） 有色金屬礦集區(qū)協(xié)同采礦理論體系打破了“多、小、散”礦群粗放開(kāi)采困局，為中小型礦體集聚區(qū)域的開(kāi)發(fā)指出了一條規(guī)?；⒓s化、安全高效開(kāi)采的可持續(xù)發(fā)展新道路，對(duì)我國(guó)礦產(chǎn)資源高效利用及其技術(shù)革新具有積極影響。