针对露天矿既有采空区存在的安全事故隐患,为明确采空区顶板失稳机理并制定经济、高效的治理技术方案,论文依托国家重点研发计划“大型露天矿坑下隐伏空区致灾机理与协同处理技术”（2016YFC0801603）,以鞍钢矿业辖属矿山为例,采用理论分析、室内试验、相似模型试验及数值模拟等手段,开展了采空区围岩动力学性质、采空区形态结构对损伤模式影响等研究,揭示了既有采空区失稳灾变机理,结合工程实测地质资料,制定了爆破治理方案并进行了工业试验,主要研究成果如下:（1）根据地质探测资料对露天矿山既有采空区进行了分类,依据功能属性、空区内充填介质以及空区分布关系,分成三大类,并对不同类型空区进行成因分析。采空区顶板损伤破坏是渐近损伤的量化表征,从细观角度对采空区的宏观破坏损伤进行解析。基于平板理论,对采空区顶板的力学稳定性进行分析,给出了不同工况的边界条件。对平面投影存在重叠的采空区进行关联性分析,明确了空间上部空区垮落体对下部采空区的冲击连动作用。（2）试件因长径比产生的尺寸效应影响试件在冲击时两端的应力平衡,因此对5种长径比（n=0.6、0.8、1.0、1.2、1.4）空区围岩试件进行组合静载条件下SHPB优选分析。基于此,开展了不同静载条件下空区围岩试件的SHPB冲击试验,发现相同冲击荷载作用下,对试件施加轴向压力及侧向围压,会影响试件能量吸收占比。引入割线模量可很好地描述冲击荷载作用过程中岩石塑性变形情况,采用核磁共振仪对试件冲击作用前后孔隙变化进行检测,发现侧向围压作用对试件孔隙的发育有一定的阻碍作用,冲击强度及轴向压力则起到促进作用,一定程度上揭示了地应力对围岩损伤的影响。（3）根据实测采空区空间剖面形态,基于蒙特卡罗方法对复杂采空区进行简化,采用长方体、三棱柱体及圆柱体作为空间重构单元体;基于相似理论分析,结合实测空区围岩性质,制备了不同形态的预置采空区相似模型,并进行爆破试验;借助三维数字图像（3D-DIC）技术分析爆炸荷载作用过程,得出在相同载荷作用下,试件的预置空区形态不同则损伤破坏表现出差异性,预置空区形态对围岩介质稳定性有直接影响,圆柱体空区对爆炸荷载的承载能力最强,长方体空区次之,三棱柱体最差。根据试件表面应变及位移变化,确定空区结构尖点为响应敏感区,为工程中爆破方案优化提供了指导。（4）根据试件爆破的数值模拟结果,炸药爆炸后,应力波对介质首先产生压缩作用,当遇到自由面后产生张拉作用;裂纹的扩展趋向与空区结构的尖点位置有关,尖点结构越集中,裂纹贯通趋向越明显。对爆炸荷载作用后试件损伤破坏情况进行量化分析,得出采空区分布形式及形态结构对损伤的影响关系。（5）基于三维DDA基本原理,引入三维接触代数计算模型和力学计算模型,对不同工况的采空区顶板在自重作用下失稳过程进行研究,结果表明:当顶板发生连续破碎塌落时,圆拱形顶板结构岩层破坏发展速度最快;空区中的水介质含量不同,对顶板破坏影响程度不同,内部充满水时影响最为明显;空区岩体内部的节理倾角不同,对顶板失稳的促进作用不同。对于双层采空区,水平面投影重叠程度不同,上层空区对下层空区顶板稳定性影响不同,完全无投影重叠采空区,上、下空区均发生崩塌,可视作无关联独立空区。根据试验研究及数值模拟结果,揭示了露天矿山既有采空区失稳灾变机理。（6）根据工程实测采空区地质资料,设计了爆破崩落治理采空区技术方案,并对实施过程中的爆破振动进行监测,针对环保要求下的振动超标情况进行原因分析,采取增加辅助孔、优化延时时间及调整单孔药量等思路优化了治理方案,实现了符合环保要求采空区爆破崩落治理,给出了既有采空区爆破治理及安全监测分析的方案建议。