地下开采转为露天开采的矿山企业，其采区一般都存在形态千奇百怪、上下重叠且空间位置不详的众多地下采空区。这些采空区的周边围岩尤其是顶板长期受到自重、风化与爆破振动等影响，岩层稳固性下降，随时可能发生露天坑底开裂、变形与坍塌，对露天矿正常生产构成了严重威胁，是地下转露天型矿山企业生产的重大安全隐患。针对地下转露天型矿山企业，现存的大量采空区带来诸多安全隐患问题，本文综合运用地质学、计算机图形学、三维建模技术、可视化技术、岩体稳定性分析方法以及安全系统工程等理论和技术，开展复杂空区探测与定位、数据预处理、实体建模、采空区顶板安全隔离层稳定性分析、隐患区地压实时监测以及典型采空区上部采矿作业安全管理与控制等研究工作。论文取得了以下几个方面的研究成果：1、地下采空区群的定位与探测。针对露采工作台阶面下部不确定空区，采用地震波反演成像方法获取可能存在的空区位置和大致轮廓信息；针对已探明位置的采空区，采用复杂结构空区探测孔位布置的遗传优化方法，利用三维激光扫描探测空区边界轮廓信息；基于边界轮廓信息构建采空区空间结构和空区边界三维坐标点云数据库。2、空区点云数据处理。对空区周边点云数据，按设定高度选择若干水平分层，保留所选水平分层上下小范围内的点云数据，剔除相邻分层间的大部分点云数据；然后，针对各个分层的保留点云数据，将其近似看做处于同一水平，采用最小二乘法曲线拟合，进行点云数据精简；对表征空区底板、顶板的点云数据，分别采用球面投影均匀网格化后，利用中值滤波精简方法处理。剔除掉大量点云数据后，可形成能够反映采空区结构特征的空区三维点集数据。3、复杂结构空区群三维实体模型构建。针对精简后的空区底板、顶板以及各个水平分层的点集数据，研究基于TIN建模技术的三角剖分网格化方法，提出了相邻分层轮廓线之间三角剖分和包含控制点的底板与顶板轮廓线内部三角剖分算法，对不规则结构的三角拼接、凹剖面线间三角拼接及复杂凹剖面内的三角剖分提出了具体的处理方法，构建了采空区三维包络线框模型。对结构复杂的大面积空区，提出了基于OBB树（Oriented Bounding Box，有向包围盒树）的复杂空区群布尔运算实体建模方法。4、采空区顶板安全隔离层稳定性研究。分别针对空区上部存在重型工作设备荷载、岩体自重、上部碎石松散体自重和采矿作业爆破震动动力荷载等作用下，对复杂结构采空区三维实体模型进行失稳数值模拟分析，探讨采空区顶板安全隔离层应力、位移和塑性区变化，为安全生产提供决策依据。5、安全隔离层厚度计算。对简单结构采空区的不同顶板厚度进行传统理论计算和数值分析，给出了常见空区尺寸下的无覆层顶板安全厚度速查图表。在日常生产管理中，首先对空区信息进行采集，然后依据信息分析其跨度，可快速估算出安全隔离层厚度，与现有空区顶板岩层厚度比较，决策是否在该空区上方开采矿石还是对该空区进行治理。6、采空区地压实时监测预警。运用全数字型多通道微震监测系统对采空区周边进行地压实时监测，并对监测数据进行小波时间序列去噪处理以及基于趋势模型方法对累计视体积时间序列数据进行趋势预测。在此基础之上，设计了采空区灾害前置预警方法，实现了基于监测数据的自动预警。7、采空区安全管理任务规划与管控技术。针对栾川钼矿露天开采与空区管理现状，提出了采空区安全管理任务规划和管控研究框架，以三道庄露天矿为例，对露天采场按空区分布进行区域划分。通过空区定位探测、实体建模、顶板安全厚度和稳定性分析评价先行，实时监测、采矿作业和空区处理并举的系统方法，对地下转露天型矿山企业进行综合管控，取得了明显的经济和社会效益，具有很好的推广应用价值。