无底柱分段崩落法是地下金属矿山广泛应用的安全高效采矿方法,而且随着露天矿相继转入地下开采,以及国民经济发展对金属矿石需求量的飙升,无底柱分段崩落法的应用范围将会进一步增大。该法在生产实际中普遍存在的问题是矿石损失贫化较大,这一问题多年来一直未得到很好解决,究其原因,主要是对回采参数与矿岩特性之间的复杂变化关系缺乏应有的认识,在以往研究中,多注重于采场结构参数、爆破参数与放矿方式等单项参数的研究工作,对回采过程中各参数的综合优化问题研究极少,由此限制了回采指标的进一步提高。本文以有代表性的北洺河铁矿为例,系统研究无底柱分段崩落法的回采参数的综合优化方法。北洺河铁矿是国内应用无底柱分段崩落法的典型矿山之一,采场矿岩从稳固到不稳固,在单项参数的优化研究中,确定分段高度15m、进路间距18m的采场结构参数,这一参数在北洺河铁矿前期生产中了取得良好的回采效果,因此被国内后续建设的多座矿山所采用。但随着采深的增加,近年北洺河铁矿的矿石损失贫化出现增加的趋势,此外,还存在大块率居高不下,巷道冒顶、眉线破坏、隔墙悬顶等事故时有发生等问题,且多年来一直没有得到很好解决。本文从顺应散体流动规律、地压显现规律与矿石可爆性的角度,系统地研究了这些问题的解决方法—回采参数的综合优化。首先,分析了崩落矿岩的流动特性随采深的变化关系,揭示了随采深增大,覆盖层厚度与压力增大,使放出体变瘦的特性,实测了深部开采的散体流动参数,按采场条件优化了进路间距与分段高度之间的关系。同时,对出矿过程中的废石混入率进行了跟班标定,根据废石混入过程与在出矿口最早出露位置的信息优化了崩矿步距。其次,总结了扇形孔爆破实验的研究成果,并通过间隔增加孔口不装药长度试验研究了爆破效果与炮孔装药分布密度的关系,查明了大块产生的部位与条件,据此优化了炮孔装药结构与布孔形式,有效地解决了眉线破坏、大块率高与爆破隔墙等问题。此外,针对矿山条件分析了采准巷道支护作用,提出在底臌变形地段取消U型拱架的两帮背板和地梁、及时清理片落和突起的矿岩以实现缓压求稳的支护方法,显著提高了巷道的稳固性。另外,利用数值模拟方法研究了卸压高度和卸压宽度对卸压效果的影响,以及不同应力在卸压过程中随卸压参数改变的迁变规律,结合理论分析,提出高应力采场卸压开采方案,取得了较好的回采效果。最后,根据放出体与残留体的关系,研究了回收进路的设置方式及其回采工艺方法,用于-95m分段1#采场,取得了良好的残矿回收效果。理论分析与生产实践表明,本文提出的无底柱分段崩落法回采参数的综合优化方法,能够较好地适应回采参数与矿岩特性之间的复杂变化关系,因此有效地解决了北洺河铁矿的生产难题,进一步释放了该矿无底柱分段崩落法的安全高效的生产潜能。