无底柱分段崩落法因其开采方式简单且安全、易于实现机械化,被广泛的用于各个地下矿山。覆盖层下放矿是造成无底柱分段崩落法损失贫化大的主要原因,而覆盖层岩石颗粒的粒径和密度是影响岩石混入程度的重要因素,合理的岩块粒径和密度能够降低岩石混入率,提高矿产资源的回收。因此研究覆盖层岩块粒径密度与岩石混入率的关系具有重要现实意义。本文在总结、归纳前人研究的基础上,选取不同粒径、密度的岩石作为覆盖层,采用实验室物理模拟实验,研究了岩石颗粒的粒径和密度对岩石混入率的影响。基于中心复合实验设计构造的响应面进行分析,发现了粒径与密度的交互作用对岩石混入率的影响。结合颗粒物质力学理论,运用PFC进行数值模拟实验,研究了放矿开始和结束时颗粒间力链的变化规律。结果表明覆盖层岩石颗粒的粒径和密度对岩石混入率有显著影响。主要取得以下研究成果:1、结合矿山实际参数,制作了单进路端部放矿模型,并利用该模型进行实验室物理模型实验。设计并完成了两因素三水平的正交实验。将所得实验结果进行方差分析,发现了覆盖层岩石颗粒粒径、密度与混入率的相互关系。2、基于中心复合实验设计,构造了覆盖层岩石颗粒粒径和密度对岩石混入率的响应面,发现了岩石颗粒的粒径和密度的交互作用与岩石混入率的关系呈现出非线性关系。3、依据建立的响应面模型分析发现,覆盖层岩石颗粒粒径与密度对岩石混入率的影响。当密度值在某个区间内时,增加岩石颗粒粒径有利于减少岩石混入率。4、基于线性抗转动接触模型,进行PFC数值模拟实验。利用物理模型实验所得到的放出体,进行离散元数值模拟细观参数标定。利用Hertz接触理论计算颗粒间的法向接触力、Mindlin-Deresiewicz接触理论计算颗粒间的切向接触力,对比放矿前后颗粒间接触处力链的变化情况,得到覆盖层岩石颗粒的粒径和密度对岩石混入率影响关系的力学模型。