无底柱分段崩落法是一种高效率、高生产能力、高机械化、低成本和作业安全的采矿方法，在国内外矿山，特别是铁矿山已广泛应用。由于无底柱分段崩落法是在覆岩条件下放矿，因此其主要缺点是矿石的贫化、损失现象严重。如何使得矿石的贫损指标最小，是矿山生产的追求目标。根据放矿学理论，要使矿石的贫损最小，主要结构参数分段高度、进路间距、崩矿步距三者之间必须相匹配。亦即，只要确定出合理的结构参数，就能使得矿石的贫损指标最小。在矿山的实际生产中，分段高度和回采巷道间距的确定往往受到诸多条件(如采矿设备、地质条件等)的制约，且一旦确定并付诸实施，并不易改变，而崩矿步距却是灵活可变的，并且必定存在着一个最优值。根据这一论点，本文拟用数值模拟方法，对大冶铁矿龙洞采区在分段高度与进路间距既定条件下的崩矿步距进行优化，以得到科学合理的崩矿步距参数。 根据爆破数值模拟的原理与要求，论文首先阐述了物理建模所需的岩石爆破破碎机理和爆破动载下岩石的特性，认同并采纳岩体破碎是应力波和爆生气体压力共同作用的结果，并以应力波作用为主的基本观点，因此本次模拟仅体现应力波的破坏作用。 随后介绍了数值模拟计算中所涉及的几个关键问题，三维动力有限元模拟的经典控制方程描述；模拟中为减少计算时间采用单点高斯积分，而这样又会引起零能模式(沙漏模态)，为此引入沙漏粘性控制来解决零能模式；炸药爆炸产生的应力波引起压力、密度、质点加速度等的跳跃，导致方程组求解的困难，为此引入人工体积粘性来平滑应力波，使得计算可以顺利进行；介绍了时间积分方式和时步控制的特点，以便在计算设置时使用较合理值；介绍了无反射边界的性质，为满足模拟边界条件建立合理有效的模型提供理论依据；模拟过程，根据现场岩性特点，假定岩石材料服从线弹性本构关系，岩石屈服条件为Mises屈服准则。 论文根据现场使用参数情况和经验，选择1.5m、1.8m、2.2m、2.5m、3.0m五种不同步距分别进行模拟，采用1：10的比例建立计算模型，利用模型对称的特点，使用扫掠体对1/2模型进行网格划分。使用ANSYS/LS-DYNA软件分析，其中ANSYS作为前处理分析，LS-DYNA作为计算和后处理分析。通过模拟得到五种不同步距情况下的有效应力云图，并取一些特殊位置单元记录应力-时间历程曲线，取有代表性节点记录速度-时间历程曲线，从中提取一些关键值，通过模拟与分析讨论得到如下结论： (1)五种不同步距的数值模拟研究均采用柱状装药形式，应力波初期在岩石介质中是以爆炸孔为中心轴以柱面波向外传播的，当受到自由面和其它条件影响时，应力波优先向自由面以及相邻两炮孔的连心线方向发展，这一结果验证了柱状装药结构时的应力波传播理论。 (2)五种不同步距的数值模拟结果(应力-时间历程曲线)还印证了爆破过程中应力波的动压作用特点，即从炸药的爆轰到冲击波、应力波的传播及反射，作用时间极短；应力衰减也是按照指数衰减规律。 (3)在自由面附近应力波发生反射，形成拉伸波，由于岩石的抗拉强度较小，因此此处岩石破坏主要是拉伸式破坏；而在炮孔附近的小区域由于冲击波压应力大于岩石抗压强度，此处破坏以压破坏形式为主：炮孔连线中心附近压应力波已衰减至较小，只有少量单元的应力值仍大于抗压强度，大部分单元是由于环向拉应力使岩石产生破裂与自由面上裂隙贯通，再由爆生气体的气楔作用而剥离岩石。这也与现代爆破理论(拉伸式破岩论)相符合。 (4)通过对步距1.8m，抵抗线0.9m两排炮孔的同时和微差爆破模拟可得，在自由面上的应力，微差爆破时为0.368GPa，同时爆破时为0.355GPa，在前排连线上的有效应力，微差爆破时为0.906GPa，同时爆破时为0.891GPa，而在后排连线上的应力，微差爆破时为1.01GPa，同时爆破时为1.06GPa，在顶面上的应力，微差爆破时为0.231GPa，同时爆破时为0.236GPa。自由面上和前排连线上的应力对采矿爆破来说是有效的，其值越大表明爆破时作为有效爆破的能量更大，爆破效果也更好。后排连线上和项面上的应力为沿下一循环方向发展的应力，其值越小，也就是爆破能量消耗的越小。因此，由以上给出的应力值比较可知，微差爆破的效果要优于同时爆破的效果。 (5)由五种不同步距的模拟结果可得，步距1.5m单排爆破时的模拟爆破效果较差，步距增大为1.8m，采用两排微差爆破时的模拟爆破效果有所提高，步距增加到2.2m，两排微差爆破时的模拟爆破效果最优，继续增大步距到2.5m、3.0m时爆破模拟效果又渐降低。因此，推荐在矿石回采现场采用2.2m步距进行采矿。