随着国民经济快速发展对能源和资源的大量需求,使得矿产资源的开采逐渐向深部和难采矿体推进。急倾斜薄矿脉在我国黄金和有色金属矿山中占有很大比重,其特殊的产状,使此类矿体在开采过程中出现了一系列技术难题,如爆破夹制作用大、矿石损失贫化难于控制、作业循环多、机械化程度低、生产效率低、安全性差等。尽管中深孔采矿法已被试验应用于开采急倾斜薄矿脉,但至今尚未得到大规模的推广应用,究其原因主要是受到采幅制约,爆破夹制作用大,影响中深孔爆破效果;矿体和围岩欠稳固时,围岩易冒落,矿石的损失贫化难于控制。因此,如何解决薄矿脉中深孔爆破的夹制作用以及有效控制回采过程中矿石的损失和贫化,对于促进中深孔采矿法在急倾斜薄矿脉条件下的应用,具有极其重要的意义。本文以金厂沟梁金矿急倾斜薄矿脉破碎矿体为工程背景,基于崩落围岩充填采空区的地压管理方式、中深孔落矿工艺以及连续开采的工艺思想,提出了无底柱分段崩落法的回采方案。采用室内相似材料实验,3DEC数值模拟,颗粒流数值模拟,SOM数据挖掘和现场原位试验等手段,围绕急倾斜薄矿脉崩落法开采矿石损失贫化大,中深孔爆破夹制作用大等问题开展研究。具体研究工作如下:(1)基于3DEC程序,分析急倾斜薄矿脉破碎矿体回采过程中的应力迁移规律,探讨不同回采方式下的地压分布特征,从地压管理角度为开采方案的选择和采场结构参数的优化提供理论支撑。(2)开展倾斜壁边界条件下单漏口放矿相似材料实验,测定该条件下放出体的发育过程及形态特征,分析矿体厚度和壁面粗糙度对散体流动规律的影响,探讨倾斜壁边界条件下散体流动的分区特性及不同区域的影响范围,实现对矿石放出体的定量表征。(3)基于进化神经网络算法,结合大量数值实验,实现离散元细观参数的标定;基于离散元程序PFC3D,开展端部放矿数值实验,验证基于PFC3D放矿数值模拟方法和离散元细观参数标定结果的可靠性;开展倾斜壁边界条件下单漏口放矿PFC3D数值实验,分析放矿过程中颗粒的位移场、速度场和接触力场的分布特征和变化规律,从放矿动力学角度揭示倾斜壁边界条件下矿岩散体的流动机理。(4)开展崩落法结构参数的物理仿真实验,分析分段高度,崩矿步距和截止放矿品位对矿石损失贫化指标的影响,应用自组织神经网络算法,对物理仿真实验数据进行聚类分析,并以此为基础,建立采场结构参数与矿石损失贫化指标间的神经网络模型,实现采场结构参数的优选,有效控制崩落法回采过程中的矿石损失贫化。(5)基于LS-DYNA和PFC程序,考虑爆破过程中爆炸应力波和爆生气体的综合作用,建立岩体爆破的离散元数值模拟方法,提出表征薄矿脉爆破夹制作用的定量评价指标,对单孔柱状药包的爆破过程进行数值模拟,分析采幅与最小抵抗线对爆破夹制作用的影响,开展薄矿脉中深孔回采爆破参数优化研究,以爆破超欠挖体积和爆破块度为评价指标,分析不同孔网参数条件下的爆破效果,并以此为依据进行金厂沟梁金矿急倾斜薄矿脉回采爆破参数的优化,减小薄矿脉中深孔爆破的夹制作用。(6)将所得到的优化结果应用于金厂沟梁金矿六采区七中段7181矿块,采用CMS三维激光扫描手段,对爆破后的空区进行精细扫描,实现对爆破效果的定量评估,验证回采爆破参数的准确性。