崩落采矿法因工艺简单、生产效率高、生产成本低等优点一直以来是地下金属矿山主要采矿方法,地下铁矿尤为突出,采用此法采出的铁矿占总量的85%以上。但是崩落采矿法在落矿或回采过程中,通过崩落围岩(覆岩)进行地压管理,造成地表塌陷,不仅破坏了大量宝贵的土地资源,后期还要对采空区进行治理。而充填采矿法在控制地表沉陷方面具有良好的效果,而且将尾矿回填到采空区,既节省了尾矿库建设和维护费用,也避免尾矿对环境的污染。近年来,随着环境形势日益严峻,建设“绿色矿山”、实现“无废开采”的呼声越来越高,国家政策也积极引导矿山企业向采用充填法倾斜。因此,金属矿山开采由崩落法向充填法转变已成为必然趋势。虽然崩落法向充填法转变有国家积极引导和企业积极响应,但充填法作为新兴采矿技术,也有自身的缺陷,比如工艺比较复杂,采矿成本较高等,这些都决定了充填法不能迅速的大规模推广。因此,在相当长一段时期,崩落法和充填法联合开采会得到越来越多的矿山企业青睐,其中,武钢金山店铁矿就是其中典型代表。金山店铁矿东区前期采用无底柱分段崩落法已进行过部分开采,但由于地表沉陷涉及到征地搬迁,停止开采。东区停产直接导致东、西区中段下降不均衡,西区生产压力增大等问题。东区欲采用同区不同段崩落法和充填法联合开采方案(即上部采用崩落法,下部采用充填法)恢复生产。本文根据金山店铁矿实际情况,确定合适的充填方式,并通过室内试验确定充填材料最佳配比;采用数值模拟方法,找出崩落法和充填法之间衔接层最佳安全厚度,并结合前期已有开拓工程,对采场进行优化布置;采用有限元软件ANSYS对崩落法和充填法联合开采控制地表变形效果进行研究;采用更加准确的地表陷落、移动范围圈定方法确定东区地表破坏范围,为征地搬迁提供依据。本文主要研究内容和结论如下:(1)通过查阅大量文献和相关矿山资料,总结不同充填法优缺点和适用条件,结合金山店铁矿东区的特点,最后得选出块石胶结上向分层充填是现阶段最适合金山店铁矿东区充填方式。(2)通过查阅大量前人研究成果,总结出影响块石胶结充填体强度因素有尾砂粒径分布、尾砂浆浓度、块石级配组成、各充填材料配比以及养护时间等。首先,通过试验测定并分析了金山店铁矿尾砂的粒径分布、尾砂浆的坍落度以及块石的级配组成。再通过配比试验,找出了符合技术和经济要求的充填材料最佳配比(水泥∶块石∶尾砂∶水=1∶11.25∶3.75∶2.04)。(3)崩落法和充填法之间存在一衔接层,衔接层厚度直接影响了矿山经济效益和下部回采安全,根据以往经验,采空区跨度为60m,衔接层厚度取50m可以保证下部回采安全。采用有限差分程序FALC3D对衔接层30m、40m、50m、60m厚度进行数值模拟,结果表明:在保证下部回采安全条件下衔接层最小厚度为40m。(4)根据衔接层最小安全厚度和现有的开拓工程,崩落法和充填法之间衔接层取保守厚度42m。并对崩落法和充填法的开采高程,区段划分,采场布置进行优化,以达到经济效益和安全效益最大化。(5)采用有限元软件ANSYS对各剖面地表垂直位移和水平位移进行计算,结果表明:采用崩落法和充填法联合开采各剖面的最大垂直位移和最大水平位移都比全部采用崩落法开采小的多,说明崩落法和充填法联合开采有效控制了地表变形程度。(6)根据金山店铁矿东区采空区的特点,在传统地表陷落、移动范围圈定方法基础上加以改进,得出了更加准确、更加适合金山店铁矿东区的地表陷落、移动范围圈定方法。即通过离散元软件UDEC对各剖面竖向位移进行数值模拟,得出各剖面的竖向位移等值线图,再利用陷落角、移动角,圈定出采用崩落法和充填法联合开采地表陷落、移动范围,为地表构筑物搬迁提供理论依据。