随着易采铁矿资源的大量消耗和国民经济发展对铁矿石需求量的不断增大,我国复杂难采铁矿资源逐渐投入开采规划,其中松软破碎矿体、受复杂民采空区破坏矿体、以及原开采区域的矿柱矿量,是目前投入开采的复杂难采矿体的主要组成部分,解决这三类矿体安全高效开采的工艺技术难题,对保障国内铁矿石生产的可持续发展,具有重要意义。西石门铁矿北区是具有上述三种类型难采矿体的典型矿山,存在大量的高应力破碎矿体、复杂空区矿体与矿柱矿量,由于缺少适宜的开采工艺技术,这些矿体均未得到有效开采。本文运用三律(岩体冒落规律,散体流动规律与地压活动规律)适应性理论,对这些难采矿体,分别进行了改进分段崩落法开采工艺技术的试验研究工作,优化了无底柱分段崩落法的采场结构参数、改进了回采顺序与采空区管理方式、优选了采准巷道支护技术,解决了采场地压与采空区岩移控制、以及复杂残矿精益回收等技术难题,形成了这三类难采矿体崩落法安全高效开采的实用工艺技术。论文主要进行了如下几方面研究工作:(1)在现场调研与矿岩稳定性分级的基础上,分析计算出,在矿山开采中段,矿体与顶板近矿围岩临界冒落跨度的最大值分别为16.7 m与20.2 m,据此提出了双进路齐头并退的回采方式,使回采时空适应了矿体与近矿围岩的可冒性。(2)采用达孔量法测定了矿石散体的流动参数,并据此分析了矿石散体的流动粘滞性,结合采场地压控制需要,分析确定了无底柱分段崩落法的采场结构参数,提高了缓倾斜矿体崩落法开采的矿石回采率。(3)采用现场调查统计分析与数值模拟相结合的方法,研究了采场地压活动规律,揭示了巷道持续变形、顶板冒落、两帮内收、底鼓等破坏特性的机理,提出楔形体压力作用区的新概念,优选了采准工程的支护形式,保障了三类复杂难采矿体采准工程的可靠性。(4)在以上研究的基础上,综合考虑采场结构参数、巷道布置、回采顺序、铲运设备选型、掘进支护、放矿控制、导流放出等,提出了适合矿山条件的高应力破碎矿体的强掘强支强采技术。(5)对于复杂空区矿体,评估了突水危险源和水源补给条件,制定了空区钻孔探测和疏水方案;分析了下盘损失矿量的位置、构成、形态,并给出了损失矿量的计算方法。在此基础上,从避免空区危害、减少下盘损失和降低采准工程掘支难度的角度出发,研究提出了分段诱导冒落安全高效开采方案。(6)依据临界散体柱支撑理论,采用废石充填塌陷坑的方法,提高采空区冒透地表的塌陷角,缩小了保安矿柱的范围,并根据可采矿柱条件,提出了地表用磁滑轮甩弃废石随时充填塌陷区、地下用平底堑沟诱导冒落法缩采矿柱的新方法,既保障了矿柱的保安功能,又实现了矿柱释放矿量的安全回采。本文提出的强掘强支强采技术、空区钻孔探测技术、充水空区疏干方案、矿柱缩采技术、采准工程支护技术等,已经在西石门北区得到实际应用,取得良好技术经济效果。生产实践与理论分析表明,这些按三律适应性原理研究提出的工艺技术,包括分段诱导冒落开采技术,能够高度适应北区复杂难采矿体条件,可实现破碎矿体、复杂空区矿体与矿柱矿量的安全高效开采。