摘要：针对无底柱分段崩落法放矿过程中顶部、侧面和正面等各部位废石混入情况无法定量分析的问题,设计了一种原位替换法相似性物理模拟试验,得到了各部位废石混入量,找到了各部位废石混入关键点。利用Design-Expert中Box-Behnken方法设计了15组试验,系统研究了分段高度、进路间距和崩矿步距之间交互作用对废石混入的影响,构建了以混岩率为响应值的二次响应面模型,运用响应面分析法得到了最优采场结构参数,并对优化结果采用原位替换法进行了验证。结果表明:(1)采用矿山原结构参数分段高度、进路间距和崩矿步距分别为12 m、12 m和3 m进行原位替换法相似性物理模拟试验,当矿石回采率为80%时,正面废石、两侧废石和顶部废石的混入率分别为16.7%、8.3%和2.5%,矿石总混岩率为27.5%;(2)对响应面模型进行分析,分段高度、进路间距和崩矿步距及其交互作用均对矿石混岩率有显著影响,回归模型拟合的相关系数接近于1,方程的预测数据和实际数据之间具有一致性,优化后的分段高度、进路间距和崩矿步距分别为16.59 m、17.42 m和4.02 m;(3)矿石回采率为80%时,优化后的结构参数与原结构参数相比,正面和两侧废石混入率分别降低3.6%和1.7%,顶部废石混入率增加0.7%,总混岩率降低4.6%,取得了较好的放矿效果。上述研究进一步表明:采用原位替换法对废石混入规律进行分析,并通过响应面法对结构参数进行优化的研究思路具有一定的实用性和可操作性,对矿山采场结构参数优化具有一定的参考意义。