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基于数值模拟的小纪汗煤矿11215工作面矿压规律研究
前言
矿井矿压问题一直是煤矿生产中需要解决的难点，有效的矿压规律研究是保障井下矿工安全和提高煤炭生产效率的重要手段之一。本文以小纪汗煤矿11215工作面为研究对象，通过数值模拟的方法，研究工作面的矿压规律，为生产提供理论参考。
一、研究背景
小纪汗煤矿11215工作面是该煤矿重要的生产工作面之一。然而在生产过程中，随着采掘深度的增加，地压问题日益突出，矿方需要加强对矿压规律的研究，制定相应防治措施，以保障生产的平稳进行。
二、数值模拟实验
1、建模
通过对采煤工作面的地质资料、煤层属性、支护参数、矸石物理力学参数等信息进行分析和评估，建立了11215工作面3D数值模型。模型的尺寸为80m×140m×5m，采宽为3.8m，煤层厚度为2.5m，模型中采用软岩模型的支护结构，包括两侧的钢架和液压支架等。
2、数值模拟
基于3D数值模型，采用FLAC3D有限差分软件，进行了11215工作面的数值模拟实验。在模型中加入了较为真实的初始应力场，并根据实际生产情况加入采掘工作的围岩支撑和煤层压缩等参数，模拟了工作面的采掘过程，并记录了各个时刻模型中的应力状态变化。
3、结果分析
通过模拟得到的采掘过程及应力状态变化数据，对11215工作面的矿压规律进行分析。
（1）地应力变化规律
模拟结果表明，煤层颜色越深，地应力就越大。靠近底部的煤层由于地应力的作用，压缩量更加显著，导致煤层最大处与顶板的距离明显减小。
（2）采动区域煤层裂隙分布规律
在整个采掘过程中，由于采空区较大造成顶板下沉，导致采动区域顶板炸裂或产生大量孔洞。当采掘到一定深度时，采动区域煤层裂隙的密度不断增大，并集中在距采煤工作面5-7m的立即顶处。
（3）支护结构变形规律
模拟实验显示，煤柱支撑区支架变形与内部裂隙的发生情况密切相关。当采动区域煤层裂隙密度增加时，支架变形会剧烈增加，支架内部裂隙产生的可能性也增大。如果支架变形较大，就会导致支架失效，从而进一步加剧采动区的一次性破坏事故的危险性。
（4）采煤速度变化规律
采煤速度是采煤过程中一个重要的参数，会影响采动区域内部应力场的变化情况。在本次模拟试验中，当采煤速度较快时，采动区域顶板下沉和煤体压缩量增加的速度也会加快，导致采区内部应力加剧，引发区域性破裂和裂隙的产生。
三、防治措施建议
针对小纪汗煤矿11215工作面的矿压规律，我们建议矿方根据本文研究得出的结果，采取以下防治措施：
1、加强煤柱支撑区域的围岩支护，对煤柱支撑区域及时进行补子弹、压负荷治理措施。
2、逐步减小采煤速度，降低采动区域内部应力的变化速度。
3、加强对采动区域内部裂隙的监测力度，及时采取相应的增加支护措施，以有效控制采动区域范围内的煤层破裂情况。
综上所述，本文通过数值模拟的方法研究了小纪汗煤矿11215工作面的矿压规律，对于保障井下矿工安全和提高煤炭生产效率具有重要的理论和实践意义。