采動影響下逆斷層活化規律的數值模擬

閔飛虎，向必偉，劉 輝，朱曉峻

采動影響下逆斷層活化規律的數值模擬

閔飛虎1,2，向必偉1,2，劉 輝1,2，朱曉峻1,2

(1. 安徽大學資源與環境工程學院，安徽 合肥 230601；2. 安徽省礦山生態修復工程實驗室，安徽 合肥 230601)

煤礦開采過程中斷層活化時有發生，是礦井災害防治研究的熱點問題。為了揭示不同斷層傾角條件下煤層開采對斷層活化的影響，以淮南新集二礦地質采礦條件為例，采用FLAC3D進行數值模擬，系統研究逆斷層下煤層開采過程中斷層的動態活化規律，闡明了斷層活化位置與工作面推進距離、斷層傾角之間的關系。研究表明，斷層活化可分為累積期、形成期、破壞期3個發育階段；當工作面回采至工作面推進距離的一半時，斷層開始活化，至開采結束，斷層滑移量最大；傾角越小的斷層面越早開始活化，傾角越大的斷層面滑移量越大。研究成果為斷層發育區煤炭資源安全開采提供了理論依據和技術參考。

斷層活化；逆斷層；煤礦開采；數值模擬；礦井災害；新集二礦

近年來大量工程實例表明，斷層在煤礦開采過程中可能發生活化現象[1]，導致極其嚴重的礦井災害，是采礦安全領域所關注的熱點問題之一[2]。

煤礦開采過程中斷層活化是地質構造條件與工程環境相互作用的結果[3]。前人研究表明，影響斷層活化的主要因素有斷層性質、斷層產狀、煤層覆巖、開采工藝等。針對各單一因素對斷層活化的影響，前人開展了大量工作，蔣金泉等[4]探討了厚煤層覆巖條件下斷層活化的演化；李守國等[5]、代進等[6]、焦振華等[7]研究了斷層產狀、斷層面力學性質等對斷層活化的影響；此外還有大量學者從開采工藝角度總結了斷層活化的規律[6,8-9]。理論研究方面，李振雷等[10]從巖石力學角度建立斷層閉鎖與解鎖滑移的力學模型來探討斷層活化的臨界應力條件。上述研究在很大程度上揭示了各單一因素對斷層活化不同階段的影響，對解釋地質條件相對單一的礦區取得了較為理想的成果。然而，對一些地質條件復雜的礦區，斷層活化受多種因素相互疊加影響，如果單從某個影響因素的角度來探討斷層的活化問題，難以表現實際情況。

相比數學分析，數值模擬能夠實現更為復雜的計算，對研究不同影響因素相互作用具有明顯的優勢[11]。對于礦區在采動情況下的地質災害研究，數值模擬逐漸成為主流研究方法之一，大量應用于工程實例分析[4,12-16]。本文通過FLAC3D數值模擬，以淮南新集二礦的礦區地質條件為基礎，系統研究逆斷層下盤工作面向斷層推進過程中斷層面活化滑移的動態發育規律，揭示工作面與斷層距離對斷層活化滑移的影響，建立斷層帶發育位置與斷層傾角、工作面推進距離之間的關系模型。本次模擬結果為進一步深入研究煤礦開采中斷層活化機制提供了理論依據和參考。

1 礦區地質背景

新集二礦位于淮南煤田的西南方向，井田內基巖均被新生界所覆蓋，據鉆孔揭露，發育有下元古界、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、新近系和第四系地層，其中二疊系山西組和上、下石盒子組為主要含煤地層。

新集二礦礦區地處華北板塊東南部，受區域NWW–SSE向華北邊緣的北淮陽構造系以及NNE向郯廬斷裂構造系控制，礦區基本構造為近垂直的N–W向和NNE向兩組構造。

新集二礦井田位于謝橋向斜南翼，屬于淮南復向斜，在穎鳳區阜鳳推覆構造的中段，區域構造總體近東西走向。新集二礦井田內，外來推覆體沿著阜鳳逆沖斷層，在南北向主壓應力作用下，由南向北逆沖推覆于原地含煤地層之上，形成了上疊式推覆構造，以阜鳳逆沖斷層為主體(圖1)。

圖1 新集二礦井田構造綱要示意圖

2 模型設計

以新集二礦井田實際地層及逆斷層產狀特征為基礎，根據新集二礦11-2煤層地質采礦條件，建立數值模型，如圖2所示。設計開采深度為400 m，工作面推進距離1 000 m，寬度600 m，三維模型如圖3所示，單元尺寸為5 m×5 m×5 m，共計1 439 400個剖分單元和1 498 436個節點，模型尺寸3 000 m× 2 000 m×535 m(長×寬×高)，為了避免邊界應力效應對模擬結果產生影響，邊界設置與研究區域足夠遠，走向兩側各留1 000 m，傾向兩側各留700 m。

模型前后和左右施加水平方向約束；模型底部為固定支撐；模型頂部為自由面。斷層面設置為無厚度接觸面單元，可以分析一定受力條件下兩個接觸表面上產生的錯動滑移、分離與閉合。接觸面本構模型采用庫倫剪切模型，符合淺層斷裂構造性質。斷層主要參數為：法向剛度1 GN/m、剪切剛度0.4 GN/m、內摩擦角22°，黏聚力0.4 MPa，抗拉強度0.001 MPa[17]，接觸面傾角分別為30°、45°、60°、75°。

初始平衡后，從方向1 000 m處開始開采，每次開采長度為100 m，共進行10次開采(即圖2中序號1—10)，到達斷層位置(圖2)。

計算中采用應變軟化模型模擬煤(巖)體峰后強度逐步降低的性質，并采用Mohr-Coulomb準則作為煤(巖)體材料的屈服判據；根據現場地質調查和調研相關巖石力學試驗結果[18]，考慮礦山巖體的尺寸效應，模型中各巖層計算參數如表１所示。

在斷層帶、開采煤層及其頂、底板設置監測點，記錄煤層頂板垂直應力、斷層面上應力及地表移動隨開采過程的動態變化規律，模擬分析逆斷層下盤工作面的采動應力分布規律和斷層活化特性。

3 模型驗證

在模擬開采過程中斷層活化規律前，必須檢驗所建模型、力學參數、邊界條件的合理性，利用新集二礦覆蓋巖層頂板破壞監測數據對模型與力學參數進行檢驗。

新集二礦11-2煤層111101工作面推進距離710 m，長度160 m，平均煤厚3.5 m，傾角10°，煤層平均埋深333 m，可采儲量49.2萬t。在04勘探線以西，11-2煤層頂板主要為細砂巖、中砂巖、石英砂巖。井田中深部受多條斷層以及伴生小斷層切割的影響，裂隙發育。

根據新集二礦111101工作面風巷內兩孔的監測數據及02勘探線資料，11-2煤層開采后覆巖破壞裂高(導水裂隙帶高度)采厚比為10.83︰1，具體監測結果見表2。

圖2 逆斷層數值模型及其邊界條件

圖3 三維數值模型

表1 巖體力學參數

建立尺寸3 000 m×2 000 m×535 m(長×寬×高)、逆斷層傾角為60°、工作面(位于斷層下盤)尺寸為長度160 m、推進距離700 m、煤層采厚3.5 m的數值模型進行模擬實驗，利用模擬實驗修正巖層力學參數，分析塑性破壞區域(圖4)。根據模擬結果，受采動影響的巖層力學參數修正系數如表2所示：頂板破壞帶模擬結果見表3。對比裂高實測值與數值模擬結果，裂高采厚比吻合較好，誤差為2.83%，模型較可靠，可用于后續模擬。

圖4 工作面推進160 m塑性破壞區域

表2 巖層力學參數的修正系數

表3 覆巖裂高監測數據與所建模型模擬結果

4 模擬計算

以驗證模型的尺寸和工作面大小為基準，將采厚變為5 m，建立模擬模型，模擬斷層傾角取30°、45°、60°、75°。工作面逐步向斷層開采的過程中，每步開采100 m，重點考察工作面頂板支撐應力、斷層面上應力、斷層面上滑移量等參數的演化。模擬結果表明，當模擬斷層傾角在60°、工作面開采600 m時，斷層面上產生滑移，斷層活化現象最為顯著。據此，取斷層傾角60°、工作面開采600 m時引發的斷層活化現象為代表，論述工作面推進過程中頂板支撐應力演化規律、斷層面上應力分布特征和斷層位移可能性。同時，論述不同產狀條件下各參量演化差異，進而分析斷層活化規律。

4.1 工作面推進過程中頂板支撐應力演化規律

模擬計算結果揭示，在工作面向逆斷層逐漸推進過程中，采空區覆巖應力變化逐漸傳遞到斷層及上盤覆巖，地表沉陷的形成和發育逐漸加劇(圖5b)。圖5a揭示了逆斷層下工作面推進至距斷層不同位置，工作面頂板支撐應力分布規律：

a.工作面頂板垂直應力在斷層處被中斷，工作面兩幫出現垂直應力集中區域，在工作面推進至500 m之前，兩幫支撐應力逐漸增大，工作面兩幫頂板垂直應力呈現對稱關系。

b.逆斷層對工作面頂板支撐應力影響較為顯著，隨著工作面繼續推進，到達斷層影響區域，切眼處垂直應力逐漸增加，停采線處頂板垂直應力逐漸減小，這是由于逆斷層上盤覆巖呈砌體梁支撐作用，垂直應力傳遞到斷層面及逆斷層上盤覆巖，而頂板的垂直應力逐漸減小。

圖5 傾角60°逆斷層下盤逐步推進煤層頂板支撐壓力和地表下沉分布

4.2 斷層面上應力分布特征

逆斷層下盤工作面開挖后，工作面推進至斷層下盤不同位置時，斷層面上切向應力和法向應力的動態變化過程(圖6)具有以下特征：

a.隨著工作面在逆斷層下盤逐步推進，法向應力的變化趨勢和切向應力基本一致，在工作面推進距斷層200 m之前，斷層面上的切向應力變化相對不大；在推進距斷層200 m時，斷層面上切向應力出現明顯波動。工作面推進至斷層時，斷層面上的切向應力達到峰值點50.53 MPa，法向應力達到峰值點115.55 MPa，切向應力峰值點與煤層底板距離為30 m。在斷層面上距煤層頂板75~100 m和115~ 140 m時，切向應力為0，法向應力也為0，此時斷層兩盤出現了分離現象。

b.工作面頂板與數值模型底部垂直距離為135 m，隨著工作面在逆斷層下盤逐步推進，斷層面上切向應力與法向應力變化區域主要在工作面水平位置附近，切向應力與法向應力的峰值位于煤層頂板上方垂直距離30 m處，斷層面上應力變化主要影響區域為煤層頂板垂直距離下方45 m到頂板上方140 m。

圖6 斷層傾角為60°時斷層面上應力狀態

4.3 斷層位移可能性分析

模擬斷層結構面上、下兩盤的相對位移指示了開采過程中斷層活化的可能性。根據摩擦定律，接觸面的摩擦性質取決于切向應力與法向應力的比值。為考察斷層兩盤滑動的可能性，取斷層帶上切向應力與法向應力的比值作為考察指標[12]，繪制其在A3，B，C3監測點處(圖2)隨工作面推進的變化規律。其中A3點在煤層頂板上部垂直距離40 m的斷層面上，B點在煤層頂板上部垂直距離5 m的斷層面上，C3點在煤層頂板下部垂直距離40 m的斷層面上。

逆斷層傾角為60°時，下盤工作面在推進過程中，斷層面上切向應力與法向應力的變化如圖7a、圖7b所示，切向應力與法向應力的比值如圖7c所示，具有以下分布規律：

逆斷層傾角為60°時，斷層面上A3、B、C3點的切向應力和法向應力均逐漸增大。隨著逆斷層下盤工作面的逐步推進，A3處切向應力和法向應力呈現增大趨勢；在工作面推進至距斷層300 m之前，切向應力和法向應力比值均逐漸減小(圖7c)，說明這個階段法向應力的增大幅度要大于切向應力，以法向應力增大占主導作用。工作面推進至距斷層300 m后，切向應力與法向應力比值迅速增大，最終達到0.508，此階段切向應力的增大幅度大于法向應力，此時切向應力的增大占主導作用。

在工作面推進至距斷層200 m前，B點切向應力和法向應力比值逐漸減小(圖7c)，說明這個階段法向應力的增大幅度要大于切向應力，以法向應力的增大占主導作用；工作面推進至距斷層200 m后，切向應力與法向應力比值突然增大，峰值達到0.372，此階段切向應力的增大幅度要大于法向應力(圖7a—圖7c)，此時切向應力的增大占主導作用；當工作面推進至斷層時，切向應力呈減小趨勢，法向應力斷續增大，比值也減小，此階段切向應力的減小占主導作用(圖7a—圖7c)。

在工作面推進至距斷層300 m之前，C3點處切向應力和法向應力均呈減小趨勢，切向應力和法向應力比值逐漸減小，說明這個階段法向應力的增大幅度要大于切向應力，以法向應力的增大占主導作用(圖7a—圖7c)。工作面推進至距斷層300 m后，切向應力與法向應力比值迅速增大，當推進至斷層時，比值達到峰值0.438，此階段切向應力的增大幅度要大于法向應力，以切向應力的增大占主導作用(圖7a—圖7c)。

通過斷層面上A3、B、C3點切向應力和法向應力比值分析(圖7c)，可以得知，在工作面上部斷層面的A3點切向應力和法向應力比值高于B和C3點，斷層滑移的可能性最大；在B點工作面開采的初始階段較穩定，當工作面推進至距斷層200 m時，B點處的切向應力和法向應力比值出現強烈的波動，可能已經出現滑移，應力進行了重新分配；C3點處切向應力和法向應力比值變化幅度最小。因此，A3點和B點斷層處滑移可能性要明顯高于煤層底板斷層面上C3點。

4.4 產狀對接觸面活化的影響

為了保證在各傾角時工作面開采條件相同，在工作面終采線的上部B點改變斷層傾角，分別得到斷層傾角為60°條件下工作面推進過程中斷層活化滑移發育信息(圖7)，以及傾角為30°、45°、60°、75°這4種不同條件下工作面推進過程中頂板支撐應力演化規律(圖8)。

模擬結果揭示，傾角的變化與接觸面滑移活化、垂直應力演化呈現以下規律：

a.隨著傾角增大，接觸面兩盤最終相對滑移峰值總體上呈增大趨勢(除30°外)，斷層傾角為60°工作面推進至斷層時，接觸面上切向滑移量達到最大值0.429 9 m(圖7d)；在工作面逐步向接觸面推進過程中，不同傾角模擬逆斷層下盤工作面推進距接觸面400 m時，均已產生剪切滑移；隨著開采繼續推進，接觸面的滑移量逐漸增大。

b.不同傾角接觸面下盤工作面推進距接觸面300 m時，切向應力和法向應力比值均迅速增大，除傾角為60°外，隨著工作面繼續向接觸面推進，其比值都在一直增大中；傾角60°的逆斷層在工作面推進至距斷層100 m時，切向應力突然減小(圖8a)，主要是因為接觸面在監測點B處兩盤出現相對位移，切向應力釋放并重新調整的結果。

c.工作面向斷層推進過程中，斷層上盤垂直應力集中程度高于下盤(圖8)；不同傾角逆斷層下盤工作面采動應力分布有顯著差異。隨著工作面與斷層距離的逐漸減小，不同傾角逆斷層工作面頂板支撐應力呈現不同的規律。在斷層傾角小于45°時，工作面終采線處，頂板支撐應力呈先減小后增大的趨勢。在斷層傾角大于45°時，工作面終采線處，頂板支撐應力呈減小趨勢。

圖8 逆斷層下盤推進過程中垂直應力動態演化規律

4.5 開采過程中新集二礦安全性預測

新集二礦井田內，外來推覆體沿著阜鳳逆沖斷層，在南北向主壓應力作用下，由南向北逆沖推覆于原地含煤地層之上，形成了上疊式推覆構造。以阜鳳逆沖斷層為主體，井田中深部受F10、F11、F20等斷層以及伴生小斷層切割的影響，傾角變化大，局部倒轉(圖1)。

根據斷層傾角60°的模擬結果，結合新集二礦實際地質現狀，動態開采過程中，隨著頂板垂直應力和斷層面上應力的演化可能會發育不同類型的礦井環境地質問題。工作面推進100~500 m過程中，采空區頂板垂直應力呈現對稱分布的規律，斷層處總體穩定；當工作面推進至600 m時，斷層面上切向應力趨于9.24 MPa(圖6a)，法向應力21.08 MPa (圖6b)，此時斷層呈現為張性，可能導致斷層成為瓦斯、水涌入的通道。當工作面開采至700 m時，切向應力與法向應力比值達到0.483，為斷層活化的臨界值，此時斷層可能開始活化、失穩，從而誘發沖擊地壓、冒頂、塌方、地下水涌入、煤與瓦斯突出等一系列礦井環境地質問題。

5 模擬斷層活化規律

以斷層傾角60°時為例，通過工作面推進過程中垂直應力(圖5a，圖9)，斷層面上切向應力和法向應力(圖6)以及斷層滑移危險性分析(圖7)，可以得知，盡管存在一些細節上的差異，逆斷層活化發育總體上可分為累積期、形成期和破壞期3個階段。

a.累積期

工作面開采初期，當工作面推進至500 m時，斷層面上未發生采空區覆巖應力破壞傳遞，斷層上應力變化較小，不足以造成斷層兩盤滑移，該階段為斷層活化發育的積累期。具體表現為：當工作面推進100~500 m時，工作面兩盤垂直應力呈現對稱，斷層面上切向應力與法向應力變化幅度較小，切向應力與法向應力比值變化不明顯，剪切滑移量為0，采空區覆巖的應力狀態未傳遞到斷層和上盤煤(巖)體(圖9a—圖9e)。

b.形成期

隨著工作面推進，采空區應力變化傳遞至斷層和上盤覆巖層，斷層面上應力開始增加，兩盤相互擠壓，斷層上、下兩盤開始出現滑移現象，此過程為斷層活化滑移的形成期。具體表現為：工作面推進600~800 m時，工作面兩幫垂直應力開始呈不對稱(圖9f—圖9h)，切眼垂直應力高于停采線處(圖5a)。采動應力傳遞到斷層上盤時，斷層面上切向應力與法向應力變化較大(圖6)，切向應力與法向應力比值增大，切向應力占主要作用，出現剪切滑移現象(圖7d)，斷層區域兩盤產生整體滑移，剪切滑移量分別為0.025 8 m、0.117 6 m和0.250 2 m。

c.破壞期

隨著工作面繼續推進，逆斷層上盤覆巖層與斷層面的應力耦合影響增大，斷層面上應力變化加劇，兩盤相互擠壓，出現滑移、分離和閉合現象，此過程為斷層活化滑移的破壞期；破壞區域涉及覆巖和斷層兩盤煤(巖)體。具體表現為：當工作面推進900~1 000 m時，工作面兩幫垂直應力明顯呈不對稱(圖9i—圖9j)，切眼垂直應力高于停采線處(圖5a)；采動應力繼續傳遞到斷層上盤時，斷層面上切向應力與法向應力變化加劇(圖6)，切向應力與法向應力出現為0的情況，斷層兩盤出現分離和閉合現象，上覆巖層及右側斷層區域兩盤產生整體滑移，剪切滑移量增加到0.429 9m (圖7d)。

不同傾角逆斷層活化細節有所差異，總體上斷層活化的發育可分為累積期、形成期和破壞期3個階段，根據圖7d、圖8所示，傾角越小的斷層工作面，頂板垂直應力越早傳遞到逆斷層上盤覆巖層，斷層活化發育的累積期縮短，形成期和破壞期時間延長。

圖9 傾角60°逆斷層下盤逐步開采垂直應力分布云圖

6 結論

a. 逆斷層下盤工作面采空后，工作面端頭外側形成強支撐區，隨著工作面與斷層距離的逐漸減小，不同傾角逆斷層工作面頂板支撐應力呈現不同的規律。傾角越小的斷層工作面頂板垂直應力越早傳遞到逆斷層上盤覆巖層，在斷層傾角小于45°時，工作面終采線處，頂板支撐應力呈現先減小后增大的趨勢；在斷層傾角大于45°時，工作面終采線處，頂板支撐應力呈現減小趨勢。

b. 在采動影響下，不同傾角逆斷層面切向應力和法向應力比值作為考察斷層穩定性的指標，切向應力是影響逆斷層穩定的主要決定因素。下盤工作面與斷層距離為500 m時，斷層開始活化；下盤工作面與逆斷層距離為300 m時，切向應力和法向應力的比值出現明顯增大的現象，斷層兩盤滑移危險性加劇。

c.基于FLAC3D數值模擬及斷層滑移動態發育規律，將斷層的活化滑移分為積累期、形成期、破壞期3個發育階段；傾角越小的斷層工作面頂板垂直應力越早傳遞到逆斷層上盤覆巖層，斷層活化發育的累積期縮短，形成期和破壞期時間延長。受到斷層影響，開采引起斷層兩盤局部出現分離、閉合現象，容易產生斷層活化，引起沖擊地壓、煤與瓦斯突出等環境地質災害。

[1] 姜耀東，潘一山，姜福興，等. 我國煤炭開采中的沖擊地壓機理和防治[J]. 煤炭學報，2014，39(2)：205–213. JIANG Yaodong，PAN Yishan，JIANG Fuxing，et al. State of the art review on mechanism and prevention of coal bumps in China[J]. Journal of China Coal Society，2014，39(2)：205–213.

[2] 姜耀東，趙毅鑫. 我國煤礦沖擊地壓的研究現狀：機制、預警與控制[J]. 巖石力學與工程學報，2015，34(11)：2188–2204. JIANG Yaodong，ZHAO Yixin. State of the art： Investigation on mechanism，forecast and control of coal bumps in china[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2015，34(11)：2188–2204.

[3] 潘一山，王來貴，章夢濤，等. 斷層沖擊地壓發生的理論與試驗研究[J]. 巖石力學與工程學報，1998，17(6)：642–649. PAN Yishan，WANG Laigui，ZHANG Mengtao，et al. The theoretical and testing study of fault rockburst[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，1998，17(6)：642–649.

[4] 蔣金泉，武泉林，曲華. 硬厚巖層下逆斷層采動應力演化與斷層活化特征[J]. 煤炭學報，2015，40(2)：267–277. JIANG Jinquan，WU Quanlin，QU Hua. Characteristic of mining stress evolution and activation of the reverse fault below the hard-thick strata[J]. Journal of China Coal Society，2015，40(2)：267–277.

[5] 李守國，呂進國，姜耀東，等. 逆斷層不同傾角對采場沖擊地壓的誘導分析[J]. 采礦與安全工程學報，2014，31(6)：869–875. LI Shouguo，LYU Jinguo，JIANG Yaodong，et al. Coal bump inducing rule by dip angles of thrust fault[J]. Journal of Mining & Safety Engineering，2014，31(6)：869–875.

[6] 代進，蔣金泉. 上下盤開采順序對斷層煤柱采動應力的影響[J]. 采礦與安全工程學報，2016，33(1)：35–41.DAI Jin，JIANG Jinquan. Influence of mining sequence of hanging wall and foot wall on mining-induced stress of fault coal pillar[J]. Journal of Mining & Safety Engineering，2016，33(1)：35–41.

[7] 焦振華，趙毅鑫，姜耀東，等. 采動誘發斷層損傷滑移及其影響因素敏感性分析[J]. 煤炭學報，2017，42(增刊1)：36–42.JIAO Zhenhua，ZHAO Yixin，JIANG Yaodong，et al. Fault damage induced by mining and its sensitivity analysis of influencing factors[J]. Journal of China Coal Society，2017，42(S1)：36–42.

[8] 張衛強，孫強，朱術云，等. 采動條件下頂板逆斷層失穩–活化機制分析[J]. 煤礦安全，2013，44(3)：179–182. ZHANG Weiqiang，SUN Qiang，ZHU Shuyun，et al. Analysis of roof reverse fault instability-reactivation mechanism under mining[J]. Safety in Coal Mines，2013，44(3)：179–182.

[9] 王濤，由爽，高宇. 推進方式對斷層圍巖應力演化規律的影響[J]. 采礦與安全工程學報，2017，34(2)：276–281.WANG Tao，YOU Shuang，GAO Yu. The influence of different mining modes on the evolution law of stress in fault surrounding rock[J]. Journal of Mining & Safety Engineering， 2017，34(2)：276–281.

[10] 李振雷，竇林名，蔡武，等. 深部厚煤層斷層煤柱型沖擊礦壓機制研究[J]. 巖石力學與工程學報，2013，32(2)：333–342. LI Zhenlei，DOU Linming，CAI Wu，et al. Fault-pillar induced rock burst mechanism of thick coal seam in deep mining[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2013，32(2)：333–342.

[11] 徐曉惠，呂進國，劉闖，等. 采動影響下逆斷層特征參數對斷層活化的作用規律[J]. 重慶大學學報，2015，38(3)：107–115. XU Xiaohui，LYU Jinguo，LIU Chuang，et al. Influence law of fault activation induced by coal extraction based on characteristic parameters of thrust fault[J]. Journal of Chongqing University， 2015，38(3)：107–115.

[12] 姜耀東，王濤，趙毅鑫，等. 采動影響下斷層活化規律的數值模擬研究[J]. 中國礦業大學學報，2013，42(1)：1–5. JIANG Yaodong，WANG Tao，ZHAO Yixin，et al. Numerical simulation of fault activation pattern induced by coal extraction[J]. Journal of China University of Mining & Technology，2013，42(1)：1–5.

[13] 李士棟，雷瑞德. 采動影響下斷層沖擊危險數值模擬[J]. 煤礦安全，2017，48(3)：40–43. LI Shidong，LEI Ruide. Numerical simulation of rock burst risk induced by fault under mining[J]. Safety in Coal Mines，2017，48(3)：40–43.

[14] 張國龍，蔣金泉，張培鵬，等. 正斷層活化影響下覆巖結構演化規律[J]. 煤炭技術，2017，36(9)：48–51. ZHANG Guolong，JIANG Jinquan，ZHANG Peipeng，et al. Evolutionary laws of overlying strata structure under influence of normal fault activation[J]. Coal Technology，2017，36(9)：48–51.

[15] 趙毅鑫，盧志國，朱廣沛，等. 考慮主應力偏轉的采動誘發斷層活化機理研究[J]. 中國礦業大學學報，2018，47(1)：73–80. ZHAO Yixin，LU Zhiguo，ZHU Guangpei，et al. Fault reactive induced by the principal stress rotation for the underground coal mining[J]. Journal of China University of Mining & Technology，2018，47(1)：73–80.

[16] 朱廣安，竇林名，劉陽，等. 采動影響下斷層滑移失穩的動力學分析及數值模擬[J]. 中國礦業大學學報，2016，45(1)：27–33. ZHU Guang’an，DOU Linming，LIU Yang，et al. Dynamic analysis and numerical simulation of fault slip instability induced by coal extraction[J]. Journal of China University of Mining & Technology，2016，45(1)：27–33.

[17] 謝和平，周宏偉，王金安，等. FLAC在煤礦開采沉陷預測中的應用及對比分析[J]. 巖石力學與工程學報，1999，18(4)：397–401. XIE Heping，ZHOU Hongwei，WANG Jin’an，et al. Application of FLAC to predict ground surface displacements due to coal extraction and its comparative analysis[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，1999，18(4)：397–401.

[18] 周大偉. 煤礦開采沉陷中巖土體的協同機理及預測[D]. 徐州：中國礦業大學，2014.

Numerical simulation on mechanism of thrust fault reactivation during mining

MIN Feihu1,2, XIANG Biwei1,2, LIU Hui1,2, ZHU Xiaojun1,2

(1. School of Resources and Environmental Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China;2. Anhui Province Engineering Laboratory of Mine Ecological Remediation,Hefei 230601, China)

It is a hot issue in mine disaster research about the activation of faults during the process of coal mining and excavation. In order to reveal the influence of coal mining on fault activation under different fault dip conditions, Xinji No.2 mine in Huainan coalfield was taken as an example, and numerical simulation with FLAC3Dwas used to systematically study the dynamic activation law of thrust faults during mining beside the faults, and to clarify the relationship among fault activation position and fault dip angle and excavated distance of working face.The results show that the fault activation is divided into three stages: Accumulation period, formation period and dynamic development period. As the working surface advances, the fault begins to activate when it is pushed to half the length of the working face, and the fault slip is the largest at the end of mining. As the fault dip angle increases, the smaller the dip angle, the earlier the fault layer begins to activate. The larger the dip angle, the larger the slip surface will be. It provides a theoretical basis and technical reference for the safe exploitation of coal resources in fault development areas.

fault reactivation; thrust fault; coal mining; numerical simulation; mine disaster; Xinji No.2 mine

P542

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2019.04.022

1001-1986(2019)04-0144-09

2019-02-28

國家自然科學基金項目(41472194)；安徽省高校自然科學研究重點項目(KJ2018A0003)

National Natural Science Foundation of China(41472194)；Key Project of Natural Science Research in Colleges and Universities of Anhui Province(KJ2018A0003)

閔飛虎，1990年生，男，安徽淮北人，碩士研究生，從事礦山地質環境研究. E-mail：feihumin@126.com

向必偉，1976年生，男，湖北漢川人，博士，副教授，碩士生導師，從事環境地球化學研究. E-mail：xbw1977@163.com

閔飛虎，向必偉，劉輝，等. 采動影響下逆斷層活化規律的數值模擬[J]. 煤田地質與勘探，2019，47(4)：144–152.

MIN Feihu，XIANG Biwei，LIU Hui，et al. Numerical simulation on mechanism of thrust fault reactivation during mining[J]. Coal Geology & Exploration，2019，47(4)：144–152.

(責任編輯 周建軍)