Analysis of Mechanical Characteristics and Instability Law of Inverse Fault under the Influence of Mining

Análisis de las características mecánicas y las condiciones de inestabilidad de fallas en áreas de explotación minera

In order to explore the mechanical characteristics and stability of the reverse fault under the influence of mining, an inverse mechanics model has been built under work face mining conditions, according to the law of working surface pressure distribution. As a result, a theoretical calculation equation of the normal and shear stresses in the fault zone have been deduced to obtain the stress variation rule between the working surface and the fault layer, under distance conditions of 10, 30, 50, and 70m. With distance conditions of 10 and 30m, the working surface mining stress had an obvious effect on the reverse fault, resulting in a changing trend of firstly increasing, then decreasing, and increasing again in the normal and shear stresses of the fault zone as a whole. With distance conditions of 50 and 70m, the working face mining stress had little effect on the reverse fault; furthermore, the normal and shear stresses exhibited a changing trend of gradually increasing. At a later stage, a simulation of the above distance plans was conducted using the FLAC^3D numerical simulation software. The results demonstrated that the influence range of the mining stress on the working face under the spacing distances of 10 and 30m included the fault zone, while under the distance conditions of 50 and 70m, the fault zone was excluded. On this basis, the fault zone stability was analysed under four types of spacing conditions by means of the Mohr Coulomb theory rule and fault activation determination. It is concluded that the fault zone stability was high, with increasing distances between the working face and fault zone. The least sufficient stability was located near the working face, where the fault zone stability was so poor that it is likely to result in impact fracture.

Se construyó un modelo mecánico inverso bajo las condiciones de un frente de trabajo minero, de acuerdo con las condiciones  de distribución de presión en la superficie de operación,  para explorar las características mecánicas y la estabilidad de la falla inversa en estas áreas de explotación minera. Como resultado, se dedujo una ecuación teórica para calcular el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante en la zona de falla y con el fin de obtener el régimen de variación de esfuerzos entre la superficie de trabajo y la capa de la falla a distancias de 10, 30, 50 y 70 metros. A 10 y 30 metros de distancia, el esfuerzo en la zona de trabajo tiene un efecto notorio en la falla inversa, lo que significa un cambio en la tendencia de los esfuerzos normal y cortante, que primero se incrementan, decrecen y nuevamente aumentan en toda la zona de la falla. A 50 y 70 metros, el esfuerzo en el frente de trabajo tiene poco efecto en la falla inversa; además, los esfuerzos normal y cortante mostraron una tendencia cambiante de crecimiento gradual. Por último, se realizó una simulación en cada una de las distancias con el software de simulación numérica FLAC3D. Los resultados demuestran que el rango de influencia del esfuerzo en el frente de trabajo a distancia de 10 y 30 metros incluyen la zona de falla, mientras que a 50 y 70 metros la zona de falla está excluida. De acuerdo con estos resultados, se analizó la estabilidad de la zona de falla en cuatro condiciones de espacio con la teoría de Mohr-Coulomb y la determinación de activación de falla. Se concluye que la estabilidad en la zona de falla es mayor con el incremento de las distancias entre el frente de trabajo y la zona de falla. El menor punto de estabilidad suficiente se ubicó cerca del frente de trabajo, donde la estabilidad de la zona de falla es tan baja que podría derivar en una fractura de impacto.