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

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.

1. INTRODUCCIÓN

En China se han identificado reservas de carbón por valor de 1,48 billones de toneladas, lo que supone el tercer lugar del mundo. Sin embargo, los filones de carbón están enterrados en profundidad, con muchos pliegues, fallas y otras estructuras geológicas, especialmente en la región tectónica de la falla. La continuidad dañada de los filones de carbón y roca supone un reto para la minería del carbón (Tan et al., 2011; Xiao et al., 2016; Sufiyan et al., 2018). Además, la inestabilidad de la falla generada por la influencia de la minería del carbón en las zonas afectadas por la estructura de la falla puede dar lugar a catástrofes como el estallido de rocas (Li et al., 2014; Rahim et al., 2018; Mahmood et al., 2018), la entrada de agua a través de la falla (LaMoreaux, Wu, & Zhou, 2014; Khanchoul et al., 2018), y los estallidos de carbón y gas (Díaz-Aguado, & González-Nicieza, 2007). La ley cambiante de la mecánica minera bajo la influencia de la falla ha sido siempre el centro de atención de la prevención de estallidos de roca, en particular en la prevención y el control de los estallidos de roca. Gibowicz (1984) y McGarr (1984) determinaron que un terremoto de mina es similar a un mecanismo de fuente de terremoto natural, y el deslizamiento por cizallamiento en la zona de la falla causa principalmente terremotos de mina de gran energía.