Study on mining water inrush mechanism of buried fault under coal seam floor above confined water body
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摘要:
由于煤层底板隐伏断层分布广、数量多、隐蔽性强且不易探测的特点，使得底板隐伏断层活化突水成为深部开采突水的主要形式之一。根据底板隐伏断层发育规模及空间位置条件，总结提出了底板沟通隐伏性断层突水、上位隐伏性断层突水及下位隐伏性断层突水3种模式。针对承压水体上煤层底板下位隐伏断层底板突水模式，通过力学分析、底板突水相似模拟及FLAC3D数值拟研究了煤层回采过程中底板空间采动应力变化规律、隐伏断层扩展及突水通道演化过程。研究结果表明：近煤层底板采动岩体随工作面推进，经历压缩-卸荷-恢复过程，形成采动破坏带，底板空间采动应力状态以工作面为分界线呈现水平“S”型分布形态；采动−水压−隐伏断层作用下，隐伏断层将对采动应力随工作面移动起到阻隔作用；隐伏断层顶部受矿压−水压作用的破坏程度时机更早、程度更严重，更易诱发导水裂隙发育，隐伏断层原生裂隙扩展并向逆工作面推进方向上方发育，与采动破坏带沟通形成突水通道；采动承压水导升运移与采动裂隙发育紧密相关，采动承压水导升强度及强渗流区范围随工作面推进渐进发展，底板隐伏断层采动突水先出现隐伏断层上方采空区，突水量随工作面推进渐进增加。在将含隐伏断层底板采动空间划分为隐伏断层采动活化区、阻隔水区和采动影响区的基础上，揭示了承压水上底板下位隐伏断层突水机制。
Abstract:Due to the wide distribution, large quantity, strong invisibility and difficult detection, the activated water inrush of buried fault on the bottom strata has become one of the main forms of deep mining water inrush. According to the development scale and spatial location of buried fault, three modes of water inrush are summarized: water inrush due to connection of floor and buried fault, water inrush of upper and lower buried fault. According to the water inrush mode of the floor of buried fault at the bottom of coal seam above stressed water body, the development of induced floor stress during mining, the extension of buried fault and the evolution of water inrush passages during coal mining are studied by mechanical analysis, physical simulation of floor water inrush and FLAC3D numerical modelling. The results show that with the advance of working surface, the floor rock close to the coal seam is subjected to a compression-unloading-recovery process forming mining-induced failure zone. The stress within the floor is horizontal “S” shape with a boundary of the working face. Under the effect of mining-water pressure-buried fault, the buried fault blocks the extraction-induced stress with the movement of the working face. The degree of damage of the mining pressure-hydraulic pressure of the buried fault is earlier and more serious which is more likely to induce the development of water conducting fractures. The pre-existing fractures of buried fault expands and develops upward in the opposite direction of advance of the working face, forming the water inrush passages by connecting with the mining-induced destruction zone. The rise of the pressured water is closely related to the mining fracture development. The rise intensity of mining-induced pressured water and the range of strong seepage area develop gradually with the advance of the working face. The buried fault mining area above the hidden fault. The amount of water increases gradually with the advance of the working surface. On the basis of the division of the floor with buried fault into “buried fault mining activation area, water blocking area and mining-induced area”, the water inrush mechanism of floor containing buried fault above the pressurized water is revealed.
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0. 引 言
煤炭能源是我国的基础能源，但随着采深逐渐增加，煤炭资源的安全开采受奥陶系灰岩水威胁日趋严重。多数采掘空间突水案例表明，底板隐伏断层分布广、数量多、隐蔽性强且不易探测的特点，使得底板隐伏断层活化突水成为深部开采突水的主要形式[1-4]。
底板采动突水须具备突水通道，底板承压水采动突水通道形成机制及运移规律是揭示底板突水现象的关键。底板导水隐伏断层是承压水导升运移天然通道，对底板采动应力状态和岩体渗透性有着深刻影响，将造成原始导升高度显著增大[5]。在特定采矿地质条件下，采动围岩随工作面移动发生周期性运动变化[6]，受隐伏断层原生裂隙发育及力学强度低的影响，底板岩层完整性及阻隔水性能受到不定程度削弱，采动影响及采动裂隙在底板空间传递及分布规律因构造地质条件而具有差异[7-9]。学者们针对底板隐伏断层采动活化突水运用理论分析、数值模拟、物理模拟的方法得到了很多研究成果[10]。刘志军等[11]建立了固流耦合数学模型并利用有限元程序模拟分析了断层要素与突水规律的联系。王进尚等[12-13]建立了断层递进导升力学模型并推导出断层突水临界力学解析式，通过物理模拟揭示底板突水时空演化规律。张鹏等[14]基于理论分析和数值模拟对采动诱发底板断层活化及滞后突水的特征进行了深入的研究，获得了采动影响下诱发断层活化及滞后突水机制。李连崇等[15]运用数值方法研究了含隐伏断层底板受采动影响的采动裂隙形成、断层活化、突水通道形成过程，分析了突水通道形成时空特征。丁建新[16]研究了不同倾角隐伏断层条件下的底板突水机理。张培森等[17]通过数值模拟研究了含隐伏断层煤层底板滞后突水影响因素。刘伟韬等[18]基于理论分析和数值模拟，研究了承压水导升高度、底板岩体应力分布规律。陈亮亮等[19]通过数值模拟发现小角度隐伏断层受张应力与剪应力作用强于大角度断层，突水威胁也更大。张志巍等[20]研究了采动与隐伏断层双重作用下底板破坏特征。杨登峰等[21]模拟含隐伏断层底板采动突水过程，并分析了采空区底板破坏区的空间分布特征。
现有的研究成果对于隐伏断层活化和突水机理做了大量研究工作，但仍需要在采动-承压水-隐伏断层联合条件下，进一步分析采动承压水导升运移和导水通道发育的联动过程，对底板隐伏断层突水机制做出进一步说明。笔者在底板隐伏断层存在条件下，采用物理模拟、数值模拟和理论分析的方法，以下位隐伏性断层突水模式为研究对象，分析底板导水隐伏断层采动突水过程，以完善深部开采底板突水机制。
1. 含隐伏断层底板突水模式分类
底板突水需要满足一定的水源、动力以及通道条件。众多学者从突水量、突水特征、突水通道类型、突水地点等多角度划分了不同的突水类型。针对底板隐伏断层发育规模及与主采煤层之间的空间位置条件，笔者将底板隐伏断层突水模式划分为3种模式：沟通隐伏性断层突水模式、上位隐伏性断层突水模式及下位隐伏性断层突水模式，突水模式如图1所示。
沟通隐伏性断层发育规模大，直接沟通煤层底板与承压含水层，不仅增大底板采动最大破坏深度，且本身为优势的导升通道与补给路径。另外2类隐伏断层发育规模较小，落差小、隐蔽性强，探测难度大，若隔水层较薄时，通常具有突水威胁；上位隐伏性断层对矿压破坏最大深度影响显著，采掘期间易发现此类断层，多数情况下可以采取一定措施加固底板来减小底板采动裂隙发育深度，达到突水防治的目的；下位隐伏断层是最难以探测的，其主要影响承压水原始导升高度与采动导升高度，底板突水通常与此类隐伏断层关系密切。
2. 底板下位隐伏断层扩展判据力学分析
通常煤矿隐伏断层规模相较于工作面尺寸而言较小，因此煤矿底板下位导水隐伏断层可以简化为受采动应力与水压力耦合作用下的压剪裂纹，采动裂隙通常是张拉破坏（Ⅰ型）与滑剪破坏（Ⅱ型）的共同造成。假设隐伏断层延展长度为2a，倾角为α，受垂直应力σz与水平应力σx，建立如图2所示隐伏断层受力学模型。
考虑水压力作用时的结构面正向应力σn与切向应力τn分别为
$$ \left\{ \begin{gathered} {\sigma _{\rm{n}}} = \frac{{{\sigma _z} + {\sigma _x}}} {2} - \frac{{{\sigma _z} - {\sigma _x}}}{2}\cos \;2\alpha - {P_{\rm{w}}} \\ {\tau _{\rm{n}}} = \frac{{{\sigma _z} - {\sigma _x}}} {2}\sin \;2\alpha \\ \end{gathered} \right. $$ (1) 其中，Pw为水压，Pa。根据断裂力学理论可知，隐伏断层尖端应力强度因子计算式为
$$\left\{ \begin{aligned} &{K}_{\mathrm{I}}=-\sigma \sqrt{\text{{π}} a}\\ &{K}_{\mathrm{II}}=\tau \sqrt{\text{{π}} a}\end{aligned} \right. $$ (2) 其中，KⅠ为张开型裂纹应力强度因子，Pa·m1/2；KⅡ为滑开型裂纹应力强度因子，Pa·m1/2。对于滑剪型（Ⅱ型）裂纹，裂纹面表面受σn作用会产生与τn作用方向相反的剪应力τf：
$$ {\tau {\rm{_f}}} = {\sigma _{\rm{n}}}\tan \;\varphi ' + c' $$ (3) 其中，τf为结构面受与τn反向切向应力，Pa；φʹ为隐伏断层结构面内摩擦角，（°）；cʹ为隐伏断层结构面黏聚力，Pa。那么，作用于裂纹面上的总的剪应力为
$$ \tau = {\tau _{\rm{n}}} - {\tau _{\rm{f}}} $$ (4) 根据大量混凝土压剪试验研究，岩石压剪断裂判据[22]为
$$ {\lambda }_{12}\Sigma {K}_{\mathrm{I}}+\Sigma {K}_{\mathrm{II}}={K}_{\mathrm{II}_{\rm{c}}} $$ (5) 其中，λ12为压剪系数；KⅡc为压剪断裂韧性。整理式（1）—式（5）得到隐伏断层采动活化扩展的力学判据为
$$ \begin{split} &\left[\mathrm{sin}\;2\alpha -(1-\mathrm{cos}\;2\alpha )(\mathrm{tan}\;\varphi '+{\lambda }_{12})\right]{\sigma }_{z}-\\ &\left[\mathrm{sin}\;2\alpha +(1+\mathrm{cos}\;2\alpha )(\mathrm{tan}\;\varphi '+{\lambda }_{12})\right]{\sigma }_{x}-\\ & 2{P}_{{\rm{w}}}(\mathrm{tan}\;\varphi '+{\lambda }_{12})-2c'=\frac{2{K}_{\mathrm{II}{\rm{c}}}}{\sqrt{{\text {π}} a}} \end{split} $$ (6) 由公式（6）可得隐伏断层采动活化扩展的临界水压力Pc为：
$$ {P}_{{\rm{c}}}=\frac{\left[\mathrm{sin}\;2\alpha -(1-\mathrm{cos}\;2\alpha )(\mathrm{tan}\;\varphi '+{\lambda }_{12})\right]{\sigma }_{z}-\left[\mathrm{sin}\;2\alpha +(1+\mathrm{cos}\;2\alpha )(\mathrm{tan}\;\varphi '+{\lambda }_{12})\right]{\sigma }_{x}-2c'}{2(\mathrm{tan}\;\varphi{'}+{\lambda }_{12})}-\frac{{K}_{\mathrm{IIc}}}{\sqrt{\pi a}(\mathrm{tan}\;\varphi '+{\lambda }_{12})} $$ (7) 3. 含隐伏断层底板采动导水通道演化及突水相似模拟
3.1 试验系统
底板隐伏断层采动导水通道演化规律研究选用山东科技大学的采动高水压底板突水相似模拟试验系统[23]。该试验系统由4部分构成：试验台系统、伺服加载系统、水压控制系统和电脑采集系统，如图3所示。水压控制系统通过高压软管与试验台水箱连接，将水通过试验台下部的水箱注入模型底板，可模拟水压−构造−矿压联合作用下裂隙扩展及突水通道形成过程。试验台前后面利用透明有机钢化玻璃进行密封，开采模拟煤层时暂时开启局部密封板，保证三维模拟环境[24]。
3.2 模型设计
以山东某矿采矿地质条件为工程背景，设计含隐伏构造底板的突水相似模拟试验，模拟11煤开采过程中，底板徐灰含水层（承压水水压3.4 MPa）受开采扰动突水过程。试验模型中11煤顶底板岩层依据实际矿井岩层进行设计，11煤埋深372.5 m，底板隔水层厚度35.37 m，水压3.4 MPa，煤层厚度2 m，煤层上覆岩层42.63 m，垂直方向需施加厚覆岩329.87 m相应压力，岩体平均容重取25 kN/m3。
根据原型实际矿井开采情况，设计试验模型尺寸为1 200 mm
$ \times $ 800 mm$ \times $ 400 mm（长$ \times $ 高$ \times $ 宽），依据试验台的尺寸，确定模拟试验的主要相似比：①几何相似比为1∶100，②容重相似比为1∶1.5，应力和强度相似比为1∶150。试验按几何相似比对断层形态进行铺设，模拟隐伏断层倾角60°，展布长度412.42 mm，隐伏断层上距11煤40.05 mm，模型设计如图4所示。顶板岩层采用传统的砂、水泥、石膏、水配比而成相应模拟材料，各分层间铺撒云母粉分隔，底板岩层采用新型流固耦合相似模拟材料（以砂子、石蜡、碳酸钙、凡士林、液压油配比而成），断层充填物以砂子和黏土配比为主。模型上部和水平方向施加均布载荷模拟实际围岩的受力状态。模型前后采用有机玻璃进行位移约束，既能清晰地观察到试验过程中底板岩层的破坏和承压水沿裂隙的渗流情况，又能实现深部真实岩层的三维受力状态。
3.3 应力传感器的布设
试验共布置13个应力传感器，1—5号传感器布置于13煤与上覆泥岩层面位置，用于监测底板应力变化。1—5号传感器相距200 mm，1号和5号传感器距离试验机两侧200 mm，距离试验机底部331.4 mm。其余8个传感器布置在隐伏构造附件围岩中，a1、a3、b1、c1传感器布置于断层上盘，a1、b1、c1距离断层30 mm，分别位于断层上盘上、中、下3个区域，a1、a3距离60 mm；a2、a4、b2、c2传感器与a1、a3、b1、c1传感器沿断层对称分布。传感器布置方式如图5所示。
3.4 模型的开挖
模型开挖11煤，模拟煤层开挖1 000 mm，开挖步距为100 mm，共计开挖10次，开挖每次间隔30 min，共计5 h开挖完成。开切眼和终采线距离试验机一侧距离100 mm，开采方式采用人工钻凿的形式（图6）。
3.5 煤层底板和隐伏断层采动应力演化规律
1）煤层底板应力监测结果。图7为距离煤层底板2.23 m的编号1—5号的应力传感器（对应DB1～DB5）不同开挖距离时采动应力监测结果。随着工作面推进，2—4号传感器底板位置出现应力集中现象，2号传感器支承压力约为13.2MPa（模拟数据为0.088 MPa），采动应力增加3.5%，3号、4号应力传感器支承压力约为14.1 MPa（模拟数据为0.094 MPa），采动应力增加10.6%。工作面推进20～30 m时，3号传感器采动应力呈均匀增加，而4号传感器采动应力则快速增加，2号传感器采动应力短暂增加后快速降低，表明卸压区与增压区以煤壁为界分布。工作面推进30～60 m时，1号传感器采动应力状态为波浪起伏式变化，分析为采空区扩大及覆岩移动破坏而引起的阶段性应力状态变化；2号、3号传感器呈剧烈的阶梯式卸荷现象，2号传感器较早发生且最大卸荷应力约为4.2 MPa（0.028 MPa），卸荷比例为67%；4号传感器一直处于总体稳定而稍有起伏的应力集中状态。工作面推进60～100 m时，1号传感器底板位置处于稳定卸荷应力状态，底板应力约为11.7 MPa（0.078 MPa）；2号、3号传感器由卸荷状态逐渐向原岩应力状态阶梯式回复，3号传感器底板应力状态在工作面推进60 m时，呈现一次快速回复现象，且其应力变化曲线中间过渡区间比2号传感器持续时间较短；4号传感器在推进至70 m时，采动应力呈阶梯式下降，最大卸荷应力约为2.7 MPa（0.018 MPa）；模型开挖结束后，可见1—3号卸荷应力依次减小，表明远离工作面的后方采空区卸荷效应越明显。
综上分析，在近煤层底板空间，采动应力随工作面推进，应力增高区与卸压区以工作面为分界线呈现水平“S”型分布形态。底板采动应力造成底板岩体塑性破坏，形成导水裂隙带。
2）隐伏断层应力监测结果。图8为距断层3 m的应力传感器采动应力监测结果。工作面推进至20 m时，隐伏断层顶端a1、a2应力传感器率先卸压，且上盘a1卸压程度大于下盘a2，隐伏断层顶端由压缩应力状态变为张拉应力状态。工作面推进20～60 m时，a1仍处于张拉应力状态，b1在开挖40 m时出现迅速卸压而进入张拉应力状态；a2、b2出现先卸压后增压现象，a2增加约3 MPa（0.02 MPa），b2增加约1.5 MPa（0.01 MPa）。工作面推进60～100 m时，a1、a2应力呈现阶梯式上升，但a2应力大于a1，表明隐伏断层上盘卸压后应力状态难以恢复；b1在工作面推进60～80 m时张拉应力先增后减，而b2张拉应力逐步增加，表明在隐伏断层中部位置，上盘采动岩体应力变化较之下盘更剧烈。
综上分析，受隐伏断层影响，断层上下盘采动应力变化规律差异明显，首先隐伏断层顶端较之中部位置采动应力变化更为剧烈，其次隐伏断层上盘较之下盘采动卸压程度更大；总体表明隐伏断层顶部受矿压−水压作用而发生破坏的时机更早、程度更严重，更易诱发导水裂隙发育，隐伏断层将对采动应力随工作面移动起到阻隔作用。
3.6 突水通道演化形成规律
煤层开切眼时直接顶随采随落，此时底板隐伏断层和水压的分布状态并没有明显变化，如图9a所示。隐伏断层底部由于受承压水的影响，产生部分微裂隙且有向上发展的趋势。
工作面推进40 m时，采空区上方基本顶破断。采空区底板及隐伏断层围岩处于卸压状态，底板采动剪切裂隙发育，形成采动破坏带；受采动−承压水作用，隐伏断层内部原生裂隙扩展连通，承压水发生顶托运移，隐伏断层填充物湿润程度自下而上减弱，如图9b所示。
工作面推进60 m时，基本顶随采随垮；2号、3号传感器处于卸荷状态，底板隔水层岩体横向裂隙发育，承压水存在局部的层流现象；受矿压-水压-隐伏断层联合作用，隐伏断层顶端活化裂隙向左上方沟通底板剪切裂隙，承压水沿导升通道涌入采空区，如图9c所示。
工作面推进80 m时，采空区中部底板空间持续处于卸荷状态，但隐伏断层顶端随着顶板压实而采动应力增加，但承压水冲刷扩径携带隐伏断层充填物进入采空区，突水通道形成，突水点增多并突水量增加，如图9d所示。
工作面推进100 m时，受底板承压水持续冲刷扩径，隐伏断层围岩及其上部一定范围岩体力学强度弱化，可见隐伏断层内部出现孔洞，如图9e所示。
综上分析，采动联合承压水及隐伏断层作用，底板采动岩体随工作面移动，其应力状态经历压缩−卸压−压实过程而形成底板采动破坏带；隐伏断层上盘及其顶端受采动影响较之下盘与其中部更为明显，断层原生裂隙扩展并向逆工作面推进方向上方发育，与采动破坏带沟通形成突水通道，底板隐伏断层采动突水量渐进增加。
4. 含隐伏断层底板采动导水通道演化数值模拟
4.1 模型建立
在底板隐伏断层存在条件下，为直观呈现突水通道演化规律及承压水运动趋向，以上述工程地质条件为基础，采用FLAC3D数值软件的流固耦合模块对其进行研究。
根据图4地质概化模型建立图10所示的数值模型，模型尺寸x×y×z为200 m×1 m×102 m，其中煤层底板隔水层厚度为36 m，煤层厚度2 m，模拟水压力3.4 MPa，开切眼和终采线各留设宽度50 m安全煤岩柱，煤层开挖沿x向推进，开切眼设计位于x=50 m处，设定一次采全高、开挖步距为10 m，开挖步数为10步。模型各岩层力学参数见表1。
表 1 岩层力学参数Table 1. Rock mechanics parameters组别 内摩擦角/
（°）弹性模量/
GPa泊松比 黏聚力/
MPa抗拉强度/
MPadb 1 33 5.2 0.23 3.6 1.2 db 2 36 2.1 0.33 1.8 0.2 db 3 32 4.8 0.23 3.1 1.1 db 4 31 1.9 0.32 1.6 0.2 db 5 39 5.3 0.24 2.5 2.0 db 6 30 2.6 0.36 2.2 0.21 db 7 36 4.9 0.24 2.7 3.0 gs 1 35 3.1 0.26 3.6 0.52 gs 2 22 1.1 0.23 0.3 0.3 gs 3 34 3.0 0.27 2.2 0.21 dc 18 0.3 0.33 0.1 0.1 mc 28 1.3 0.23 0.3 0.3 4.2 承压水上隐伏断层采动突水通道演化
图11为工作面推进50、60、100 m时，隐伏断层存在条件下的塑性区模拟结果。分析可知，随工作面推进距离增加，采空区底板采动破坏范围在横向上发展，而在垂向上存在极限范围，此时底板采动破坏带约12 m，以剪切破坏为主要破坏形式；受采动及承压水作用，加之隐伏断层本身为低强地质体，可见在隐伏断层顶端先与采动破坏带沟通，且在隐伏断层上盘下端部出现原位张裂区，如图11a所示。当工作面过断层后，隐伏断层内部原生裂隙受矿压−水压联合作用，发生扩展沟通，其导水性能得到增强，在隐伏断层上盘发展出自下而上采动塑性区，塑性区范围自下而上减小，表明在矿压−水压−隐伏断层联动条件下，隐伏断上盘层围岩极易发生破坏，此时原位张裂区横向距离约为24 m，为底板采动破坏带的2倍，主要以张拉破坏为主要破坏形式，如图11b、图11c所示。
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图 11 不同推进距离时塑性区计算结果Figure 11. Calculation results of plastic zone at different advancing distances综上可知，承压水上隐伏断层存在条件下，受矿压−水压联合作用，隐伏断层顶端首先破坏，隐伏断层上盘将发生自下而上的张拉破坏而形成承压水导升通道，最终沟通底板采动破坏带而形成突水通道。
4.3 底板隐伏断层存在下承压水采动运移分析
图12为工作面不同推进距离的承压水采动渗流场计算结果，底板承压水受采动影响而导升，在隐伏断层底端集聚，顺隐伏断层强导水通道渗流导升。在隐伏断层上盘原位张裂破坏区发生强力导升运移，其渗流强度和导升高度均大于隐伏断层下盘，工作面前方为支承压力压缩区，渗透性能削弱，如图12a所示。底板采动裂隙为导水通道，工作面过断层后，采动承压水在底板采动裂隙网络横向运移，并涌出工作面；同时，隐伏断层上盘导水裂隙扩展范围增加，导致采动承压水强渗流区范围及导升高度进一步发展，如图12b所示。工作面推进100 m时，可见隐伏断层上盘塑性区范围及承压水强渗流区基本吻合，且承压水在底板采动破坏带运动范围扩大，并以隐伏断层为中线基本对称，表明发生了以隐伏断层为主要突水通道的底板突水现象，如图12c所示。
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图 12 不同推进距离时渗流场计算结果Figure 12. Calculation results of seepage field at different advancing distances综上可知，矿山−水压力共同作用时，承压含水层上隐伏断层对于采动应力传递和分布影响深远，进而影响采动导水裂隙发育规律及承压水采动导升路径，表现为突水通道上下对接发展及承压水顺隐伏断层强力导升。
4.4 含隐伏断层底板突水机制
通过上述高水压—强采动联合作用条件下，对含正隐伏断层采动突水通道发生路径的模拟结果表明：当底板隔水层较薄时，在隐伏断层上方受采动作用底板岩层最终会发育有倒“八”字型突水通道，在矿压−水压−隐伏断层联合作用下，隐伏断层内部原生裂隙扩展及其上盘发生自下而上的原位张裂破坏，采动承压水导升强度及强渗流区范围随工作面推进渐进发展，采动承压水导升运移与采动裂隙发育紧密相关，最终与底板采动破坏带上下对接发展为突水通道。
因此，对含隐伏断层底板采动突水机制描述如下：突水通道是突水发生的必要条件，下位隐伏性断层具有良好的储、导水性，下伏隐伏断层能够致突的关键在于断层活化导水区能否连通采动影响区。因此，将含隐伏断层底板空间分为隐伏断层采动活化区、阻隔水区、采动影响区3部分，其中采动影响区又可细分为导水裂隙带、微小裂隙带和物性差异带[25]。对于下位隐伏性断层，采动影响下能否发生底板突水灾害在于隐伏断层活化导水区是否连通采动影响区，未连通则无突水威胁，若是连通则要考虑承压水导升至此后，水压是否已消减为0，若水压存在则要考虑此时水压能否突破物性差异带与微小裂隙带，基于以上认识，将下位隐伏断层采动—水压联合作用突水机制示意如图13所示。
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图 13 下位隐伏断层采动—水压联合作用突水机制Figure 13. Mining-hydraulic combined action mechanism of hidden fault5. 结 论
1）依据底板隐伏断层发育规模及空间位置条件，提出了底板隐伏断层突水的3类模式：沟通隐伏性断层突水模式、上位隐伏性断层突水模式及下位隐伏性断层突水模式。
2）模拟研究结果表明：近煤层底板采动岩体随工作面推进，经历压缩−卸荷−恢复过程，形成采动破坏带，底板空间采动应力状态以工作面为分界线呈现水平“S”形分布形态；采动−水压−隐伏断层作用下，隐伏断层将对采动应力随工作面移动起到阻隔作用。
3）隐伏断层顶部受矿压−水压作用的破坏程度时机更早、程度更严重，更易诱发导水裂隙发育；隐伏断层原生裂隙扩展并向逆工作面推进方向上方发育，与采动破坏带沟通形成突水通道；采动承压水导升运移与采动裂隙发育紧密相关，采动承压水导升强度及强渗流区范围随工作面推进渐进发展，底板隐伏断层采动突水先出现隐伏断层上方采空区，突水量随工作面推进渐进增加。
4）分析得出了采动应力与水压力耦合作用下下位隐伏断层扩展的判据，基于将含隐伏断层底板采动空间划分为隐伏断层采动活化区、阻隔水区和采动影响区的基础上，揭示了承压水上底板下位隐伏断层突水机制。
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图 11 不同推进距离时塑性区计算结果
Figure 11. Calculation results of plastic zone at different advancing distances
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图 12 不同推进距离时渗流场计算结果
Figure 12. Calculation results of seepage field at different advancing distances
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图 13 下位隐伏断层采动—水压联合作用突水机制
Figure 13. Mining-hydraulic combined action mechanism of hidden fault
表 1 岩层力学参数
Table 1 Rock mechanics parameters
组别 内摩擦角/
（°）弹性模量/
GPa泊松比 黏聚力/
MPa抗拉强度/
MPadb 1 33 5.2 0.23 3.6 1.2 db 2 36 2.1 0.33 1.8 0.2 db 3 32 4.8 0.23 3.1 1.1 db 4 31 1.9 0.32 1.6 0.2 db 5 39 5.3 0.24 2.5 2.0 db 6 30 2.6 0.36 2.2 0.21 db 7 36 4.9 0.24 2.7 3.0 gs 1 35 3.1 0.26 3.6 0.52 gs 2 22 1.1 0.23 0.3 0.3 gs 3 34 3.0 0.27 2.2 0.21 dc 18 0.3 0.33 0.1 0.1 mc 28 1.3 0.23 0.3 0.3 
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