T E L K O M N I K A ,   V o l . 1 0 ,   N o . 3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 2 ,   p p .   5 0 5 ~ 5 1 3   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   a c c r e d i t e d   b y   D G H E   ( D I K T I ) ,   D e c r e e   N o :   5 1 / D i k t i / K e p / 2 0 1 0           5 0 5       R e c e i v e d   M a y   6 ,   2 0 1 2 ;   R e v i s e d   J u n e   3 ,   2 0 1 2 ;   A c c e p t e d   J u n e   1 5 ,   2 0 1 2   W a t e r   I n r u s h   C h a r a c t e r i s t i c s   w i t h   R o a d w a y   E x c a v a t i o n   A p p r o a c h i n g   t o   F a u l t       S h u r e n   W a n g 1 ,   H u   W a n g 2   1 , 2 Sc h o o l   o f   C i v i l   E n g i n e e r i n g   a n d   M e c h a n i c s ,   Y a n s h a n   U n i v e r s i t y ,   Q i n h u a n g d a o ,   C h i n a   e - m a i l :   w _ s r 8 8 @ 1 6 3 . c o m 1 ,   w a n g h u 2 4 2 @ 1 6 3 . c o m 2       A b s t r a k   Be n c a n a   l o n j a k a n   a i r   m e r u p a k a n   f a k t o r   p e n t i n g   d a l a m   k e a m a n a n   p r o d u k s i   t a m b a n g   b a t u b a r a .   Pe n g a m b i l   j a l a n   d a l a m   l a p i s a n   t a n a h   d i d a l a m   T a m b a n g   B a t u b a r a   D a n h o u   t e l a h   d i l a k u k a n   d e n g a n   l a t a r   b e l a k a n g   t e k n i k   s e s u a i   d e n g a n   h u b u n g a n   s p a s i a l   d a r i   j a l a n ,   l a p i s a n   k e d a p   a i r ,   k o n d i s i   c a c a t   d a n   k o n d i s i   p e m b e b a n a n ,   a k t i v a s i   m o d e l   c a c a t   m e k a n i k   d i   b a w a h   g a n g g u a n   p e n g g a l i a n   j a l a n   r a y a   s a a t   d i b a n g u n ,   k o n d i s i   a k t i v a s i   c a c a t ,   k r i t e r i a   k r i t e r i a   l o n j a k a n   a l i r a n   a i r   m a s u k ,   d a n   l o n j a k a n   a l i r a n   a i r   t i g a   m o d e .   Se b u a h   m o d e l   t i g a   d i m e n s i   u n t u k   p e r h i t u n g a n   n u m e r i k   d i b a n g u n   d e n g a n   m e n g g u n a k a n   F L AC 3 D .   M e l a l u i   p e r h i t u n g a n   k o p l i n g   f l u i d a - p a d a t ,   k e r u s a k a n   b a t u a n   s e k i t a r n y a   d a n   k e g a g a l a n n y a ,   l o n j a k a n   p e m b e n t u k a n   k a n a l   a i r ,   d a n   p r o s e s   e v o l u s i   l o n j a k a n   a l i r a n   a i r   d a r i   p e n g g a l i a n   j a l a n   y a n g   m e n d e k a t i   k e s a l a h a n   t e l a h   d i a n a l i s i s ,   s e b a g a i   t a m b a h a n ,   b i d a n g   p e r p i n d a h a n ,   m e d a n   t e g a n g a n   d a n   k a r a k t e r i s t i k   k e g a g a l a n   p l a s t i k   b a t u a n   s e k i t a r n y a   k a r a k t e r i s t i k   j a l a n   r a y a   i t u   t e l a h   p u l a   d i u n g k a p .   Se l a n j u t n y a ,   d i   b a w a h   k o n d i s i   t e k a n a n   a i r   y a n g   b e r b e d a ,   k e t e b a l a n   b a t u a n   k e d a p   a i r ,   p e r p i n d a h a n   k e s a l a h a n ,   d a n   s u d u t   k e m i r i n g a n   k e s a l a h a n ,   m o d e   j a l a n   l o n j a k a n   a l i r a n   a i r   d a n   k a r a k t e r i s t i k   e v o l u s i n y a   t e l a h   d i a n a l i s i s   s e c a r a   k o m p e r a t i f   d a l a m   t u l i s a n   i n i .     K a t a   k u n c i :   j a l a n ,   k e s a l a h a n ,   k o p l i n g   f l u i d a - p a d a t ,   l o n j a k a n   a l i r a n   a i r       A b s t r a c t     W a t e r   i n r u s h   d i s a s t e r   i s   a n   i m p o r t a n t   f a c t o r   i n   r e s t r i c t i n g   s a f e   p r o d u c t i o n   o f   t h e   c o a l   m i n e .   T a k i n g   t h e   r o a d w a y   i n   s e a m   i n   D a n h o u   C o a l   M i n e ,   a s   t h e   e n g i n e e r i n g   b a c k g r o u n d ,   a c c o r d i n g   t o   t h e   s p a t i a l   r e l a t i o n s h i p   o f   t h e   r o a d w a y ,   t h e   i m p e r m e a b l e   l a y e r ,   t h e   f a u l t   a n d   t h e   l o a d i n g   c o n d i t i o n s ,   t h e   f a u l t   a c t i v a t i o n   m e c h a n i c a l   m o d e l   u n d e r   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n   d i s t u r b a n c e   w a s   b u i l t ,   a n d   t h e   f a u l t   a c t i v a t i o n   c o n d i t i o n s ,   r o a d w a y   w a t e r   i n r u s h   c r i t e r i o n   a n d   w a t e r   i n r u s h   t h r e e   m o d e s   w e r e   p u t   f o r w a r d .   t h r e e - d i m e n s i o n a l   n u m e r i c a l   c a l c u l a t i o n   m o d e l s   w e r e   b u i l t   b y   u s i n g   F L AC 3 D .   T h r o u g h   f l u i d - s o l i d   c o u p l i n g   c a l c u l a t i o n ,   t h e   s u r r o u n d i n g   r o c k   d a m a g e   a n d   f a i l u r e ,   t h e   w a t e r   i n r u s h   c h a n n e l   f o r m a t i o n ,   a n d   t h e   e v o l u t i o n   p r o c e s s   o f   w a t e r   i n r u s h   o f   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n   a p p r o a c h i n g   t h e   f a u l t   w e r e   a n a l y z e d .   M o r e o v e r ,   t h e   d i s p l a c e m e n t   f i e l d ,   t h e   s t r e s s   f i e l d   a n d   t h e   s u r r o u n d i n g   r o c k   p l a s t i c   f a i l u r e   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   t h e   r o a d w a y   w e r e   r e v e a l e d .   F u r t h e r m o r e ,   u n d e r   t h e   c o n d i t i o n s   o f   d i f f e r e n t   w a t e r   p r e s s u r e ,   i m p e r m e a b l e   r o c k   t h i c k n e s s ,   f a u l t   d i s p l a c e m e n t ,   a n d   f a u l t   d i p   a n g l e s ,   t h e   r o a d w a y   w a t e r   i n r u s h   m o d e s   a n d   t h e i r   e v o l u t i o n   c h a r a c t e r i s t i c s   w e r e   c o m p a r a t i v e l y   a n a l y z e d .       K e y w o r d s :   f a u l t ,   f l u i d - s o l i d   c o u p l i n g ,   r o a d w a y ,   w a t e r   i n r u s h         1 .     I n t r o d u c t i o n   C o n f i n e d   w a t e r   i n   t h e   O r d o v i c i a n   l i m e s t o n e   i s   o n e   o f   t h e   h i d d e n   t r o u b l e s   t h a t   t h r e a t e n   s a f e   p r o d u c t i o n   o f   m i n e s   i n   n o r t h   C h i n a ,   w h i c h   i s   c h a r a c t e r i z e d   b y   h i g h   w a t e r   p r e s s u r e ,   a n d   l a r g e   a m o u n t   w a t e r .   W i t h   t h e   c o n t i n u o u s   i n c r e a s e   o f   t h e   d e p t h ,   t h e   m i n i n g   i s   s u b j e c t   t o   d i f f e r e n t   O r d o v i c i a n   t h r e a t   o f   f l o o d i n g .   E s p e c i a l l y   i n   t h e   c a s e   o f   f a u l t   s t r u c t u r e s   d e v e l o p m e n t ,   m i n i n g   d i s t u r b a n c e   h a s   t h e   p o t e n t i a l   t o   f a u l t   a c t i v a t i o n ,   a n d   d u e   t o   a q u i f e r   c o n d u c t i n g   t h e   m i n i n g   f a c e   c a n   c a u s e   w a t e r   i n r u s h .   I n   c a s e   o f   w a t e r   i n r u s h ,   t h e   m i n e   n o r m a l   p r o d u c t i o n   w i l l   b e   a f f e c t e d ,   a n d   t h e   w o r k e r s '   l i v e s   w i l l   g e t   e n d a n g e r e d   b y   s u c h   a   d i s a s t e r ,   w h i c h   e v e n   l e a d   t o   t h e   m i n e   c l o s e d o w n   [ 1 ] .   I n   r e c e n t   y e a r s ,   t h e   d o m e s t i c   a n d   f o r e i g n   s c h o l a r s   h a v e   b e e n   d o i n g   r e s e a r c h e s   o n   t h e   m e c h a n i s m   o f   w a t e r   i n r u s h   i n   c o a l   m i n e s   w i t h   n u m b e r s   o f   a c h i e v e m e n t s   o b t a i n e d .   A s   t h e   b e s t   o f   o u r   k n o w l e d g e ,   Y . Q .   H u   e t .   A l   [ 2 ]   s t u d i e d   t h e   d e f o r m a t i o n   a n d   f a i l u r e   p r o c e s s   i n   t h e   m i n i n g   f l o o r   o v e r   t h e   c o n f i n e d   w a t e r ,   t h e   w a t e r   l e v e l   v a r i a t i o n ,   a n d   t h e   i n f l u e n c e   o f   f a u l t s   t o   t h e   m i n e   w a t e r   i n r u s h .   H . L .   K o n g   e t .   A l   [ 3 ]   c o n d u c t e d   a   r i s k   a n a l y s i s   f o r   a   m i n i n g   f i e l d   o f   w a t e r   i n r u s h   u s i n g   t h e   t h e o r y   o f   s e e p a g e   i n s t a b i l i t y .   Y .   L i u   e t .   A l   [ 4 ]   d i d   t h e   n u m e r i c a l   a n a l y s i s   o f   t h e   f l o o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   3 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 2   :   5 0 5   5 1 3   5 0 6 f a i l u r e   d e p t h   u n d e r   d i f f e r e n t   m i n e   p r e s s u r e   w i t h   R o c k   F a i l u r e   P r o c e s s   A n a l y s i s   ( R F P A ) .   Q . H .   Z h u   e t .   A l   [ 5 ]   s t u d i e d   t h e   w a t e r   i n r u s h   p r o c e s s   o f   t h e   m i n i n g   f l o o r   u n d e r   t h e   c o m b i n e d   e f f e c t   o f   t h e   m i n i n g   s t r e s s   a n d   t h e   c o n f i n e d   w a t e r   p r e s s u r e .   S . X .   Y i n   [ 6 ]   p u t   f o r w a r d   t h e   w a t e r   i n r u s h   m o d e   o f   t h e   s e a m   f l o o r ,   a n d   d i d   t h e   w a t e r   i n r u s h   m e c h a n i s m   a n a l y s i s   a c c o r d i n g   t o   t h e   d i f f e r e n t   g e o l o g i c a l   c o n d i t i o n s .   J .   H a n   e t .   A l   [ 7 ]   a n a l y z e d   t h e   w a t e r   i n r u s h   m e c h a n i s m   o f   t h e   m i n i n g   f a c e   n e a r   t h e   f a u l t .   H . L .   L i u   e t .   A l   [ 8 ]   c o m p l e t e d   t h e   s i m u l a t i o n   a n a l y s i s   o f   t h e   w h o l e   w a t e r   i n r u s h   p r o c e s s   f r o m   t h e   s e a m   f l o o r   u n d e r   t h e   m i n i n g   d i s t u r b a n c e   w i t h   R F P A .   S .   W i l d e m e e r s c h   e t .   A l   [ 9 ]   p e r f o r m e d   a n   u n c e r t a i n t y   a n a l y s i s   b a s e d   o n   b o t h   t h e   h y d r a u l i c   h e a d   a n d   w a t e r   d i s c h a r g e   r a t e   o b s e r v a t i o n   u s i n g   t h e   H y b r i d   F i n i t e   E l e m e n t   M i x i n g   C e l l   ( H F E M C )   m e t h o d .   Q .   W u   e t .   A l   [ 1 0 ]   i d e n t i f i e d   t h e   m o s t   d a n g e r o u s   t i m e   o c c u r r i n g   p o s s i b l e   l a g g i n g   w a t e r - i n r u s h   t o   a   c o a l   m i n e   b a s e d   o n   t h e   v a r i a b l e   p a r a m e t e r   r h e o l o g y - s e e p a g e   c o u p l i n g   m o d e l .   K .   L i   e t .   A l   [ 1 1 ]   a n a l y z e d   t h e   f a u l t   a c t i v a t i o n   l a w   o f   t h e   m i n i n g   f l o o r   b a s e d   o n   a   p r a c t i c a l   w a t e r   i n r u s h   e x a m p l e .   J . H .   T a n g   e t .   A l   [ 1 2 ]   o b t a i n e d   t h e   e x p r e s s i o n   o f   c r i t i c a l   w a t e r   p r e s s u r e   f o r   t h e   c o l l a p s e   p i l l a r   w a t e r   i n r u s h   u s i n g   t h e   t h i c k   p l a t e   t h e o r y   o f   e l a s t i c   m e c h a n i c s ,   a n d   s o   o n .   A l t h o u g h   v a r i o u s   r e s e a r c h e s   h a v e   b e e n   c o n d u c t e d   o n   t h e   w a t e r   i n r u s h   m e c h a n i s m   i n   c o a l   m i n e s ,   t h e   r o a d w a y   w a t e r   i n r u s h   m o d e s   a n d   t h e i r   e v o l u t i o n   p r o c e s s   h a v e   b e e n   r a r e l y   r e p o r t e d   b y   f a r   [ 1 3 - 1 4 ] .   T h e r e f o r e ,   c o n c e r n i n g   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n   i n   s e a m   i n   D a n h o u   C o a l   M i n e ,   i t   i s   o n e   o f   g r e a t   i m p o r t a n c e   t o   a n a l y z e   t h e   w a t e r   i n r u s h   m o d e s   a n d   t h e i r   e v o l u t i o n   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n .       2 .     E n g i n e r i n g   S i t u a t i o n   D a n h o u   C o a l   M i n e   i s   l o c a t e d   i n   Y u x i a n   C o u n t y ,   Z h a n g j i a k o u   C i t y ,   H e b e i   P r o v i n c e ,   C h i n a .   I t s   a n n u a l   p r o d u c t i o n   c a p a c i t y   d e s i g n e d   i s   1 . 5 0   M t / a .   T h e   N o .   3   m i n i n g   a r e a   i s   l o c a t e d   i n   t h e   Y u x i a n   b a s i n ,   w i t h   c o m p l e x   h y d r o g e o l o g i c a l   c o n d i t i o n s ,   a n d   t h e   n o r m a l   p r o d u c t i o n   o f   t h e   m i n i n g   a r e a   i s   s e r i o u s l y   c o n s t r a i n e d   b y   O r d o v i c i a n   l i m e s t o n e   a q u i f e r .   T h e   h y d r o g e o l o g i c a l   t y p e   o f   N o .   3   m i n i n g   a r e a   i s   a   c o m p l e x   k a r s t   w a t e r - f i l l e d   d e p o s i t ,   w h i c h   i s   a   m a i n l y   f l o o r   w a t e r   i n r u s h   f r o m   t h e   O r d o v i c i a n   l i m e s t o n e   a q u i f e r .   T h e   O r d o v i c i a n   l i m e s t o n e   a q u i f e r   i s   l o c a t e d   i n   t h e   s e a m   f l o o r ,   w i t h   f u l l y   r e c h a r g e ,   w e l l   p e r m e a b i l i t y ,   l a r g e   w a t e r   g u s h i n g   a n d   r a p i d   r e c o v e r y   t h e   w a t e r   l e v e l ,   a n d   t h e   c o m p l e x i t y   c o n d i t i o n s .   T h e   h y d r o s t a t i c   p r e s s u r e   o f   t h e   c o n f i n e d   a q u i f e r   i s   u s u a l l y   2 . 0 0 - 4 . 1 2   M P a .   B e t w e e n   t h e   s e a m   a n d   t h e   O r d o v i c i a n   l i m e s t o n e ,   a   l a y e r   o f   i m p e r m e a b l e   m u d s t o n e   i s   b e t t e r   d e v e l o p e d .   H o w e v e r ,   t h e   d e p o s i t i o n   t h i c k n e s s   o f   t h i s   l a y e r   c h a n g e s   f r o m   t h e   s e a m   a s   0 . 4 7 - 3 5 . 4 3   m .   T h e r e   a r e   d e v e l o p e d   f a u l t s   i n   N o .   3   m i n i n g   a r e a ,   m a i n l y   a r e   n o r m a l   f a u l t s .   T h e   t o t a l   n u m b e r   o f   t h e s e   f a u l t s   i s   1 9 ,   a l l   o f   w h i c h   a r e   c u t   d e e p   t o   t h e   l i m e s t o n e   a n d   m a y   c o n d u c t   t h e   O r d o v i c i a n   l i m e s t o n e   a q u i f e r   o n   c o n d i t i o n   t h a t   m i n i n g   c o n s t r u c t i o n   e x p o s e   t h e s e   f a u l t s .       3 .     F a u l t   A c t i v a t i o n   C o n d i t i o n s   a n d   W a t e r   I n r u s h   M o d e s   3 . 1 .   F a u l t   A c t i v a t i o n   M e c h a n i c a l   M o d e l   T h e   f a u l t   a c t i v a t i o n   i s   t h a t   t h e   f a u l t   p l a n e   p r o d u c e s   p l a s t i c   f a i l u r e   a n d   c o m e   i n t o   a   h y d r a u l i c   c o n d u c t i v i t y   s t a t e   f r o m   t h e   n o n - h y d r a u l i c   c o n d u c t i v i t y   s t a t e .   A s s u m i n g   t h a t   a   n o r m a l   f a u l t   i s   l o c a t e d   i n   f r o n t   o f   t h e   c o a l   r o a d w a y ,   w i t h   t h e   d i p   a n g l e   α ,   t h e   l o a d i n g   o v e r   t h e   r o a d w a y   c a n   b e   s i m p l i f i e d   a   u n i f o r m l y   d i s t r i b u t e d   s t r e s s   H γ ,   w h e r e   H   i s   t h e   t u n n e l   d e p t h ,   γ   i s   t h e   a v e r a g e   d e n s i t y   o f   t h e   r o c k   o n   t h e   r o a d w a y .   T h e   f a u l t   a c t i v a t i o n   m e c h a n i c a l   a n a l y s i s   m o d e l   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 .   A s s u m i n g   t h e   f o o t w a l l   a n d   t h e   h a n g i n g   w a l l   o n   b o t h   s i d e s   o f   t h e   f a u l t   a r e   e l a s t i c   m a t e r i a l .   U n d e r   t h e   m i n i n g   d i s t u r b a n c e   s t r e s s   a n d   t h e   c o n f i n e d   a q u i f e r   w a t e r   p r e s s u r e ,   w h e n   t h e   s h e a r   f o r c e   o f   t h e   f a u l t   p l a n e   i s   g r e a t e r   t h a n   t h e   m a x i m u m   s h e a r   c a p a c i t y   o f   t h e   f a u l t   m a t e r i a l ,   t h e   f a u l t   p l a n e   c a n   s h e a r   s l i p   a n d   c o m e   i n t o   t h e   p l a s t i c   f a i l u r e   s t a t e .   S o   t h e   f a u l t   c a n   b e   r e g a r d e d   a s   b e i n g   a c t i v a t e d .     3 . 2 .   F a u l t   A c t i v a t i o n   M e c h a n i c s   A n a l y s i s     T a k i n g   a   s m a l l   u n i t   f r o m   t h e   f a u l t   f o r   t h e   m e c h a n i c a l   a n a l y s i s   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   2 .   A s s u m i n g   t h e   h o r i z o n t a l   s t r e s s   a n d   t h e   v e r t i c a l   s t r e s s   o f   t h e   u n i t   a r e   σ 3   a n d   σ 1   r e s p e c t i v e l y , .   T h e   c o h e s i o n   o f   t h e   f a u l t   p l a n e   i s   c   a n d   t h e   i n t e r n a l   f r i c t i o n   a n g l e   i s   φ .   W h e n   t h e   f a u l t   i s   i n   t h e   a c t i v a t i o n   c r i t i c a l   s t a t e   a n d   t h e   u n i t   i s   u n d e r   t h e   v e r t i c a l   s t r e s s   a n d   h o r i z o n t a l   s t r e s s   c o n d i t i o n s ,   t h e   f a u l t   p l a n e   c a n   p r o d u c e   t h e   n o r m a l   s t r e s s   σ a   a n d   t h e   s h e a r   s t r e s s   τ a .   M e a n w h i l e ,   t h e   f a i l u r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       W a t e r   I n r u s h   C h a r a c t e r i s t i c s   w i t h   R o a d w a y   E x c a v a t i o n   A p p r o a c h i n g   t o   F a u l t   ( S h u r e n   W a n g )   5 0 7   p l a n e   o f   t h e   u n i t   w i l l   p r o d u c e   t h e   s h e a r   s t r e s s   τ f   t o   r e s i s t   b e i n g   a c t i v a t e d .   A s s u m i n g   t h e   c o n f i n e d   w a t e r   p r e s s u r e   o n   t h e   f a u l t   p l a n e   i s   P .           F i g u r e   1 .   F a u l t   a c t i v a t i o n   m e c h a n i c a l   a n a l y s i s   m o d e l     F i g u r e   2 .   U n i t   m e c h a n i c a l   a n a l y s i s   m o d e l       A c c o r d i n g   t o   t h e   m e c h a n i c a l   e q u i l i b r i u m   r e l a t i o n s ,   t h e   n o r m a l   s t r e s s   σ a   a n d   t h e   s h e a r   s t r e s s   τ a ,   a c t i n g   o n   t h e   u n i t   a r e   a s   f o l l o w s :     P a - - + + = a s s s s s 2 c o s 2 2 3 1 3 1                                                                                                                                                                                                 ( 1 )   a s s t 2 s i n 2 3 1 - = a                                                                                                                                                                                                                                             ( 2 )   A s s u m i n g   t h a t   t h e   s t r e n g t h   o f   t h e   u n i t   m a t e r i a l   o b e y s   t h e   M o h r - C o u l o m b   y i e l d   c r i t e r i o n ,   t h e   s h e a r   s t r e s s   τ f   t o   r e s i s t   b e i n g   a c t i v a t e d   i s   w r i t t e n   a s   E q u a t i o n   ( 3 ) .     j s t t a n a f c + =                                                                                                                                                                                                                               ( 3 )   T h e n   t h e   f a u l t   a c t i v a t i o n   c o n d i t i o n   i s   τ a τ f .   W h e n   t h e   f a u l t   i s   i n   t h e   c r i t i c a l   a c t i v a t i o n   s t a t e ,   c o m b i n i n g   E q u a t i o n   ( 1 ) ,   E q u a t i o n   ( 2 )   a n d   E q u a t i o n   ( 3 ) ,   E q u a t i o n   ( 4 )   c a n   b e   o b t a i n e d   a s   f o l l o w s :   j a s s a s s s s t a n 2 2 s i n ) ( 2 2 c o s 2 2 3 1 3 1 3 1 - - + - + + = c P                                                                                                                       ( 4 )     A c c o r d i n g   t o   t h e   t h e o r y   o f   m i n i n g   p r e s s u r e ,   t h e   v e r t i c a l   s t r e s s   σ 1   a n d   h o r i z o n t a l   s t r e s s   σ 3   h a v e   t h e   f o l l o w i n g   r e l a t i o n s h i p s   w i t h   t h e   t u n n e l   d e p t h   H .       σ 1 = H γ                                                                                                                                                                                                                                                                                         ( 5 )   σ 3 = K σ 3 = K H γ                                                                                                                                                                                                                                                                   ( 6 )   W h e r e   K ,   i s   t h e   l a t e r a l   p r e s s u r e   c o e f f i c i e n t .   I f   t h e   c r i t i c a l   w a t e r   p r e s s u r e   v a l u e   o f   t h e   r o a d w a y   f l o o r   a s   t h e   f a u l t   b e i n g   a c t i v a t e d   i s   P c ,   t h e n   E q u a t i o n   ( 7 )   c a n   b e   o b t a i n e d   f r o m   E q u a t i o n   ( 4 ) .     j a g a g g t a n 2 2 s i n ) 1 ( 2 2 c o s 2 ) 1 ( 2 ) 1 ( K H c K H K H P c - - + - + + =                                                                                                             ( 7 )     E q u a t i o n   ( 7 )   i s   t h e   e x p r e s s i o n   o f   t h e   c r i t i c a l   w a t e r   p r e s s u r e   a s   t h e   f a u l t   b e i n g   a c t i v a t e d .       3 . 3 .   R o a d w a y   W a t e r   I n r u s h   M o d e   A n a l y s i s   R o a d w a y   w a t e r   i n r u s h   m u s t   m e e t   t w o   c o n d i t i o n s :   ( a )   t h e   f a u l t   i s   a c t i v a t e d ;   ( b )   t h e   f r a c t u r e d   c h a n n e l   o f   w a t e r   i n r u s h   i s   f o r m e d ,   w h e r e   ( a )   i s   t h e   p r e r e q u i s i t e   a n d   ( b )   i s   t h e   n e c e s s a r y   c o n d i t i o n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   3 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 2   :   5 0 5   5 1 3   5 0 8 A f t e r   t h e   f a u l t   i s   a c t i v a t e d ,   t h e   c o n f i n e d   w a t e r   l e v e l   c a n   r i s e   a b o v e   t h e   h a n g i n g   w a l l   a l o n g   t h e   f a u l t   f a i l u r e   p l a n e .   W i t h   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n   a p p r o a c h i n g   t o   t h e   f a u l t ,   t h e   p l a s t i c   f a i l u r e   d e p t h   o f   t h e   r o a d w a y   f l o o r   w i l l   i n c r e a s e   a n d   t h e   f r o n t   s e a m   p r o t e c t i o n   t h i c k n e s s   w i l l   d e c r e a s e   s y n c h r o n o u s l y .   T h e n ,   a c c o r d i n g   t o   t h e   s p a t i a l   l o c a t i o n   a n d   t h e   c h r o n o l o g i c a l   o r d e r ,   t h e r e   a r e   t h r e e   m o d e s   o f   w a t e r   i n r u s h :   i n r u s h   f r o m   t h e   f l o o r ,   i n r u s h   f r o m   t h e   w o r k i n g   f a c e ,   a n d   i n r u s h   f r o m   b o t h   t h e   f l o o r   a n d   t h e   w o r k i n g   f a c e .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 ,   α   i s   t h e   f a u l t   d i p   a n g l e .   A s s u m i n g   t h a t   D 1   a n d   D 2    a r e   t h e   m i n i m u m   h o r i z o n t a l   d i s t a n c e   a n d   t h e   m i n i m u m   n o r m a l   d i s t a n c e   f r o m   t h e   r o a d w a y   w o r k i n g   f a c e   t o   t h e   f a u l t   r e s p e c t i v e l y .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   a s s u m i n g   t h a t   t h e   s e a m   e f f e c t i v e   s t r e n g t h   w i t h i n   D 1   i s   S 1 ,   a n d   t h e   i m p e r m e a b l e   r o c k   e f f e c t i v e   s t r e n g t h   w i t h i n   D 2   i s   S 2 ,   t h e n   i f   t h e   w a t e r   i n r u s h   f r o m   t h e   f l o o r   a n d   t h e   w o r k i n g   f a c e   o c c u r   t o g e t h e r   d u r i n g   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n ,   t h e   f o l l o w i n g   e q u a t i o n   c a n   b e   o b t a i n e d .     2 2 1 1 D S D S =                                                                                                                                                                                                                                                                   ( 8 )       A c c o r d i n g   t o   e q u a t i o n   ( 1 ) ,   E q u a t i o n   ( 9 )   c a n   b e   e x p r e s s e d   a s   f o l l o w s :     a s i n 1 2 D D =                                                                                                                                                                                                                                                                 ( 9 )       S o   t h e   c r i t i c a l   a n g l e   α c   o f   t h e   f a u l t   c a n   b e   o b t a i n e d   f r o m   E q u a t i o n   ( 9 ) .       2 1 c a rc s i n S S = a                                                                                                                                                                                                                                                         ( 1 0 )       I t   c a n   b e   c o n c l u d e d   f r o m   E q u a t i o n   ( 1 0 )   t h a t ,   w h e n   t h e   f a u l t   d i p   a n g l e   α > α c ,   2 2 1 1 D S D S > ,   t h e   w a t e r   i n r u s h   i s   f r o m   t h e   r o a d w a y   w o r k i n g   f a c e   a n d   c o n v e r s e l y ,   a n d   w h e n   t h e   f a u l t   d i p   a n g l e   α < α c ,   2 2 1 1 D S D S < ,   t h e   w a t e r   i n r u s h   i s   f r o m   t h e   r o a d w a y   f l o o r .       4 .     T h e   C o m p u t a t i o n a l   M o d e l   a n d   S i m u l a t i o n   A n a l y s i s   P r o g r a m s   4 . 1 .   B u i l d i n g   t h e   C a l c u l a t i o n   M o d e l   O n   t h e   b a s i s   o f   t h e   r o a d w a y   w a t e r   i n r u s h e s   i n   D a n h o u   C o a l   M i n e ,   t h e   t u n n e l   s u r r o u n d i n g   r o c k   a n d   t h e   f a u l t   s p a t i a l   l o c a t i o n ,   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n   e n g i n e e r i n g   g e o l o g i c a l   m o d e l   a n d   t h r e e - d i m e n s i o n   n u m e r i c a l   s i m u l a t i o n   m o d e l   w e r e   b u i l t .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   3 ,   t h e   m o d e l   c o n s i s t s   o f   s a n d s t o n e ,   s e a m ,   m u d s t o n e   a n d   O r d o v i c i a n   l i m e s t o n e   a q u i f e r .   T h e   c a l c u l a t i o n   c o n d i t i o n s   i n   F i g u r e   3   a r e   a s   f o l l o w s :   t h e   f a u l t   d i p   a n g l e   i s   3 0 ° ,   t h e   f a u l t   d i s p l a c e m e n t   i s   5 . 0   m ,   t h e   i m p e r m e a b l e   l a y e r   t h i c k n e s s   o f   t h e   r o a d w a y   f l o o r   i s   2 . 0   m .   T h e   c o m p u t a t i o n a l   m o d e l   w a s   5 5 . 3 6   m   l o n g ,   2 0   m   w i d e ,   a n d   4 0   m   h i g h   i n   t h e   x - ,   y - ,   a n d   z - a x i s .   T h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n   d i m e n s i o n   w a s   4 . 6   m   w i d e   a n d   4 . 0   m   h i g h .   T h e   m o d e l   w a s   d i v i d e d   i n t o   5 7 4 9 6   z o n e s   a n d   6 1 7 0 9   g r i d - p o i n t s .     4 . 2 .   B o u n d a r y   C o n d i t i o n s   a n d   W a t e r   I n r u s h   C r i t e r i a   T h e   m o d e l   w a s   r e s t r i c t e d   h o r i z o n t a l   m o v e m e n t   o n   f o u r   s i d e s   w i t h   i t s   b o t t o m   f i x e d   a n d   i t s   t o p   f r e e .   T h e   d e s t r u c t i o n   o f   r o c k   m a t e r i a l   w a s   a s s u m e d   t o   o b e y   t h e   M o h r - C o u l o m b   s t r e n g t h   c r i t e r i o n .   A   u n i f o r m l y   d i s t r i b u t e d   l o a d   6 . 0   M P a   w a s   a p p l i e d   o n   t h e   m o d e l   t o p   t o   s i m u l a t e   t h e   w e i g h t   l o a d   o n   t h e   r o a d w a y .   T h e   m o d e l   w a s   s u r r o u n d e d   b y   i m p e r m e a b l e   b o u n d a r y   o n   f o u r   s i d e s ,   b u t   t h e   p e r m e a b l e   b o u n d a r y   w a s   a s s u m e d   o n   t h e   m o d e l   t o p   a n d   o n   i t s   b o t t o m .   A   c o n f i n e d   w a t e r   p r e s s u r e   w a s   f i x e d   a t   t h e   m o d e l   b o t t o m .     T h e   f a u l t   w a s   s i m u l a t e d   w i t h   a   c o n t a c t   p l a n e   e l e m e n t ,   t h e   h a n g i n g   w a l l   a n d   t h e   f o o t w a l l   c o u l d   s l i p   a l o n g   t h e   f a u l t   p l a n e .   A c c o r d i n g   t o   f i e l d   i n v e s t i g a t i o n ,   e x p l o r a t i o n   d a t a ,   i n d o o r   a n d   o u t d o o r   t e s t   r e s u l t s ,   t h e   p h y s i c a l   m e c h a n i c s   p a r a m e t e r s   a n d   t h e   h y d r o d y n a m i c s   p a r a m e t e r s   o f   t h e   r o c k s   w e r e   l i s t e d   i n   T a b l e   1   a n d   T a b l e   2   r e s p e c t i v e l y .   D u e   t o   t h e   t w o   c o n d i t i o n s   o f   r o a d w a y   w a t e r   i n r u s h ,   i n   t h e   c a l c u l a t i o n   m o d e l   a b o v e ,   t h e   w a t e r   i n r u s h   e v a l u a t i o n   c r i t e r i o n   i s   t h e   r o a d w a y   s u r r o u n d i n g   r o c k   c o m e s   i n t o   p l a s t i c   f a i l u r e   a n d   f o r m s   t h e   c o n d u c t   w a t e r   c h a n n e l   a f t e r   t h e   f a u l t   b e i n g   a c t i v a t e d .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       W a t e r   I n r u s h   C h a r a c t e r i s t i c s   w i t h   R o a d w a y   E x c a v a t i o n   A p p r o a c h i n g   t o   F a u l t   ( S h u r e n   W a n g )   5 0 9       S a n d s t o n e ;     C o a l ;     M u d s t o n e ;     O r d o v i c i a n   l i m e s t o n e   a q u i f e r ;     R o a d w a y       F i g u r e   3 .     C o m p u t a t i o n a l   m o d e l   a n d   i t s   m e s h e s       T a b l e   1 .   T h e   p h y s i c a l   m e c h a n i c s   p a r a m e t e r s     N a m e   D e n .   [ k g · m - 3 ]   B u .   [ G P a ]   S h .   [ G P a ]   C o h .   [ M P a ]   F r i .     [ ° ]   T e n .   [ M P a ]   S a n d s t o n e   2 6 5 0   6 . 3   4 . 2   3 . 8   3 5   1 . 7   C o a l   1 5 0 0   3 . 6   2 . 3   2 . 0   2 8   0 . 8   M u d s t o n e   2 6 2 0   4 . 5   2 . 8   2 . 4   3 0   1 . 0   L i m e s t o n e   2 6 3 0   5 . 8   3 . 7   3 . 0   3 3   1 . 4     T a b l e   2 .   T h e   h y d r o d y n a m i c s   p a r a m e t e r s       N a m e   P e r m e a b i l i t y   c o e f f i c i e n t   [ m 2 · P a - 1 · s e c - 1 ]   P o r o s i t y   S a n d s t o n e   1 . 0 e - 1 2   0 . 2 3   C o a l   1 . 0 e - 1 0   0 . 3 2   M u d s t o n e   1 . 0 e - 1 1   0 . 2 8   L i m e s t o n e   1 . 0 e - 0 9   0 . 3 5   4 . 3 .   S i m u l a t i o n   A n a l y s i s   P r o g r a m s   F i r s t ,   c o n s i d e r i n g   t h e   c o n f i n e d   w a t e r   i n f l u e n c e ,   t h e   i n i t i a l   s t r e s s   f i e l d   b a l a n c e   c a l c u l a t i o n   o f   t h e   m o d e l   w a s   c o n d u c t e d ,   a n d   a f t e r   t h a t ,   t h e   d i s p l a c e m e n t   f i e l d   a n d   t h e   v e l o c i t y   f i e l d   a r e   c l e a r e d .   S e c o n d ,   t h e   e x c a v a t i o n   p r o c e s s   o f   t h e   r o a d w a y   w a s   s i m u l a t e d   s t e p   b y   s t e p ,   a n d   t h e   i n i t i a l   e x c a v a t i o n   l e n g t h   o f   t h e   r o a d w a y   a t   e a c h   s t e p   w a s   5 . 0   m .   I n   o r d e r   t o   r e v e a l   t h e   w a t e r   i n r u s h   e v o l u t i o n   c h a r a c t e r i s t i c s ,   w h e n   t h e   r o a d w a y   w a s   n e a r   t h e   f a u l t ,   t h e   e x c a v a t i o n   l e n g t h   o f   t h e   r o a d w a y   a t   e a c h   s t e p   r e d u c e d   t o   1 . 0   m .   F i n a l l y ,   u n d e r   t h e   c o n d i t i o n s   o f   d i f f e r e n t   w a t e r   p r e s s u r e ,   i m p e r m e a b l e   r o c k   t h i c k n e s s ,   f a u l t   d i s p l a c e m e n t ,   a n d   f a u l t   d i p   a n g l e s ,   t h e   r o a d w a y   w a t e r   i n r u s h   m o d e s   a n d   t h e i r   e v o l u t i o n   c h a r a c t e r i s t i c s   w e r e   c o m p a r a t i v e l y   a n a l y z e d .   T h e   c o m p a r a t i v e   a n a l y s i s   p r o g r a m s   w e r e   l i s t e d   i n   T a b l e   3 .       T a b l e   3 .   A   v a r i e t y   o f   s i m u l a t i o n   a n a l y s i s   p r o g r a m s   N o .   F i x e d   f a c t o r   C h a n g e d   f a c t o r   N o t e s   1   H = 2   m ,   θ = 3 0 ° ,   h = 5   m   P :   2   M P a ,   3   M P a ,   4   M P a .   H   i s   i m p e r m e a b l e   r o c k   t h i c k n e s s ,   θ   i s   f a u l t   d i p   a n g l e ,   h   i s   f a u l t   d i s p l a c e m e n t ,   a n d   P   i s   w a t e r   p r e s s u r e .   2   P = 3   M P a ,   θ = 3 0 ° ,   H = 2   m   H :   1   m ,   3   m ,   5   m .   3   P = 3   M P a ,   θ = 3 0 ° ,   h = 5   m   H :   2   m ,   3   m ,   4   m .   4   P = 3   M P a ,   H = 2   m ,   h = 5   m   θ :   3 0 ° ,   4 5 ° ,   6 0 ° .       5 .   R e s u l t s   a n d   D i s c u s s i o n   5 . 1 .   W a t e r   I n r u s h   C h a r a c t e r i s t i c s   d u r i n g   t h e   R o a d w a y   E x c a v a t i o n   F o r   s i m u l a t i o n   p r o g r a m   N o .   1 ,   w h e n   t h e   c o n f i n e d   w a t e r   p r e s s u r e   a c t i n g   o n   t h e   r o a d w a y   f l o o r   w a s   3 . 0   M P a ,   t h e   p l a s t i c   f a i l u r e   o f   t h e   s u r r o u n d i n g   r o c k   o f   t h e   r o a d w a y   w a s   s h o w n   i n   F i g u r e   4 .   W h e n   t h e   s t e p - b y - s t e p   r o a d w a y   e x c a v a t i o n   a p p r o a c h e s   t o   t h e   f a u l t   a l o n g   t h e   s e a m   f l o o r ,   t h e   r o a d w a y   w a t e r   i n r u s h   o c c u r r e d .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   4 ( a ) ,   w h e n   t h e   h o r i z o n t a l   d i s t a n c e   f r o m   t h e   r o a d w a y   w o r k i n g   f a c e   t o   t h e   f a u l t   w a s   a b o u t   4 . 0   m ,   t h e r e   w e r e   i n c r e a s i n g   p l a s t i c   f a i l u r e   i n   t h e   r o a d w a y   f l o o r   a n d   t h e   t o p   o f   t h e   i m p e r m e a b l e   r o c k   n e a r   t h e   f a u l t   u n d e r   t h e   m i n i n g   d i s t u r b a n c e   s t r e s s   a n d   t h e   c o n f i n e d   a q u i f e r   w a t e r   p r e s s u r e .   N e v e r t h e l e s s ,   h a d   t h e   f a u l t   b e e n   a c t i v a t e d ,   t h e   w a t e r   i n r u s h   d i d   n o t   a p p e a r   s i n c e   t h e   w a t e r   i n r u s h   f a i l u r e   c h a n n e l   h a d   n o t   b e e n   f o r m e d .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   4 ( b )   a n d   F i g u r e   4 ( c ) ,   a s   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n   a d v a n c e d   g r a d u a l l y   a n d   t h e   h o r i z o n t a l   d i s t a n c e   t o   t h e   f a u l t   w a s   3 . 0   m ,   t h e   p l a s t i c   f a i l u r e   a r e a s   o f   t h e   s u r r o u n d i n g   r o c k   w e r e   m a i n l y   i n   t h e   f l o o r   a n d   t h e   s i d e w a l l   o f   t h e   r o a d w a y .   W h e n   t h e   e q u i v a l e n t   i n t e n s i t y   o f   t h e   r o a d w a y   f l o o r   i s   l o w e r   t h a n   t h e   f r o n t   s e a m ,   t h e   f a i l u r e   e l e m e n t s   c o n n e c t e d   a n d   t h e   w a t e r   i n r u s h   f a i l u r e   c h a n n e l   f o r m e d .   T h e r e f o r e ,   t h e   w a t e r   i n r u s h   o f   t h e   r o a d w a y   f l o o r   o c c u r r e d .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   3 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 2   :   5 0 5   5 1 3   5 1 0 A s   s h o w n   i n   F i g u r e   5 ( a ) ,   w h e n   t h e   r o a d w a y   f l o o r   w a t e r   i n r u s h   o c c u r r e d ,   t h e   m a x i m u m   d i s p l a c e m e n t   e m e r g e d   i n   t h e   f l o o r   n e a r   t h e   f a u l t   l i k e   a   b e a m   b e n d i n g   d e f o r m a t i o n .   M e a n w h i l e ,   t h e r e   e m e r g e d   t h e   c o n v e x   d i s p l a c e m e n t   f i e l d   t o   t h e   f r e e   f a c e   i n   t h e   r o a d w a y .   O v e r a l l ,   i t   c a n   b e   s e e n   f r o m   F i g u r e   5 ( b ) ,   t h e   d i s p l a c e m e n t   i n   t h e   f l o o r   w a s   o b v i o u s l y   l a r g e r   t h a n   o t h e r   p o s i t i o n s .     ( a ) B e f o r e   w a t e r   i n r u s h                                       ( b )   A f t e r   w a t e r   i n r u s h                           ( c )   C r o s s   s e c t i o n   a f t e r   w a t e r   i n r u s h     F i g u r e   4 .   P l a s t i c   f a i l u r e   e l e m e n t s   i n   t h e   s u r r o u n d i n g   r o c k s                         ( a )   L o n g i t u d i n a l   s e c t i o n                 ( b )   C r o s s   s e c t i o n     F i g u r e   5 .   V e r t i c a l   d i s p l a c e m e n t   f i e l d   i n   t h e   s u r r o u n d i n g   r o c k s         A s   s h o w n   i n   F i g u r e   6 ,   w i t h   t h e   e x c a v a t i o n   p r o g r e s s ,   b o t h   d i s p l a c e m e n t s   o f   t h e   r o o f   a n d   t h e   f l o o r   i n   t h e   r o a d w a y   s h o w e d   a n   i n c r e a s i n g   t e n d e n c y ,   a n d   n e a r   t h e   w a t e r   i n r u s h   p o s i t i o n   t h e   d i s p l a c e m e n t   c u r v e s   b e c a m e   f l a t .   W i t h   t h e   i n c r e a s i n g   p r e s s u r e   o f   t h e   c o n f i n e d   w a t e r ,   t h e   d i s p l a c e m e n t   i n c r e a s i n g   r a t e   i n   t h e   f l o o r   w a s   m o r e   s i g n i f i c a n t   t h a n   i n   t h e   r o a d w a y   r o o f .   T h e   r e a s o n s   f o r   t h i s   p h e n o m e n o n   w e r e   m a i n l y   t h a t   t h e   n o r m a l   d i s t a n c e   f r o m   t h e   r o a d w a y   f l o o r   t o   t h e   f a u l t   w a s   g e t t i n g   s m a l l e r   a n d   s m a l l e r ,   a n d   t h e   f a u l t   w a s   e a s y   t o   s l i p   a n d   r e b o u n d ,   w h i c h   r e s u l t e d   i n   s i g n i f i c a n t   d i s p l a c e m e n t s   i n   t h e   r o a d w a y   f l o o r .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   s i n c e   t h e   r o o f   w a s   l e s s   a f f e c t e d   b y   t h e   c o n f i n e d   w a t e r ,   t h e   r o o f   s i n k i n g   d i s p l a c e m e n t   w a s   m a i n l y   d u e   t o   t h e   s t r a i n   e n e r g y   r e l e a s i n g   o f   t h e   s u r r o u n d i n g   r o c k   d u r i n g   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n .         F i g u r e   6 .   V e r t i c a l   d i s p l a c e m e n t   c u r v e s   d u r i n g   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n                         ( a )   L o n g i t u d i n a l   s e c t i o n                                                                                                                             ( b )   C r o s s   s e c t i o n     F i g u r e   7 .   V e r t i c a l   p r i n c i p a l   s t r e s s   f i e l d   o f   r o a d w a y   e x c a v a t i o n .   - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 E x c a v a t i o n   s t e p s D i s p l a c e m e n t   [ m m ] 2 M P a   R o o f 3 M P a   R o o f 4 M P a   R o o f 2 M P a   F l o o r 3 M P a   F l o o r 4 M P a   F l o o r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       W a t e r   I n r u s h   C h a r a c t e r i s t i c s   w i t h   R o a d w a y   E x c a v a t i o n   A p p r o a c h i n g   t o   F a u l t   ( S h u r e n   W a n g )   5 1 1   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   7 ,   t h e r e   e m e r g e d   a   w i d e   r a n g e   o f   t e n s i l e   s t r e s s   i n   t h e   f l o o r   a n d   m u c h   l a r g e r   c o m p r e s s i v e   s t r e s s   c o n c e n t r a t i o n   a r e a s   i n   t h e   f r o n t   o f   t h e   w o r k i n g   f a c e .   A l l   t h e s e   m e c h a n i c a l   e f f e c t s   w e r e   c o n s i s t e n t   w i t h   t h e   d i s p l a c e m e n t   f i e l d   s h o w n   i n   F i g u r e   5 .     5 . 2 .   W a t e r   I n r u s h   C h a r a c t e r i s t i c s   o f   D i f f e r e n t   W a t e r   P r e s s u r e   C o n d i t i o n s   S i m u l a t i o n   p r o g r a m   N o .   1 :   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   8 ,   w i t h   t h e   c o n f i n e d   w a t e r   p r e s s u r e   g r a d u a l l y   i n c r e a s i n g ,   t h e   p l a s t i c   f a i l u r e   e l e m e n t s   a n d   t h e   d a m a g e   e x t e n t   i n c r e a s e d   i n   t h e   i m p e r m e a b l e   r o c k .   A t   t h e   s a m e   t i m e ,   t h e   p l a s t i c   f a i l u r e   e l e m e n t s   a n d   t h e   d a m a g e   e x t e n t   i n   t h e   p l a n e   a l s o   s h o w e d   a n   i n c r e a s i n g   t e n d e n c y .   T h e s e   r e s u l t s   i n d i c a t e   t h e   f u r t h e r   a c t i v a t i o n   o f   t h e   f a u l t   h y d r a u l i c   c o n d u c t i v i t y .   M o r e o v e r ,   t h e   w a t e r   i n r u s h   m o d e   h a d   a   g r a d u a l   t r a n s i t i o n ,   i . e .   i n r u s h   f r o m   t h e   w o r k i n g   f a c e   ( o r   b o t t o m )   t o   m a i n l y   f r o m   t h e   f l o o r ,   w h i c h   c o u l d   c a u s e   t h e   w a t e r   i n r u s h   m o r e   s e r i o u s   a n d   e a r l i e r .     5 . 3 .   W a t e r   I n r u s h   C h a r a c t e r i s t i c s   o f   D i f f e r e n t   F a u l t   D i s p l a c e m e n t s   S i m u l a t i o n   p r o g r a m   N o .   2 :   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   9 ,   w i t h   t h e   i n c r e a s e   o f   t h e   f a u l t   d i s p l a c e m e n t ,   t h e   p l a s t i c   f a i l u r e   a r e a s   g r a d u a l l y   r e d u c e d   i n   t h e   i m p e r m e a b l e   l a y e r ,   b u t   t h e   p l a s t i c   f a i l u r e   a l o n g   t h e   f a u l t   p l a n e   i n c r e a s e d   a   b i t ,   w h i c h   i n d i c a t e d   t h a t   t h e   r o a d w a y   h a d   s o m e   l a g   o f   w a t e r   i n r u s h   a n d   w a t e r   i n r u s h   b e c a m e   m o r e   d i f f i c u l t .       5 . 4 .   W a t e r   I n r u s h   C h a r a c t e r i s t i c s   o f   D i f f e r e n t   I m p e r m e a b l e   R o c k   T h i c k n e s s   S i m u l a t i o n   p r o g r a m   N o .   3 :   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 0 ,   w i t h   t h e   i n c r e a s e   o f   t h e   t h i c k n e s s   o f   t h e   i m p e r m e a b l e   r o c k ,   t h e   p l a s t i c   f a i l u r e   a r e a s   o b v i o u s l y   r e d u c e d   i n   t h e   i m p e r m e a b l e   l a y e r ,   b u t   t h e   p l a s t i c   f a i l u r e   e l e m e n t s   a l o n g   t h e   f a u l t   p l a n e   a l m o s t   r e m a i n e d   t h e   s a m e ,   t h e   w a t e r   i n r u s h   m o d e   h a d   a   g r a d u a l   t r a n s i t i o n ,   t h e   i n r u s h   f r o m   t h e   f l o o r   t o   t h a t   m a i n l y   f r o m   t h e   w o r k i n g   f a c e   ( o r   b o t t o m ) .   W h e n   t h e   i m p e r m e a b l e   l a y e r   t h i c k n e s s   e x c e e d e d   3 . 0   m ,   i t   w a s   l i t t l e   i n f l u e n c e   t o   w a t e r   i n r u s h .   S o ,   t h e r e   w a s   a   c r i t i c a l   v a l u e   o f   t h e   i m p e r m e a b l e   l a y e r   t h i c k n e s s   t o   i n d u c e   w a t e r   i n r u s h   d u r i n g   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n .             ( a )   2   M P a                                                                       ( b )   3   M P a                                                                         ( c )     4   M P a     F i g u r e   8 .   P l a s t i c   f a i l u r e   e l e m e n t s   u n d e r   d i f f e r e n t   w a t e r   p r e s s u r e s             ( a )   1   m                                                                               ( b )   3   m                                                                                     ( c )     5   m     F i g u r e   9 .   P l a s t i c   f a i l u r e   e l e m e n t s   u n d e r   d i f f e r e n t   f a u l t   d i s p l a c e m e n t s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   3 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 2   :   5 0 5   5 1 3   5 1 2         ( a )   2   m                                                                                 ( b )   3   m                                                                                 ( c )     4   m     F i g u r e   1 0 .   P l a s t i c   f a i l u r e   e l e m e n t s   u n d e r   d i f f e r e n t   i m p e r m e a b l e   r o c k   t h i c k n e s s             ( a )   3 0 °                                                                                   ( b )   4 5 °                                                                                 ( c )   6 0 °     F i g u r e   1 1 .   P l a s t i c   f a i l u r e   e l e m e n t s   u n d e r   d i f f e r e n t   f a u l t   d i p   a n g l e s     5 . 5 .   W a t e r   I n r u s h   C h a r a c t e r i s t i c s   o f   D i f f e r e n t   F a u l t   D i p   A n g l e s   S i m u l a t i o n   p r o g r a m   N o .   4 :   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 1 ,   w i t h   t h e   e n l a r g e m e n t   o f   t h e   f a u l t   d i p   a n g l e s ,   t h e   p l a s t i c   f a i l u r e   a r e a s   g r a d u a l l y   r e d u c e d   i n   t h e   i m p e r m e a b l e   l a y e r   a n d   t h e   f a u l t   p l a n e ,   t h e   f a u l t   a c t i v a t i o n   b e c a m e   m o r e   d i f f i c u l t .   T h e   w a t e r   i n r u s h   m o d e   h a d   a   g r a d u a l   t r a n s i t i o n ,   t h e   i n r u s h   f r o m   t h e   f l o o r   t o   t h a t   m a i n l y   f r o m   t h e   w o r k i n g   f a c e   ( o r   b o t t o m ) .   T h e r e f o r e ,   t h e   l a r g e   a n g l e   f a u l t   c o u l d   p o s t p o n e   t h e   w a t e r   i n r u s h   t i m e   r e l a t i v e l y .   I n   t h e   p r o c e s s   o f   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n ,   t h e   s m a l l e r   d i p   a n g l e   f a u l t   w a s   p r o n e   t o   w a t e r   i n r u s h ,   b e c a u s e   t h e   s m a l l e r   d i p   a n g l e   f a u l t   r e d u c e d   t h e   i m p e r m e a b l e   r o c k   t h i c k n e s s   t o   a   l a r g e   e x t e n t ,   o n   t h e   o t h e r   h a n d ,   t h e   s m a l l e r   d i p   a n g l e   f a u l t   c o u l d   b e   e a s i l y   a c t i v a t e d .   T h e r e f o r e ,   a   w i d e r   w a t e r p r o o f   c o a l   p i l l a r   s h o u l d   b e   s e t   w h e n   e n c o u n t e r i n g   a   s m a l l e r   d i p   a n g l e   f a u l t   d u r i n g   t h e   r o a d w a y   e x c a v a t i o n .     6 .     C o n c l u s i o n   U n d e r   t h e   m i n i n g   d i s t u r b a n c e   s t r e s s   a n d   t h e   c o n f i n e d   a q u i f e r   w a t e r   p r e s s u r e ,   w h e n   t h e   s h e a r   f o r c e   o f   t h e   f a u l t   p l a n e   i s   g r e a t e r   t h a n   t h e   m a x i m u m   s h e a r   c a p a c i t y   o f   t h e   f a u l t   m a t e r i a l ,   t h e   f a u l t   c a n   b e   a c t i v a t e d .   R o a d w a y   w a t e r   i n r u s h   m u s t   m e e t   t w o   c o n d i t i o n s :   ( a )   t h e   f a u l t   i s   a c t i v a t e d ;   ( b )   t h e   f r a c t u r e d   c h a n n e l   o f   w a t e r   i n r u s h   i s   f o r m e d .     A c c o r d i n g   t o   t h e   s p a t i a l   l o c a t i o n   a n d   t h e   c h r o n o l o g i c a l   o r d e r ,   t h e r e   a r e   t h r e e   m o d e s   o f   w a t e r   i n r u s h :   i n r u s h   f r o m   t h e   f l o o r ,   i n r u s h   f r o m   t h e   w o r k i n g   f a c e ,   a n d   i n r u s h   f r o m   b o t h   t h e   f l o o r   a n d   t h e   w o r k i n g   f a c e .   U n d e r   t h e   c o n d i t i o n s   o f   d i f f e r e n t   w a t e r   p r e s s u r e ,   i m p e r m e a b l e   r o c k   t h i c k n e s s ,   f a u l t   d i s p l a c e m e n t ,   a n d   f a u l t   d i p   a n g l e s ,   t h e   r o a d w a y   w a t e r   i n r u s h   m o d e s   a n d   t h e i r   e v o l u t i o n   c h a r a c t e r i s t i c s   a r e   o b v i o u s l y   d i f f e r e n t .   T h e   r e s u l t s   a r e   r e f e r e n c e   a n d   g u i d a n c e   t o   d e s i g n   s a f e t y   c o a l   p i l l a r s   a n d   r o a d w a y   s a f e   e x c a v a t i o n .       A c k n o w l e d g m e n t s     T h i s   w o r k   w a s   f i n a n c i a l l y   s u p p o r t e d   b y   t h e   N a t i o n a l   N a t u r a l   S c i e n c e   F o u n d a t i o n   o f   C h i n a   ( 5 1 0 7 4 1 4 0 ) ,   t h e   C h i n a   S c h o l a r s h i p   C o u n c i l   ( C S C )   &   t h e   H e b e i   P r o v i n c i a l   O f f i c e   o f   E d u c a t i o n   ( 2 0 1 0 8 1 3 1 2 4 ) ,   a l l   t h e s e   a r e   g r a t e f u l l y   a c k n o w l e d g e d .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       W a t e r   I n r u s h   C h a r a c t e r i s t i c s   w i t h   R o a d w a y   E x c a v a t i o n   A p p r o a c h i n g   t o   F a u l t   ( S h u r e n   W a n g )   5 1 3   R e f e r e n c e s   [ 1 ]       W u   Q ,   Z h a n g   Z L ,   M a   J F .   n e w   p r a c t i c a l   m e t h o d o l o g y   o f   t h e   c o a l   f l o o r   w a t e r   b u r s t i n g   e v a l u a t i n g   - T h e   m a s t e r   c o n t r o l l i n g   i n d e x   s y s t e m   c o n s t r u c t i o n .   J o u r n a l   o f   C h i n a   C o a l   So c i e t y .   2 0 0 7 ;   3 2 ( 1 ) :   4 2 - 4 7 .   [ 2 ]       H u   Y Q ,   Z h a o   Y S ,   Y a n g   D .   3 D   s o l i d - l i q u i d   c o u p l i n g   e x p e r i m e n t   s t u d y   i n t o   d e f o r m a t i o n   d e s t r u c t i o n   o f   c o a l   s t o p e .   J o u r n a l   o f   L i a o n i n g   T e c h n i c a l   U n i v e r s i t y .   2 0 0 7 ;   2 6 ( 4 ) :   5 2 0 - 5 2 3 .     [ 3 ]       Ko n g   H L ,   M i a o   X X ,   W a n g   L Z ,   Z h a n g   Y ,   C h e n   Z Q ,   H a n g   Y ,   C h e n   Z Q .   An a l y s i s   o f   t h e   h a r m f u l n e s s   o f   w a t e r - i n r u s h   f r o m   c o a l   s e a m   f l o o r   b a s e d   o n   s e e p a g e   i n s t a b i l i t y   t h e o r y .   J o u r n a l   o f   C h i n a   U n i v e r s i t y   o f   M i n i n g   a n d   T e c h n o l o g y .   2 0 0 7 ;   1 7 ( 4 ) :   4 5 3 - 4 5 8 .     [ 4 ]       L i u   Y .   N u m e r i c a l   a n a l y s i s   o f   b r e a k i n g   d e p t h   o f   c o a l   f l o o r   c a u s e d   b y   m i n i n g   p r e s s u r e .   J o u r n a l   o f   X i a n   U n i v e r s i t y   o f   Sc i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y .   2 0 0 8 ;   2 8 ( 1 ) : 1 1 - 1 4 .   [ 5 ]       Z h u   Q H ,   F e n g   M M ,   M a o   X B .   N u m e r i c a l   a n a l y s i s   o f   w a t e r   i n r u s h   f r o m   w o r k i n g - f a c e   f l o o r   d u r i n g   m i n i n g .   J o u r n a l   o f   C h i n a   U n i v e r s i t y   o f   M i n i n g   a n d   T e c h n o l o g y .   2 0 0 8 ;   1 8 ( 2 ) :   1 5 9 - 1 6 3 .   [ 6 ]       Y i n   SX .   M o d e s   a n d   m e c h a n i s m   f o r   w a t e r   i n r u s h e s   f r o m   c o a l   s e a m   f l o o r .   J o u r n a l   o f   Xi a n   U n i v e r s i t y   o f   Sc i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y .   2 0 0 9 ;   2 9 ( 6 ) :   6 6 1 - 6 6 5 .   [ 7 ]       H a n   J ,   Sh i   L Q ,   Y u   X G ,   W e i   J C .   M e c h a n i s m   o f   m i n e   w a t e r - i n r u s h   t h r o u g h   a   f a u l t   f r o m   t h e   f l o o r .   M i n i n g   Sc i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   ( C h i n a ) .   2 0 0 9 ;   1 9 ( 3 ) :   2 7 6 - 2 8 1 .   [ 8 ]       L i u   H L ,   Y a n g   T H ,   Y u   Q L ,   C h e n   SK ,   W e i   C H .   N u m e r i c a l   a n a l y s i s   o n   t h e   p r o c e s s   o f   w a t e r   i n r u s h   f r o m   t h e   f l o o r   o f   s e a m   1 2   i n   F a n g e z h u a n g   c o a l   m i n e .   C o a l   G e o l o g y   Ex p l o r a t i o n .   2 0 1 0 ;   3 8 ( 3 ) :   2 7 - 3 1 .     [ 9 ]       W i l d e m e e r s c h   S,   Br o u y è r e   S,   O r b a n   Ph ,   C o u t u r i e r   J ,   D i n g e l s t a d t   C ,   Ve s c h k e n s   M ,   D a s s a r g u e s   A .     Ap p l i c a t i o n   o f   t h e   H y b r i d   F i n i t e   El e m e n t   M i x i n g   C e l l   m e t h o d   t o   a n   a b a n d o n e d   c o a l f i e l d   i n   Be l g i u m .       J o u r n a l   o f   H y d r o l o g y .   2 0 1 0 ;   3 9 2 ,   ( 3 - 4 ) :   1 8 8 - 2 0 0 .   [ 1 0 ]     W u   Q ,   Z h u   B ,   Sh o u   SQ .   F l o w - s o l i d   c o u p l i n g   s i m u l a t i o n   m e t h o d   a n a l y s i s   a n d   t i m e   i n d e p e n d e n t   o f       l a g g i n g   w a t e r - i n r u s h   n e a r   m i n e   f a u l t   b e l t .   C h i n e s e   J o u r n a l   o f   R o c k   M e c h a n i c s   a n d   E n g i n e e r i n g .   2 0 1 1 ;     3 0 ( 1 ) :   9 3 - 1 0 4 .   [ 1 1 ]     L i   K,   M a o   X B,   C h e n   L ,   Z h a n g   L Y .   R e s e a r c h   o n   f a u l t   a c t i v a t i o n   a n d   r i s k   a n a l y s i s   o f   w a t e r   i n r u s h   i n       m i n i n g   f l o o r   a b o v e   c o n f i n e d   a q u i f e r .   C h i n e s e   Q u a r t e r l y   o f   M e c h a n i c s .   2 0 1 1 ;   3 2 ( 2 ) :   2 6 1 - 2 6 8 .     [ 1 2 ]     T a n g   J H ,   Ba i   H B,   Y a o   BH ,   W u   Y .   T h e o r e t i c a l   a n a l y s i s   o n   w a t e r - i n r u s h   m e c h a n i s m   o f   c o n c e a l e d     c o l l a p s e   p i l l a r s   i n   f l o o r .   M i n i n g   Sc i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   ( C h i n a ) .   2 0 1 1 ;   2 1 ( 1 ) :   5 7 - 6 0 .   [ 1 3 ]     R a j a b   A,   U m a r   K,   H a m d a n i   D ,   Am i n u d d i n   S,   Su w a r n o ,   A b e   Y ,   T s u c h i e   M ,   Ko z a k o   M ,   O h t s u k a   S,     H i k i t a   M .   Pa r t i a l   d i s c h a r g e   p h a s e   d i s t r i b u t i o n   o f   p a l m   o i l   a s   i n s u l a t i n g   l i q u i d .   T E L KO M N I KA .     2 0 1 1 ;   9 ( 1 ) :   1 5 1 - 1 6 0 .   [ 1 4 ]     Kh a i r u d i n   M .   D y n a m i c   m o d e l i n g   o f   a   f l e x i b l e   l i n k   m a n i p u l a t o r   r o b o t   u s i n g   AM M .   T EL KO M N I KA .   2 0 0 8 ;   6 ( 3 ) :   1 8 5 - 1 9 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.