从松散层与断层耦合的角度出发，建立数值模拟模型，研究采动过程中不同松散层厚度与断层耦合时覆岩关键层的垂直应力变化规律、地表下沉特征、断层带能量演化以及断层带活化滑移面积，揭示特殊地质耦合作用时多物理场演化特征。

通过对覆岩应力变化分析和地表沉降规律分析可知松散层与断层交互影响地表下沉。当工作面上方不存在松散层和存在薄松散层时断层对地表下沉起着主导作用。当工作面上方存在厚松散层时，断层与松散层对地表下沉的主导作用相当。当工作面存在巨厚松散层时，巨厚松散层疏松、不稳定的结构会加剧地表下沉，此时断层对地表下沉的阻碍作用已不足以抵消巨厚松散的促进作用，巨厚松散层起着主导地表下沉的作用。

图1 停采后关键层垂直应力

关键层上的弹性能积聚主要集中在采空区两侧，采空区中央弹性能出现耗散的现象。松散层与断层耦合时，关键层上的弹性能积聚明显少于仅松散层工况下。开采初期，断层带的弹性能积聚最先出现在浅埋断层带，断层带弹性能增量形式呈现“碗”状，随着开采长度的增加，弹性能积聚逐渐往深埋断层带转移且弹性能积聚范围也在逐渐增大。

(a) 

(b) 

(c) 

(d) 

(e)

图2 断层带弹性能分布

同时采动诱发断层活化失稳，当工作面距断层带165m时，断层带开始活化失稳，此时断层带处于活化初始阶段；当工作面距断层带120m，断层带处于活化加剧阶段；当工作面距断层带90m，断层带处于活化平稳阶段。断层活化失稳经历了活化初始阶段-活化加剧阶段-活化平稳阶段。无松散层、薄松散层、厚松散层工况下断层带率先发生活化滑移，巨厚松散层作用下断层带活化滑移存在一定的滞后性。

图3 断层活化失稳面积

郭庆彪团队认为，已然发现松散层与断层存在的情况下都会对煤矿开采造成不小的安全隐患，但两者相互耦合时覆岩多物理场是如何变化的，这将是研究重点。利用新的力学理论，新的力学方法揭示特殊地质耦合作用时多物理场演化特征，在未来能够为煤矿安全、高效开采提供理论指导。

郭庆彪，安徽理工大学副教授，博导，中国科协青年托举人才、安徽省优青、淮南市学科名人，安徽理工大学青年托举人才。兼任国际矿山测量协会（ISM）专业委员会委员、中国测绘学会矿山测量专委会委员，中国岩石力学学会委员、中国煤炭学会委员、Geohazard Mechanics青年编委、《煤田地质与勘探》青年编委、《金属矿山》青年编委。长期从事矿山开采沉陷与岩层控制、废弃矿井土地再利用、地质灾害隐患识别等研究工作。主持国家自然科学基金面上项目、青年基金、国家重点实验室开放基金，安徽省高等学校自然科学研究重点项目等纵向课题，主持企事业委托横向课题7项；参与国家科技支撑计划、国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、企事业委托项目多项。发表学术论文50余篇，授权发明专利3项，获省级科技进步奖1项，获行业科技进步奖3项，获市厅级科技进步奖2项，合著专著2部。