DE19628367A1 - Verfahren zur Planung von Abbaubetrieben unter Berücksichtigung einer Verhinderung und Bekämpfung von Gebirgsschlägen, insbesondere in einer Steinkohlenlagerstätte - Google Patents
Verfahren zur Planung von Abbaubetrieben unter Berücksichtigung einer Verhinderung und Bekämpfung von Gebirgsschlägen, insbesondere in einer SteinkohlenlagerstätteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung von
Abbaubetrieben in einer tektonisch beanspruchten
Sedimentationslagerstätte, insbesondere Steinkohlenlagerstätte,
durch Festlegung von Abbaurichtung, Abbaulänge,
Abbaugeschwindigkeit und Abbaufolge, wobei die Lage der
Abbaubetriebe an den tektonischen Störungen im
Lagerstättenkörper orientiert wird und zur Festlegung des zum
Abbau aus- und vorzurichtenden Lagerstättenkörpers das
Einfallen, das Streichen und das Verwurfsmaß der jeweiligen
erkannten geologischen Störung sowie der Verlauf der
Faltungsenergie sowie die durch die tektonische Energie
bewirkten Auflockerungen, Quetschungen und Pressungen im Gebirge
und die dadurch beeinflußten tektonischen Massentransporte als
Planungsgrundlage herangezogen werden.
Ein derartiges Verfahren ist in der WO 95/14155 beschrieben; bei
diesem Verfahren wird der tektomechanische Prozeß bei der
Entstehung der Lagerstätte für die Projektierung der
Lagerstättenteile berücksichtigt, indem die tektomechanischen
Zusammenhänge beim Entstehen des der Abbauplanung unterliegenden
Lagerstättenkörpers als Grundlage der Abbauplanung nutzbar
gemacht werden, wobei präzisere Angaben über Ausgestaltung und
Verhalten der Tektonik die Grundlagen der Abbauplanung wie auch
der zugehörigen Planung dazu notwendiger Aus- und Vorrichtungen
verbessern. So werden bei dem bekannten Verfahren die
Zusammenhänge zwischen Groß- und Kleintektonik oder zwischen
Initial- und Folgestörungen für die Abbauplanung bereits nutzbar
gemacht. Dabei erlaubt die Berücksichtigung der
tektomechanischen Zusammenhänge eine frühzeitigere Angabe
darüber, ob beispielsweise der Verwurf einer bekannten Störung
voraussichtlich gleich bleibt oder in der einen oder anderen
Streichrichtung zu- oder abnimmt. Mit dem bekannten Verfahren
lassen sich demnach bereits Größen von Streichrichtungs- und
Einfallensänderungen bei erkannten Störungen ermitteln und
daraus Schlüsse für die Abbauplanung ziehen; es ist möglich,
Angaben über das Aufreißen von Sprüngen in Abhängigkeit von
Einfallen der Gebirgsschichten, das heißt in Abhängigkeit vom
Stand der Auffaltung, zu machen und daran die Abbauplanung
auszurichten. Auch sind damit schon präzisere Angaben über die
Ausgestaltung das Verhalten der Groß- und Kleintektonik möglich,
womit die Grundlagen für die Abbauplanung und damit die
Abbauplanung selbst zielorientiert zu einem Teil bereits
verbessert sind.
Obwohl mit den bekannten Verfahren die Planungssicherheit bei
der Orientierung von Abbaubetrieben in einem Lagerstättenkörper
bereits verbessert ist, treten beim Abbau beziehungsweise bei
der Gewinnung weitere Probleme im Zusammenhang mit der Gefahr
von Gebirgsschlägen oder Gewichtsbrüchen, auch verbunden mit dem
Auftreten von Gasausbrüchen, auf. So wird bei bekannten
Planungsverfahren für die Beurteilung der Gefahr von
Gebirgsschlägen allein die Petrographie mit Sandstein und
Sandschiefer und die Strategraphie mit dickbankigen Schichten
und deren Abstand zu den Grubenbauen berücksichtigt. Nachteilig
in diesem Zusammenhang ist, daß der tektomechanische Prozeß
nicht berücksichtigt worden ist, der bei der Beurteilung
insbesondere des Zusammentreffens von Gebirgsschlägen mit
Gasausbrüchen von
entscheidender Bedeutung ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das
gattungsgemäße Verfahren im Hinblick auf die Aussagekraft der
Planungsgrundlagen insbesondere für die Vermeidung von
Gebirgsschlägen und Gewichtsbrüchen weiter zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich
vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung
nachgestellt sind.
Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß zur
Verhinderung und/oder Bekämpfung von durch den Abbau ausgelösten
Gebirgsschlägen und/oder Gewichtsbrüchen mit und ohne Auftreten
von Gasausbrüchen durch den tektomechanischen Prozeß entstandene
Bereiche oder Zonen mit einer flächenhaften oder linienförmigen
Vorprägung für durch den Abbau ausgelöste Gebirgsbewegungen
ermittelt, die Abbaubetriebe daran orientiert und/oder Maßnahmen
zur Entspannung des von dem Abbau betroffenen Gebirgskörpers
und/oder zur zusätzlichen Sicherung der Abbaubetriebe
durchgeführt werden.
Mit der Erfindung ist demzufolge der Vorteil verbunden, daß die
tektomechanischen Zusammenhänge beim Entstehen des der Planung
unterliegenden Lagerstättenkörpers nun als Grundlage der Planung
nutzbar gemacht werden, wobei präzisere Angaben über
Ausgestaltung und Verhalten der Tektonik die Grundlagen der
Planung verbessern. So werden die Zusammenhänge zwischen
Groß- und Kleintektonik und zwischen Initial- und Folgestörungen
für die Planung nutzbar gemacht. Die Berücksichtigung der
tektomechanischen Zusammenhänge erlaubt eine frühzeitigere
Angabe darüber, ob beispielsweise der Verwurf einer bekannten
Störung voraussichtlich gleich bleibt oder in der einen oder
anderen Streichrichtung zu- oder abnimmt. Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich in vorteilhafter Weise
Größen von Streichrichtungs- und Einfallensänderungen bei
erkannten Störungen ermitteln und daraus Schlüsse für die
Abbaufolge, der Abbaurichtung, des Abbaufortschrittes und des
Einsatzes von Entspannungsmaßnahmen für die Verhinderung und
Bekämpfung von Gebirgsschlägen ziehen; es ist ferner möglich,
Angaben über das Aufreißen von Sprüngen in Abhängigkeit vom
Einfallen der Gebirgsschichten, das heißt in Abhängigkeit vom
Stand der Auffaltung zu machen und auch daran die Festlegung der
Abbaufolge, der Abbaurichtung, des Abbaufortschrittes und des
Einsatzes von Entspannungsmaßnahmen für die Verhinderung und
Bekämpfung von Gebirgsschlägen auszurichten; ebenfalls sind
präzisere Angaben über die Ausgestaltung und das Verhalten der
Groß- und Kleintektonik möglich, womit die Grundlagen für die
Planung der Abbaufolge, der Abbaurichtung, des
Abbaufortschrittes und des Einsatzes von Entspannungsmaßnahmen
für die Verhinderung und Bekämpfung von Gebirgsschlägen selbst
deutlich verbessert sind, weil nicht nur Petrographie,
Stratigraphie und die Grubengeometrie, sondern auch die Tektonik
umfassend berücksichtigt wird.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun in dem zu
planenden Gebirgsbereich der Verlauf der Faltungsenergie
ermittelt und die Planung der Abbaufolge, der Abbaurichtung, des
Abbaufortschrittes und des Einsatzes von Entspannungsmaßnahmen
für die Verhinderung und Bekämpfung von Gebirgsschlägen sowie
der gegebenenfalls durchzuführenden zusätzlichen örtlichen
Entspannungsmaßnahmen wie zum Beispiel Sprengungen daran
orientiert. Allgemein steht in einem Gebirgskörper der
Faltungsenergie ein Gegendruck gegenüber, der von der Masse des
Gebirges bereitgestellt wird; die Faltungsenergie überwindet
diesen Gegendruck und leistet dabei Arbeit durch das Entstehen
und die Ausgestaltung tektonischer Störungen, wobei aus dem
erkannten Verlauf der Faltungsenergie die Ausgestaltung einer
Störung als Grundlage der Abbaufolge, der Abbaurichtung, des
Abbaufortschrittes und des Einsatzes von Entspannungsmaßnahmen
für die Verhinderung und Bekämpfung von Gebirgsschlägen
erkennbar ist.
Durch den tektomechanischen Prozeß und damit durch die
Faltungsenergie sind im Gebirge Aufscherungen entstanden, die
teilweise durch Bewegungsvorgänge zu tektonischen Störungen
ausgestaltet wurden, teilweise aber auch Aufscherungen blieben.
Auch die Aufscherungen, die in Verbindung mit der Ausgestaltung
der Scherflächen zu Störungen entstanden, sind oft selbst nicht
zu tektonischen Störungen ausgestaltet worden. Erst durch
Berücksichtigung des tekto-mechanischen Prozesses entstehen
umfangreiche Hinweise darauf, wo das Gebirge in seinem alten
Zustand weitgehend erhalten blieb und wo es geschert oder
zerschert ist.
Da die Dickbankigkeit insbesondere von Sandstein und
Sandschiefer ausschlaggebende Kriterien für die Beurteilung der
Gebirgsschlaggefahr liefert, ist es wichtig zu wissen, wo durch
Aufscherungen eine Art Schichtung vorhanden ist. Dadurch wird es
möglich, daß örtlich dickbankige Schichten dünnschichtig
aufgeschert sind, die mit einer dünnbankigen Schichtung
vergleichbar ist. Die Aufscherungen Können bei flacher Lagerung
senkrecht oder schräg stehen. Das heißt, für die Verhinderung
oder Bekämpfung von Gebirgsschlägen sind Sandstein und
Sandschiefer an einer Stelle nicht gleich Sandstein oder
Sandschiefer an anderer, obwohl petrographisch eine
Übereinstimmung besteht. Erst die Berücksichtigung des
tektomechanischen Prozesses läßt eine umfassende Beurteilung
aber gebirgsschlagrelevante Gefährlichkeit einer Dickbankigkeit
zu. Gleichwertigegeologische Voraussetzungen in Hinblick auf
eine Gebirgsschlaggefahr können umfassend nur bei
Berücksichtigung des tektomechanischen Prozesses festgestellt
werden, wozu die Auswirkungen der Faltungsenergie und des von
der Masse des Gebirges bereitgestellten Gegendruckes
heranzuziehen sind. Das Nebengestein ist allein durch Bohrungen
gebirgsschlagrelevant umfassend nicht zu beurteilen. Die
Beurteilung erfolgt stets dahingehend, daß eine Dickbangigkeit
vorhanden ist, ohne daß Aufscherungen berücksichtigt werden.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird daher geprüft,
ob die Bankigkeit von Schichten durch Aufscherungen und
Zerstörungen eine dünnbankige Struktur erhalten haben, die für
die Minderung der Gebirgsschlaggefahr relevant ist.
Zu betonen ist, daß auch in weiterer Hinsicht die Tektonik als
Einflußgröße für die Gebirgsschlaggefahr unvollständig bekannt
ist. So werden zwar tektonische Störungen als Einflußgrößen
beachtet. Unbeachtet aber bleibt, daß heutige tektonische
Störungen als Aufscherungen angelegt und erst durch
Bewegungsvorgänge auf oder an den Störungsflächen zu
Überschiebungen, Abschiebungen und Verschiebungen ausgestaltet
wurden. Dadurch wurden Scherflächen zu tektonischen Störungen
mit Überschiebungsmaßen, Verwürfen und Verschiebungsmaßen. Als
weiteres Attribut haben die tektonischen Störungen als Folge von
Aufscherung und anschließende Ausgestaltung durch
Bewegungsvorgänge ein Einfallen, eine Einfallensänderung und ein
Streichen.
Nun werden nicht alle Aufscherungen durch Bewegungsvorgänge zu
tektonischen Störungen. Für die Gebirgsschlaggefahr ist es
grundsätzlich unerheblich, ob Scherflächen zu Störungen geworden
sind oder nicht. Die Berücksichtigung des tektomechanischen
Prozesses erlaubt, nicht nur die herkömmliche Projektierung der
tektonischen Störungen zu verbessern. Sie gibt auch Hinweise auf
das Vorhandensein vom Aufscherungen, an denen keine Verwürfe
oder Miniverwürfe im mm- oder cm- Bereich vorhanden sind, die
vermessungstechnisch in der Regel nicht aufgenommen werden und
daher im Grubenbild auch nicht enthalten sind. Auch gibt die
Berücksichtigung des tektomechanischen Prozesses Hinweise auf
Streichen und Einfallen der Aufscherungen, die zur Beurteilung
der Gebirgsschlaggefahr und der Bekämpfung von Gebirgsschlägen
mit und ohne Gasausbrüche durch Festlegung der Abbaufolge, der
Abbaurichtung und des Einsatzes von Entspannungsmaßnahmen sowie
der Sicherungsmaßnahmen gegen Gewichtsbrüche herangezogen
werden.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die
Aufscherungen und Zerstörungen des Gebirges bei der Abbaufolge,
der Abbaurichtung, des Abbaufortschrittes und des Einsatzes von
Entspannungsmaßnahmen für die Verhinderung und Bekämpfung von
Gebirgsschlägen mit und ohne Gasausbrüche sowie bei
Sicherungsmaßnahmen gegen Gewichtsbrüche berücksichtigt.
Desweiteren "erinnert sich" das Gebirge in Verbindung mit
untertägigen Aktivitäten des Bergmannes an seine Vergangenheit
und damit an den tektomechanischen Prozeß, den es infolge der
Wirkung der Faltungsenergie und des Gegendruckes erlitten hat.
Bewegungen im Gebirge sind infolge des bergmännischen Eingriffes
vorrangig dort zu erwarten, wo während des tektomechanischen
Prozesses bereits Bewegungen stattgefunden haben. Dort sind die
Flächen, auf denen die Bewegungen infolge des bergmännischen
Eingriffes vonstatten gehen, vorhanden. Energien für das
Aufreißen von aktuellen Bewegungsflächen sind hierdurch nicht
erforderlich, das Gebirge ist bereits mehr oder weniger zerstört
und damit für die Aufnahme von Bewegungen vorbereitet.
Im tektomechanischen Prozeß blieben die Bewegungsvorgänge bei
der Ausgestaltung der tektonischen Störungen nicht auf die
Störungen beschränkt. Es entstanden seitlich der Störungen bzw.
oberhalb und unterhalb der Störungen Auflockerungen und
Quetschungen. Das gilt für Überschiebungen, Abschiebungen und
Verschiebungen. Dabei werden die entstehenden Auflockerungen und
Quetschungen nicht immer nur durch eine einzigen tektonischen
Störung sondern auch durch zwei und mehr Störungen
hervorgerufen. Die Auflockerungen und Quetschungen werden durch
Bewegungen an den Scherflächen aufgehoben, die nur zum Teil
Überschiebungsmaße, Verwürfe oder Verschiebungsmaße haben.
Durch den tektomechanischen Prozeß entstanden Bereiche oder
Zonen, die für Bewegungen als Folge des bergmännischen
Eingriffes untertage, vorgeprägt sind und die sowohl flächenhaft
als auch linienförmig ausgestaltet sind. Beide Ausgestaltungen,
flächenhaft oder linienförmig, sind aber für die Beurteilung und
Planung der Abbaufolge, der Abbaurichtung, des
Abbaufortschrittes und der Durchführung von
Entspannungsmaßnahmen, wesentlich.
Im Gegensatz zu Bereichen mit Quetschungen und Auflockerungen,
in denen Bewegungen auf oder an tektonischen Störungen sowie
Aufscherungen mit und ohne geringfügige Bewegungen stattfanden,
gibt es Bereiche, die durch die Faltungsenergie und den
Gegendruck, den das Gebirge bereitstellt, zusammengepreßt und
komprimiert wurden. Hier entstanden keine Flächen, an denen
Bewegungen stattfanden. Statt dessen wurde das Gebirge
zusammengepreßt. Die Spannungen im Gebirge wurden im
tektomechanischen Prozeß in Bereichen mit Pressung erhöht, ohne
daß Bewegungsvorgänge, wie sie in Bereichen mit Auflockerungen
und Quetschungen vonstatten gingen, die Spannungen immer wieder
abbauten.
Die Bewegungsvorgänge als Folge des bergmännischen Eingriffes
nutzen die Flächen, die das Gebirge anbietet. In
Kompressionsbereichen ist dieses Angebot nicht und wenn
überhaupt nur in einem beschränkten Umfange vorhanden. Das
bedeutet, in Bereichen mit Kompressionen bringt das Gebirge die
Voraussetzungen mit, daß als Folge der durch die Abbauführung
örtlichen Gebirgsspannungen, die nicht sofort durch Bewegungen
auf oder an vorhandenen Scherflächen aufgelöst werden,
entstehen. Zugleich wird der ursprüngliche Zustand der
Bankigkeit und damit auch Dickbankigkeit erhalten und nicht
durch dünnbankige Strukturen, die unterschiedliche Richtungen im
Gebirge annehmen können und die Gebirgsschlaggefahr minimieren,
überprägt.
Abbaukanten erhöhen bei bestimmten Rahmenbedingungen die
Gebirgsschlaggefahr. Abbaukanten erzeugen Trennflächen zwischen
Gebirgsteilen, die den Bewegungsvorgängen als Folge des
bergmännischen Eingriffes direkt unterworfen waren und solchen,
in denen durch die Stützwirkung des Abbaus ein höherer Druck
entstand, mit der Möglichkeit des Entstehens höherer Spannungen
im Gebirge. Bewegungsvorgänge stören oder zerstören die
Ursprungsstruktur des Gebirges. Das aber geschieht auch im
tektomechanischen Prozeß unter Einwirkung der Faltungsenergie,
wenn das Gebirge durch Auflockerungen und Quetschungen und durch
Aufscherungen beansprucht wird. Damit werden Abbaukanten und
Grenzen zwischen unterschiedlich beanspruchten und oder nicht
beanspruchten Bereichen vergleichbar, wobei der abgebaute
Bereich mit dem tektonisch beanspruchten Bereich und der
anstehende mit dem tektonisch nicht oder kaum beanspruchten
Bereich in die gleiche Richtung für die Beurteilung und Planung
zur Festlegung der Abbaufolge, der Abbaurichtung, des
Abbaufortschrittes und des Einsatzes von Entspannungsmaßnahmen
tendiert.
Auf Grenzen zwischen unterschiedlich beanspruchten Bereichen
laufen kleintektonische Störungen aus, weil die Voraussetzungen
für das Entstehen bestimmter tektonischer Störungsarten sich
ändern. Wo tektonische Störungen mit Verwürfen auslaufen, laufen
auch Scherflächen aus, die nicht zu Störungen mit
Überschiebungsmaß oder Verwurf ausgestaltet wurden. Zugleich
enden im Bereich der Grenzen die Aufscherungen, die in
Verbindung mit dem Auslaufen der tektonischen Störungen stehen.
Im vorstehenden Zusammenhang können auf den Grenzen zwischen
unterschiedlich beanspruchten Bereichen nur Störungen und
Aufscherungen auslaufen, die in den Bereichen entstehen konnten.
Das gilt für Auflockerungs- und Quetschungsbereiche. Es gilt
nicht oder kaum für Pressungs- bzw. Kompressionsbereiche, wo das
Störungsinventar nach "Null" geht. Es gilt auch für die
Nachbarbereiche von Pressungen und Kompressionen. Dort wurde
Faltungsenergie durch Aufscherungen und Bewegungen reduziert,
wobei es zu einer Art Nachbarschaftshilfe für die
Pressungsbereiche kam.
Der Abbau verursacht Bewegungen auch auf den Scherflächen,
insbesondere im Bereich der Abbaukanten, wo der Zusatzdruck, der
vom Abbau ausgeht, zur Seite hin schnell abnimmt. Die Bewegungen
enden am Ende der Scherflächen, d. h. auf den Grenzen zwischen
unterschiedlich beanspruchten Bereichen, wenn der durch
Aufscherung beanspruchte Bereich abgebaut wird und auf der
anderen Seite so gut wie kaum Scherflächen vorhanden sind, die
Bewegungsvorgänge aufnehmen können. Dadurch kommt es zu einer
Art "<Kerbspannung" im Gebirge.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Stellen
festgelegt, an denen ein Abbau die Grenze zwischen tektonisch
beanspruchten Bereichen kreuzt, an der Kreuzungsstelle der
Bereich abgebaut ist, der Aufscherungen hat und sich auf der
anderen Seite kaum Aufscherungen befinden.
Nach einem weiteren Beispiel der Erfindung wird bei Grenzbauen
im Abbauvorfeld überprüft, ob dort Grenzen zwischen
unterschiedlich beanspruchten Bereichen sind und bei der Gefahr
von Kerbspannungen der Abbau in einer größeren Entfernung als 50
m eingestellt. Das gleiche gilt für eine Strecke parallel zum
Abbaufeld und im Abbauvorfeld. Sind Abbaukanten in Nachbarflözen
vorhanden, gelten die Kerbspannung für den geplanten Betrieb,
der bei Kerbspannung öfter überprüft wird.
Die Vergleichbarkeit von Abbaukanten und Grenzen zwischen
unterschiedlich tektonisch beanspruchten Gebirgsbereichen ist in
Bezug auf Inselbildungen von abbaufreien Bereichen, wie es
bisher für das Erkennen der Gebirgsschlaggefahr gehandhabt
wurde, wesentlich. So kann bei einer stärkeren Aufscherung eine
Insel, die in Verbindung mit erhöhter Gebirgsschlaggefahr zu
bergmännischen Aktionen führt, gar nicht entstehen. Auf der
anderen Seite ist es möglich, daß eine Insel im Sinne einer
Aufscherung sich vor der Abbaufront befindet. Die
Berücksichtigung des tektomechanischen Prozesses läßt auch die
linienförmigen Aufscherungen und die Stellen, wo sich
linienförmige Aufscherungen kreuzen und das Gebirge sehr stark
zerscherrt ist, frühzeitig erkennen; so daß die Abbaufolge, die
Abbaurichtung, der Abbaufortschritt und der Einsatz von
Entspannungsmaßnahmen darauf bereits in der Planung abgestellt
werden können.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird geprüft, ob
eine Abbauinsel durch Aufscherungen zerstört ist oder nicht.
Tektonische Störungen haben durch Bewegungsvorgänge, die an
ihnen stattfinden, ein Umfeld, das nicht immer von Zerstörungen
verschont ist. Das gilt insbesondere, wenn sich die
Bewegungsvorgänge nach Intensität und Richtung ändern oder
Bewegungsvorgänge gestoppt werden. Durch Berücksichtigung des
tektomechanischen Prozesses sind diese Stellen und die Stellen
ohne Änderung des Bewegungsvorganges zu ermitteln. Von
Zerstörungen weitgehend verschont blieben Aufscherungen, an
denen insbesondere bezogen auf das Einzelelement nur geringe
Bewegungen stattfanden. Dabei können bis zu einem Abstand von
200 m von größeren tektonischen Störungen parallel zu den
Störungen streichende Aufscherungen vorhanden sein, die im
tektomechanischen Prozeß nach bestimmten Regeln entstanden sind
und an denen Auflockerungen durch Faltungsenergie und den
Gegendruck zugeschoben wurden. An den Grenzen der Aufscherungen
entstehen Grenzen ohne Übergänge wie an Abbaukanten. Die
Begrenzungen der Abbaueinwirkungen oberhalb des Abbaues haben
ein Einfallen, das zum abgebauten Bereich hin gerichtet ist.
Dadurch hat eine Abbauinsel über sich eine Gesteinspyramide, die
vom Abbau unbeeinflußt ist, und darüber ein durch
Bewegungsvorgänge in Mitleidenschaft gezogenen Bereich. Bei
entsprechendem Einfallen der Scherflächen ergibt sich ein
vergleichbarer Zusammenhang in der Kombination von Ergebnissen
des tektomechanischen Prozesses und der Abbauführung, weil
oberhalb der Abbauführung ein Bewegungsvorgang vorauseilt,
dessen Begrenzung zum Abbau hin einfällt. So kann wie bei einer
Abbauinsel, ein überdimensionaler Sargdeckel entstehen, der aus
unbeanspruchten Gebirge besteht und für die Gebirgsschlaggefahr
somit relevant ist. Die Bereiche der Aufscherungen ziehen die
Bewegungsvorgänge im Gebirge, die als Folge bergbaulicher
Aktivitäten entstehen, auf sich. Damit ergeben sich um eine
Gebirgsinsel, die ohne Aufscherungen ist, Vorgänge, die dazu
führen, daß unterhalb von seitlichen Aufscherungen Zusatzdrücke
erzeugt werden, wenn die Bewegungen auf den Scherflächen
dynamische Drücke nach unten hin auslösen. Die Zusatzdrücke, die
durch Abbaukanten entstehen, sind für die Beurteilung einer
Gebirgsschlaggefahr wesentlich. Diese Zusatzdrücke werden zwar
nicht unmittelbar neben den Abbaukanten, aber doch bereits nach
wenigen Metern Abstand durch die Konsistenz und Struktur des
Gebirges beeinflußt. So tendiert, insbesondere beim ersten
Abbau, der Abbaueinfluß mit seinen Bewegungsvorgängen, dort mehr
zur Seite, ,wo die Scherflächen für die Bewegungsvorgänge als
Folge des tektomechanischen Prozesses bereits vorhanden sind.
Dementsprechend verteilt sich der Zusatzdruck auf einen
breiteren Bereich. Er ist dementsprechend örtlich weniger groß.
Im Gegensatz dazu steht der Bereich, der durch Scherflächen
wenig oder überhaupt nicht vorgeprägt ist, wie nicht
aufgescherte dickbankige Schichten. Hier wird das Gebirge
versuchen, durch Biegungen auf die Beanspruchung zu reagieren,
mit dem entsprechenden Aufbau von Biegespannungen.
Beim Anlaufen eines Abbaubetriebes bricht das Haupthangende erst
nach einem gewissen Abbaufortschritt herein. Durch die noch
unzerstörte großflächige Hangendbank können erhebliche
Gebirgsdrücke auf den Strebstoß übertragen werden. Daher wird
empfohlen, den Abbaubetrieb am Alten Mann beginnen zu lassen, wo
das Haupthangende bereits hereingebrochen ist. Da für den ersten
Abbau diese Verfahrensweise nicht angewandt werden kann, bietet
sich ersatzweise ein aufgeschertes Gebirge an, in dem das
Haupthangende weniger in der Lage ist, großflächig oberhalb des
Abbaus bestehen zu können, um so die Gebirgsschlaggefahr zu
minimieren.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird von
Vollversatz auf Bruchbau in Bereichen umgestellt, in denen das
Gebirge durch Aufscherungen beansprucht ist. Dasselbe gilt für
die Verlängerung von Streben sowie für den Wegfall von
Baustoffriegeln bzw. Streckenbegleitdämmen.
Wichtig für das Erkennen einer Gebirgsschlaggefahr ist das
Entspannen des Gebirges nach oben zur Tagesoberfläche hin sowie
die Behinderung der Entspannung durch Scherflächen und
überlagernde Gebirgsblöcke, die von Nachbarschollen
bereitgestellt werden. Dabei war die Oberfläche des
Steinkohlengebirges früher einmal die Oberfläche des Gebirges
zur Tagesoberfläche bzw. zur Brandung, die mitgeholfen hat, eine
quasiebene Oberfläche des Steinkohlengebirges zu schaffen.
Zu beachten ist, daß der Entspannung ein neuer
Überlagerungsdruck folgte, der vom späteren Deckgebirge
bereitgestellt wurde. Dadurch wurde das konsolidierte Gebirge im
Zuge der Abtragung von Gebirgsbereichen zunächst entspannt und
anschließend durch den zunehmenden Überlagerungsdruck unter eine
Art "Stauchungseffekt" gestellt. Dieser Vorgang steht im
Gegensatz zur Ablagerung der Gebirgsschichten des flözführenden
Gebirges, d. h. zur Sedimentation, als das Gebirge in einen
relativ weichen Zustand war. Das sedimentierende Gebirge war
weniger oder nicht in der Lage, Spannungen insbesondere in
Kompressionsbereichen, aufzunehmen.
Eine Kompression des flözführenden Gebirges fand durch das
zunehmend entstehende Deckgebirge und dabei mehr oder weniger
unter Mitwirkung des Horizontaldruckes der Erdkruste statt. Der
Horizontaldruck ist zum Teil höher als der Überlagerungsdruck.
In der Nähe des Deckgebirges hat das Gebirge gelernt, sich
generell zu entspannen, um anschließend wieder Spannungen
aufzunehmen. Das Gebirge in Deckgebirgsnähe kennt also den
Vorgang des Entspannens, der für die Verminderung der
Gebirgsschlaggefahr von wesentlicher Bedeutung ist. Doch war der
Vorgang des Entspannens, je nach Konstellation von Petrographie,
Stratigraphie und Tektonik unter Berücksichtigung des
tektomechanischen Prozesses unterschiedlich.
Wenn der Entspannungsvorgang (nach russischen Angaben) bis 250 m
unterhalb der Tagesoberfläche reicht, dann ist etwa 250 m
unterhalb des Deckgebirges ein gebirgsschlagrelevanter Übergang
vorhanden. Dort wirken sich Grenzen zwischen Bereichen mit
Kompression und Bereichen mit Aufscherungen besonders intensiv
aus. In Bereichen min Aufscherungen waren die Entspannungen
durch Entlastungen infolge der Gebirgsabtragung möglich. In
Bereichen mit Kompression fand der Entspannungsvorgang in einem
bestimmenten Niveau unterhalb der vorübergehenden
Tagesoberfläche statt. Bereiche mit Aufscherungen werden heute
schneller entspannt, weil das Gebirge einen Entspannungsvorgang
kennt, der durch weitgehende Entlastung vom Überlagerungsdruck
verursacht ist.
Oberhalb des Bereiches, etwa 250 m unterhalb des Deckgebirges,
kommt es zu Gewichtsbrüchen, wenn die Scherflächen so angeordnet
sind, daß oberhalb von bergmännischen Hohlräumen,
sargdeckelartig ausgebildete Strukturen vorhanden sind,
insbesondere mit großer Dickbankigkeit der Gebirgsschichten. Die
Gewichtsbrüche können dann auftreten, wenn die Aufscherungen
durch die Initialwirkungen schollenbegrenzender Sprünge und von
nach oben hin auslaufenden Überschiebungen so sind, daß in
Verbindung mit dickbankigen Gebirgsschichen sargdeckelartige
Strukturen entstehen.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die
Folgeaufscherungen von Initialstörungen, die in Verbindung mit
dem tektomechanischen Prozeß durch die einwirkende
Faltungsenergie sowie des Gebirgsdruckes und der Bewegungen zur
Ausgestaltung größerer tektonischer Störungen entstehen, und die
Stellen, die gewichtsbruchgefährdet sind, ermittelt. In den so
ermittelten Bereichen wird die Ausbauverspätung reduziert,
Stillstände von Vortriebsmaschinen und Abbaustillstände
vermieden, indem dort keine Pausen durch Wochenende und
Feiertage entstehen.
Gebirgsschläge stehen häufig, aber nicht immer, in Verbindung
mit Gasausbrüchen. Das erfolgt, wenn diejenigen Scherflächen,
die das Entstehen von Gebirgsschlägen in Verbindung mit
Abbaufolge, Abbaugeschwindigkeit und Abbaurichtung
einschließlich Abbaugeometrie begünstigen, gegenläufigen
Bewegungen ausgesetzt waren, wobei die Bewegungen horizontal,
vertikal oder horizontal und vertikal oder diagonal gerichtet
sein können. Dann entstand im Bereich der Scherflächen
mylonitisiertes Gebirge mit der Fähigkeit, daß Gas an Kohlen
angelagert werden kann. Bei entsprechendem Gebirgsdruck und
Zusatzdruck durch die Abbaugeometrie entstehen hohe Drücke auch
im Gas, die im Zusammenhang mit Spannungsauslösungen freigesetzt
werden. Dabei ist es unerheblich, was Auslöser des kombinierten
Ereignisses ist, der Gasdruck oder die Spannungskonzentration.
Auch innerhalb eines Flözes können in nebeneinanderliegenden
Bänken unterschiedliche Strukturen vorhanden sein. So zeigt eine
Bank Überschiebungstektonik, die Nachbarbank nicht. Im Bereich
der Überschiebungstektonik ist die Kohle mylonitisierter als im
Nachbarbereich und damit für Gasausbrüche vorgeprägter.
Kontrollen über Gasinhalt und den Gasdruck werden daher nach
einem Beispiel der Erfindung im Bereich der Bank mit
Überschiebungen durchgeführt und nicht in den Nachbarbereichen.
Die Mylonitisierung verhindert das Abfließen von einer Bank in
die andere.
Bei dem Entstehen von Abbauinseln und der geringen Beeinflussung
durch tektonische Strukturen mit Begrenzung durch Abbaukanten,
Strebfront, Kanten von Strecken und tektonisch bedingten
gebirgsschlagrelevanten Strukturen sowie bei Anwesenheit
dickbankiger Schichten, wird die Überwachungstätigkeit zur
Verhinderung von Gebirgsschlägen nach einem Beispiel der
Erfindung verstärkt.
Es gibt Lagerstätten, in denen der ursprüngliche
Spannungszustand, der die Energieflußrichtung und die Richtung
des wirksamen Gegendruckes mitbestimmte, etwa die gleiche
Richtung aufwies, wie die heutigen gemessenen Drücke. In diesem
Falle bauen sich vergleichbare Spannungszustände auf, wie sie
ursprünglich vorhanden gewesen sind. Das bedeutet, die
ursprünglichen Spannungszustände sind mitbestimmend für den
Aufbau von heutigen Spannungen, weil das Gebirge für
Spannungsauf- und abbau eine Vorprägung erhalten hat.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ermittelt, wo
Spannungskonzentrationen, die in Kompressionsbereichen vorhanden
waren und danach unter Berücksichtigung sonstiger
gebirgsschlagrelevanter Einflüsse, die Stellen bestimmt, in
denen Vorkehrung zur Verhinderung von Gebirgsschlägen getroffen
werden.
Stimmt der ursprüngliche Spannungszustand mit
Energieflußrichtung und Richtung des wirksamen Gegendruckes mit
der heutigen Druckrichtung nicht überein, dann wird nach einem
Beispiel der Erfindung geprüft, ob und inwieweit die
ursprüngliche Druckverteilung und die derzeitigen
Druckverhältnisse gemeinsam in Bezug auf eine Verhinderung von
Gebirgsschlägen beachtet werden müssen. Dabei ist festzuhalten,
daß oberhalb von Abschiebungen unabhängig davon, ob Bewegungen
nach oben oder nach unten gehen, bei konvexen
Streichrichtungsänderungen nur Auflockerungen und bei konkaven
Streichrichtungsänderungen nur Quetschungen entstehen. Das
ändert sich unterhalb von Abschiebungen. Dort entstehen bei
konvexen Streichrichtungsänderungen von Abschiebungen bei
Bewegungen nach unten Kompressionen oder Pressungen und bei
Bewegungen nach oben Auflockerungen und Pressungen. Dadurch ist
bei einer Druckverteilung, die Anlaß zu Bewegungen an
Abschiebungen nach oben ist, die Gebirgsschlaggefahr unterhalb
von Abschiebungen gemindert. Bei konkaven
Streichrichtungsänderungen von Abschiebungen entstehen unter der
Abschiebung bei Bewegungen nach unten Auflockerungen und bei
Bewegungen nach oben Pressungen bzw. Kompressionen. Hier wird
bei Bewegungen nach oben und entsprechender heutiger
Druckwirkung die Gebirgsschlaggefahr größer.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die derzeitige
Druckverteilung ermittelt und mit der Druckverteilung im
tektomechanischen Prozeß, wie sie sich aus den heutigen
tektonischen Strukturen ergeben, durch Simulation verglichen.
Der Vergleich basiert auf dem Naturgesetz, daß der heutige
Zustand ein Ergebnis des geringsten Energieaufwandes ist.
Maßgebend ist die erste Phase des tektomechanischen Prozesses.
Spätere Phasen, die zwischendurch andere
Druckverhältnisse fanden, fanden Bewegungsbahnen vor, die
genutzt wurden. Das gilt weitgehend auch für das Entstehen von
Kompressionsbereichen.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wird für die 1.
Phase des tektomechanischen Prozesses die Energieflußrichtung
und die daraus entstehenden Aufscherungen nach Art und
gebirgsschlagrelevantem Verhalten ermittelt und danach die
Arbeiten zur Verhinderung von Gebirgsschlägen ausgerichtet.
Spätere Phasen des tektomechanischen Prozesses werden
dahingehend überprüft, inwieweit die erste Phase unbeeinflußt
abgeändert und/oder überprägt wurde. Die dadurch ermittelten
Strukturen werden dahingehend untersucht, inwieweit und wann sie
gebirgsschlagsrelevant, gebirgsschlagsrelevant mit Gasausbrüchen
oder lastbruchrelevant sind und danach die erforderlichen
Maßnahmen eingeleitet.
Dabei geht von den Abschiebungen eine Druckkomponente aus, die
eine Resultierende von Überlagerungsdruck und Horizontaldruck
ist und von den Abschiebungen ausgeht. Sie ist schräg nach unten
gerichtet, wie Messungen zeigen. Sie war es auch im
tektomechanischen Prozeß.
Auch bei Überschiebungen bestand diese Druckkomponente, die sich
als Resultierende von Überlagerungsdruck und Faltungsenergie
bzw. Gegendruck ergibt. Zwischen Überschiebungen und
Abschiebungen besteht hinsichtlich der Kompressionsbereiche ein
Unterschied, der darin besteht, daß bei Abschiebungen die
Kompression, die durch die Resultierenden an den
Störungsabschnitten und durch Energie und Gegendruck entstehen,
in Bereichen mit konvexer Streichrichtungsänderung sich
unterhalb der Abschiebung überlagern. Bei Überschiebungen mit
konvexer Streichrichtungsänderung überlagern sich die
Resultierenden, die von den Störungsabschnitten ausgehen.
Zugleich sorgt der Bewegungsvorgang, der durch die
Faltungsenergie veranlaßt wird, für einen Bewegungsvorgang, der
von dem Knick im streichenden Verlauf weggerichtet ist, für
Auflockerung, die sich durch Reibung auf der
Überschiebungsfläche auf den Bereich darunter überträgt. Dadurch
wird die Kompression vermindert oder sogar aufgehoben. Nach
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unterhalb von
Abschiebungen im Bereich der Kreuzungsstellen zwischen
Aufscherungen, die durch die Faltungsenergie entstehen und den
Grenzen der Kompression, die durch Faltungsenergie und
Resultierender aus dem Überlagerungsdruck und Horizontaldruck,
der senkrecht zu den Abschiebungen besteht, gebildet. Dabei wird
vermieden, daß an dieser Stelle eine Abbaukante entsteht und im
gleichen Zusammenhang an dieser Stelle der Bereich außerhalb der
Kompression abgebaut wird. Die Vermeidung erfolgt insbesondere
bei dickbankigen Schichten mit Sandstein und Sandschiefer unter
und oberhalb des Flözes.
Die Möglichkeit, von den tektonischen Strukturen aus auf eine
Gebirgsschlaggefahr schließen zu können, eröffnet zugleich die
Gelegenheit, Ergebnisse von Maßnahmen der Spannungsminderung als
Grundlage der Verbesserung der Störungsprojektion heranzuziehen.
Wenn Spannungskonzentrationen auf Grenzen zwischen
unterschiedlich beanspruchten Bereichen liegen, dann sind dort
erhöhte Bohrmehlmengen zu erwarten, die nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung zur exakten Festlegung der
Grenzen herangezogen werden. So können Knicke im streichenden
Verlauf von Abschiebungen genau projektiert werden.
Ohne Berücksichtigung des tektomechanischen Prozesses ist es
nicht ausgeschlossen, daß Entspannungsbohrungen durchgeführt
werden in Bereichen, in denen eine Schichtgleitung diagonal auf
eine Aufscherung, die eventuell eine beachtliche Breite von 100
m hat, trifft. In diesem Falle ist das Gebirge zerstört. Der
Bohrmehlanfall ist groß. Durch die Entspannungsmaßnahmen wird
das Gebirge zusätzlich in Mitleidenschaft gezogen und der
Zusammenhalt in Frage gestellt obwohl eine
Spannungskonzentration bei Berücksichtigung des
tektomechanischer Prozesses nicht zu erwarten gewesen wäre.
Derartige Schichtgleitungen sind zu erwarten in einem Bereich
bis zu 400 m bankrechten Abstand von Überschiebungen, wenn die
Überschiebung nach oben hin ausläuft, bis zu 200 m bankrechten
Abstand von den Überschiebungen, wenn die Überschiebung nach
unten hin aus läuft, oder sich das Überschiebungsmaß in einem
Bereich ändert, der zwischen Bereichen mit konstanten
Überschiebungsmaßen im Einfallen liegt. Schichtgleitungen sind
ferner zu erwarten in Bereichen mit geneigter und steiler
Lagerung, wenn sich in der Nachbarschaft keine steiler
einfallenden Gebirgsschichten befinden. Dazu kommen
Schichtgleitungen dort, wo sich das Einfallen einer Abschiebung
von oben nach unten verändert. Unter dieser Voraussetzung
befindet sich die Schichtgleitung oberhalb der Abschiebung in
dem Bereich, aber über die Einfallensänderung abgeschoben wurde
die Schichtgleitung reicht bis zu 1000 m Abstand von der
Abschiebung oder bis zur Mitte der Scholle.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Bereiche
mit Schichtgleitung ermittelt, die Richtung der Schichtgleitung
in Beziehungen zu Aufscherungen gesetzt und das zerstörte
Gebirge in dem keine Spannungen zu erwarten sind, von Maßnahmen
zur Spannungsminderung im Gebirge ausgeschlossen.
Spannungskonzentrationen stehen in Verbindung mit
Abbaugeometrie, Streckengeometrie, Stratigraphie, Petrographie
und Tektonik, wie sie durch den tektomechanischen Prozeß
entstanden sind. Nach den vorstehenden Ausführungen kommen dazu
die Lastbrüche, die Gebirgszerstörungen mit Nachbrüchigkeit, die
Gasausbrüche mit Gasinhalten und Gaszirkulationen. Damit ist ein
beachtlicher Teil des Gesamtzusammenhanges im Bergbau an den
Spannungskonzentrationen beteiligt. Der Gesamtzusammenhang ist
als Folge einer unwidersprochenen Komplexität unübersichtlich
und zum Teil verwirrend. Das legt die Erstellung von Strukturen
eines Gesamtzusammenhanges "Spannungskonzentration" nahe, wobei
jeder einzelne Teilbereich in Teilablaufsträngen vollständig
erfaßt wird und diejenigen Stellen mit Abzweigen zur
Gebirgsschlagsverhütung versehen werden, die dafür inhaltlich
relevant sind. Die gleichen Anforderungen sind jeweils in
umgekehrter Richtung vorhanden, d. h. die Bearbeitung der
Ausgasung, des Ausbaus und der Nachbrüchigkeit stellt
prinzipiell die gleichen Anforderungen wie die
Gebirgsschlagsverhütung.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden
Ablaufstränge der Bearbeitung und dabei nicht zuletzt der
Bearbeitung mit Hilfe der EDV erstellt. Das gleiche geschieht
für Gasgehalte, Gaszirkulation, Nachbrüchigkeit und
Ausbauwirtschaft. Dabei werden die Abzweige zu
korrespondierenden Ablaufsträngen entsprechend der Einflußgröße
und Einflußintensität gekennzeichnet.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind für
die Ablaufstränge bereits fertiggestellte Ablaufstränge der
tektomechanischen Bearbeitung Anhalt und Orientierung. So werden
darin die Stellen gekennzeichnet, die jeweils relevant sind für
Gasgehalte,, Gaszirkulation, Nachbrüchigkeit und
Ausbauwirtschaft.
Auflockerungen entstehen oberhalb von Abschiebungen, wenn
Bewegungsvorgänge im Bereich von konvexen
Streichrichtungsänderungen (Knicke und Bögen) auf den
Abschiebungsflächen nach unten oder oben stattfinden. In beiden
Fällen driften die Gebirgsblöcke auseinander. Das erfolgt im
tektomechanischen Prozeß bei Bewegungsvorgängen nach unten, weil
die Gebirgsblöcke zu beiden Seiten des Bereiches versuchen, der
Erdanziehung zu folgen. Es erfolgt gleichfalls im
tektomechanischen Prozeß bei Bewegungsvorgängen nach oben, weil
die Gebirgsblöcke als Folge der Abstreifeffekte, die von
Faltungsenergie bzw. vom Gegendruck verursacht werden,
versuchen, von den Knicken oder Bögen wegzuwandern. Die jeweils
entstehenden Auflockerungen werden anschließend durch die
Wirkung von Faltungsenergie und Gegendruck zugeschoben. Durch
das Entstehen von Auflockerung und durch deren Beseitigung
infolge Faltungsenergie und Gegendruck werden Scherflächen im
Auflockerungsbereich erzeugt, auf denen Bewegungen infolge des
bergmännischen Eingriffes vonstatten gehen.
Spannungskonzentrationen sind hier nicht zu erwarten, weil
entstehende Spannungen, die als Folge bergmännischen Tätigkeit
entstehen, durch Bewegungen auf vorhandene Flächen abgebaut
werden können. Vergleichbares gilt für Gewichtsbrüche. Die in
sich zusammenhängenden Gebirgsteile werden dafür vom Volumen
nicht umfangreich genug. Grubengas kann die Gebirgsschlaggefahr
nicht vergrößern. Es kann in Auflockerungsbereichen spätestens
zu den offenen Grubenbauen hin abwandern, so daß der Gasdruck
sich nicht erhöht.
In Bereiche mit konvexen Streichrichtungsänderungen von
Abschiebungen sind Bewegungskomponenten nach unten und oben
sowie zur Seite hin vorhanden. Dabei verursachen die
Bewegungskomponenten zur Seite die Auflockerungen. Die
Gebirgsblöcke im Bereich der Knicke werden als Block
aufgelockert, insoweit sich das Gebirge zwischen den
Rechtwinkligen befindet, die im Knick auf die Streichlinie der
Störungsabschnitte errichtet werden, die sich auf beiden Seiten
des Knickes befinden. Dieser Bereich direkt vor dem Knick
wandert nicht en bloc zur Seite. Demgegenüber werden die
Gebirgsblöcke oberhalb der Störungsabschnitte rechts und links
des konvexen Knickes im streichenden Verlauf der Abschiebung als
Block zur Seite bewegt. Das erfolgt sowohl bei Bewegungen nach
unten als Folge der Schwerkraft, als auch bei Bewegungen nach
oben als Folge des Abstreifeffekts. Die Rechtwinkligen sind
somit Grenzen zwischen unterschiedlich beanspruchten Bereichen
und damit Grenzen für Flächen auf denen Bewegungen von
Gebirgsblöcken en bloc vonstatten gehen. Hier besteht kein Anlaß
für eine Auflockerung des Gebirges. Der Bereich der
Auflockerungen kann somit lokalisiert werden. Die Auflockerungen
reichen vom konvexen Knick oder Bogen im streichenden Verlauf
der Abschiebung bis zur Schollenmitte bzw. bis zu einem Abstand
von 1000 m in Richtung Mittelhalbierende des Knickwinkels
gemessen, wobei der konvexe Knickwinkel mehr als 5 gon betragen
muß. Eine Voraussetzung dafür ist, daß in der Nachbarschaft
keine Quetschungen vorhanden sind; Quetschungen verkürzen den
Abstand von 1000 m auf 300 m. Die Auflockerungen werden durch
die Wirkung der Faltungsenergie beseitigt. Das bedeutet, das
Gebirge hat in Auflockerungszonen gelernt, "entspannt" zu
werden, um dann nach jedem Bewegungsabschnitt auf der
Abschiebungsfläche beiderseits Spannungen aufzunehmen.
Auflockerungen entstehen oberhalb von Abschiebungen, wenn
Bewegungsvorgänge im Bereich von konvexen
Streichrichtungsänderungen auf den Abschiebungsflächen nach oben
stattfinden. Dann entstehen oberhalb der Abschiebung jene
Abstreifeffekte, die die beiden Gebirgsblöcke zu beiden Seiten
des konvexen Knickes nach rechts und links vom Knick wegdrücken,
unterstützt durch die Faltungsenergie bzw. den Gegendruck. Durch
Reibung wird das Gebirge unterhalb der Abschiebungsfläche
mitgeschleppt. Dadurch entstehen unterhalb der Abschiebung im
Bereich konvexer Streichrichtungsänderungen bei Rückschiebungen
ebenfalls Auflockerungen, die parallel zur Abschiebung,
ausgehend vom Knick mit größer werdender Entfernung von der
Abschiebung, nach und nach an Intensität verlieren. Eine
lokalisierbare Grenze ist hier zwischen Bereichen mit
Auflockerungen und Nichtauflockerungen nicht vorhanden.
Die Auflockerungen oberhalb und unterhalb von Abschiebungen
weisen im Bereich konvexer Streichrichtungsänderungen einen
weiteren bemerkenswerten Unterschied auf. Oberhalb der
Abschiebungen ist ein Freiraum zur Tagesoberfläche hin
vorhanden. Dorthin können sich einzelne Gebirgsteile bewegen
ohne Behinderung durch eine überlagernde Nachbarscholle, so wie
es für Bereiche unterhalb der Abschiebung gilt. Das bedeutet,
oberhalb der Abschiebung sind die einzelnen Gebirgsteile, die
sich innerhalb der Auflockerung bewegen, prinzipiell größer als
darunter. Die Gebirgsteile zerstören sich gegenseitig im Rahmen
dem Bewegungsvorgänge noch zusätzlich. So entstehen oberhalb von
Abschiebungen genügend Scherflächen, an denen durch Bewegungen
Spannungen abgebaut werden, die durch einen bergmännischen
Eingriff im Gebirge entstehen bzw. vorhanden sind.
Überall und auch im Bereich von Abschiebungen wirkt der
Überlagerungsdruck, der im Bereich von Abschiebungen von der
überlagernden Nachbarscholle bereitgestellt wird. Der
Überlagerungsdruck der Nachbarscholle bildet mit der
Faltungsenergie bzw. mit dem Gegendruck, der seinerseits von der
Masse des Gebirges bereitgestellt wird, eine Druckresultierende,
die von der Abschiebungsfläche ausgehend, schräg nach unten
gerichtet ist. Die Druckresultierende geht von allen
Störungsabschnitten aus und so auch im Bereich von konvexen
Knicken im streichenden Verlauf einer Abschiebung, d. h. auch von
den beiden Störungsabschnitten rechts und links des Knickes.
Dadurch entsteht ein Bereich, in dem sich die schräg nach unten
wirkenden Druckkomponenten unterhalb von konvexen
Streichrichtungsänderungen überlagern. Der Bereich der
Überlagerung beginnt im Knickpunkt bzw. auf der Kreuzlinie
zwischen den Störungsabschnitten der Abschiebung. Der
Überlagerungsbereich wird seitlich begrenzt durch die
Druckresultierenden, die von der Kreuzlinie der beiden
Störungsabschnitte ausgehen und ebenfalls schräg nach unten
weisen. Die so entstehende Dreiecksfläche bzw. das so
entstehende räumliche Prisma wird als Ausführungsbeispiel der
Erfindung konstruiert, indem auf das Streichen der
Abschiebungsabschnitte die Rechtwinkligen errichtet werden. In
der Dreiecksfläche mit sich überlagernden Druckkomponenten,
bestehend aus Faltungsenergie bzw. Gegendruck einerseits und
Überlagerungsdruck andererseits, ist der Druck und damit auch
die Spannung im Gebirge größer als in dem Nachbarbereich.
Zugleich ist an den Grenzen des Prismas die Auflockerung und
dann wieder die Pressung größer als in dem Bereich, der durch
sich überlagernde Druckkomponenten charakterisiert ist, da hier
die Bewegungen, die auf den durch Knick verursachten beiden
Störungsabschnitten stattfinden und durch Reibung auf den
Bereich unterhalb der Abschiebungen übertragen werden, an den
Grenzen des Prismas enden.
Im Bereich konvexer Streichrichtungsänderungen von Abschiebungen
entstehen oberhalb der Abschiebungen bei Bewegungsvorgängen auf
den Abschiebungsflächen nach unten Auflockerungen. Der
Faltungsenergie bzw. dem Gegendruck steht dort ein Gebirge
gegenüber, das nachgibt. Dadurch konzentriert sich die Wirkung
von Faltungsenergie und Gegendruck auf den Bereich unterhalb der
Abschiebung. Das Gebirge wird dort stärker zusammengepreßt bzw.
steht unter Kompression. Da sich die Auflockerung oberhalb der
Abschiebung auf den Bereich des konvexen Knickes im streichenden
Verlauf der Abschiebung konzentriert, wird das Gebirge unterhalb
der Abschiebung vorrangig in diesem Bereich zusammengepreßt.
Dabei wirken von den Störungsabschnitten rechts und links des
Knickes, d. h. außerhalb der Auflockerung, die Druckkomponenten,
die von den Störungsflächen schräg nach unten weisen und eine
Resultierende von Faltungsenergie bzw. Gegendruck und
Überlagerungsdruck sind. Die schräg nach unten gerichteten
Druckkomponenten überlagern sich in einem Bereich, der von
Linien gebildet wird, die rechtwinklig im Knick zwischen der
Streichrichtung der Störungsabschnitte auf deren Streichlinien
errichtet werden. Dort besteht für das Gebirge die geringste
Chance nach oben auszuweichen; auch ist hier der Druck, der von
schräg oben wirkt, größer als in den Nachbarbereichen. So
entsteht Kompression unterhalb von konvexen Knicken in einer
dreieckig ausgestalteten Zone, die bis etwa zur Schollenmitte
bzw. bis zu einer Entfernung von 1000 m reicht, ausgehend vom
konvexem Knick im streichenden Verlauf der Abschiebung und
gemessen auf der Mittelhalbierenden des Knickwinkels. In diesem
Bereich sind keine bzw. kaum Aufscherungen vorhanden, auf denen
durch Bewegungen Spannungen abgebaut werden, die als Folge
bergbaulicher Tätigkeit entstehen.
Bei Bewegungen nach oben entstehen im Bereich der Kompression
Auflockerungen, die dann immer wieder durch die Faltungsenergie
bzw. durch die Wirkung des Gegendruckes aufgehoben werden. Dann
wird der Spannungszustand wiederhergestellt, der vor der
Auflockerung vorhanden war. Das Gebirge lernt, "sich zu
entspannen".
Durch Bewegungen nach oben entstehen oberhalb der
Abschiebungsflächen kleintektonische Überschiebungen, die in
einem Bereich bis 200 m Abstand von den Abschiebungen mehr oder
weniger parallel zu den Abschiebungen streichen. Es ist dies ein
Anzeichen für den Reibungswiderstand auf den Abschiebungen bei
Bewegungen nach oben. Dadurch verspringt der Bewegungsvorgang
mit Folgen für eine Zerscherung des Gebirges, die durch
Teilbewegungen verursacht wird.
Unterhalb von Abschiebungen werden als Folge der Reibung bis 100
m Abstand von den Abschiebungen die Gebirgsschichten in Form
eines Hakenschlages nach oben mitgerissen. Im Bereich von
konvexen Streichrichtungsänderungen entstehen dadurch
geringfügige Quetschungen in derartigen Bereichen unterhalb der
Abschiebungen, weil der Bewegungsbereich für die Ausgestaltung
des Hakenschlages nach oben zu, enger wird. So entstehen neue
Scherflächen für Bewegungsvorgänge als Folge bergmännischer
Tätigkeit. Im Hakenschlag werden während des tektomechanischen
Prozesses Schichtgleitungen ausgelöst, die überall dort
vorhanden sind, wo Hakenschläge entstehen und im Bereich der
Umbiegungsachsen zum Gebirge, das durch Hakenschlag unbeeinflußt
ist, enden. Schichtgleiten nutzt Kohlenstreifen und weiche
Gesteinsformationen z. B. Schieferton als Schmierflächen. Sie
werden durch den Abbau außerhalb der Hakenschläge aktiviert.
Dadurch erhöht sich der Druck in der Umbiegungsachse, der von
den steiler gelagerten Gebirgsschichten in Richtung des
Schichteinfallens wirkt. Das erhöht örtlich die Neigung zu
Gebirgschlägen, wie es in der Nähe von Umbiegungsachsen für den
Bereich der flacher einfallenden Gebirgsschichten ist. Das gilt
im Bereich von Umbiegungsachsen, die etwa parallel zu
Abschiebungen streichen.
Ab- und Aufschiebungsvorgänge erfolgen auf den
Abschiebungsflächen schräg nach unten oder nach oben. Dabei
entsteht eine vertikale und horizontale Bewegungskomponente. Für
die Verfahren zur Verhinderung und Bekämpfung von
Gebirgsschlägen mit und ohne Gasausbrüchen und von
Gewichtsbrüchen in einer tektonisch beanspruchten
Steinkohlenlagerstätte unter Festlegung der Abbaufolge, der
Abbaurichtung und des Einsatzes von Entspannungsmaßnahmen sowie
Sicherungsmaßnahmen ist die horizontale Bewegungskomponente
relevant. Sie wächst mit der Zunahme der Bewegung nach unten
oder oben sowie mit der Abnahme des Einfallen der
Abschiebungsfläche. Bei Bewegungen nach unten wird das Gebirge
bei relativ größeren horizontalen Bewegungskomponenten relativ
gepreßt und bei relativ geringen horizontalen
Bewegungskomponenten relativ aufgelockert. Bei
Bewegungsvorgängen nach oben ist es umgekehrt. Wenn die
Bewegungen nach unten örtlich größer sind als nach oben bzw. nur
Bewegungen nach unten vorhanden sind, ist dort Pressung, wo die
größeren Verwürfe sind. Überwiegen die Bewegungen nach oben,
sind Pressungen in Bereichen, in denen die Abstände zwischen den
hangenden und liegenden Kreuzlinien gering und dort
Auflockerungen, wo die Abstände groß sind.
Nach einem Beispiel der Erfindung werden die Bereiche mit
Pressung ermittelt und als Einflußgröße bei der Beurteilung der
Gebirgsschlaggefahr den Einflußgrößen aus
Streichrichtungsänderungen und Rückschiebungen zugeordnet. So
wird die Überwachungstätigkeit im Bereich der Umbiegungsachsen
verstärkt, wenn dort Pressung infolge des Verwurfsverhalten am
Sprung vorhanden ist.
Bei Verwurfsänderungen an Sprüngen entstehen Auflockerungen in
Bereichen mit geringeren Verwürfen und Pressungen in Bereichen
mit größeren Verwürfen. Der Ausgleich zwischen Auflockerungen
und Pressungen erfolgt durch Massentransporte an Verschiebungen
oder Scherflächen, die durch Faltungsenergie und Gegendruck in
Bewegung gesetzt werden. In der Nähe der Abschiebungen bis zu
einem Abstand von 100 m sind eine Vielzahl von Aufscherungen
vorhanden, an denen die Massendifferenzen durch
Bewegungsvorgänge ausgeglichen werden. Dementsprechend sind
Bewegungsbahnen im Gebirge vorhanden, an denen entstehende
Spannungen, die durch bergmännische Tätigkeit entstehen, durch
Bewegungsvorgänge abgebaut werden können. In einem größeren
Abstand als 100 m von den Abschiebungen erfolgt der
Massenausgleich an einzelnen Verschiebungen mit Abständen von
500 m bis 600 m. Im Gegensatz zu den großen Verschiebungen oder
Verschiebungszonen erfolgt dabei der Bewegungsvorgang an den
Verschiebungen, die in Verbindung mit Verwurfsänderung stehen,
absolut betrachtet stets in eine Richtung, wobei die Bewegungen
an einer Verschiebung oder Scherfläche und die Bewegungsgrößen
unterschiedlich sind. Maßgebend sind die örtlichen relativen
Gegebenheiten zu beiden Seiten der Verschiebungen und die
verursachen im Umfeld Aufscherungen, die als Bewegungsflächen
für Bewegungen dienen, wenn spätere Spannungen abgebaut werden.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in
derartigen Bereichen keine Spannungskonzentrationen erwartet,
solange an den Verschiebungen keine Verwurfsänderungen
t <10 m/20 m vorhanden sind und diese Verwurfsänderungen eine
Trogbildung auf der Schattenseite der Faltungsenergie, parallel
zu den Verschiebungen, veranlassen, mit Verschiebungen, die in
Richtung des abgelenkten Energieflusses bis 600 m Abstand,
streichen und in Richtung der Verwurfszunahme an der Störung die
Trogbildung veranlaßte, einfallen. Dann entsteht eine
Umbiegungsachse am unteren Ende des Trograndes. Die steiler
einfallenden Gebirgsschichten am Trogrand sind durch
Schichtgleitung beansprucht, die diagonal auf die Folgestörungen
der Verwurfsänderung auftreffen und das Gebirge zerstören, mit
einer Vielzahl von Scherflächen, die in der Umbiegungsachse
enden, wodurch die Umbiegungsachse gebirgsschlagrelevant wird.
Quetschungen entstehen oberhalb von Abschiebungen, wenn
Bewegungsvorgänge im Bereich von konkaven
Streichrichtungsänderungen (Knicke oder Bögen) nach unten oder
oben stattfinden. In beiden Fällen schieben sich die
Gebirgsblöcke quetschend ineinander. Das erfolgt im
tektomechanischen Prozeß nach unten, weil die Gebirgsblöcke zu
beiden Seiten des Knickes versuchen, der Erdanziehung zu folgen.
Es erfolgt im tektomechanischen Prozeß nach oben, weil die
Gebirgsblöcke als Folge des Abstreifeffektes, der von der
Faltungsenergie bzw. vom Gegendruck verursacht wird, versuchen,
auf die Knicke oder Bögen zuzuschieben.
Die entstehenden Quetschungen verursachen in vielen Fällen in
Nähe des Knickes oberhalb der Abschiebungen kleintektonische
Überschiebungen. In weiterer Entfernung vom Knick, etwa nach 600
m bis 1000 m, entstehen auch Verschiebungen, denn die
Quetschungen können nicht unbeschränkt groß werden. Das
gequetschte Gebirge drückt sich zur Seite weg. Das gilt auch für
den Bereich mit Überschiebungen. Die Quetschungen beginnen am
konkaven Knick und werden seitlich begrenzt von den
Rechtwinkligen, die im Knick auf die Streichlinien der
Störungsabschnitte errichtet werden. Die Rechtwinkligen
begrenzen seitlich die Blöcke, die jeweils auf den
Störungsabschnitten abgeschoben werden. Dabei wird der Bereich,
der zwischen den Rechtwinkligen liegt, bei jedem
Abschiebungsvorgang erfaßt, der entweder auf der einen oder auf
der anderen Seite des Knickes auf den dortigen
Störungsabschnitten erfolgt. Der Massentransport auf beiden
Seiten des Knickes hat erhebliche Auswirkungen auf die zu
erwartenden Aufscherungen und Kleintektonik und damit auf
Bewegungsbahnen für den Abbau von Spannungen, die bei
bergmännischer Tätigkeit untertage entstehen. Das Gebirge wird
während des tektomechanischen Prozesses zwar örtlich gepreßt,
doch sorgt das ineinanderquetschen dafür, daß die Bereiche nicht
zu groß werden, um gefährliche Spannungskonzentrationen infolge
bergmännischer Tätigkeit entstehen zu lassen. Demgegenüber sind
sie aber groß genug, um bei ungünstigen Aufscherungen
Gewichtsbrüche zu begünstigen.
Daher schlägt die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel vor,
für die Quetschungsbereiche, die in Verbindung mit konkaven
Streichrichtungsänderungen stehen, die Aufscherungen nach
Streichen, Einfallen und Intensität zu ermitteln, um daran zu
prüfen, ob und in welchen Abmessungen Gewichtsbrüche möglich
sind, um danach den Ausbau, die Ausbauverspätungen und frei
gelegte Räume wie bei Strebrändern, zu dimensionieren.
Bei Abschiebungen nach unten erfaßt der Bewegungsvorgang, der
auf einem Störungsabschnitt oberhalb einer Abschiebung
vonstatten geht, einen Gebirgsblock, der von den Rechtwinkligen
begrenzt wird, die auf dem Streichen des Störungsabschnittes in
der konkaven Knickstelle errichtet werden. Dabei stellt der
Gebirgsblock auf der anderen Seite der Rechtwinkligen ein
Gegendruck, der einen Bewegungsvorgang in Richtung desjenigen
Störungsabschnittes verursacht, auf dem die Bewegung vonstatten
geht. Aber auch dort stellt die Masse des Gebirges einen
Gegendruck, der überwunden werden muß. Vorher kommt es zu
Quetschungen bzw. zu örtlich begrenzten Pressungen von durch
Aufscherungen als Folge der Quetschung begrenzten Lagerstätten
teilen.
Beim Abschieben nach unten auf dem Störungsabschnitt auf der
anderen Seite des Knickes entsteht spiegelbildlich ein
vergleichbarer Vorgang. So entstehen zwei Grenzen, die
unterschiedlich tektonisch beanspruchte Bereiche mit
unterschiedlichen Störungs- und Aufscherungsinventaren
voneinander abgrenzen. Wenn im tektomechanischen Prozeß die eine
Grenze als Grenze aktiviert wird, geht über die andere der
Bewegungsvorgang zur Auflösung von Quetschungsanteilen hinweg
und umgekehrt. Das bedeutet auf beiden Seiten der beiden Grenzen
sind Aufscherungen, die auch zu Störungen ausgestaltet werden.
Dabei können alle oder eine Vielzahl von tektonischen Störungen
auslaufen.
Bei Bewegungsvorgängen nach oben im Bereich von konkaven
Streichrichtungsänderungen von Abschiebungen sind die
Gebirgsblöcke, die in Richtung konkaven Knick durch den
Abstreifeffekt hin bewegt werden, durch den Bereich definiert,
der sich oberhalb eines der beiden Störungsabschnitte rechts und
links des Knickes befindet. Der Bereich oberhalb eines
Störungsabschnittes endet im Bereich eines konkaven Knickes an
den Rechtwinkligen, die im Knick bzw. in der Kreuzlinie zwischen
den beiden Störungsabschnitten auf der Störungsfläche errichtet
werden. Der Bewegungsvorgang nach oben, initiiert durch die
Faltungsenergie bzw. durch den Gegendruck, drückt das Gebirge im
Bereich eines konkaven Knickes in einen breiter werdenden Raum.
Das Gebirge wurde aufgelockert. Der Abstreifeffekt drückt jedoch
das Gebirge zum Knick, weil es energetisch einfacher ist, im
Niveau zu bleiben. Erst danach kommt es zu Bewegungsanteilen
nach oben. Trotzdem schafft der Bewegungsvorgang nach oben die
Freiräume für Bewegungen zur Seite. Dieser Vorgang sorgt für
Aufscherungen.
Durch den Abstreifeffekt, der bei Bewegungsvorgängen nach oben
oberhalb von Abschiebungsflächen auf den Störungsabschnitten
veranlaßt wird, wird das Gebirge im Bereich seiner Grenze, d. h.
Im Bereich der Rechtwinkligen, die auf die Störungsflächen im
Knickbereich errichtet werden, gegen den Nachbarbereich
gedrückt. Der Nachbarbereich wird gepreßt, während dort bei
Bewegungen nach unten Quetschungsanteile durch Bewegungsvorgänge
zur Seite beseitigt wurden, wodurch Scherflächen bereits
angelegt sind. Dieser Vorgang erfaßt einmal die eine und einmal
die andere Begrenzung der beiden Gebirgsblöcke oberhalb der
beiden Störungsabschnitte.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird geprüft, ob
oberhalb einer Abschiebung durch Bewegungsvorgänge auf der
Abschiebungsfläche nach unten im Bereich der Rechtwinkligen, die
in einem konkaven Knick auf das Streichen der Abschiebung
errichtet werden, Aufscherungen auf beiden Seiten der
Rechtwinkligen vorhanden sind. Sind Aufscherungen vorhanden,
wird berücksichtigt, daß Bewegungsbahnen vorhanden sind, auf
denen Spannung, die infolge einer bergmännischen Aktivität
entstehen, durch Bewegungen abgebaut werden, die eine
Gebirgsschlaggefahr verringern.
Bei ausschließlichen Bewegungen nach oben wird nach einem
Anwendungsbeispiel der Erfindung berücksichtigt, daß im Bereich
der Rechtwinkligen auf dem Streichen der Störungsabschnitte,
wodurch die Gebirgsblöcke oberhalb der einzelnen
Störungsabschnitte begrenzt werden und zwar insbesondere
außerhalb, aber auch innerhalb des dreieckigen Bereiches
oberhalb des Knickes zwischen den beiden Rechtwinkligen,
Pressungen bzw. Kompressionen während des tektomechanischen
Prozesses vorhanden waren. Dementsprechend wird berücksichtigt,
daß dort Aufscherungen und damit Bewegungsbahnen für Bewegungen
um Abbau von Spannung fehlen. Die Maßnahmen zur Feststellung
von Spannungen werden auf einer Breite von 100 m verstärkt
durchgeführt.
Durch Bewegungen auf einer Abschiebungsfläche nach unten
entstehen im Bereich eines konkaven Knickes im Streichen
oberhalb der Abschiebung Quetschungen, die durch Bewegungen zur
Seite reduziert werden. Die Reibung auf der Abschiebungsfläche
reißt in diesem Zusammenhang den Gebirgsblock unterhalb der
Abschiebung zur Seite hin mit. Der Gebirgsblock unterhalb der
Abschiebung entspricht, bezogen auf die gleiche Stelle, dem
Block oberhalb. Das heißt, der Gebirgsblock endet am konkaven
Knick im Streichen der Abschiebung, wobei die vom Knick
ausgehende Grenze gleich den Rechtwinkligen ist, die im Knick
auf das Streichen des Störungsabschnittes errichtet werden.
Oberhalb eines konkaven Knickes im Streichen einer Abschiebung
überlagern sich die Gebirgsblöcke, die in Verbindung mit
Bewegungsvorgängen auf den beiden Störungsabschnitten stehen, zu
beiden Seiten des Knickes. Unterhalb eines konkaven Knickes ist
zwischen den Gebirgsblöcken, die unter den Störungsabschnitten
liegen, ein Gebirgsprisma vorhanden. Darauf wirkt keine
Druckresultierende, die durch den Überlagerungsdruck und der
Faltungsenergie bzw. den Gegendruck zustande kommt und von den
Abschiebungsflächen schräg nach unten weist. Demgegenüber wirkt
die Druckresultierende auf die Gebirgsblöcke unterhalb der
Störungsabschnitte. Sie sorgt dort für eine relativ größere
Kompression. Die Kompression ist relativ größer, als im
Gebirgsprisma im Bereich des konkaven Knickes im Streichen der
Abschiebung, vorhanden, wo die Druckresultierende nicht wirkt.
Im Bereich des konkaven Knickes können sich daher relativ zu den
Bereichen unterhalb der Störungsabschnitte Teilbereiche des
Gebirges unbehindert bewegen. Wenn nun die Gebirgsblöcke
unterhalb der Abschiebungen durch die Gebirgsblöcke, die sich
oberhalb befinden, zur Seite hin mitgerissen werden, werden die
Bewegungen ausgelöst von einem Schub, der aus dem Bereich des
konkaven Knickes ausgeht. Dadurch werden die Gebirgsblöcke
unterhalb der Störungsabschnitte von dem Gebirgsprisma, das sich
unterhalb des konkaven Knickes befindet, nach beiden Seiten hin
wegbewegt, beginnend an den Grenzen, die durch die
Rechtwinkligen auf den Störungsabschnitten, errichtet im Knick,
definiert werden. Es entstehen im Gebirgsprisma Auflockerungen,
die nach jedem Bewegungsschritt, an Scherflächen durch die
Faltungsenergie oder durch den Gegendruck zugeschoben werden.
Die Scherflächen streichen in Richtung des Energieflusses und
haben ein Einfallen, das mit dem Einfallen der Spitze des
konkaven Knickes übereinstimmt.
Die Aufscherungen, die mit der Zuschiebung der Auflockerung
entstehen, können als gebirgsschlagsrelevant und relevant für
Gewichtsbrüche lokalisiert werden. Das ist für die Grenzen des
Gebirgsprismas unterhalb des konkaven Knickes im Streichen von
Abschiebungen nur bedingt möglich. Dort wird das Gebirge
mitgerissen, wodurch keine klare Grenze, sondern nur ein
Übergang von einem Beanspruchungsphänomen in den anderen
vorhanden ist.
Kleintektonische Verschiebungen und Aufscherungen, die innerhalb
des Gebirgsprismas unterhalb des konkaven Knickes örtliche
Auflockerungen beseitigen, laufen im Bereich des Überganges aus
und werden auf der anderen Seite nicht durch andere
Aufscherungen abgelöst. Bei Bewegungsvorgängen auf den
Abschiebungsflächen im Bereich eines konkaven Knickes im
streichenden Verlauf der Abschiebung nach oben, werden die
Bewegungen, die durch den Abstreifeffekt in Richtung Knick
weisen, durch Reibung auf die Gebirgsblöcke unterhalb der
Störungsabschnitte übertragen. So wird unterhalb des konkaven
Knickes das Gebirge gepreßt mit geringfügigen
Quetschungserscheinungen, ohne daß eine klare seitliche
Begrenzung entsteht, so daß gebirgsschlagrelevante Grenzen hier
nicht vorhanden sind.
Die Rückschiebungen verursachen unterhalb der Abschiebungen
Hakenschläge, die unterhalb von konvexen Knicken nach oben zu in
einen breiter werdenden Raum gelangen. Es kommt dort zu
Auflockerung, wodurch Scherflächen entstehen, auf denen spätere
Spannungen durch Bewegungsvorgänge abgebaut werden.
Sedimentationlagerstätten, wie insbesondere eine
Steinkohlenlagerstätte, sind geprägt durch eine
Stockwerkstektonik, bei der zur Teufe hin Überschiebungen
ansetzen, die mehr oder weniger rechtwinklig zu den Sprüngen
streichen. Wenn eine wellige Lagerung mit oder ohne
kleintektonische Verschiebungen und/oder Überschiebungen
beziehungsweise kleintektonische Verschiebungen und/oder
Verschiebungen ohne wellige Lagerung aufgeschlossen werden,
wobei hangendere Bereiche ungestört sind beziehungsweise
oberhalb keine Aufschlüsse zur Verfügung stehen, dann setzen zur
Teufe größere Überschiebungen an.
Die wellige Lagerung entsteht durch einen Bewegungsstau der
Gebirgsteile, die auf der Überschiebungsfläche nach oben hin
bewegt werden, wobei an gleicher Stelle der Energiefluß oberhalb
des Auslaufbereiches den Staubereich kreuzt. Hier ist das
Gebirge durch Scherflächen in kleine Teilbereiche zerlegt, so
daß ausreichend Flächen für Bewegungen zum Abbau von Spannungen,
die durch die bergmännische Tätigkeit entstehen, angeboten
werden.
Nach einem Beispiel der Erfindung wird in Bereichen oberhalb von
auslaufenden Überschiebungen der Aufwand für die
Gebirgsschlagbekämpfung reduziert.
Darunter entsteht im Auslaufbereich der Überschiebung eine
schichtparallele Gleitung. Das Gebirge wird zerstört, wenn
schichtparallele Gleitung gegen Hindernisse stößt. Die
Hindernisse können tektonische Störungen, Aufscherungen mit
geringen Verwürfen bis hinab in den mm-Bereich, Einlagerungen,
Unregelmäßigkeiten, Auswaschungen sein. Überall dort, wo
derartige Hindernisse vorhanden sind, wird das Gebirge durch
schichtparallele Gleitung aufgeschert und zerstört, so daß im
ausreichenden Maße Bewegungsbahnen angeboten werden, an denen
durch Bewegungen die im Gebirge entstehenden Spannungen abgebaut
werden. Sind keine Hindernisse vorhanden, bleiben bei
schichtparalleler Gleitung die Gesteinsbänke weitgehend
erhalten. In diesem Falle ist der Aufbau von Spannungen zu
berücksichtigen, wenn es dabei, im tektonisch und bergmännisch
gebirgsschlagsrelevanten Sinne, zu Restpfeilern kommt, die
sargdeckelähnliche Begrenzungen nach oben haben.
Schichtparallele Gleitungen sind überall dort, wo sich das
Überschiebungsmaß an einer Überschiebung in Richtung Teufe nicht
ändert.
Streichrichtungsänderungen von Überschiebungen haben
Schneepflug- und Trichtereffekte zur Folge, wobei
Schneepflugeffekte mit Auflockerungen und Trichtereffekte mit
Quetschungen verbunden sind. Das gilt grundsätzlich für die
Bereiche oberhalb der Überschiebung. Beim Schneepflugeffekt
werden durch die Reibung der Gebirgsblöcke an der
Überschiebungsfläche die Gebirgsblöcke unterhalb der
Überschiebung vom Bogen im streichenden Verlauf der
Überschiebung weggeschoben, wodurch der Schneepflugeffekt
veranlaßt wird. So entsteht auch unterhalb der Überschiebung
eine Auflockerung.
Der Bereich oberhalb der Überschiebung hat über sich in
unmittelbarer Nähe keinen Gebirgsblock, durch dessen Gewicht das
Bewegen von Teilbereichen gedämmt wird. Oberhalb von
Überschiebungen können innerhalb des Auflockerungsbereiches sich
größere Teilbereiche bewegen, deren Bewegungen gegen- und
miteinander, weitere Scherflächen aufreißen, so daß Scherflächen
für Bewegungsvorgänge, die zum Abbau von Spannungen führen, im
ausreichendem Maße zur Verfügung stehen.
Unterhalb der Überschiebung sorgt der überlagernde Gebirgsblock
im Bereich des Schneepflugeffektes dafür, daß die Bewegungen
größerer Teilbereiche des Gebirges stärker behindert werden.
Dabei überlagern sich die Druckresultierenden, die vom
Überlagerungsdruck und der Faltungsenergie bzw. dem Gegendruck
aufgebaut werden und von der Überschiebungsfläche aus schräg
nach unten gerichtet sind. Höherer Druck veranlaßt, daß die
Bewegungen in Auflockerungsbereichen auf kleinere Teilbereiche
des Gebirges ausgerichtet sind. Dadurch sind unterhalb von
Bereichen mit Schneepflugeffekten ausreichend Bewegungsbahnen
vorhanden, auf denen Spannungen abgebaut werden. Das wird durch
schichtparallele Gleitung verstärkt.
Beim Trichtereffekt werden durch die Reibung der Gebirgsblöcke
an der Überschiebungsfläche die Gebirgsblöcke unterhalb der
Überschiebung zum Bogen im streichenden Verlauf der
Überschiebung hingeschoben. So entsteht auch unterhalb der
Überschiebung im Ansatz eine Quetschung. Da unterhalb der
Überschiebung die Bewegung nach oben zur Tagesoberfläche hin
fehlen, geht die Quetschung mehr in Pressung über. Sollten
Unterschiebungen mitwirken, entstehen unterhalb von konkaven
Streichrichtungsänderungen der Überschiebungen Auflockerungen.
Quetschungen verändern die Gebirgsstruktur unter Bildung von
Scherflächen, die dem Abbau von Spannung, die infolge
bergmännischer Tätigkeit entstehen, dienen können. Die Anzahl
der Scherflächen wird durch schichtparallele Gleitung erhöht.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die
Maßnahmen zur Gebirgsschlagsverhinderung in Bereichen mit
Schneepflug- und Trichtereffekt vermindert und bei zusätzlicher
schichtparalleler Gleitung noch mehr reduziert.
Oberhalb von Überschiebungen in Bereichen außerhalb von
Schneepflug- und Trichtereffekten wird das Gebirge insbesondere
bei Dickbankigkeit als mehr oder weniger einheitlicher Block
bewegt, so daß es hier zu Aufscherungen kommt, wenn
schichtparallele Gleitung auf Einlagerungen, Unregelmäßigkeiten,
Wülste und Auswaschungen trifft.
Die Grenzen mit Aufscherungen und kleintektonischen Störungen
werden durch schichtparallele Gleitung zerstört, wenn nur
geringfügige Absätze vorhanden sind. Dadurch sind zusätzliche
Scherflächen und damit Flächen für Bewegungsvorgänge zum Abbau
von Spannungen vorhanden.
Die für Überschiebungen maßgebenden Zusammenhänge in Bezug auf
Flächen, an denen durch Bewegungsvorgänge die Spannungen
abgebaut werden können, die durch bergmännische Tätigkeit
entstehen, werden durch die Schollenstrukturen verändert.
Dabei wird nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der
Verlauf der Faltungsenergie an Bewegungssperren und
Bewegungsfreizonen bestimmt. Dies beruht auf der Erkenntnis, daß
die Faltungsenergie örtlich nur dann umgesetzt wird, solange ein
Freiraum, wie zum Beispiel die Tagesoberfläche, für das
Entstehen tektonischer Strukturen vorhanden ist und auch nur
dann in größeren Umfang Flächen entstehen können, auf denen
Spannung abgebaut werden, die durch bergmännische Tätigkeit
entstehen.
Nach einem weiteren Beispiel der Erfindung wird der Verlauf der
Faltungsenergie in bezug auf Bewegungssperren- und Freizonen im
Bereich der Überschiebungen bestimmt und dabei berücksichtigt,
daß bei Sperren, wie sie sich unterhalb von schollenbegrenzenden
Abschiebungen befinden, die Anzahl der Scherflächen abnimmt, was
gebirgsschlagsrelevant von Bedeutung ist, wenn Pfeiler mit
geringer Beanspruchung als Folge von Tektonik und Abbaugeometrie
entstehen. Bei Freizonen nimmt die Anzahl der Scherflächen zu.
Claims (22)
1. Verfahren zur Planung von Abbaubetrieben in einer
tektonisch beanspruchten Sedimentationslagerstätte,
insbesondere Steinkohlenlagerstätte, durch Festlegung
von Abbaurichtung, Abbaulänge, Abbaugeschwindigkeit
und Abbaufolge, wobei die Lage der Abbaubetriebe an
den tektonischen Störungen im Lagerstättenkörper
orientiert wird und zur Festlegung des zum Abbau aus-
und vorzurichtenden Lagerstättenkörpers das Einfallen,
das Streichen und das Verwurfsmaß der jeweiligen
erkannten geologischen Störung sowie der Verlauf der
Faltungsenergie sowie die durch die tektonische
Energie bewirkten Auflockerungen, Quetschungen und
Pressungen im Gebirge und die dadurch beeinflußten
tektonischen Massentransporte als Planungsgrundlage
herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Verhinderung und/oder Bekämpfung von durch den Abbau
ausgelösten Gebirgsschlägen und/oder Gewichtsbrüchen
mit und ohne Auftreten von Gasausbrüchen durch den
tektomechanischen Prozeß entstandene Bereiche oder
Zonen mit einer flächenhaften oder linienförmigen
Vorprägung für durch den Abbau ausgelöste
Gebirgsbewegungen ermittelt, die Abbaubetriebe daran
orientiert und/oder Maßnahmen zur Entspannung des von
dem Abbau betroffenen Gebirgskörpers und/oder zur
zusätzlichen Sicherung der Abbaubetriebe durchgeführt
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Bereiche oder Zonen mit darin ausgeprägten
Aufscherungen und ähnlichen Zerstörungen des
Gebirgskörpers ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Einfluß von Aufscherungen auf in den Bereichen
oder Zonen des Lagerstättenkörpers projektierte
dickbankige Sandstein- und Sandschieferschichten
ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß im Zuge der Lagerstättenprojektion
Bereiche oder Zonen mit Grenzlinien zwischen
unterschiedlich tektonisch beanspruchten Bereichen
ermittelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
Abbaubetriebe bei auf den ermittelten Grenzlinien
vermuteten Kerbspannungen in einer Entfernung von mehr
als 50 m zu den vermuteten Grenzlinien geführt und
gegebenenfalls eingestellt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
durch Aussparung von der Abbauplanung im
Lagerstättenkörper gebildete Abbauinseln auf Vorliegen
einer Zerstörung durch Aufscherungen untersucht
werden.
7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß in Bereichen oder Zonen mit einer
durch Aufscherungen verursachten Zerstörung des
Gebirgskörpers die Abbaubetriebe von Vollversatzbau
auf Bruchbau umgestellt und/oder die Streblänge kürzer
ausgelegt und/oder der Wegfall von Baustoffriegeln
oder Streckenbegleitdämmen eingeplant wird.
8. Verfahren nach Anspruch 2 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß in Bereichen oder Zonen von den in
Verbindung mit dem tektonischen Prozeß durch die
einwirkende Faltungsenergie sowie den Gebirgsdruck und
die Gebirgsbewegungen entstandenen Initialstörungen
zuzuordnenden Folgestörungen in den Abbaubetrieben die
Ausbauverspätung reduziert und/oder Stillstände von
Ausbau und/oder Vortriebsmaschinen vermieden werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß bei zwischen dem Deckgebirge und
einer 250 m unterhalb davon gelegenen Grenze
umgehenden Abbau die gewichtsbruchgefährdeten
Bereiche ermittelt und in den in diesen Bereichen
umgehenden Abbaubetrieben die Ausbauverspätung
reduziert und/oder Stillstände von Ausbau und/oder
Vortriebsmaschinen vermieden werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Flözhorizonten jeweils das
Vorhandensein von unterschiedlich ausgeprägten Bänken
ermittelt und in durch Überschiebungen beanspruchten
Flözbänken Untersuchungsmaßnahmen bezüglich Gasinhalt
und Gasdruck durchgeführt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß in Nähe von Abbauinseln und bei in den jeweiligen
Flözhorizonten projektierten dickbankigen Schichten
die Untersuchungen und Überwachungsmaßnahmen
bezüglich Gebirgsschlägen intensiviert werden.
12. Verfahren nach., einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Bereichen oder Zonen
Energieflußrichtung und ursprünglicher
Spannungszustand ermittelt und mit der zum Zeitpunkt
der Abbauplanung wirksamen Druckverteilung verglichen
werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die der ersten Phase des tektomechanischen
Prozesses wirksame Energieflußrichtung und die daraus
entstandenen Aufscherungen ermittelt und in ihrem
gebirgsschlagreduzierenden Verhalten eingeordnet
werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß spätere Phasen des tektomechanischen Prozesses
ermittelt und durch Vergleich mit der ersten Phase
des tektomechanischen Prozesses festgestellt wird,
inwieweit die erste Phase durch die späteren Phasen
unbeeinflußt ist, abgeändert oder überprägt worden
ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch
gekennzeichnet, daß in Bereichen oder Zonen einer
vorliegenden Kreuzung zwischen Aufscherungen und den
Grenzen einer durch Faltungsenergie und Resultierender
aus Überlagerungsdruck und senkrecht zu den
Abschiebungen stehendem horizontalen Druck
definierten Kompression eine Abbaukante sowie der
Abbau des außerhalb der Kompression gelegenen
Bereichs vermieden werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einer aufgrund der
tektonischen Strukturen und des erfolgten oder
geplanten Abbaus abgeleiteten Gebirgsschlaggefahr
Maßnahmen zur Spannungsverminderung in dem
betroffenen Gebirgskörper im Zuge der Planung
vorgesehen werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß Bereiche oder Zonen mit einer Schichtgleitung
ermittelt und die Richtung der Schichtgleitung in
Bezug zu projektierten Aufscherungen gesetzt werden,
wobei Teile des Gebirgskörpers ohne eine zu
erwartende Spannungskonzentration von Maßnahmen zur
Spannungsverminderung ausgeschlossen werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß Bereiche oder Zonen mit
Pressungen ermittelt und die projektierte Pressung
den ermittelten Streichrichtungsänderungen und
Rückschiebungen zugeordnet werden, wobei bei
festgestellten Umbiegungsachsen und einer durch
Verwurfsverhalten am Sprung gegebenen Pressung auf
die Früherkennung von Gebirgsschlägen gerichtete
Überwachungsmaßnahmen in verstärktem Umfang
eingeplant werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Aufscherungen bei mit
konkaven Streichrichtungsänderungen vorliegenden
Quetschungsbereichen nach Streichen, Einfallen und
Intensität ermittelt und daraus Anhaltspunkte für die
Gefahr von Gewichtsbrüchen abgeleitet werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß Bereiche und Zonen oberhalb von
auslaufenden Überschiebungen ermittelt und bei den
darin geplanten Abbaubetrieben der Aufwand für die
Gebirgsschlagbekämpfung reduziert wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß Bereiche und Zonen mit
Schneepflug- und Trichtereffekt ermittelt und in
diesen Bereichen der Aufwand für die Gebirgsschlag
bekämpfung reduziert wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß bei in Schneepflug- und Trichtereffektbereichen
beziehungsweise -zonen vorhandener zusätzlicher
schichtparalleler Gleitung der Aufwand für die
Gebirgsschlagverminderung weiter reduziert wird.
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