尤其在硬煤層預防和阻止巖石突出的開采盤區的設計方法

專利名稱：尤其在硬煤層預防和阻止巖石突出的開采盤區的設計方法
技術領域：
本發明涉及一種在受地殼構造應力作用的沉積層中，尤其是在硬煤層中的開采盤區的設計方法。它是通過確定開采方向、開采長度、開采速度和開采順序來實現的。為了在開采礦層中進行開采準備工作并進行開采，需要作出設計。本發明中開采盤區的設計方法的設計依據是開采盤區的位置、各構造斷層的傾向、走向及落差、褶皺能的類型、巖體的斷裂、破碎及擠壓情況等。其中所說的開采盤區的位置是根據礦體中的構造斷層來確定的。所說的巖體的斷裂、破碎及擠壓是由地殼構造能和構造塊的運移而產生的。
在WO/95/14155中，描述了這種類型的一種設計方法。在這種方法中，考慮了與礦層產生有關的地殼構造力作用。在沉積礦層的形成過程中，這種地殼構造力作用具有影響作用。開采設計的對象是這種沉積礦體，在這種沉積礦體形成期間，會產生這種構造力因素的影響，把這種構造力影響因素作為開采設計的依據，使地質構造的結構和活動方面的數據信息更精確，從而改進了開采設計和相關的開采設計以及必要的預先工作的基本原理。因此，在已知的設計方法中，在開采設計時，大的地質構造與小的地質構造之間的關系或者初始斷層和后來形成的斷層即后斷層之間的聯系是可以獲得的。在后者的過程中，(即在初始斷層和后成斷層之間的聯系過程中)，通過考慮構造力作用的影響，從而能夠在更早的階段估計出已知斷層的落差在走向方向上或其它方向上是保持不變。還是增大或減小了。因此，在已知的開采設計方法中，已經可以確定已知斷層的走向和傾向的變量，并從用于開采設計的后者(初始斷層和后成斷層之間的聯系)中得出結論；可以把斷層的裂隙描述成是一個關于巖層傾角的函數，即關于上沖斷層(upthrust)狀態的函數，并可相應地調整開采設計。也能夠給出關于大的地質構造和小地質構造的結構及活動方面更精確的數據資料，其結果是使得開采設計中所用的原理和開采設計本身都變得更加精確，從而在一定程度得到了改進。
盡管已有的設計方法已經提高了在礦層內開采盤區定位設計的可靠性，但是在開采過程中，又出現了關于巖石突出或重力導致的冒頂及瓦斯突出等問題。因此，在已有的設計方法中，對巖石突出危險性的估計，只考慮了具有砂巖及砂質頁巖等巖類和厚地層以及它們距開采區的距離的巖相學。在這種方法中有一缺點，也就是它沒有考慮地殼構造力作用，而地殼構造力作用對于估計巖石突出與瓦斯突出是非常重要的，具有決定性的作用。
因此，本的目的是對這種設計方法作出進一步的改進，完善設計原理，從而作出一些預告，特別是關于巖石突出和重力導致的冒頂方面的預告。
這個問題的解決辦法在后面的權利要求中有記載，在下面的描述中包括了對本發明優選實施例的描述，還對本發明的進一步發展情況進行了說明。
本發明的基本內容提供了這樣一種狀況，在這種狀況中，由地殼構造力作用而形成的區域預先具有一個二維或線性的巖石移動特性，這種移動是由開采所引發的。本發明提供的方法可以預防和阻止由開采所引發的巖石突出和/或重力導致的冒頂，并伴隨有瓦斯突出，或沒有瓦斯突出。根據后者(初始斷層和后成斷層之間的聯系)，就可以確定出開采盤區的位置，并且可以采取一些措施，釋放由開采所引起的巖體中的壓力，還可以為開采盤區提供其它的安全預防措施。
作為后者(初始斷層和后成斷層之間的聯系)的一個結果是，本發明中，考慮了在開采作為開采設計對象的礦體時地殼構造力作用，并把它作為開采設計的一個依據，從而使關于地質構造的結構和活動方面的數據資料更加精確，完善了開采設計的原理，這是本發明的優點。從而把大構造與小構造之間的聯系以及初始斷層與后成斷層之間的聯系都為開采設計所利用。通過考慮地殼構造的影響，可以更早地知道所估計的已知斷層的落差在走向上或其它方向上是保持不變還是增大或減小了。根據本發明的方法，能以很好的方式來確定已知斷層的走向和傾向的變化，并且從后者(初始斷層與后成斷層之間的聯系)中確定出開采順序、開采方向、開采速度并采取預防和阻止巖石突出的壓力釋放措施；還能提供一些關于斷層切口的數據資料，該斷層切口是一個關于巖層傾角的函數，即關于上沖斷層狀態的函數，并能調整所作出的關于開采順序、開采方向、開采速度以及使用壓力釋放措施以預防和阻止巖石向工作區突出等方面的方案；還能提供關于大地質構造和小地質構造的結構及活動方向更精確的數據資料，其結果是使得開采順序、開采方向、開采速度和預防阻止巖石突出而對應力釋放措施的使用等設計原則大大地完善，這是因為這種設計方法不僅考慮了巖相學、地層學，及開采區的幾何形狀，而且很大程度地考慮了地殼構造力作用。
在本發明的一個實施例中，先弄清準備采區內的褶皺能特性，然后根據這些特性來設計開采順序、開采方向、推進速度、采取預防和阻止巖石突出的壓力釋放措施、采用其它必要的應力釋放措施，例如爆破。一般來說，巖體中存在一個由巖體提供的褶皺能的反壓力；褶皺能克服這種反壓力，從而通過構造斷層的形線與產生來發生作用，在這種情況中，從褶皺能的已知特性中可以辨別斷層的結構，并根據這斷層的結構，設計開采順序、開采方向、開采速度、并使用一些應力釋放措施，以預防和阻止巖石突出。
由于構造力的作用和褶皺能作用，從而在巖石中產生剪切斷層，其中一些剪切斷層由于產生移動而變線構造斷層，而有一些則保持原來的剪切斷層。隨剪切面的形成而形成的剪切斷層本身不經常變成構造斷層。只有當考慮構造力作用時，才能產生明顯的跡象，用以指示巖石大部分在什么地方維持在它原來的狀態，在什么地方已經發生剪切或剪切破壞。
由于厚礦層，特別是砂巖和砂質頁巖，提供了估計巖石突出危險性的決定性標準，因此，弄清在哪些地方由剪切斷層形成了分層現象，這一點是非常重要的。后者(初始斷層與和線斷層之間的聯系)使得厚礦層由于剪切作用而在一些地方形成薄礦層，這與那些本來就是薄的薄礦層相類似。如果礦層是水平的，那么剪切斷層可以是垂直的或以某一角度傾斜。這意味著，就預防和阻止巖石突出而言，在某一地點的砂巖和砂質頁巖不同于另一地點的砂巖和砂質頁巖，盡管它們的巖相相互對應。直到考慮了構造力作用，才有可能對厚礦層的巖石突出危險性作出綜合的估計。只有對構造力作用進行考慮，才能依據巖石突出危險性，完全建立起等同的原始地質條件，為了這個目的，還必須考慮褶皺能的影響以及由巖體產生的反壓力作用。僅僅通過打探孔是不能對鄰接的巖石的突出危險性作出全面的估計。如果沒有考慮剪切斷層，所作的估計只能說明厚礦層是存在的。
因此，根據本發明的一個實施例，進行了一個試驗，研究在剪切斷層和剪切破壞作用下，巖層是否能獲得一種薄巖層結構，這與減小巖石突出危險性是密切相關的。還必須強調一點，在其它方面，還沒有完全弄清地殼構造對巖石突出危險性的影響程度。因此，把構造斷層作為巖石突出的影響因素是有道理的。但是，沒有考慮這樣一個事實，即目前的構造斷層是因剪切斷層而形成的，并且由于巖體在斷層面上的豎直移動和水平移動，因此剪切斷層只變為逆斷層、正斷層及發生錯位。作為后者(初始斷層與后成斷層之間的聯系)的結果，使得剪剪切變成逆斷層、正斷層的構造斷層以及巖層錯位。還有另外一個特性，即由于剪切斷層和由巖體移動而產生的后來的成形，使得構造斷層具有一個傾角以及斷層傾向和走向的變化。
并不是所有的剪切斷層都由于巖體移動而形成構造斷層。剪切平面是否變為斷層，對巖石突出危險性來說在原理上是并不明顯的。對構造力作用進行考慮并不僅僅是改進對構造斷層方面的傳統的設計方案，它還能給出存在剪切斷層的指示，這些剪切斷層的落差為很小的，在幾個毫米和幾個厘米范圍內，或是沒有落差，這些指示在傳統的調查過程中是沒有記錄的，在礦井設計中也沒有考慮。通過對構造力作用的考慮，能給出這些剪切斷層的走向和傾向的指示信息，這些關于剪切斷層的走向和傾向的指示信息可以用來估計巖石突出危險性，通過確定開采順序、開采方向和使用一些應力釋放措施以及采用一些防止因重力導致的冒頂的措施，以阻止伴隨有瓦斯突出或不伴隨有瓦斯突出的巖石突出。
根據本發明的一個實施例，在確定開采順序、開采方向、開采速度以及使用阻止帶有或不帶有瓦斯突出的巖石突出的措施，以及使用防止重力導致的冒頂時，對剪切斷層和巖石破碎區進行了考慮。
此外，當巖石受到井下開采影響時，這些巖石“記住”它的以前的狀態，其所受的構造力是由褶皺能和反壓力而產生的。由于開采而造成的巖石移動主要發生在構造力作用期間，已經發生了巖石移動這些地點上。在這些地點上存在許多剪切面，由于井下的開采，使得巖體在這些剪切面上移動。因此，這種剪切面移動不需要用能量來激發，因為巖石已經不同程度地被破碎，因而使巖石能夠開始移動。
就構造斷層的形成而言，在構造力作用過程中，這種移動過程并不局限于這些斷層上。在斷層的側面和/或在斷層的上面和下面，巖石發生斷裂和壓碎。這適用于逆斷層、正斷層和巖層錯位。在后者中(初始斷層與后成斷層之間的聯系中)，產生的巖層的斷裂和破碎并不總是由一個構造斷層造成，而是可由兩個或多個斷層造成的。巖層在剪切面上的移動加劇了巖層的斷裂和破碎，在這些剪切面上，在一些情況下只有逆斷層、落差或巖層錯位。
由于構造力的作用，使得一些區域升起，這些區域受巖層的二維和線性移動的影響，這種巖層的移動是由地下開采的影響而產生的。然而，二維移動和線性移動這兩種形式對于估計和設計開采順序、開采方向、開采速度以及使用應力釋放措施來說都是非常重要的。
在具有斷裂和破碎巖層的區域，在構造斷層內發生水平或豎直的移動，剪切斷層發生很小的移動或不發生移動，與這些區域不同，有一些區域通過褶皺能和巖石作用的反應力被擠壓在一起。在產生移動的區域，沒有平面升起。而替代后者的是巖石被壓在一起與具有斷裂和破碎區域中的情況不同，在擠壓區域，由于沒有巖層的移動，因而不能釋放出壓力，從而造成巖石內的壓力增大。
由開采由造成的巖層移動是在巖層提供的平面上進行的。在擠壓區域，這些是不能發生的或者只定一定范圍內發生。這就意味著，在擠壓區域，巖石具有以前的狀態，局部的巖石壓力是由地下開采所造成的，巖石的這種原始狀態沒有通過巖層在已有的剪切面上的水平或豎直移動而把壓力立即釋放出來。同時，礦層的原始狀態和厚礦層都被保留下來，薄礦層結構不并在上面疊合，這種疊合可以巖石中不同方向進行，因此使巖石突出危險性達到最小。
由于受一定限制條件的影響，開采邊界上巖石突出危險性增大。開采邊界在巖層間形成分離平面，它直接受由開采所造成的巖層移動的影響，并且由于開采時的支護作用會巖層內的壓力變得更高并增加了巖體內產生較高應力的可能性。巖層的移動對巖層的原始構造會造成干擾或破壞。然而，當巖層遭受因斷裂和破碎所形成的壓力和因剪切斷層所形成的壓力時，褶皺能將地會起作用，從而在構造力作用下也會造成巖層結構的干擾或破壞。因此，受不同程度壓力影響和/或不受壓力影響的開采邊界和區域間的邊界是類似的，于是被開采的區域與受構造應力作用的區域的移動方向相同，露頭區域的移動方向與受很小構造力或不受構造力作用的區域相同，因此，根據考慮這些構造壓力，來估計和設計開采順序、開采方向、開采速度和壓力釋放措施的使用。
小構造斷層在區域的邊界上被破壞，由于在形成特定類型的構造斷層時，巖層的原始狀態被改變，從而使這些小斷層構造受到不同程度的壓力作用。在具有落差的構造斷層受破壞的地方，剪切面也同樣被破壞，這個剪切面以前并沒有形成具有落差的斷層。同時，與構造斷層破壞有關的剪切斷層在邊界區域內終止。
在上述的關系中，只有斷層和剪切斷層才能在區域間的邊界上被破壞(runout)，所說這些斷層和剪切斷層能在這些區域中形成，所說這些區域間的邊界受不同程度的壓力的影響。這適用于斷裂和破碎區。但對于斷層傾角接近零的擠壓區域，這是不適用的，或很少適用。它還適用于與擠壓區鄰近的區域。剪切斷層(的形成)和巖石的移動使褶皺能減小，從而為受壓區域從鄰近巖層中產生一種幫助。
開采也會造成剪切面上的巖層移動，尤其是在開采邊界的區域，在這些區域，在開采過程中釋放出的壓力很快地從旁邊減小。如果受到剪切的區域被開采，并且在另一側幾乎沒有任何能造成巖層移動的剪切面，那么巖層移動就會在剪切面的端部終止即區域間邊界受到不同程度的應力。這就在巖石中形成一種“切口壓力”。
根據本發明的一個實施例，地點這樣來確定，使開采盤區跨越構造壓力區域之間的邊界，在這個交叉處，開采這個區域，這個區域具有剪切斷層，但在另一側幾乎沒有任何剪切斷層。
在本發明的另一實施例中，如果在工作面前方區域中存在邊界構造，那么就要檢查受不同程度壓力作用的區域之間是否存在邊界，如果具有一個危險切口壓力值，那么就在大于50米的距離處停止開采。這適用于有一平行于盤區的卷道的地方和工作面前方的區域。如果鄰近層存在開采邊界，那么切口壓力適用于設計操作中，如果存在切口壓力，那么就得更經常地去檢查。
對開采邊界和受不同程度壓力的巖石區域間的邊界進行比較是非常重要的，它是根據不進行開采的支柱(islands)的形成來比較的，以前就用這種方法來估計巖石突出危險性。礦工需要對支柱進行操作，而這種操作會增加巖石突出的危險性如果存在一個相對較高的剪切斷層，那么支柱就一點也不能升起。另一方面，從剪切斷層意義來說，把使支柱位于工作面前方區域的前方是可能的。通過對構造力作用的考慮，可以在早期就能判斷線性剪切斷層、線性剪切斷層的交叉處、剪切破壞的巖層等，從而在設計階段就可以根據后者(初始斷層與后成斷層之間的聯系)來設計開采順序、開采方向、開采速度以及應力釋放措施的使用，使它們相線互協調一致。
在本發明的一個實施例中，對開采支柱是否會被剪切斷層破壞作了調查研究。
由于巖層發生移動，使得構造斷層周圍區域經常受到破壞。如果巖石移動的強度和方向發生改變或者移動受阻，則情況更是如此。通過考慮構造力作用，這些地點和巖層移動強度發生變化的地點就能被確定下來。在剪切斷層上只發生很小的移動，尤其是個別剪切斷層，這些剪切斷層的大部分都沒有被破壞。在這種情況下，剪切斷層可以存在于距相對大的構造斷層至多200米的地方，其中所說的剪切斷層是在構造力作用過程中根據特定規律而形成的的，所說的構造斷層的走向平行于這些斷層。沒有轉移的邊界在剪切斷層的邊界上升起，其升起方式與在開采邊界上升起的方式相同。開采區域上面的開采邊界有一朝向被開采區域的傾角。由于后者(初始斷層與后成斷層之間的聯系)，使得開采支柱(workingisland)上形成錐形巖石，它沒有受開采的影響，但是在它上面的區域，由于巖層的移動而受到影響。如果剪切面有一相應的傾角，則會由于在開采前面和上面迅速發生巖層移動現象，使得在構造力作用過程與開采過程的結果中，產生類似的聯系，從而使得它的邊界朝工作區向下傾。因此，對于開采支柱來說，可以形成一個大的、被卸下的巖石，構成它的巖石是不受壓力影響的，因此它與巖石突出危險性有關。由于開采的影響，使得具有剪切斷層的區域把巖石中移動引向它們自身一方。因此，在巖石支柱周圍形成移動，它沒有剪切斷層，如果剪切面上的巖石移動把動態壓力向下釋放，那么它會導致在兩側的剪切斷層下面形成另外的壓力。雖然這種另外的壓力不在開采邊界的周圍，但是它受巖石，甚至是幾米外的巖石的結構和連續性的影響。于是，尤其在開采初期，工作面推進過程所產生的影響更多地作用在這樣一邊，在這一邊上，由于構造力作用，已經具有巖石移動的剪切面。于是這個另外的壓力在一個相對廣泛的區域上分配。因此在個別地點上，這個壓力沒有那么大。與這相對比，在這區域上有很少或沒有原始剪切面，如沒有被剪切的厚巖層。這兒的巖石將受到彎曲壓力的影響，使得相應的彎曲壓力逐漸增加。
在開采一個盤區時，在工作面推進一定距離后，主要頂板才發生塌落。由于頂板巖層的大范圍內還沒有被破壞，相當一部分巖石壓力能傳送到倒臺階式的回采工作面(overhand stope)。因此，建議開采盤區應從主頂已經跨落的采空區開始。由于這種方法不能用在開采初期，因此，被剪切的巖石形成一個恰當的替換，其中主頂板很少在一個位置上保持廣泛的區域的完好，從而可以減小巖石突出危險性。
根據本發明的一個實施例中，在巖石受剪切斷層應力的區域，把固體充填改變線頂板跨落。這也同樣適用于工作面的延伸，不需要用頂板錨桿和/或巷道邊的矸石垛的支護。搞清巖石突出危險性的一個重要因素是將上部巖層中的應力朝表面釋放以及防止剪切面和巖石的覆蓋層釋放壓力。由于附近存在斷層巖塊，因此這種剪切面和巖石覆蓋層是存在的。在這種情況下，右炭系巖石的表面以前曾是地表巖石的表面，并且/或受到海洋沖蝕，促進了在石炭系巖石上形成一個擬平表面。應當注意，在壓力釋放后，后來的頂板巖石又會產生一個新的表層壓力。由于后者(初始斷層與后成斷層之間的聯系)，使得在揭去巖石區域過程中，固化的巖石首先釋放壓力，然后由于表層壓力，使之處于一種“壓縮效應”狀態下。這個過程與分層巖石的巖層沉積過程不同，即不同于當巖石處于相對松軟狀態下的沉積過程。沉積巖很少能吸收壓力或巖石不處于一個吸收壓力的位置，尤其是在壓縮區域內。
隨著頂板巖石的增加，分層巖石就產生壓縮，于是它不同程度地受地殼水平壓力的影響。在一些地方，水平壓力大于表層壓力(overburden pressure)。在頂板巖石區域，巖石會釋放其自身的壓力，以便吸收另外的壓力。因此，靠近頂板巖的巖石經歷應力釋放過程，這個過程對于減小巖石突出危險性來說是非常重要的。然而，考慮到構造力的作用，巖石的應力釋放過程是根據巖相、地層及地殼構造而改變的。
(根據俄羅斯數據)如果頂板巖石(cap rock)延伸到地表下250米，那么與巖石突出相關的轉折點大約在頂板巖石下250米。壓縮區域與具有剪切斷層的區域之間的邊界在那兒尤其有著強烈的影響作用。在具有剪切斷層的區域內，由于通過巖石的磨蝕使得荷載被移去，因此應力釋放過程是可能的。在壓縮區域，壓力釋放過程發生在臨時地表下一定深度的地方。具有剪切斷層的區域釋放壓力更快，這是由于巖石經歷了一個表層壓力強烈釋放而造成的壓力釋放過程。
如果剪切面是以這樣一種方式排列的，剝離的巖塊位于采空區上部，尤其是這里的巖層是厚巖層，那么由重力導致的跨落發生在這個區域的上面，大約在頂板巖層下250米。如果剪切斷層是斷層的初始影響作用而形成的，那么也會因重力導致的跨落現象發生。所說的這些斷層形成了斷裂巖塊和上沖斷層的邊界，它向上延伸，在厚巖層上形成了剝離的巖塊。
在本發明的一個實施例中，根據構造力作用，原始斷層發展成為后來的剪切斷層，這導致相對大的構造斷層的形成，這是由于褶皺能和巖石的壓力以及巖石移動所造成的，并且找到具有重力跨落危險性的地點。減小了由這種方式確定的區域內適當支護的滯后，避免了關閉主要機器，避免了煤層回采的中斷，周末與假期也不會發生回采中斷。
巖石突出的發生常與瓦斯突出相聯系，但也不總是如此。如果促進巖石突出的剪切面受巖石反方向移動的影響，使得巖石石移動可以是水平的、豎直的移動或者是水平和豎直方向都有的移動即斜移動，巖石突出關系到開采順序、開采速度和開采方向，包括開采的幾何形狀。在剪切面區域內形成糜棱化的巖石，這些糜棱化的巖石具有附著煤層中瓦斯的能力。當存在相應的巖石壓力和另外的來自開采幾何形狀的壓力時，在瓦斯中也會形成高壓，這種高壓的釋放與應力釋放相聯系。在這種情況下，是什么引發這種聯系的產生、瓦斯壓力或應力集中，是無關緊要的。在鄰近礦層的一層內，可能具有不同的構造。于是一礦層揭開了逆斷層構造，而鄰近礦層則沒有揭開。在逆斷層構造的區域比在鄰近區域，煤更被糜棱化，因此就更傾向于瓦斯突出。
根據本發明的一個實施例，對具有逆斷層的區域，而不是鄰近區域，作了試驗研究，分析瓦斯成分和瓦斯壓力。發現糜棱化作用阻止了瓦斯從一個礦層流入其它層。
在本發明的一個實施例中，如果形成了開采支柱，并且很少受構成開采邊界、采煤工作面、巷道邊緣的構造結構的影響，很少受與巖石突出相關的構造結構的影響，以及如果存在厚礦層，那么就加強預防巖石突出的監視。
有一些礦層，它被揭開的方向大致與所測的壓力方向相同，這些礦層中的原始應力狀態其同決定著能量的流動方向和有效反壓力的方向。在這種情況下，聚集起來的應力狀態與那些原始應力狀態相類似。這就意味著，由于巖石事先具有應力聚集和應力減小的特性，從而使得原始應力狀態共同地決定著當前應力的增長。
在本發明的一個實施例中，找出哪些地方發生應力集中，這些地方存在于壓縮區域，并考慮了與巖石突出有關的其它影響因素，確定哪些地方需要采取措施，以防止巖石突出。
在本發明的一個實施例中，如果具有能量流動方向和有效反壓力方向的原始應力狀態與當前的應力方向不一致，那么就調查是否把原始壓力分布和當前的壓力狀態一起考慮，以防止巖石突出，并且應當考慮到什么程度。在這里應當記住，在正斷層上面，不管巖層的移動是向上還是向下，如果走向上發生凸狀變化，那么只發生巖石的斷裂，如果在走向上發生凹狀變化，那么只發生破碎。這種變化發生在正斷層的下面。正斷層的走向上具有凸狀變化時，如果巖層向下移動，則造成壓縮或收縮狀態，如果巖層向上移動，則造成斷裂和收縮狀態。由于這個原因，使在斷層上形成向上移動的壓力分布所在的地方，巖石突出危險性減小。在正斷層走向上具有凹狀變化時，如果存在向下的移動，那么在正斷層下面發生斷裂，如果存在向上的移動，那么就發生收縮或壓縮狀態。如果存在向上的移動和相應的當前壓力影響，那么巖石突出危險性會更大。
根據本發明的一個實施例，通過模擬，來確定當前的壓力分布并把它與在當前地質構造結構揭開時構造力作用下的壓力分布進行對比。這種對比是根據這樣一條自然規律進行的，即當前狀態是最少能耗所對應的結果。決定性因素是構造力作用過程的第一階段。通過以后的階段可以發現所利用的移動路線，這以后階段有時是其它壓力關系的對象。這在相當程度上也適用于壓縮區域的形成。
根據本發明的一個實施例，根據構造力作用過程的第一階段中與巖石突出相關的構造類型和構造的活動行為來確定能量的流動方向和結果形成的剪切斷層，并且考慮到后者(初始斷層與后成斷層間的聯系)，確定防止巖石突出所要采取的措施。構造力作用過程的后繼階段在第一階段不受影響的程度下被調查研究了。對用這種方式限定的構造分析了它們是否與巖石突出有關，以及什么時候有關，是否與帶有瓦斯突出的巖石突出有關或是否與載荷冒頂有關，并且相應地采取一些必要的措施。
在后者(初始斷層與后成斷層之間的聯系)過程中，在正斷層上形成一個壓力分力，它是表層壓力和水平壓力的合力，并從正斷層上出現。它以一個角度向下傾斜，如措施中所說。在構造力作用過程中也是這種形式。
這壓力分力也存在于逆斷層中，它是表層層壓力和褶皺能和/或反壓力的合力。由于被破壞部分的巖層中的合力的作用以及反壓力的作用，從而在正斷層中形成壓縮區，在走向上具有凸狀變化的區域，這些壓縮區在正斷層下相互覆蓋，就這些壓縮區而論，正斷層和逆斷層是有差別的，其差別在于在走向上具有凸狀變化的區域，這些區域壓相互覆蓋，這些壓縮區是由于被破壞的巖層中的合力作用以及反壓力作用而形成的，在走向上具有凸狀變化的逆斷層情況下，各合力在斷裂部分相互疊加。同時，由褶皺能產生的移動過程確保發生一種移動，這種移動是背離走向線上礦脈的連續偏斜，并且破壞巖石部分通過在逆斷層表面上的摩擦使斷裂傳向這個區域的下面。通過這種方式使壓縮變小了，甚至完全被調整過來。在本發明的一個實施例中，在剪切斷層間的交叉區域內的正斷層下產生壓縮，它是由褶皺能形成的，壓縮區的邊界由褶皺能和覆蓋層壓力和水平壓力的合力共同作用而形成的，它垂直于正斷層。這避免了在這地點上形成開采邊界，出于同樣的目的，壓縮區外面的區域就在這地點開采。尤其是在具有厚礦層，這厚礦層在其上面和下面包含有砂巖和砂質頁巖的情況，避免了在這地點形成開采邊界。
從構造結構中，就有可能得出具有巖石突出危險性的結論，這同時也使得有機會使用減小應力措施所產生的結果，并將其作為改進錯誤設計的依據。當在受到不同程度壓力的區域之間的邊界上產生應力集中時，在此需要用更多的碎石，以更根據本發明的一個實施例精確的確定邊界。于是正斷層走向線上的礦脈的連續偏斜就能精確的預知。如果不考慮構造力作用，就不可能在寬度可以為100米的使斷層發生層理滑移的區域內采取壓力釋放孔措施。在這種情況下，巖石被破壞。打鉆產生大量的碎片。巖石也會被壓力釋放措施作用而進入這個過程，并且它們就可能不能結合在一起，盡管在考慮構造力作用時，不期望有這種應力集中現象。這種層理滑移存在于距逆斷層至多400米的區域，垂直于分層，如果逆斷層向上伸出，則距逆斷層至多200米，垂直于分層，如果逆斷層向下伸出，或如果上沖尺寸位于傾向上沖尺寸保持不變的區域之間發生改變，如果在連接著的巖石中沒有急傾斜巖層，那么層理滑移(bedding slips)也位于傾斜和急傾斜礦層中。此外，如果正斷層的傾角從上到下發生改變，則層理滑移就會發生。當受這原始應力狀態影響時，層理滑移位于正斷層的上面，并且隨傾角變化而被向下推動。層理間距從正斷層到斷層巖石中心延伸多達1000米的距離。
在本發明的一個實施例中，確定具有層理滑移的區域，層理滑移與剪切斷層有關，并且在破碎巖石中沒有壓力，在巖石中，就不需采取減小應力的措施了。
應力集中與開采幾何形狀、巷道形狀地層、巖相及構造相聯系，它是由構造力作用而產生的。根據上述情況，荷載跨落必須，在下面情況中加以考慮具有造成跨落傾向的巖石的破壞、具有瓦斯集中的瓦斯突出和瓦斯環流。于是，在應力集中包含了開采中一個重要的整體連接狀態。整體相互連接狀態還不很清楚，有些方面還是很模糊，這是因為整體連接狀態是非常復雜的。這暗示著構成一個整體連接的構造的編制，即“應力集中”，因此，在部分作用段，每個單獨區域都被完全覆蓋，具有連接的區域采取預防巖石突出措施，就成分而言，它是相關的。在各個相反順序中，也同樣存在相同的條件，即處理瓦斯突出、支護、以及跨落傾向，在防止巖石突出的原理上具有同樣的要求。
在本發明的一個實施例中，采取了一連串過程來進行，尤其是借助于KDP來進行。根據同樣的過程來處理分析瓦斯成分、瓦斯環流、隨后跨落傾向和支護的耐久性。在后者(初始斷層與后成斷層的聯系)的過程中，根據影響范圍和影響強度來標明與對應的一連串過程之間的聯系。
在本發明的另一個實施例中，已經完成的一串過程形成了這一串過程的構造力作用的定位指導和起點。因此，在后者中這些點被標明，它們與瓦斯成分、瓦斯環流、隨后跨落傾向以及支護的耐久性有關。
在走向方向上具有凸狀變化的礦層中，如果巖層在正斷層平面上向上或向下移動，那么在正斷層的上面就發生斷裂(編斜和彎曲)。這兩種情況中，巖塊都移開。這發生在構造力作用過程中，而且是在有向下移動時發生的，這種移動是由于區域兩邊的巖塊都受重力的作用而產生的。當巖層向上移動時，也同樣會發生由偏斜與彎曲產生的斷裂及巖塊分離，這是由于褶皺能和反壓力造成的滑動效應的結果。由于褶皺能和反壓力的作用，各個斷裂塊又被一起推回。由于褶皺能和反壓力巖石的發生斷裂和后者的修正，使得在斷裂帶產生剪切面，在這剪切面上，由于開采而會造成巖石移動。
在這兒不會產生應力集中，因為開采造成的應力升高會被巖石在已存在的剪切面上的移動所釋放。這種情況與重力導致的跨落現象相類似。相互連結在一起的巖石沒有足夠的體積產生應力集中。礦井瓦斯不能增大巖石突出危險6性。在斷裂地帶，瓦斯最終移向工作面，因而瓦斯壓力不會增大。
在正斷層走向上具有凸狀變化的區域，移動在朝上、朝下和朝兩側都存在移動分量。在這種情況中，朝兩側的移動分量造成巖石的斷裂。偏斜區域的巖石被斷裂，只要這塊巖石位于兩個相互垂直的移動分量之間，它是在斷層在向線上的偏斜部分中形成的，它位于連續偏斜部分的兩側。位于偏斜段正前方的區域不整體地朝側面移動。與這不同的是，在正斷層走向線上的凸狀偏斜部分的左邊和右邊的斷層部分上面的巖塊作為一個整體巖塊移向側面。這就產生了因重力而導致的向下移動以及因滑動作用而導致的向上移動。因此，垂直段就是區域間的邊界，它受到不同程度的應力作用，垂直段也是剪切面的邊界，在這個剪切面上，巖石地發生移動。在這里，巖石不會發生斷裂。于是就能確定斷裂區域的位置。斷裂從凸狀偏斜或彎曲在正斷層走向上延伸到斷裂巖石的中心或延伸到偏斜角方向上1000米處，因此，凸狀偏斜角一定大于5哥恩(gon)。對于后者(初始斷層與后成斷層之間的關系)來說，在鄰接的巖石中不存在巖石破碎是一個前提條件。巖石的破碎使1000米的距離縮短到300米。褶皺能的作用使斷裂被調整。這意味著，為了在移動后，在兩側的正斷層面上能夠吸收應力，這巖石能在斷裂地帶“釋放應力”。
在走向上具有凸狀變化的區域，如果巖石在正斷層平面上向上移動，那么在正斷層的上面發生斷裂。然后在正斷層的上面產生滑動效應，它把兩塊巖石推向凸狀偏斜的左右兩側，并由褶皺能和/或反壓力支撐。在正斷層平面下產生摩擦。結果是，當發生后推時，在走向上具有凸狀變化的區域內的正斷層下發生斷裂。這種斷裂平行于正斷層，并隨著距正斷層距離的增加，斷裂的強度從偏斜段起開始減小。在有斷裂和無斷裂的區域的之間沒有可定位的邊界。在走向上具有凸狀變化的區域內，正斷層的上面和下面的斷裂是明顯不同的。在正斷層的上面的地表方向上存在一間隙地帶。單獨的巖塊在這個方向上可以移動，這種移動不受鄰近斷裂巖塊的阻礙，這對于正斷層下的區域也是如此。這意味著在斷裂區內移動的正斷層上部的巖塊個體大于正斷層下部的巖塊。此外，在移動過程中，巖塊相互作用，從而進一步地被破碎。因此，在正斷層上面形成足夠的剪切面，在這些剪切面上，由于開采而產生的應力，或者是在巖石中已經存在的這種應力，能通過移動被釋放掉。
在正斷層區域內的鄰近斷裂巖塊的表土層上形成一個表土層壓力，這個表土層壓力在任何地方都起作用，包括正斷層區域。與褶皺能和/或由巖塊產生的反壓力一起，鄰近的斷裂巖塊在正斷面平面上形成一個合力，這個合力以一角度朝下。在所有的斷裂部分都出現合壓力，并在正斷層走向的凸狀偏斜區域內也出現合壓力，即從兩個粘裂部分到偏斜部分的左右側出現合壓力。結果，形成這樣一個區域，在這個區域中，以一個角度向下作用的壓力分力在走向彎曲變化下相互疊加。疊加區域在側面由合壓力限定，它形成于兩個斷裂部分的交叉區上，并以一個角度朝下。以這種方式形成的三角平面和/或以這種方式形成的三維棱鏡破作為本發明一個實施例來說明，其中，垂直部分在正斷層部分的走向上形成。在三角平面上具有疊加的壓力分力，包括在一邊的褶皺能或反壓力和在另一邊的表土層壓力，因此，巖石中的壓力和應力大于鄰近區域內的壓力或應力。同時，斷裂和壓縮在棱鏡邊界大于區域內時，它的特征是疊加壓力分力，因為這里的移動發生在由造成的兩斷裂部分，并通過摩擦被傳送到正斷層下面的區域，在棱鏡邊界上終止。
在正斷層走向方向上有凸狀變化的區域，如果在正斷層平面上存在向下的移動，那么就會在正斷層上形成斷裂。褶皺能和/或反壓力抵抗巖石。結果在正斷層下面的區域上產生褶皺能和反壓力的影響。巖石被擠壓得更強烈，并處于壓縮狀態。由于正斷層上部的斷裂集中在正斷層走向線上凸狀彎曲的區域上，因此，正斷層下的巖石在這個區域內被壓縮。這里，壓力分力從斷層部分作用于彎曲部分的左右兩邊，即作用于外面的斷裂。其中的壓力分力從斷層平面以一個角度指向下方，它是褶皺能和/或反壓力和表土層壓力所形成的合力。以一角度指向下方的壓力分力在這樣一個區域內疊加，這個區域是在斷層部分走向之間的彎曲部分豎直地形成。在這一點，巖石不會向上突出。這里，以一個角度從上面作用的壓力比在鄰近區域內的大。于是，在三角形地帶的凸狀彎曲下產生壓縮，它從正斷層走向線上的凸狀彎曲開始，在彎角的中線上測量，則延伸大約至斷裂塊的中央和/或1000米。在這個區域，沒有或很少有一些剪切斷層，由開采造成的應力能通過移動釋放。
在壓縮區域，如果發生向上移動，那么就形成斷裂，這斷裂不斷地由褶皺能和/或反壓力的影響來調整。然后在斷裂之前就已存在的應力被恢復。巖石會“釋放它的應力”。
小構造逆斷層基本上平行區域內的正斷層，這個區域由于向上移動而形成于正斷層平面，這個區域距正斷層至多200米。這表明向上移動時正斷層上的摩擦阻力。由于后者(初始斷層與后成斷層之間的聯系)，移動迅速向前進行，從而由部分移動導致巖石的剪切。
在正斷層下面，由于摩擦，在距正斷層100米內，巖層隨著以露頭彎曲形式的移動而被拉向上方。在走向方向上具有凸狀變化的區域，這在這種正斷層下的區域造成一點擠壓，因為為形成露頭彎曲的移動區域朝頂部變得越來越窄。因此，由于開采的進行，造成巖石的移動，從而形成新的剪切面，礦層在露頭彎曲內滑動，在構造力作用過程中被引發的，在發生露頭彎曲的所有地方都會發生礦層的滑動，滑動在巖石彎曲軸線的區域上結束，它不受露頭彎曲的影響。巖層滑動利用石炭紀巖石和軟巖石，例如頁巖，作為潤滑表面。它們由露頭彎曲外的開采來引發。由于后者(初始斷層和后成斷層之間的關系)，彎曲部分軸線上的壓力增大，這個壓力是從彎曲傾向上的更陡的巖層作用的。這使得當地的巖石突出傾向增大。例如，緩傾斜巖層區域彎曲軸線附近的巖石突出傾向增大。這適用于大致平行于正斷層的彎曲軸線的區域。
在正斷層平面上，以一角度朝上或朝下發生下落和上沖。在這個過程中，形成水平和豎直的移動分量。水平移動分量與防止巖石突出的方法有關，這個巖石突出伴隨著瓦斯突出和在構造應力作用的硬煤層中重力導致的跨落，也可以不伴隨這種現象的發生。所說的防止巖石突出的方法包括確定開采順序、開采方向、和使用應力釋放措施和維護措施。隨著向上或向下移動的增大和下落平面傾角的減小，水平移動分量增大。當發生向下移動時，當存在相對大的水平移動分量的情況下，巖石被壓縮，存在相對小的水平移動分量時，若石發生斷裂。對于向上移動來說，這種情況正好相反，當向下的移動局部地大于向上的移動或者只發生向下的移動，則在具有更大落差的地方形成壓縮。如果主要是向上的移動，那么壓縮發生在這樣的一個區域內，在這個區域中，頂板與底板的交線之間的距離很短，斷裂發生在距離長的地方。
在本發明的一個實施例中，壓縮區域的位置被確定，從走向方向上的變化到影響因素和后推的斷層，在估計巖石突出危險性時都具有影響作用的。由于斷層的落差活動，會造成壓縮，如果存在這種壓縮，那么應加強對彎曲軸線區域的監視。
如果斷層落差有變化，那么較小的落差區域上發生斷裂，而在有更大落差的區域則發生壓縮。斷裂與壓縮經巖體在移動面或剪切面上的移動而平衡的，這種移動是由于褶皺能和反壓力造成的。在靠近正斷層處和距后者至100米處，存在許多剪切斷層，通過巖石移動使巖體內的壓力差達到平衡。因此，移動路線位于巖石中，由開采造成的應力能被消散掉。在從正斷層大于100米的距離，在分開的移動上，相互間有500米至600米的距離，在這里，若體達到平衡。與大位移地帶不同，這里的移動發生在落差變化的位移上，總是沿一個方向，因此，移動面或剪切面上的移動以及移動大小都是不同的。決定性的因素是位移兩邊的當地的相對環境，這些因素在周圍區域造成剪切斷層，當后成的應力需要被消散時，剪切斷層就作為一個移動平面。
在本發明的一個實施例中，只要在落差上的變化不大于t＞10m/20m，在這類區域內就沒有應力集中，這種落差變化造成在褶皺能的陰影邊形成一槽，它平行于位移，能量傾斜流動至多600米的走向和在落差增大的方向上的傾向造成這個地槽。于是在槽的邊緣的下端形成彎曲軸。在槽邊緣的急傾斜巖層受到彎曲滑動應力的影響，這就撞擊后成斷層，落差斜對角地變化，巖石受到破壞，從而具有大量的剪切面，它在礦層軸線上終止，由于這個緣故，礦層軸線就變得與巖石突出有關。
在(偏斜或彎曲)走向方向上有凹狀變化的區域內，當發生朝下或朝上的運動時，在正斷層的上面發生破碎。在這兩種情況下，巖塊被相互推入對方，從而形成破碎。這發生在向下的構造力作用過程中，因為彎曲兩邊的巖塊受重力拉的作用。它發生在朝上的構造力作用過程中，因為褶皺能和/或反壓力造成的滑動影響使巖塊被推向扭曲或彎曲部分。
在許多情況下，破碎在正斷層上面和彎曲附近形成小逆斷層。在距彎曲部分更大的距離，大約600至1000米后，由于擠壓不能無限制增大，從而發移動，破碎的巖石被推向一邊。這也適用于具有逆斷層的區域。破碎在凹狀彎曲部分開始，并在側面由垂直部分限制，這垂直部分在斷裂部分的走向線上的彎曲部分上。垂直部分從側面限制巖塊，它被下落到斷裂部分。在后者的過程中，垂直部分間的區域在每個下落過程中發生作用，它發生在彎曲部分的一邊或斷裂部分的另一邊。彎曲部分兩邊的巖塊移動對剪切斷層和構造力有著相當的影響作用，移動的路線上壓力釋放是由地下的開采所造成的。在構造力作用期間，巖石被局部壓縮，但是聯鎖破碎確保這些區域不會變得足夠大，以致由于采動影響而形成危險的應力集中。然而在另一方面，如果有缺陷的剪切斷層存在的話，這些區域就會足夠大，以致促進因重力導致的跨落。
因此在本發明的一個實施例中，建議在與走向方向上有凸狀變化相聯系的破碎區域內；剪切斷層的走向、傾向和強度應當被確定，為了利用后者(初始斷層與后成斷層之間的聯系)來檢查是否會發生重力導致的跨落，以及跨落的大小，這是為了確保調整支護的大小、支護的滯后的長短、懸露面積的大小，如工作里邊緣。
在朝下的正斷層中，在正斷層上面的斷裂部分上激發的移動延伸至一塊巖石處，這塊巖石被垂直部分所限定，垂直部分在凹狀彎曲點中的斷裂部分上形成。在這里，垂直部分的另一邊的巖塊具有反壓力，這個反壓力造成巖層在開始的方向上移動。然而，巖塊也具有必須被克服的反壓力。在這之前，發生破碎，并且/或由剪切斷層限定礦層部分被壓縮，這是巖石破碎過程的結果。
當巖層在彎曲部分的另一邊的斷層部分向上推動時，發生如鏡中景像一樣類似的過程。因此，形成了兩邊界，這邊界描繪了受到斷裂和剪切斷層的不同構造應力的區域。如果一個邊界被作為構造力作用過程的一個邊界，那么釋放壓部分的移動過程就在另一邊界上移出，反之亦然。這意味著在兩邊界兩邊都有剪切斷層，這些剪切斷層能形成構造斷層、所有的構造斷層或許多的構造斷層都能從后者中得出。
在正斷層走向方向上具有凹狀彎曲的區域內，如果巖石向上移動。那么由滑動影響造成的，在凹狀彎曲方向內移動的巖塊，由位于彎曲部分左右兩側的兩個斷裂部分中的一個上面的區域來限定。在一個斷層部分上面的區域在一個凹狀彎曲的區域內的垂直部分上終止，它在彎曲部分形成或在斷層平面上兩斷裂部分間的交線上形成。由褶皺能和/或反壓力引發的向上運動把巖石壓入接近一凹狀彎曲的碎加寬區域內。這巖石就斷裂了。然而，滑動影響把巖石推向彎曲部分，因為就能量而言，它更容易維持在相同的水準上。只有在這以后，才發生向上運動。然而，向上的移動為兩側移動創造了可獲得的空間。這個過程形成了剪切斷層。
在斷裂部分的正斷層平面上的向上移動中，引發了滑動效應，由于這種滑動效應，巖石被推向鄰近地帶的邊界區域，即垂直部分的區域，它在彎曲區域內的斷層平面上形成。這鄰近地帶被壓縮，同時，當移動是向下時，破碎部分由該地點上的移動而被從側面移開，這是由于剪切平面已經形成的緣故。這個過程包括兩個斷層部分上兩巖塊的第一邊界和另一邊界。
在本發明的一個實施例中，調查研究了正斷層上面垂直部分的兩邊是否存在剪切斷層，這是由于在垂直部分的區域內正斷層平面上的向下移動的緣故，它在凹狀彎曲的正斷層走向上形成的。如果存在剪切斷層，那么就考慮采動造成的應力的移動路線，應力通過這種移動，減小了巖石突出的危險性。
如果巖石移動只朝上，在本發明的一個實施例中，考慮了在構造力作用過程中，在斷裂部分走向上的垂直部分的區域內存在拉緊和/或壓縮，這是由于各個斷裂部分上的巖塊邊界在外邊，而且還在兩垂直部分間的彎曲上面的三角區域內。因此，考慮了這樣一個事實，即沒有剪切斷層，因此沒有消散應力的移動路線。在寬度100米以上，采取確定應力的措施。
由于在正斷層平面上發生向下的移動，因此，在正斷層上面走向上的凹狀彎曲的區域內發生擠壓，這種擠壓通過向兩側的移動而減小。在這種聯系中，正斷層平面上的摩擦把正斷層下的巖塊拉開，通過它朝兩側的移動來實現。正斷層下的巖塊與相對于同一點上面的巖塊相對應。這意思是指，巖塊在正斷層走向上的凹狀彎曲上終止，因此從彎曲部分向外輻射的邊界與垂直部分相同，這個垂直部分在斷裂部分的走向上的彎曲內形成。在正斷層走向上的凹狀彎曲的上面，巖塊相互疊加，這與彎曲部分兩邊兩個斷裂部分上的移動相聯系。在位于斷裂部分下的巖塊之間的凹狀部分下存在巖石棱柱，沒有合壓力作用在棱柱上，這個合壓力是由覆蓋層壓力和褶皺能和/或反壓力形成，它從正斷面平面以一個角度指向下方。相反，合壓力作用于斷裂部分下面的巖塊上。這確保有一個相對高程度的壓縮。這個壓縮大于巖石棱柱內的壓縮，這巖石棱柱位于正斷層走向上的凹狀彎曲區域內，在這里，沒有合壓力作用。因此，部分巖石區域能夠無阻礙地移動，它們與凹狀彎曲區域內的斷裂部分下面的區域有關。如果正斷層下的巖塊被巖塊拉向側面，那么這種移動由一沖力引發，這沖力從凹狀彎曲區域形成。結果是，位于斷裂部分下面的巖塊被巖柱移開到巖石棱柱的兩邊，巖石棱住位于凹狀彎曲的下面，移動是從邊界上開始的，這邊界是由斷裂部分上彎曲部分內的垂直部分形成的。通過褶皺能或反壓力，使得在巖棱柱內發生斷裂，在剪切面上每個移動階段后，巖棱柱被合上。剪切面的走向沿能量流動方向，并且有一個與凹狀彎曲的頂部傾角相對應的傾角。當斷裂合上時，就會形成剪切斷層，這個剪切斷層的位置可以確定，它與巖石突出以及重力導致的跨落相關。對于位于正斷面走向彎曲部分的下面的巖石棱柱的邊界只限于一定程度上，巖石也沿那里被拉動，這是由于沒有明顯的邊界，只是從一種應力現象過渡到另一種應力現象。
小構造錯位和剪切斷層在過渡區域伸出，在另一側它不被另外的剪切斷層所取代。在凹狀彎曲下的巖棱柱內的斷裂，由這些小構造錯位和剪切斷層調整。如果在正斷層走向上的彎曲區域的正斷層剪切面上發生向上的移動，那么由于滑動影響而使朝向彎曲部分的移動，通過摩擦被傳送到斷裂部分的巖塊上。因此，在凹狀彎曲部分的下面，被壓縮的巖石上產生輕微的破碎現象，沒有產生明顯的側面邊界，因此在這里不存在與巖石突出有關的邊界。后推力使得露頭彎曲在正斷層下，這正斷層在凸狀彎曲下移入一個加寬的空間。在那兒便發生斷裂，從而形成剪切面，通過巖石的移動，后來形成的應力就可以在剪切面上釋放掉。
沉積礦層，如硬煤層，尤其具有層狀構造，在這種層狀構造中，逆斷層朝向下的方向發展，它具有大致垂直于斷層的走向。如果起伏的礦層具有或沒有小構造錯位和/或逆斷層和/或小構造錯位和/或錯位，沒有起伏礦層被打開，那么重疊區域不受干擾，或其上沒有探測點。比較大的逆斷層朝向下的方向發展。通過在逆斷層面上面上移動的巖石在運動中的堵塞形成了起伏的礦層，因此，在同一地點，伸出區域上的能量流動與堵塞區域相交。在這里，巖石被剪切面破裂成小塊，因此具有足夠數目的平面，使得采動影響造成的應力能通過巖石在剪切面上的移動而釋放掉。
在本發明的一個實施例中，在伸出的逆斷層上面的區域內，減小了抵制巖石突出的費用。
在這種情況下，在逆斷層的伸出處，有一平行于礦層的滑距。如果平行于礦層的滑動沖擊著障礙物，那么巖石就會破碎。這個障礙物可能是構造斷層、落差為毫米級范圍的剪切斷層，夾雜物、不規則水沖蝕。在任何具有這種障礙物的地方，通過平行于礦層的滑移，使巖石被剪切和破碎。因此，具有足夠數量的移動路線，使得移動時產生的應力能被釋放掉。如果不存在障礙，那么由于大部分的滑移都平行于礦層，所以巖層保持不變，在這種情況下，如果需要留煤柱，以防止由于構造力或采動造成巖石突出，那么就必須考慮應力的積聚。該煤柱的頂部會有由大的、不連結的巖塊所組成的邊界，在逆斷層的尺寸不隨著深度而變化的各個地方都存在平行于礦層的滑移。
逆斷層走向的變化導致雪犁和漏斗效應，雪犁效應與巖石斷裂相聯系，漏斗效應與巖石破碎相聯系。這原理適用于逆斷層上面的區域。在雪犁效應中，逆斷層下的巖塊通過巖塊在逆斷層平面上的摩擦從逆斷層走向上的彎曲部分被推開，這造成了雪犁效應。因此，在逆斷層的下面也發生斷裂。
逆斷層的正上面的區域沒有覆蓋的巖塊，它的重量能夠阻止部分區域的移動。在破碎區域內，比較大的部分區域都能在逆斷層上面移動，這些移動是相對的，并且進一步把剪切面撕開，因此，能獲得足夠數量的剪切面用于移動，從而能把應力釋放掉。
在逆斷層的下面，雪犁效應(Show plough)區域內的覆蓋巖塊確保了相對大的部分區域的巖石的移動被有效地制止。在這種情況下，合壓力相互疊加，這些合壓力是通過覆蓋層壓力和褶皺能或反壓力積聚起來的，并通過逆斷層平面把它以一個角度朝下。更高的壓力使得斷裂地帶內的移動被導向相對較小的巖石區域。其結果是，具有雪犁效應的區域下面存在足夠的移動路徑，應力在這些路徑上能釋放掉，這又通過平行于礦層的滑移被加強。
在漏斗效應(funnel effect)中，逆斷層平面上的巖塊摩擦把逆斷層下的巖塊推向逆斷層走向上的彎曲部分。因此，在逆斷層下面也發生巖石破碎。當逆斷層下面不存在向上朝地表的移動時，擠壓傾向于變為壓縮。如果也包括了正斷層，那么在逆斷層走上方向上發生變化的凹狀部下也發生破碎。擠壓使巖石的構造發生變化的同時，會形成許多剪切面，它們用于釋放由采動影響而造成的應力。平行于礦層的滑動使得這些剪切面的數目增加。
在本發明的一個實施例中，在具有雪犁效應和漏斗效應的區域，減少了預防巖石突出的一些措施，在存在平行于礦層的滑動情況下，預防巖石突出的措施可以進一步減少。
在雪犁效應和漏斗效應影響之外的區域內的逆斷層上面，巖石大體上作為一個統一的巖塊進行移動，尤其是在礦層較厚時，因此，如果平行于礦層的滑動穿過內含物不規則的物體、卷繞礦層和沖蝕礦層，那么在這里就會發生剪切斷層。
如果只存在小步驟，那么具有剪切斷層和構造斷層的邊界被平行于礦層的滑動所破壞。其結果是，形成另外的剪切斷層，因此，提供一些用于移動的平面，以便可以進行應力的釋放。
相對于這些可以通過移動釋放因采動影響造成的應力的平面，逆斷層間的相互聯系因斷裂巖塊的構造而發生變化。
這里，根據本發明的一個實施例，褶皺能的型式在移動障礙物上和不移動地帶被確定。這是根據對這樣一個事實的認識而得出的，即褶皺能在一個地點只被轉化，只要存在一空間，如地表，用于構造結構的形成，并且只有在那時，才能更大程度地產生平面，使得采動所造成的應力可以在這些平面上被釋放掉。
在本發明的又一實施例中，就逆斷層區域內的移動障礙地帶和不受限制地帶而論，褶皺能的過程被確定，并且考慮到在有障礙物情況下，例如描繪斷裂巖塊的正斷層下的障礙物，如果由于構造力和開采幾何形狀而在支柱上產生較小的應力，那么剪切面的數目減小，這些于巖石突出來說是非常重要的。在不受限制的地帶，剪切平面的數目增加。
權利要求
1.一種在受構造力作用的沉積層中，尤其是在硬煤層中的開采盤區的設計方法，它是通過確定開采方向、開采長度、開采速度和開采順序來實現的，為了在礦層中作開采準備工作并進行開采，需要作出設計，設計的基礎是開采盤區的位置、各構造斷層的傾向、走向及各認知的地質斷層的落差、褶皺能的類型、巖石的斷裂、破碎及擠壓情況等，所說的開采盤區的位置是根據礦體中的構造斷層來確定的，所說的巖體的斷裂、破碎及擠壓是由構造能和構造塊的運移而產生的，其特征在于為了預防和/或制止巖石突出和/或由開采所引發的因重力導致的跨落，這些突出和跨落伴隨有或不伴隨瓦斯突出，確定出開采所引發的巖石移動的由構造力作用形成的區域或具有二維或線性特征的地帶，確定開采盤區的位置、和/或采取一些措施來釋放巖體中受采動影響的應力、和/或采取一些措施對開采工作進行另外的安全保護。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于確定出具有明顯剪切斷層和類似的巖石破壞的區域或地帶。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于確定出剪切斷層對沉積礦體的區域或地帶內的厚砂巖和砂質頁巖層的影響。
4.根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于在礦層預報過程中，確定出在不同構造應力下的、在區域間具有邊界線的區域或地帶。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于在所確定的邊界線上存在峰值應力的情況下，如果需要，可在距可疑的邊界線大于50米處管理和停止開采盤區。
6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于對沉積礦體中由開采設計出的開采支柱進行調查研究，看它是否被剪切斷層被破壞。
7.根據權利要求2或6所述的方法，其特征在于在巖體被剪切斷層破壞的區域或地帶，開采盤區可以從固體充填改變成頂板跨落，和/或把工作面長度設計得短一些和/或在設計中，采用頂板錨桿(roof bolts)或在巷道邊采用矸石垛。
8.根據權利要求2或6所述的方法，其特征在于減小支護的滯后性，和/或避免支護和/或機器在開采盤區內的關閉，這些開采盤區位于這樣的區域或地帶；在這些區域或地帶，在褶皺能和巖石壓力及巖石移動所造成的構造作用下，初始斷層能形成后成斷層。
9.根據權利要求1至7中任一個權利要求所述的方法，其特征在于當在頂板巖石和后者250米以下的邊界進行開采時，確定出具有重力導致的跨落危險的區域，并且減小在這些區域設置支護的滯后時間，和/或避免支護和/或機器的關閉。
10.根據權利要求1至9中任何一個權利要求所述的方法，其特征在于確定具有不同特性的各礦床，在水平層中是否存在，采取調查研究措施，調查礦層中受逆斷層應力影響的瓦斯和瓦斯壓力。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于在開采支柱附近和各自水平層中預報厚礦層的地方，加強有關巖石突出的調查研究和監測措施。
12.根據權利要求1至11中任何一個權利要求所述的方法，其特征在于在開采設計時，確定區域或地帶內的能量流動方向和原始應力方向，并把它與壓力分布作用相比較。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于確定在構造力作用的第一階段起作用的能量流動方向以及確定從后者形成的剪切斷層，并根據它們在減小巖石突出方面的作用來分配。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于確定構造力作用過程的后面的階段，并通過與第一階段對比，建立第一階段不被影響、被后面的階段改變、重寫的程度范圍。
15.根據權利要求13或14所述的方法，其特征在于在剪切斷層和壓縮邊界之間存在交叉的區域或地帶，回避開采邊界和這個區域的開采，這個區域位于壓縮部分之外，這個交叉處由褶皺能和覆蓋層壓力和水平壓力的合力限定，合力垂直于正斷層。
16.根據權利要求1至15中任一權利要求所述的方法，其特征在于如果由于構造結構而具有巖石突出危險性，并要進行開采，那么就在設計過程中，提供一些措施來減小受影響的巖體內的應力。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于確定具有礦層滑動的區域或地帶，礦層滑動的方向與預告剪切斷層有關，因此，對一些內部沒有應力集中的巖體，就不用減小應力措施了。
18.根據權利要求1至17所述的方法，其特征在于確定具有收縮的區域或地帶，根據走向方向上的變化和后推斷層確定預報收縮的位置，因此，如果找到彎曲軸線以及由斷層上的落差所造成的收縮，那么在設計過程中就更能在早期采取預防巖石突出的措施。
19.根據權利要求1至18所述的方法，其特征在于在走向方向上具有凹狀變化的破碎區域內剪切斷層的走向、傾向和強度被確定，并從中得出用于估計由重力導致的跨落的危險性出發點。
20.根據權利要求1至19中的一個所述的方法，其特征在于確定位于伸出的逆斷層上面的區域或地帶，并減少了所設計的開采盤區中抵制巖石突出的開支費用。
21.根據權利要求1至20中的一個所述的方法，其特征在于確定具有雪犁效應和漏斗效應的區域或地帶，并減少了這些區域內抵制巖石突出的開支費用。
22.根據權利要求21所述的方法，其特征在于在受雪犁效應和漏斗效應的區域或地帶，和/或內部存在平行于礦層的另外的滑動的地帶內，減小巖石突出的開支費用進一步減小。
全文摘要
本發明涉及在受構造應力作用的沉積層內,尤其是在硬煤層內開采盤區的方法,在這個方法中,確定出由構造力作用所形成的區域或地帶。由開采引發的巖石移動具有二維或一維特性。確定出這些區域或地帶,以預防和/或制止巖石突出、和/或由開采造成的重力導致的跨落,并征對這些來確定開采盤區的位置,和/或采取一些措施,以減小受開采影響的巖體上的應力,和/或把這些措施作為開采盤區的另外的安全防護措施。
文檔編號E21C41/18GK1176337SQ97117879
公開日1998年3月18日 申請日期1997年7月13日 優先權日1996年7月13日
發明者J·路斯, W·埃爾哈德特 申請人:魯阿科勒股份公司