- Tytuł:
-
New criteria to assess seismic and rock burst hazard in coal mines
Nowe kryteria dla oceny zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego - Autorzy:
-
Mutke, G.
Dubiński, J.
Lurka, A. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/220308.pdf
- Data publikacji:
- 2015
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Czytelnia Czasopism PAN
- Tematy:
-
mining seismology
rock burst
seismic event
seismic criterion
rock burst hazard assessment
sejsmologia górnicza
tąpnięcie
wstrząs sejsmiczny
kryterium sejsmiczne
ocean zagrożenia tąpnięciem - Opis:
-
The paper presents new criteria of seismic and rock burst hazard assessment in Polish hard coal mines where longwall mining system is common practice. The presented criteria are based on the results of continuous recording of seismic events and analysis of selected seismological parameters: spatial location of seismic event in relation to mining workings, seismic energy, seismic energy release per unit coal face advance, b-value of Gutenberg-Richter law, seismic energy index EI, seismic moment M0, weighted value of peak particle velocity PPVW. These parameters are determined in a moving daily time windows or time windows with fixed number of seismic tremors. Time changes of these parameters are then compared with mean value estimated in the analyzed area. This is the basis to indicate the zones of high seismic and rock burst hazard in specific moment in time during mining process. Additionally, the zones of high seismic and rock burst hazard are determined by utilization of passive seismic tomography method. All the calculated seismic parameters in moving time windows are used to quantify seismic and rock burst hazard by four level scales. In practice, assessment of seismic and rock burst hazard is used to make daily decision about using rock burst prevention activities and correction of further exploitation of monitored coal panel.
Zagrożenie sejsmiczne i związane z nim genetycznie zagrożenie tąpnięciem w dalszym ciągu należą do najgroźniejszych zagrożeń naturalnych występujących w polskich kopalniach węgla kamiennego. W ostatnich latach w kopalniach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) rocznie rejestrowano 1000÷1500 wstrząsów o energii sejsmicznej Es ≥ 1•105J (magnituda lokalna ML ≥ 1.7), a najsilniejsze z nich osiągały energię Es = 4 •109J (ML = 4.1). W latach 1991-2010 odnotowano w GZW 101 tąpnięć, z których około 66% miało miejsce w wyrobiskach chodnikowych, powodując ich uszkodzenia lub całkowite zniszczenie, a w niektórych przypadkach również wypadki śmiertelne. Przedstawiono podstawowe parametry sejsmologiczne stosowane w kraju i w świecie do oceny zagrożenia sejsmicznego. Opisano podstawowe zasady metody kompleksowej oceny stanu zagrożenia tąpnięciem, w skład której wchodzi metoda sejsmologiczna bieżącej (pomiarowej) oceny stanu zagrożenia. Od wielu lat, wraz z ciągłym rozwojem bazy aparaturowej i możliwości w zakresie cyfrowej rejestracji sejsmogramów oraz przetwarzania i interpretacji danych pomiarowych wzrasta znaczenie metod sejsmicznych, które są dzisiaj powszechnie stosowane w polskich kopalniach zagrożonych tąpaniami. Ciągła obserwacja zjawisk sejsmicznych indukowanych w trakcie rozwoju procesu eksploatacji pokładów węgla umożliwiła, w oparciu o zgromadzoną bazę danych, opracowywanie nowych kryteriów zagrożenia sejsmicznego oraz zagrożenia tąpnięciem, które winny wyraźnie poprawić efektywność metody sejsmologii górniczej. W artykule przedstawiono nowe kryteria oceny stanu bieżącego zagrożenia tąpaniami zaproponowane do stosowania w polskich kopalniach węgla kamiennego, które prowadzą eksploatację systemem ścianowym. Kryteria te są oparte na wynikach ciągłej rejestracji sejsmologicznej, połączonej z bieżącą analizą zarejestrowanych wstrząsów i obliczaniem wybranych parametrów sejsmologicznych. Parametry te to położenie ognisk wstrząsów w stosunku do wyrobisk eksploatacyjnych, energia sejsmiczna wstrząsów, suma energii sejsmicznej wyzwolona na każde 5m postępu ściany eksploatacyjnej, wartość wagowanego parametru amplitudy prędkości drgań PPVW, moment sejsmiczny M0, indeks energii EI oraz parametr b rozkładu wstrząsów według relacji Gutenberga-Richtera. Wartości powyższych parametrów są określane dla każdej doby lub w przesuwających się co dobę oknach czasowych lub oknach zawierających określoną liczbę wstrząsów, a następnie porównywane, raz na dobę, z ich wartościami średnimi wyznaczonymi dla obserwowanego rejonu eksploatacji lub z opracowanymi wartościami kryterialnymi. W ten sposób wyznaczane są, dla danego momentu czasu, strefy w których możne wystąpić potencjalnie wysokie zagrożenie sejsmiczne i zagrożenie tąpaniami. Ponadto, w strefach o podwyższonym naprężeniu oraz w strefach o skomplikowanej sytuacji górniczo-geologicznej, charakteryzujących się zaszłościami starej eksploatacji oraz zaburzeniami geologicznycmi, wykonywane są dodatkowo doraźne obliczenia pola prędkości fal sejsmicznych z wykorzystaniem metody tomografii pasywnej. Należy podkreślić, że wszystkie obliczane wartości powyższych parametrów są skwantyfikowane i określają wartości kryterialne w czterostopniowej skali oceny stanu zagrożenia sejsmicznego i zagrożenia tąpnięciem (tabela 2). Stopnie zagrożenia zostały skwantyfikowane w oparciu wyniki pomiarów sejsmologicznych wykonywanych na bieżąco w sposób ciągły i są wyrażone w formie kryteriów empirycznych, opracowanych na podstawie analizy dużego zbioru danych sejsmicznych oraz obserwacji makroskopowych w wyrobiskach górniczych. Należy podkreślić, że w czasie występowania wysokich stanów zagrożenia sejsmicznego lub zagrożenia tąpnięciem, opracowana metoda pozwala wyznaczyć obszary o podwyższonym stanie zagrożenia, umożliwiając zaprojektowanie i zastosowanie odpowiedniej w miejscu i czasie profilaktyki tąpaniowej. Ważnym aspektem w ocenie stanu zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami jest problem ciągłego przemieszczania się stref zagrożenia (stref podwyższonych naprężeń) w czasie prowadzonej eksploatacji. Dla uchwycenia nie tylko miejsc potencjalnego zagrożenia, ale również określenia w jakim momencie czasu pojawia się strefa potencjalnego zagrożenia, zaproponowano analizę parametrów kryterialnych w przesuwających się oknach czasowych z dobowym raportowaniem wyników. W artykule przedstawiono dotychczasowe kryteria oceny stanu zagrożenia tąpnięciem – tabela 1 (Barański i in., 2007), stosowane aktualnie przez większość kopalń w polskim górnictwie węglowym. Kryteria te w części przypadków nie prowadziły do zadawalających i w pełni wiarygodnych wskazań, ze względu na małą liczbę analizowanych parametrów sejsmologicznych oraz brak sekwencyjnej analizy ich zmian w czasie prowadzonej eksploatacji. Wady te uwzględnia nowe podejście metodyczne do oceny stanu zagrożenia. Nowe kryteria oceny stanu zagrożenia sejsmicznego i zagrożenia tąpnięciem przedstawiono w tabeli 2. Zakwalifikowanie do określonego stanu zagrożenia wymaga spełnienia wartości kryterialnych przez więcej niż połowę parametrów sejsmicznych, przypisanych do określonego stanu zagrożenia i rodzaju wyrobiska. Skuteczność przedstawionych nowych kryteriów oceny stanu sejsmicznego i zagrożenia tąpnięciem, opartych o sekwencyjną analizę wybranych parametrów kryterialnych w przemieszczających się co dobę oknach czasowych, została pokazana na przykładach obliczeniowych rzeczywistych sytuacji pomiarowych uzyskanych podczas eksploatacji pokładu węgla 510 ścianą nr. 6 oraz pokładu 503 ścianą nr. 3 w KWK Bobrek-Centrum. Przeprowadzono dyskusję opracowanych kryteriów dowodząc, że stosowanie do oceny stanu zagrożenia tąpaniami różnych parametrów wstrząsów jest niezbędne, aby na bieżąco obserwować to zagrożenie w zależności od różnych mechanizmów wstrząsów i dla różnych sytuacji górniczo-geologicznych. Analiza jednego parametru kryterialnego może często doprowadzić do błędnych wniosków i niskiej wiarygodności wykonanej oceny stanu zagrożenia. Z tej przyczyny w najnowszej wersji metody sejsmologicznej zaproponowanej do stosowania w polskich kopalniach węgla kamiennego, uwzględniono pięć niezależnych parametrów sejsmologicznych opisanych w tabeli 2. - Źródło:
-
Archives of Mining Sciences; 2015, 60, 3; 743-760
0860-7001 - Pojawia się w:
- Archives of Mining Sciences
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł