Aktywno ść sejsmiczna w wybranych polach eksploatacyjnych ... · A. Gogolewska, M. Ka źmierczak,...

CUPRUM – Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud

nr 4 (73) 2014, s. 35-54 ___________________________________________________________________________

35

Aktywno ść sejsmiczna w wybranych polach eksploatacyjnych w KGHM Polska Mied ź S.A.

O/ZG Rudna

Anna Gogolewska1), Monika Kaźmierczak1)

1) Politechnika Wrocławska, Instytut Górnictwa, ul. Na Grobli 15, 50-051 Wrocław, e-mail: [email protected], [email protected]

Streszczenie Zagrożenie tąpaniami w kopalniach rud miedzi, należących do KGHM Polska Miedź S.A. w Legnicko-Głogowskim Zagłębiu Miedziowym (LGOM), systematycznie rośnie wraz z rozwo-jem eksploatacji, z rosnącą głębokością wybierania złoża oraz powiększaniem się powierzch-ni zrobów. Aktywność sejsmiczna górotworu i tąpania są zjawiskami powszechnymi w górnic-twie światowym i występują wszędzie tam, gdzie wysokie naprężenia w skorupie ziemskiej i znaczna wytrzymałość skał prowadzą do ich dynamicznego niszczenia. W ZG Rudna eks-ploatacja prowadzona jest w warunkach dużego zagrożenia tąpaniami, co jest związane z koniecznością prowadzenia ciągłej kontroli oraz analizy stanu górotworu. Przeprowadzono analizę aktywności sejsmicznej towarzyszącej eksploatacji złoża rud miedzi o dużej miąższo-ści w polu G-3/4 oraz w polu G-7/5 w kopalni Rudna w latach 2012-2013.

Słowa kluczowe : podziemna eksploatacja rud miedzi, wstrząsy górotworu, tąpania, aktyw-ność sejsmiczna górotworu, zagrożenie sejsmiczne i tąpaniami

Seismic activity in chosen mining fields in KGHM Po lska Miedź S.A. O/ZG Rudna copper ore mine

Abstract Rock-burst hazard in KGHM Polska Miedź S.A. copper ore mines in Legnica-Głogów Copper District has been permanently increasing with mining development, increasing depth of excavation and growing area of gobs. Seismic activity of rock mass and rock-bursts are therefore common phenomena and they appear everywhere where high stresses in the earth crust as well as considerable strength of rocks lead to their dynamic destruction. In the Rud-na copper ore mine mining is accompanied by serious bump hazard, so prevention activities are necessary to continuously control and analyze the rock mass seismic activity. Seismic hazard in 2012-2013 years in G-3/4 and G-7/5 fields excavating thick ore deposit in the Rudna mine was investigated and depicted.

Key words : underground copper ore mining, mining tremors, rock-bursts, seismic activity, seismic and rock-burst hazard

36 A. Gogolewska, M. Kaźmierczak, Aktywność sejsmiczna w wybranych polach…

___________________________________________________________________________

Wstęp

Zagrożenie sejsmiczne i tąpaniami jest zagadnieniem pojawiającym się przede wszystkim w górnictwie podziemnym. Jest ono związane z występowaniem sejs-miczności, powodowanej między innymi przez roboty górnicze, oraz z przejawami dynamicznymi ciśnienia górotworu w wyrobiskach górniczych [9]. Zagrożenie to niesie ze sobą katastrofalne skutki, przez co jest uważane za jedno z najniebez-pieczniejszych zagrożeń naturalnych występujących w górnictwie podziemnym. Niejednokrotnie prowadzi do zniszczeń otoczenia, jak również ma wpływ na bezpie-czeństwo ludzi.

Stan zagrożenia najczęściej wynika z prowadzenia eksploatacji na dużych głę-bokościach, z wysokiego stopnia naruszenia struktury warstw stropowych, z eksplo-atacji pól resztkowych oraz ograniczeń robót przygotowawczych. Wymienione wyżej aspekty stanowią problemy, jakie rozwój górnictwa stawia do rozwiązania przed różnymi dziedzinami nauki, takimi jak sejsmologia. W ramach badań sejsmologicz-nych wstrząsy są obserwowane, analizowane, interpretowane i opisywane. Wiąże się to przede wszystkim z określaniem lokalizacji wstrząsów oraz obliczaniem ich energii. W efekcie procesy te mają na celu prognozowanie występowania wstrzą-sów, jak również zapobieganie im i ograniczanie skutków [9].

Wysoki poziom sejsmiczności górotworu w kopalni Rudna jest zdeterminowany przede wszystkim budową geologiczną, parametrami geomechanicznymi skał, na-prężeniami pierwotnymi górotworu oraz eksploatacją na dużej głębokości złoża o dużej miąższości. Na kształtowanie zagrożenia mają wpływ również parametry techniczne eksploatacji, takie jak dobór odpowiedniej technologii eksploatacji oraz systemu eksploatacji do panujących warunków w złożu. W celu zapobiegania lub przynajmniej ograniczania zagrożenia w wyrobiskach stosuje się różne metody oce-ny stanu zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami oraz metody profilaktyki tąpaniowej.

Oceny zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami dokonano dla dwóch pól eksploata-cyjnych: G-3/4 oraz G-7/5. Opisano przebieg eksploatacji w latach 2012-2013 oraz roboty górnicze, prowadzone w okresie badań. Wykonano analizę liczby energii wstrząsów zarejestrowanych od stycznia 2012 r. do końca grudnia roku 2013. W analizie uwzględniono liczbę wstrząsów oraz ich energię sumaryczną. Wykorzy-stano dane sejsmiczne, pochodzące z Kopalnianej Stacji Geofizyki Górniczej przy kopalni Rudna.

1. Zjawiska dynamiczne

Przez zjawiska dynamiczne ze skutkami w wyrobiskach rozumie się tąpania lub odprężenia. Są to skutki wstrząsów górniczych. Wstrząsami górniczymi nazywa się zjawiska sejsmiczne, które objawiają się drganiami górotworu i efektami akustycz-nymi. Wstrząsy powstają wskutek naruszenia stanu równowagi w górotworze, w wyniku czego ze skał uwalniana jest energia potencjalna. Niewielka część tej energii zamienia się w energię sejsmiczną, która w postaci fal sprężystych rozchodzi się od ogniska wstrząsu. Wstrząsy dzieli się na samoistne i sprowokowane. Istotny jest fakt, że każdemu tąpnięciu towarzyszy wstrząs sejsmiczny, a nie każdemu wstrząsowi tąpnięcie lub odprężenie. Wstrząsy sejsmiczne górnicze samoistne wy-wołane są prowadzonymi robotami eksploatacyjnymi. Natomiast wstrząsy sejsmiczne górnicze sprowokowane to wstrząsy wywołane przez zabiegi techniczne, wykonywane

A. Gogolewska, M. Kaźmierczak, Aktywność sejsmiczna w wybranych polach…

___________________________________________________________________________

37

w celu odprężenia górotworu. Wstrząsy górnicze są grupą, należącą do wstrząsów sejsmicznych, gdzie oprócz nich wyróżniane są również wstrząsy naturalne [1].

Kolejnym istotnym zjawiskiem są tąpania. Poprzez to określenie rozumie się szczególny przypadek wstrząsu górniczego. Jedna z definicji tąpnięcia opisuje to zjawisko jako gwałtowne wyładowanie energii sprężystej nagromadzonej w górotwo-rze, objawiające się drganiami górotworu niosącymi znaczną energię. Wyładowaniu towarzyszą zjawiska akustyczne i fala uderzeniowa. Każda definicja przypisuje temu zjawisku wystąpienie gwałtownych zniszczeń i uszkodzeń w wyrobisku. Tąpnięcia powodują zniszczenia struktury skał stropu, spągu lub pokładu z równoczesnym dynamicznym przemieszczeniem skał do wyrobiska, a także zniszczenia lub uszko-dzenia obudowy wyrobiska, maszyn lub urządzeń [2].

Mówiąc o zjawiskach sejsmicznych zachodzących w górotworze, należy również wymienić odprężenie górotworu. Odprężeniem górotworu nazywa się wyładowanie energii sprężystej nagromadzonej w górotworze. Ujawnia się ona poprzez drgania górotworu, zjawiska akustyczne, spękania skał wokół wyrobiska oraz przemieszcza-nie skał do wyrobisk, gdzie nie zmniejsza się stateczność i funkcjonalność wyrobisk. Pojęcia wstrząs, tąpnięcie i odprężenie są pojęciami o podobnym znaczeniu. W rezultacie ich występowania ulega zniszczeniu struktura skał w górotworze oraz następuje wyładowanie energii. Różnią je tylko skutki, powstałe w wyniku wyłado-wania energii [1].

Wstrząsy i tąpania w Polsce występują we wszystkich kopalniach rud miedzi. Le-gnicko-Głogowskie Zagłębie Miedziowe zagrożone tymi zjawiskami ma charaktery-styczne uwarunkowania prowadzenia robót górniczych, do których zalicza się:

− maksymalna głębokość eksploatacji na poziomie około 1200-1300 m, przy średniej głębokości rzędu 700-750 m,

− złoże LGOM jest typu pseudopokładowego, przy maksymalnej grubości „pokładu” rzędu 20 m (ZG Rudna),

− w złożu rud miedzi występują partie nieokruszcowane, pozostawiane w zro-bach w charakterze „resztek”, które nie pozostają bez wpływu na stan za-grożenia sejsmicznego i tąpaniami,

− złoże rud miedzi eksploatowane jest systemem komorowo-filarowym w róż-nych odmianach,

− roboty górnicze generują wstrząsy górotworu o energii E<1010 J, − minimalne wartości energii wstrząsów, przy których notowano tąpania,

kształtują się na poziomie E = 5·104 J w LGOM, w przypadku gdy ognisko wstrząsu znajduje sie w bezpośrednim sąsiedztwie wyrobiska,

− najwięcej tąpań notowano przy energiach E = 106-107 J [2].

2. Warunki geologiczne i górnicze w polach eksploat acyjnych

Do przeprowadzenia analizy zagrożenia sejsmicznego oraz tąpaniami w latach 2012-2013 przy wybieraniu złoża o dużej miąższości w KGHM Polska Miedź S.A. w ZG Rudna wytypowano dwa pola eksploatacyjne: pole G-3/4 oraz pole G-7/5. Obydwa pola zlokalizowane są w rejonie Rudna Główna. Charakterystyka pól eks-ploatacyjnych ma istotne znaczenie dla oceny stanu zagrożenia sejsmicznego oraz tąpaniami, jak również stanowi podstawę do oceny doboru zasad i wymogów eks-ploatacji determinowanych warunkami panującymi w danych polach.


___________________________________________________________________________

2.1. Pole G-3/4

Pole G-3/4 zlokalizowane jest w obrębie skrzydła wiszącego strefy uskokowej Rud-na Główna, pomiędzy zrobami pól: G-3/3 i G-6/6. Złoże w tych rejonach zaliczono do III stopnia zagrożenia tąpaniami. W opisywanym rejonie złoże rud miedzi wystę-puje w formie stratoidalnej i tworzą je białe piaskowce czerwonego spągowca oraz dolnocechsztyńskie łupki miedzionośne i dolomity. Najniższe ogniwo serii złożowej tworzone jest przez jasnoszare piaskowce kwarcowe czerwonego spągowca. Na warstwie piaskowca znajdują się czarne łupki ilasto-dolomityczne, a powyżej wystę-puje dolomit smugowany, barwy ciemnoszarej, skrytokrystaliczny o niewyraźnej i nieciągłej podzielności poziomej. Najwyższe ogniwo serii złożowej tworzy dolomit laminowany. Miąższość złoża w tym rejonie jest różnorodna i waha się średnio w granicach od 7,5 m do 13,0 m. Nachylenie złoża wynosi od 2° do 4°. Zło że ma rozciągłość NW-SE i zapada w kierunku NE. Obszar pola jest słabo zaangażowany tektoniczne, pomimo że od strony północno-wschodniej sąsiaduje ze strefą uskoko-wą Rudna Główna, która jest złożoną strefą dyslokacyjną o przebiegu NW-SE, cią-gnącą się przez cały obszar górniczy ZG Rudna w jego południowo-zachodniej czę-ści. Na strefę składają się uskoki przesuwcze, zawieszone oraz kompensacyjne. Główne przemieszczenie pionowe związane jest z zapadającą na NE powierzchnią o maksymalnym zrzucie do 30 m, która przyjmuje charakter kulisowy. W kierunku SE strefa przecina strefę uskoku Biedrzychowa. Na wysokości pola G-3/5 i G-3/4 oddziału G-3 zlokalizowanych w skrzydle wiszącym strefy uskokowej oraz pochylni centralnych całkowity stwierdzony zrzut wynosi 29,3 m. W rejonie pochylni C-10 i C-11 występuje uskok o przebiegu NW-SE i zrzucie od 1,0 m do 4,6 m na NE. Ponadto w stropie wyrobiska stwierdza się występowanie licznych różnokierunko-wych spękań o dominującym pionowym przebiegu [6].

Roboty eksploatacyjne prowadzone były w kierunku filara oporowego pochylni centralnych 1-5. Eksploatacja w polu G-3/4 odbywała się z wykorzystaniem „Syste-mu komorowo-filarowego z podsadzką hydrauliczną dla warunków występowania zmiennej stateczności stropu – RG-8” oraz „Systemu komorowo-filarowego z likwi-dacją dolnej warstwy podsadzką suchą – RG-6”. W celu oceny stanu górotworu w polu G-3/4 dla robót górniczych prowadzono liczne obserwacje i pomiary, do któ-rych należy zaliczyć:

− ciągłe obserwacje sejsmologiczne, − obserwacje wizualno-akustyczne we wszystkie dni robocze, w których obło-

żone są minimum trzy zmiany wydobywcze, − pomiary konwergencji we wszystkie dni robocze, w których obłożone są mi-

nimum trzy zmiany wydobywcze, − pomiary deformacji otworów wiertniczych przed frontem eksploatacyjnym

czujnikami typu OCO i OCS, we wszystkie dni robocze, w których obłożone są minimum trzy zmiany wydobywcze,

− pomiary mikroprocesorowym licznikiem trzasków MLT-3, po strzelaniu gru-powym przodków,

− pomiary rozwarstwień stropu za pomocą wziernika peryskopowego w zależ-ności od potrzeb,

− kontrola obudowy – zgodnie z obowiązującymi przepisami [6].


___________________________________________________________________________

39

2.2. Pole G-7/5

Pole G-7/5 usytuowane jest w rejonie XIII i w rejonie XIIIa kopalni Rudna. Zaliczane jest do III stopnia zagrożenia tąpaniami. Złoże rud miedzi w polu G-7/5 zlokalizowa-ne jest w południowej części obszaru górniczego Rudna, w obrębie skrzydła wiszą-cego strefy uskokowej Biedrzychowa. Złoże występuje w formie stratoidalnej. Serię złożową tworzą tu białe piaskowce czerwonego spągowca oraz dolnocechsztyńskie łupki i dolomity. Najniższe ogniwo serii złożowej zbudowane jest przez jasnoszare piaskowce kwarcowe czerwonego spągowca. Najwyższe ogniwo serii złożowej sta-nowi szary lub szarobeżowy dolomit wapnisty, skrytokrystaliczny, zwięzły, wykazu-jący poziomą podzielność na płyty. Miąższość złoża w polu G-7/5 jest zróżnicowana i kształtuje się w szerokim zakresie od 4,0 m do 14,0 m. Stopień zaangażowania tektonicznego w polu G-7/5 wzrasta wraz ze zbliżaniem się do strefy uskoku Bie-drzychowa, którą tworzy system uskoków o przebiegu NEE-SWW i zrzutach od 11,0 m do 40,0 m w kierunku NNW. Ponadto pole G-7/5 cechuje się występowaniem uskoków o biegu NW-SE, NE-SW i zrzutach od 0,4 m do 1,7 m na NE, SE lub NW w sąsiedztwie uskoku Biedrzychowa. W obrębie opisywanego pola występują rów-nież liczne spękania pionowe oraz związane z nimi wyklinowania warstw dolomito-wych, utrudniające eksploatację w NW części pola oraz utrzymanie właściwej furty wybierania złoża. Spękania wypełnione są kalcytem, gipsem, anhydrytem lub sub-stancją ilastą [7].

Eksploatacja prowadzona była po upadzie pomiędzy uskokiem Biedrzychowa (lewe skrzydło pola) a zrobami własnymi w kierunku KMC C-8. Podobnie jak w polu G-3/4, również i w tym zastosowano systemy eksploatacyjne RG-6 oraz RG-8. Po-nadto w obszarach wyróżniających się innymi warunkami wykorzystano „System komorowo-filarowy z upodatnieniem złoża i dodatkową ochroną stropu R-UO”. W ramach oceny stanu górotworu prowadzono szereg obserwacji i pomiarów w strefie roboczej pola. Były to takie same działania, jak wyżej wymienione dla pola G-3/4, wzbogacone o dodatkowe pomiary metodą geotomografii pasywnej raz na miesiąc [7].

3. Przebieg eksploatacji

3.1. Pole G-3/4

W polu G-3/4 eksploatację złoża prowadzono frontem zamykającym, usytuowanym pomiędzy zrobami pól G-3/3, G-4/6 oraz G-6/6 od uskoku Biedrzychowa w kierunku do pochylni centralnych C-1–C-5. Od I do III kwartału roku 2012 wykonano rozcinkę calizn oraz filarów na obu skrzydłach frontu. Kontynuowano podsadzanie wstępne komór K-1, K-2, K-3 i K-4, usytuowanych na wybiegu lewego skrzydła. Działania te uwarunkowane były późniejszą eksploatacją i ograniczaniem zagrożenia zawałowego w tych wyrobiskach. Dodatkowo wykonano nowe drogi dojazdowe do pola G-3/4, przechodzące przez uskok Rudna Główna. Ponadto prowadzono rozpoznanie oraz niezbędne przebudowy wyrobisk dla uruchomienia likwidacji w części złoża przylega-jącej do zrobów pola G-6/6. W II kwartale, 11.04.2012 r. wystąpił samoistny wstrząs górotworu o energii 1,4×107 J. Ognisko wstrząsu zlokalizowano w rejonie skrzyżowa-nia komory K-5 z pasem P-63, w narożu calizny rozcinanej na lewym skrzydle frontu. Wówczas wszystkie wyrobiska w strefie roboczej pola objęto strefą szczególnego zagrożenia tąpaniami, w której określono zasady profilaktyki tąpaniowej [4].


___________________________________________________________________________

Od III kwartału 2012 r. do I kwartału roku 2013 w polu G-3/4 kontynuowano roz-cinkę calizny lewego skrzydła frontu oraz filarów wielkogabarytowych na prawym skrzydle w projektowanym zakresie. Rozcinka calizny na lewym skrzydle osiągnęła wysokość pasa P-59, natomiast na prawym po rozcięciu calizny resztkowej, wyko-nano połączenia komunikacyjne oraz rozcinkę filarów wielkogabarytowych w rejonie podsadzonych pochylni C-10–C-12. Dodatkowo podsadzono wstępnie wiązkę ko-mór od K-1 do K-4 na wybiegu lewego skrzydła oraz udrożniono i przebudowano wyrobiska w rejonie zrobów pola G-6/6. Kontynuowano również roboty likwidacyjne od zrobów własnych oraz od zrobów pola G-6/6 [4].

Pod koniec roku 2012 w polu G-3/4 eksploatację złoża prowadzono konsekwent-nie frontem usytuowanym pomiędzy zrobami pól G-3/3, G-4/6 oraz G-6/6 od uskoku Biedrzychowa w kierunku do pochylni centralnych C-1–C-5. Rozcinka calizny na lewym skrzydle osiągnęła wysokość pasa P-61, natomiast na prawym wykonano upodatnienie filarów wielkogabarytowych za pochylnią C-10. Linia zrobów osiągnęła wysokość pasa P-47. W rejonie zrobów pola G-6/6 uruchomiono roboty likwidacyjne, gdzie zlikwidowano rząd filarów technologicznych do komory K-13 oraz rozpoczęto likwidowanie filarów z pasa P-34. 16.12.2012 r., po wykonanym grupowym strzela-niu przodków, wystąpił wstrząs górotworu o energii 4,4×107 J. Epicentrum wstrząsu zlokalizowano w rejonie komory K-13, między pasem P-56 a P-59. Mając na uwadze stwierdzone skutki, zjawisko zakwalifikowano jako sprowokowane odprężenie góro-tworu [4].

Przez kolejne kwartały (od I do IV kwartału 2013 r.) prowadzono tylko likwidację wyciętych filarów technologicznych. W tym kwartale miał miejsce wysokoenerge-tyczny wstrząs górotworu. 19.03.2013 r. wystąpił wstrząs górotworu o energii 1,6×108 J. Epicentrum wstrząsu zlokalizowano w rejonie skrzyżowania komory K-0 i chodnika W-314a. Wstrząs zakwalifikowano jako samoistne tąpnięcie. Omawiane zjawisko związane było z uaktywnieniem się strefy uskoku Rudna Główna, a mia-nowicie doszło do wytworzenia wtórnego stanu równowagi górotworu. Zatrzymano wówczas ruch zakładu w części dotyczącej prowadzenia robót górniczych w polu G-3/4 oddziału G-3 oraz w strefie pochylni centralnych 1-5 od wysokości przecinki 219 do wysokości przecinki 238, z wyjątkiem robót związanych z usuwaniem skut-ków tąpnięcia oraz dokończeniem robót likwidacyjnych w rozpoczętych parcelach. W celu uruchomienia dalszych robót odtworzono drogi umożliwiające komunikację do szybów R-I i R-VI oraz podsadzono pod strop wyrobiska w obrębie upadowych centralnych, które ustabilizowały strefę uskoku Rudnej Głównej. Po podsadzeniu wyrobisk stabilizujących skrzydło wyniesione oraz zrzucone uskoku Rudna Główna oraz po odtworzeniu drogi komunikacyjnej w wiązce pochylni centralnych zapewnia-jącej komunikację między szybami R-I i R-VI, przystąpiono do robót likwidacyjnych II etapu. Linia likwidacji osiągnęła projektowany pas P-53 [8].

3.2. Pole G-7/5

Eksploatację w polu G-7/5 prowadzono pomiędzy uskokiem Biedrzychowa (lewe skrzydło pola) a zrobami własnymi (prawe skrzydło), po upadzie złoża w kierunku północno-wschodnim. Zgodnie z przyjętą koncepcją eksploatacji na zasadniczej części frontu odtworzono linię przodków za uskokiem o zrzucie 2,5-7,0 m, przebie-gającym przekątnie przez front eksploatacyjny, co pozwoliło na uruchomienie postę-pu wszystkich przodków wzdłuż całej jego długości [8]. 14.04.2012 r. po robotach strzałowych wystąpiły dwa wysokoenergetyczne wstrząsy, odpowiednio wstrząs


___________________________________________________________________________

41

o energii 1,4×107 J, którego epicentrum zlokalizowano w rejonie skrzyżowania E-5/P-8, następnie 84 minuty po nim wstrząs o energii 1,9×106 J, zlokalizowany na wybiegu frontu w komorze K-23 na wysokości pasa P-12. Zjawisko zakwalifikowano jako odprężenie sprowokowane robotami strzałowymi. Do dnia odprężenia rozcinka osiągnęła projektowany pas P-7. Dodatkowo, w celu upodatnienia dróg dojazdo-wych do pola oraz rozpoznania sytuacji geologiczno-górniczej dla dalszej eksploata-cji w caliźnie, przy zrobach pola G-3/3, wykonano rozcinkę przodków wzdłuż wiązki wyrobisk E-1a–E-3a. Z uwagi na pojawienie się dolomitu kawernistego w stropie przodków E-1a i E-1b z komory K-46 oraz w komorze K-44 z E-1a, 3.04.2012 r. zatrzymano dalszy ich postęp. W celu określenia zasięgu występowania dolomitu kawernistego wykonano chodnik E-1 z komory K-45. Linia likwidacji przebiegała na wysokości komory K-8 poniżej chodników T, W-415 oraz chodnika E-1a i pasa P-1 w rejonie resztki R-2/7/5 [5].

W III kwartale 2012 r. przystąpiono do dalszego rozpoznania i upodatnienia zło-ża. W związku z tym wykonano pasy P-16 i P-16a wraz w wnękami upodatniającymi krawędzie calizn. Na ówczesnym etapie wyłączono z eksploatacji obszar pomiędzy komorami K-38 oraz K-47, jak również zrobami pola G-3/3 i chodnikiem E-1a. Po-nadto uruchomiono rozcinkę upodatniającą caliznę pomiędzy chodnikiem E-1a i uskokiem Biedrzychowa do wysokości przecinki 11. Zaniechano wykonywania robót likwidacyjnych w upodatnionej części złoża, zawartej w obszarze pomiędzy pochylnią E-3a, pozostawioną resztką R-1/7/5, a wiązką chodników T-416, W-416a oraz w pochylniach E-1b i E-2b. W polu G-7/5 pozostawiono cztery części złoża, w których nie była prowadzona eksploatacja – resztki R-1/7/5, R-3/7/5 i R-4/7/5 oraz resztkę R-2/7/5, w sąsiedztwie której prowadzono roboty likwidacyjne. Ze względu na występujące warunki geologiczno-górnicze w rejonie pochylni E-1a, pomiędzy komorą K-38 i przecinką 10, wydzielono obszar złoża, przewidziany do wyłączenia z eksploatacji. Zauważono również pogorszenie się warunków stropowych w pasie P-3 oraz P-7, objawiające się opadniętymi elementami sygnalizatorów rozwarstwień stropu, przeciąganiem podkładek obudowy kotwowej, spękaniami stropu oraz jego destrukcją. W związku z tym zaniechano prowadzenia równomiernej rozcinki calizny według przyjętych wcześniej zasad i rygorów. Wygrodzono z ruchu ludzi i maszyn skrzyżowania pasa P-7 i komór od K-9 do K-22. W rejonie pasa P-3 prowadzono roboty górnicze, związane z dodatkowym zabezpieczeniem stropu. Z uwagi na ujawnione zagrożenie opadem warstw stropowych w pasach P-3 oraz P-7, obligato-ryjnie stosowano działania profilaktyczne, tj. na wszystkich nowych skrzyżowaniach stosowano obudowę dodatkową linowo-spoiwową oraz dodatkowo wykonano bada-nie endoskopowe warstw stropowych [5].

Do I kwartału 2013 r. odtworzono linię frontu trzema pasami P-8, P-8a i P-9. W okresie od I do II kwartału 2013 r. w rejonie pochylni E-1a między komorą K-39 i K-47 wydzielono obszar złoża, przewidziany do wyłączenia z eksploatacji. Ponadto na głównym kierunku postępu frontu wykonano rozcinkę calizny w zakresie do pasa P-11a. Niezależnie od robót rozcinkowych na zasadniczym froncie pola, wykonano rozcinkę calizny, zawartej pomiędzy pasem P-16 i chodnikiem wentylacyjnym. Wy-konano również wnęki P-14a i P-15 upodatniające krawędź calizny oraz rozcinkę komory K-4 z pasa P-14. Wykonano także rozcinkę pasów P-1, P-1a, P-2a, P-2b pod nowe drogi komunikacyjne. Natomiast roboty likwidacyjne wzdłuż pochylni E-1a wykonano do komory K-38 włącznie. Aby utrzymać drożność dróg wentylacyjnych, zaniechano wykonywania robót likwidacyjnych w upodatnionej części złoża, zawar-tej w obszarze między pochylnią E-3a, przecinką 2 (pas P-2), pozostawioną resztką


___________________________________________________________________________

R-1/7/5 oraz zrobami własnymi. W pozostałej części pola, mając na uwadze wstęp-nie podsadzone wyrobiska w jego centralnej części, roboty likwidacyjne prowadzono na całej jego długości [5].

W okresie od II do IV kwartału 2013 r., przy braku możliwości postępu komór K-20, K-21, K-22 z pasa P-10, odtworzono zatrzymane przodki na bazie pasa P-11. Wykonano upodatnienie calizny oraz filarów wielkogabarytowych zawartych między pasem P-16a i przec.13a. Wykonano również przebicie calizny pasem P-15 z po-chylni E-3a oraz wykonano rozcinkę pasów P-5b, P-5c, P-6a pod nowe drogi komu-nikacyjne. W danym okresie zaniechano wykonywania robót likwidacyjnych w po-chylni E-2a, w celu utrzymania drożności dróg wentylacyjnych. Pod koniec roku 2013 zauważono pogorszenie warunków stropowych w rejonie pasa P-10 między komorami K-20 i K-22, oraz w przodkach komór K-23 i K-24. Wykonano wielokrotnie przebudowę wyrobisk. W związku z czym zaszła konieczność odtworzenia linii fron-tu prawego skrzydła. Dokonano wówczas zmiany geometrii rozcinki prawego skrzy-dła frontu, a odtworzenie przodków prowadzono z dostępnych miejsc na bazie pa-sów P-11 i P-11a. Kontynuowano również przebudowę komór K-21, K-23 oraz pasa P-10, w celu uzyskania dostępu do zatrzymanych przodków oraz dróg komunikacyj-nych [5].

4. Analiza stanu zagro żenia sejsmicznego i t ąpaniami

Aktywność sejsmiczna w kopalniach charakteryzowana jest przez zarejestrowaną liczbę wstrząsów sejsmicznych w poszczególnych klasach energetycznych, ich su-maryczną energię oraz wydatek energii sejsmicznej w stosunku do ilości wydobytej rudy. Przy ocenie stanu zagrożenia sejsmicznego uwzględnia się również liczbę tąpnięć i odprężeń górotworu. W celu prognozowania procesów sejsmicznych okre-śla się miejsce, czas i wielkość tych zjawisk. Poznane dotychczas badania naukowe oraz wieloletnie doświadczenie różnych kopalń pozwalają na stwierdzenie, że o ile można przewidzieć miejsce wystąpienia wstrząsów górotworu i ich energię, o tyle prognoza czasu wystąpienia wstrząsu górotworu jest obecnie niemożliwa. Dlatego metody oceny stanu zagrożenia oraz prognozowania sprowadzają się do rejestracji wstrząsów, jakie już wystąpiły. Liczne badanie przeprowadzone nad aktywnością sejsmiczną w kopalniach rud miedzi, zarówno w zakresach częstotliwości odpowia-dającej sejsmologii, jak i sejsmoakustyce, udowodniły w sposób jednoznaczny, że nie ma jednolitego kryterium przewidującego czas i miejsce wystąpienia wstrząsów górniczych i tąpań. Niemniej jednak analiza aktywności sejsmicznej jest przeprowa-dzana w kopalniach rud miedzi w sposób rutynowy i dostarcza wielu użytecznych informacji pozwalających lepiej poznać mechanizmy zjawisk dynamicznych zacho-dzących w górotworze i wykorzystać je w problemach profilaktyki tąpaniowej kopalń rud miedzi. Przedstawiono zatem aktywność sejsmiczną w polu G-3/4 oraz w polu G-7/5 w okresie od 1 stycznia 2012 r. do 31 grudnia 2013 r. W celu oceny stanu zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami przedstawiono analizę statystyczną liczby i energii wstrząsów sejsmicznych w poszczególnych klasach energetycznych. Za-proponowano sumaryczne zestawienie energii poszczególnych klas, wartości mak-symalne oraz rozkład roczny i miesięczny liczby i energii wstrząsów. Uwzględniono także występujące w badanym czasie tąpnięcia i odprężenia. Obliczenia wykonano na podstawie danych sejsmologicznych, uzyskanych z Kopalnianej Stacji Geofizyki Górniczej przy ZG Rudna [3].


___________________________________________________________________________

43

4.1. Pole G-3/4

W polu G-3/4 w 2012 r. wystąpiło jedno tąpnięcie samoistne na głębokości 928 m, wywołane wstrząsem o energii 1,4×107 J. W 2012 r. wystąpiło jedno odprężenie sprowokowane na głębokości 928 m, wywołane wstrząsem o energii 4,4×107 J. W 2013 r., w polu G-3/4 wystąpiło jedno tąpnięcie samoistne na głębokości 928 m, wywołane przez wstrząs o energii 1,6×108 J.

Analizując aktywność sejsmiczną górotworu od 1 stycznia 2012 r. do 31 grudnia 2013 r. uwzględniono wstrząsy w przedziałach energetycznych 103 J-104 J i 105 J-108 J oraz występujące w tym czasie odprężenia i tąpnięcia. Zaproponowane przedziały klasyfikują wstrząsy na niskoenergetyczne oraz wysokoenergetyczne (tabela 1). W kolumnie „Suma wszystkich” znajdują się wszystkie zarejestrowane zjawiska, również te o energii mniejszej niż 103 J.

Tabela 1. Aktywność sejsmiczna w polu G-3/4 w ZG Rudna w latach 2012-2013

Rok Parametr Wstrz ąsy z grupy energetycznej Suma

≥103 J Suma

wszystkich 103 J 104 J 105 J 106 J 107 J 108 J

2012 Liczba [szt.] 97 68 24 11 4 - 204 921

Energia [J] 3,48×105 2,23×106 5,88×106 4,73×107 1,00×108 - 1,56×108 1,56×108

2013 Liczba [szt.] 54 35 8 3 - 1 101 544

Energia [J] 2,05×105 1,26×106 1,87×106 6,50×106 - 1,60×108 1,70×108 1,70×108

W roku 2012 w polu G-3/4 sumaryczna liczba wstrząsów niskoenergetycznych z przedziału 103 J-104 J wynosiła 165, natomiast wstrząsów wysokoenergetycznych z przedziału 105 J-108 J zarejestrowano 39, w sumie 204 wstrząsy. Ich sumaryczna energia wynosiła odpowiednio dla niskoenergetycznych 2,58×106 J oraz dla wyso-koenergetycznych 1,5×108 J. W całym roku 2012 zarejestrowano 921 wstrząsów o energiach większych od 0 J i mniejszych niż 109 J. Sumaryczna energia wstrzą-sów o energii równej i wyższej niż 103 J wyniosła 1,56×108 J. Natomiast w roku 2013 w analizowanym polu sumaryczna liczba wstrząsów niskoenergetycznych z prze-działu 103 J-104 J wynosiła 89, o 76 wstrząsów mniej niż w roku poprzednim. Wstrząsów wysokoenergetycznych z przedziału 105 J-108 J w tym polu w 2013 r. zarejestrowano 12, co stanowiło liczbę mniejszą o 27 w porównaniu z rokiem 2012. W 2013 roku wystąpiło o 103 wstrząsy mniej (101 wstrząsów) niż w 2012 r. (204 wstrząsy). Ich sumaryczna energia wynosiła odpowiednio dla niskoenergetycznych 1,47×106 J oraz dla wysokoenergetycznych 1,6×108 J. Energia wstrząsów niskoe-nergetycznych była zatem mniejsza w roku 2013 o 1,11×106 J, natomiast energia wstrząsów wysokoenergetycznych w tym roku była o 6,82×106 J większa w porów-naniu z rokiem 2012. W całym roku 2013 zarejestrowano 544 wstrząsy o energiach z przedziału powyżej 0 J do 109 J. Sumaryczna energia wstrząsów o energii równej i wyższej niż 103 J wyniosła 1,70×108 J, a ich liczba równa była 101. Analizując licz-bę i sumaryczną energię wstrząsów poszczególnych klas energetycznych, można stwierdzić, że na całkowitą wygenerowaną energię wstrząsy niskoenergetyczne nie mają prawie żadnego wpływu, a istotne stają się wstrząsy wysokoenergetyczne, choć ich liczba jest relatywnie nieduża. Spadek aktywności sejsmicznej w 2013 r. w porównaniu z rokiem 2012 może się wiązać z mniej intensywnie prowadzoną rozcinką w 2013 r. (rys. 1, 2).


___________________________________________________________________________

Rys. 1. Aktywność sejsmiczna w roku 2012 w polu G-3/4 w ZG Rudna; energia wstrząsów E≥103 J



___________________________________________________________________________

45

Procentowe zestawienie liczby i energii występujących w badanym okresie wstrząsów niskoenergetycznych i wysokoenergetycznych na tle wszystkich zaistnia-łych zjawisk pozwala określić, jakie znaczenie mają poszczególne grupy (tabela 2). Wstrząsy niskoenergetyczne w 2012 r. zarejestrowano w liczbie 165 na 921 wszyst-kich. Stanowiło to 17,9% wszystkich rejestrowanych zjawisk. W przypadku energii, jaką wyemitowały, obserwuje się znacznie mniejszy procent całości wyemitowanej energii. A mianowicie wstrząsy niskoenergetyczne w sumie wydzieliły energię równą 2,58×106 J, co w porównaniu z całością, wynoszącą 1,56×108 J, stanowi tylko 1,7%. W roku 2013 obserwuje się taką samą tendencję. Liczba wstrząsów niskoenerge-tycznych wynosiła 89 na 544 wszystkich zarejestrowanych, co stanowi 16,4%. Jeżeli chodzi o sumaryczną energię wyzwoloną, to wstrząsy niskoenergetyczne w 2013 r. wyemitowały energię równą 1,47×106 J, co w porównaniu z całością energii wyno-szącej 1,70×108 J stanowi zaledwie 0,9%. Liczba wstrząsów wysokoenergetycznych wyniosła w 2012 r. 39, co stanowiło 4,2% wszystkich wstrząsów. Rejestrowana nie-wielka liczba wstrząsów o energii równej i większej niż 105 J nie ma odzwierciedle-nia w udziale energetycznym, jaki generują wstrząsy wysokoenergetyczne. Skumu-lowana energia wstrząsów o energii równej i większej niż 105 J wyniosła 1,53×108 J, podczas gdy wszystkich zarejestrowanych wstrząsów 1,56×108 J. Stanowi to 98,2% całej wyzwolonej energii. W roku 2013 zaobserwowano podobne zależności. Na 544 zarejestrowanych wstrząsów tylko 12 znalazło się w grupie wysokoenergetycznych, co stanowiło 2,2% wszystkich zanotowanych wstrząsów. Również udział energe-tyczny nie uległ większym zmianom, gdyż na 1,70×108 J łącznej energii wszystkich klas, aż 1,68×108 J była to energia wstrząsów wysokoenergetycznych, co stanowiło 99,0%. Analizując liczbę wstrząsów i wielkości wygenerowanej energii, można stwierdzić, że liczba i energia odnotowanych wstrząsów ma podobny charakter w obu latach (tabela 2). W kolumnie „wszystkie” znajdują się wszystkie zarejestro-wane zjawiska, również te o energii mniejszej niż 103 J.

Tabela 2. Liczba i energia wstrząsów o energii E≥103 J oraz E≥105 J w polu G-3/4 w ZG Rudna w latach 2012-2013

Parametr Rok Wstrz ąsy z przedziału energet ycznego

E≤103 J 103J≤E≤104 J E≥105 J wszystkie Liczba [szt.]

2012

717 165 39 921 Udział [%] 77,9 17,9 4,2 100,0 Energia [J] 2,41×105 2,58×106 1,53×108 1,56×108 Udział [%] 0,2 1,7 98,2 100,0 Liczba [szt.]

2013

443 89 12 544 Udział [%] 81,4 16,4 2,2 100,0 Energia [J] 1,65×105 1,47×106 1,68×108 1,70×108 Udział [%] 0,1 0,9 99,0 100,0

Mimo że sumaryczne wartości liczby i energii w latach 2012 i 2013 są do siebie

podobne, to ich rozkład w poszczególnych miesiącach kształtuje się różnie (tabele 3 i 4). Rozkład liczby i energii wstrząsów klasy powyżej lub równej E3 w latach 2012 i 2013 w poszczególnych miesiącach charakteryzuje się nierównomiernością. Na początku roku, w styczniu 2013, odnotowano o 4 wstrząsy mniej niż w styczniu w roku 2012, również ich sumaryczna energia była mniejsza i wynosiła 2,37×105 J. Z kolei w lutym 2013 r. zarejestrowano wzrost liczby wstrząsów o 4 w porównaniu z lutym 2012 r., również ich energia była większa o 1,83×106 J. W marcu 2013 r.


___________________________________________________________________________

wystąpił znaczny wzrost liczby wstrząsów o 15 w porównaniu z marcem 2012 r. Rejestrowana suma energii również wzrosła, a różnica wyniosła aż 1,54×108 J. W kwietniu 2013 r. odnotowano spadek pomiędzy miesiącami, o 9 wstrząsów mniej niż w kwietniu roku 2012. Także skumulowana energia była mniejsza o 1,43×107 J. W 2013 r., w maju, wystąpiło o 17 wstrząsów mniej niż w maju 2012 r. Również skumulowana energia była mniejsza, a różnica wyniosła 2,36×107 J. W czerwcu 2013 r. było o 13 wstrząsów mniej niż w czerwcu 2012 r., a suma wygenerowanej energii pomiędzy latami zmalała o 3,53×106 J. W lipcu 2013 r. odnotowano o 11 wstrząsów mniej niż w lipcu 2012 r.; zanotowana energia sumaryczna również była mniejsza, a różnica wynosiła 2,34×106 J. Sierpień 2013 r. w porównaniu z sierpniem roku poprzedniego przyniósł spadek wstrząsów o 16, jak również spadek energii o 1,73×107 J. Wrzesień 2013 różnił się od września 2012 liczbą wstrząsów powięk-szoną o 3 i sumaryczną energią, w tym przypadku mniejszą o 3,32×104J. Różnica pomiędzy październikami omawianych lat również była ujemna. W roku 2013 wystą-piło o 14 wstrząsów mniej, a ich energia wyniosła adekwatnie mniej o 3,63×107 J. Również w listopadzie zauważono podobną tendencję. A mianowicie spadek liczby wstrząsów pomiędzy latami o 17 i spadek ich energii skumulowanej o 2,32×105 J. Ostatni miesiąc, grudzień, wyróżnił się największą różnicą liczby wstrząsów, a mia-nowicie w 2013 r. było o 24 wstrząsy mniej niż w 2012 r. Sumaryczna energia rów-nież była mniejsza i wyniosła 4,39×107 J. Porównując aktywność sejsmiczną w roku 2013 do aktywności w roku 2012, w polu G-3/4 można zauważyć ogólną tendencję spadkową liczby i energii wstrząsów. Wystąpiło jedno tąpnięcie w marcu 2013 r. (tabele 3 i 4, rys. 3 i 4). Tabela 3. Miesięczny rozkład aktywności sejsmicznej w roku 2012 w polu G-3/4 w ZG Rudna

mie

siąc

styc

zeń

luty

mar

zec

kwie

cień

maj

czer

wie

c

lipie

c

sier

pień

wrz

esień

paźdz

iern

ik

listo

pad

grud

zień

Liczba [szt.] 18 10 14 12 20 14 15 19 9 21 24 28

Energia [J]

3,45 ×106

3,60×105

7,64 ×106

1,43 ×107

2,36 ×107

3,54 ×106

2,41 ×106

1,75 ×107

3,42 ×107

3,65 ×107

3,41 ×107

4,57 ×107

Tabela 4. Miesięczny rozkład aktywności sejsmicznej w roku 2013 w polu G-3/4 w ZG Rudna

mie

siąc

styc

zeń

luty

mar

zec

kwie

cień

maj

czer

wie

c

lipie

c

sier

pień

wrz

esień

paźdz

iern

ik

listo

pad

grud

zień

Liczba [szt.] 14 14 29 3 3 1 4 3 12 7 7 4

Energia [J]

3,45 ×106

3,60×105

7,64 ×106

1,43 ×107

2,36 ×107

3,54 ×106

2,41 ×106

1,75 ×107

3,42 ×107

3,65 ×107

3,41 ×107

4,57 ×107


___________________________________________________________________________

47

Rys. 3. Aktywność sejsmiczna w poszczególnych miesiącach w roku 2012 w polu G-3/4 w ZG Rudna



___________________________________________________________________________

4.2. Pole G-7/5

W polu G-7/5, w 2012 r., wystąpiło jedno odprężenie sprowokowane na głębokości 900 m, wywołane przez wstrząs o energii 1,4×107 J i przez wstrząs o energii 1,9×106 J. W 2013 r. w polu G-7/5 nie wystąpiły zjawiska dynamiczne ze skutkami w wyrobiskach górniczych.

Analizę aktywności sejsmicznej wykonano również dla pola G-7/5. Także w tym przypadku obejmuje ona okres od 1 stycznia 2012 r. do 31 grudnia 2013 r. W reje-strze uwzględniono wstrząsy w przedziałach energetycznych 103 J-104 J i 105 J-108 J oraz występujące w tym czasie odprężenia i tąpnięcia. Zaproponowane przedziały klasyfikują wstrząsy na niskoenergetyczne oraz wysokoenergetyczne (tabela 5). W kolumnie „Suma wszystkich” znajdują się wszystkie zarejestrowane zjawiska, również te o energii mniejszej niż 103 J.

Tabela 5. Aktywność sejsmiczna w polu G-7/5 w ZG Rudna w latach 2012-2013

Rok Parametr Wstrz ąsy z grupy energetycznej Suma

≥103 J Suma

wszystkich 103 J 104 J 105 J 106 J 107 J 108 J

2012 Liczba [szt.] 198 96 24 8 1 - 327 1698

Energia [J] 8,01×105 3,19×106 6,94×106 2,39×107 1,40×107 - 4,88×107 4,90×107

2013 Liczba [szt.] 193 74 47 12 1 - 327 1849

Energia [J] 7,67×105 2,69×106 1,61×107 2,40×107 1,00×107 - 5,36×107 5,37×107

W roku 2012, w polu G-7/5 sumaryczna liczba wstrząsów niskoenergetycznych

z przedziału 103 J-104 J wyniosła 294, natomiast wstrząsów wysokoenergetycznych z przedziału 105 J-108 J zarejestrowano 33, w sumie 327 wstrząsy. Ich sumaryczna energia wynosiła odpowiednio dla niskoenergetycznych 3,99×106 J oraz dla wyso-koenergetycznych 4,48×107 J. W całym roku 2012 zarejestrowano 1698 wstrząsów o energiach większych od 0 J i mniejszych niż 109 J. Sumaryczna energia wstrzą-sów o energii równej i większej niż 103 J wyniosła 4,88×107 J. Natomiast w roku 2013 w sumaryczna liczba wstrząsów niskoenergetycznych z przedziału 103 J-104 J wynosiła 267, o 27 wstrząsów mniej niż w roku poprzednim. Wstrząsów wysokoe-nergetycznych z przedziału 105 J-108 J w tym polu w 2013 roku zarejestrowano 60, co stanowiło liczbę większą o 27 w porównaniu z rokiem 2012. Ich sumaryczna energia wynosiła odpowiednio dla niskoenergetycznych 3,45×106 J oraz dla wyso-koenergetycznych 5,01×107 J. Energia wstrząsów niskoenergetycznych była zatem mniejsza w roku 2013 o 5,36×105 J, natomiast energia wstrząsów wysokoenerge-tycznych w tym roku była o 5,27×106 J większa w porównaniu z rokiem ubiegłym. W całym roku 2013 zarejestrowano 1849 wstrząsów o energiach z przedziału powy-żej 0 J do 109 J. Sumaryczna energia wstrząsów o energii równej i większej niż 103 J wyniosła 5,36×107 J, a ich liczba równa była 327. Podobnie jak w polu G-3/4, na całkowitą wygenerowaną energię wstrząsy niskoenergetyczne nie mają prawie żad-nego wpływu, a istotne stają się wstrząsy wysokoenergetyczne, choć ich liczba jest relatywnie nieduża (rys. 5 i 6).


___________________________________________________________________________

49




___________________________________________________________________________

Procentowe zestawienie liczby i energii występujących w badanym okresie wstrząsów niskoenergetycznych i wysokoenergetycznych na tle wszystkich zaistnia-łych zjawisk przedstawia znaczenie poszczególnych grup. Wstrząsy niskoenerge-tyczne w 2012 r. zarejestrowano w liczbie 294 na 1698 wszystkich wstrząsów. Sta-nowiło to 17,3% wszystkich rejestrowanych zjawisk. W przypadku energii, jaką wy-emitowały, obserwuje się znacznie mniejszy procent całości wyemitowanej energii. A mianowicie wstrząsy niskoenergetyczne w sumie wydzieliły energię równą 3,99×106 J, co w porównaniu z całością, wynoszącą 4,90×107 J, stanowi 8,1%. W porównaniu z poprzednio analizowanym polem jest to wartość ok. 5-krotnie więk-sza. W roku 2013 zaobserwowano adekwatną tendencję. Liczba wstrząsów niskoe-nergetycznych wynosiła 267 na 1849 wszystkich zarejestrowanych, co stanowiło 14,4%. Jeżeli chodzi o sumaryczną energię wyzwoloną, to wstrząsy niskoenerge-tyczne w 2013 r. wyemitowały energię równą 3,45×106 J, co w porównaniu z cało-ścią energii, wynoszącej 5,37×107 J, stanowiło 6,4%. W porównaniu z polem G-3/4 jest to wartość około 7-krotnie większa. Ilość wstrząsów wysokoenergetycznych wyniosła w 2012 r. 33, co stanowiło 1,9% wszystkich wstrząsów. Dwukrotnie mniej niż w polu G-3/4. Rejestrowana niewielka liczba wstrząsów o energii równej i więk-szej niż 105 J nie ma odzwierciedlenia w udziale energetycznym, jaki generują wstrząsy wysokoenergetyczne. Skumulowana energia wstrząsów o energii równej i wyższej niż 105 J wyniosła 4,48×107 J, podczas gdy wszystkich zarejestrowanych wstrząsów 4,90×107 J. Stanowi to 91,5% całej wyzwolonej energii. Zależność ta jest zbliżona do zależności analizowanej w polu G-3/4. W roku 2013 również zaobser-wowano podobne prawidłowości. Na 1849 zarejestrowanych wstrząsów tylko 60 znalazło się w grupie wysokoenergetycznych, co stanowiło 3,2% wszystkich zano-towanych wstrząsów. Również udział energetyczny nie uległ większym zmianom, gdyż na 5,37×107 J łącznej energii wszystkich klas, aż 5,01×107 J stanowiła energia wstrząsów wysokoenergetycznych, co wynosi 93,3%. Analizując liczbę i wielkości wygenerowanej energii można stwierdzić, że liczba i energia odnotowanych wstrzą-sów ma podobny charakter w obu latach i obu polach (tabela 6). W kolumnie „wszystkie” znajdują się wszystkie zarejestrowane zjawiska, również te o energii mniejszej niż 103 J.

Tabela 6. Liczba i energia wstrząsów o energii E≥103 J oraz E≥105 J w polu G-7/5 w ZG Rudna w latach 2011-2012

Parametr Rok Wstrz ąsy z przedziału energetycznego

E≤103 J 103 J≤E≤104 J E≥105 J wszystkie

Liczba [szt.]

2012

1371 294 33 1698 Udział [%] 80,7 17,3 1,9 100,0 Energia [J] 1,95×105 3,99×106 4,48×107 4,90×107 Udział [%] 0,4 8,1 91,5 100,0 Liczba [szt.]

2013

1522 267 60 1849 Udział [%] 82,3 14,4 3,2 100,0 Energia [J] 1,65×105 3,45×106 5,01×107 5,37×107 Udział [%] 0,3 6,4 93,3 100,0

Mimo że sumaryczne wartości liczby i energii wstrząsów w obydwu latach są do

siebie podobne, to ich rozkład w poszczególnych miesiącach kształtuje się różnie. Rozkład liczby i energii wstrząsów klasy o energii równej i wyższej niż 103 J w po-


___________________________________________________________________________

51

równaniu z latami 2012 oraz 2013 w poszczególnych miesiącach charakteryzuje się nierównomiernością. Na początku roku, w styczniu 2013, odnotowano o 8 wstrzą-sów mniej niż w styczniu w roku 2012, również ich sumaryczna energia była mniej-sza i wynosiła 5,03×106 J. Z kolei w lutym 2013 r. zarejestrowano wzrost liczby wstrząsów o 5 w porównaniu z lutym 2012 r., również ich energia była większa o 9,10×106 J. W marcu 2013 r. wystąpił spadek liczby wstrząsów o 10 w porównaniu z marcem 2012 r. Natomiast suma energii wzrosła o 8,04×106 J. W kwietniu 2013 r. odnotowano o 8 wstrząsów więcej niż w kwietniu roku 2012. W tym przypadku sku-mulowana energia była mniejsza w 2013 r. o 1,31×107 J niż w 2012 r. W 2013 r. w maju wystąpiło o 15 wstrząsów więcej niżeli w maju 2012 r. Również skumulowa-na energia była większa, a różnica wyniosła 3,40×106 J. W czerwcu 2013 r. ponow-nie zwiększyła się, w porównaniu z 2012 r., liczba wstrząsów o 12, jednakże suma wygenerowanej energii pomiędzy latami zmalała o 3,59×105 J. W lipcu 2013 r. odno-towano o 2 wstrząsy mniej niż w lipcu 2012 r., a energia sumaryczna była większa o 2,79×106 J. Sierpień 2013 r., w porównaniu z sierpniem roku 2012, przyniósł spa-dek wstrząsów o 22, jak również spadek energii o 8,18×106 J. Wrzesień 2013 r. róż-nił się od września roku 2012 liczbą wstrząsów mniejszą o 18 i sumaryczną energią w tym przypadku mniejszą o 2,93×106 J. Różnica pomiędzy październikami oma-wianych lat była następująca: w roku 2013 wystąpiło o 2 wstrząsy mniej, a ich ener-gia wyniosła mniej o 1,42×106 J. W listopadzie zauważono odwrotną tendencję. A mianowicie wzrost liczby wstrząsów w 2013 r. o 14 i wzrost ich energii skumulo-wanej o 2,20×105 J w porównaniu z rokiem 2012. W grudniu roku 2013 wystąpiła o 8,59×106 J mniejsza energia niż w 2012 roku oraz zaobserwowano 8 wstrząsów mniej.

Miesięczna aktywność sejsmiczna w oddziale G-7/5 zarówno pod względem ilo-ściowym, jak i energetycznym, kształtuje się bardzo nierównomiernie (tabele 7 i 8, rys. 7, rys. 8). Tabela 7. Miesięczny rozkład aktywności sejsmicznej w roku 2012 w polu G-7/5 w ZG Rudna

Mie

siąc

styc

zeń

luty

mar

zec

kwie

cień

maj

czer

wie

c

lipie

c

sier

pień

wrz

esień

paźdz

iern

ik

listo

pad

grud

zień

Liczba [szt.] 35 33 36 17 16 20 24 41 38 29 19 19

Energia [J]

7,79 ×106

1,42×106

7,95 ×105

1,64 ×107

2,10 ×105

3,61 ×105

3,13 ×105

9,14 ×106

3,66 ×106

3,42 ×106

2,17 ×106

3,19 ×106

Tabela 8. Miesięczny rozkład aktywności sejsmicznej w roku 2013 w polu G-7/5 w ZG Rudna

mie

siąc

styc

zeń

luty

mar

zec

kwie

cień

maj

czer

wie

c

lipie

c

sier

pień

wrz

esień

paźdz

iern

ik

listo

pad

grud

zień

Liczba [szt.] 27 38 26 25 31 32 22 19 20 27 33 27

Energia [J]

2,76 × 106

1,05×107

8,84 ×106

3,23 ×106

3,61 ×106

2,30 ×103

3,10 ×106

9,56 ×105

7,28 ×105

2,00 ×106

2,39 ×106

1,18 ×107


___________________________________________________________________________




___________________________________________________________________________

53

Podsumowanie

Na wielkość naprężeń w górotworze istotny wpływ ma budowa i własności geome-chaniczne skał. Stan pierwotnych naprężeń w górotworze wynika z ciężaru warstw nadległych, a wtórny stan naprężeń zależny jest od sposobu wybierania złoża oraz geometrii pól eksploatacyjnych i zrobów. Wobec czego powyższe uwarunkowania ulegają zmianie głównie w wyniku postępu eksploatacji, a niekorzystne zmiany na-prężeń przejawiają się w postaci wzrostu sejsmiczności górotworu. Eksploatacja w omawianych polach ma charakter zamykający i jest prowadzona w otoczeniu zrobów. Ponadto obydwa pola zalegają w obrębie uskoków Rudna Główna i Bie-drzychowa. W związku z czym występuje tu podwyższone zagrożenie tąpaniami.

W celu wyeliminowania lub chociaż ograniczenia zagrożenia sejsmicznego i tą-paniami stosuje się różnorodne metody jego oceny oraz profilaktyki. Aby dokonać oceny zagrożenia sejsmicznego w polu G-3/4 i w polu G-7/5, przeanalizowano licz-bę i energię wstrząsów w okresie od stycznia 2012 do grudnia 2013 r. W polu G-3/4 w latach 2012-2013 prowadzono eksploatację między zrobami pól G-3/3 oraz G-6/6 oraz strefą uskoku Biedrzychowa. W obu latach zarejestrowano wysoką aktywność sejsmiczną w poszczególnych miesiącach. W roku 2012 wstrząsy emitujące naj-większą energię miały miejsce w grudniu, październiku, maju, sierpniu, kwietniu oraz marcu. Natomiast w roku 2013 szczególnie wyróżnił się marzec, kiedy to doszło do samoistnego tąpnięcia o energii 1,60×108 J. Ponadto w omawianych latach wystąpiły jeszcze dwa zjawiska o energiach rzędu 107 J, a mianowicie odprężenie sprowoko-wane oraz tąpnięcie samoistne. Odprężenie wystąpiło w grudniu 2012 r., a jego energia wynosiła 4,4×107 J. Z kolei tąpnięcie samoistne miało miejsce w kwietniu 2012 r., wygenerowało ono energię równą 1,4×107 J. W polu G-7/5 w latach 2012- -2013 prowadzono eksploatację w otoczeniu zrobów oraz uskoku Biedrzychowa. Aktywność sejsmiczna w tym polu była mniejsza niżeli w polu G-3/4, co wynikało z zaniechanej eksploatacji. Wstrząsy o największej energii w roku 2012 odnotowano w miesiącach: kwiecień, sierpień oraz styczeń. W roku 2013 wyróżnił się jedynie wstrząs o energii 1,00×107 J, mający miejsce pod koniec grudnia. Największe zare-jestrowane energie wstrząsów miały związek z występującymi sprowokowanymi lub lokalnymi odprężeniami. W kwietniu 2012 r. wystąpiło sprowokowane odprężenie, a jego energia wynosiła 1,4×107 J. W czerwcu 2013 r. wystąpiło odprężenie o energii 2,3×105 J. W wyniku wybrania znacznej części złoża, eksploatacja w polu z koniecz-ności prowadzona jest w pogarszających się warunkach, co w znaczący sposób wpływa na poziom zagrożenia wstrząsami górotworu, a szczególnie na ich nega-tywne skutki w wyrobiskach górniczych. Do takich niekorzystnych uwarunkowań należy zaliczyć wybieranie filarów oporowych i resztek, prowadzenie eksploatacji w kierunku zrobów lub stref upodatnionych, pogarszające się warunki stropowe oraz eksploatację w rejonach wpływu uskoków lub stref uskoków. Są to charakterystycz-ne czynniki występujące w obu analizowanych polach.

W złożach charakteryzujących się tak trudnymi warunkami geologiczno- -górniczymi prowadzenie eksploatacji jest znacznie utrudnione, a powstające zagro-żenie sejsmiczne istotnie wzrasta. Dokonana analiza aktywności sejsmicznej wy-branej części górotworu LGOM, a tym samym potencjalnego zagrożenia tąpaniami w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A., prowadzi do jednoznacznych stwierdzeń, że zagrożenie to związane jest przede wszystkim z rodzajem robót górniczych (roz-cinka, likwidacja), z zakresem zrealizowanej dotąd eksploatacji i budową geologicz-ną złoża.


___________________________________________________________________________

Podziękowania

Niniejsza praca została zrealizowana w ramach działalności statutowej S40159, finansowanej przez Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej.

Bibliografia

[1] Butra J., 2010, Eksploatacja złoża rud miedzi w warunkach zagrożenia tąpaniami i za-wałami. Wrocław.

[2] Dubiński J., Konopko W., 2000, Tąpania: ocena, prognoza, zwalczanie, Główny Instytut Górnictwa. Katowice.

[3] Kaźmierczak M., 2014, Technologia eksploatacji złoża rud miedzi o dużej miąższości w warunkach zagrożenia tąpaniami w KGHM Polska Miedź S.A O/ZG Rudna, Praca dy-plomowa (niepublikowana). Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej.

[4] KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Rudna, 2011-2016. Projekt Techniczny Eksploatacji wraz z Aktualizacjami Szczegółowymi Projektu Technicznego Eksploatacji Pola G-3/4, Polkowice.

[5] KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Rudna, 2011-2016, Projekt Techniczny Eksploatacji wraz z Aktualizacjami Szczegółowymi Projektu Technicznego Eksploatacji Pola G-7/5, Polkowice.

[6] KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Rudna, 2012-2013, Protokoły z posiedzeń Kopalniane-go Zespołu ds. Tąpań i Zawałów Pola G-3/4, Polkowice.

[7] KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Rudna, 2012-2013, Protokoły z posiedzeń Kopalniane-go Zespołu ds. Tąpań i Zawałów Pola G-7/5, Polkowice.

[8] KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Rudna, 2010, Kompleksowy projekt eksploatacji na lata 2011-2016, Polkowice.

[9] Mertuszka P., 2011, Ocena systemu eksploatacji w kierunku zrobów i stref upodatnio-nych w O/ZG Rudna, CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud, nr 2 (67) 2013, s. 61-73.

Aktywno ść sejsmiczna w wybranych polach eksploatacyjnych ... · A. Gogolewska, M. Ka źmierczak,...

Documents

Transcript of Aktywno ść sejsmiczna w wybranych polach eksploatacyjnych ... · A. Gogolewska, M. Ka źmierczak,...