AUTOREFERAT - gig.eu · Sejsmologia górnicza jest najbardziej rozpowszechnioną metodą...

AUTOREFERAT

przedstawiajcy opis dorobku i osigni naukowych

dr in. Krystyna STEC

Gwny Instytut Grnictwa Katowice 2012

Zacznik 2 Autoreferat

2

Spis treci 1. Imi i nazwisko ----------------------------------------------------------------------------------- 3

2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytuu rozprawy doktorskiej -------------------------------------------- 3

3. Informacja o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych ------- 3

4. Wskazanie osignicia* wynikajcego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.) --------------------------------------- 3

4.1. Tytu osignicia naukowego--------------------------------------------------------------3

4.2. Zestawienie jednotematycznych publikacji stanowicych podstaw pracy habilitacyjnej (autor/autorzy, tytu, rok wydania, nazwa wydawnictwa)----4

4.3. Omwienie celu naukowego ww. prac i osignitych wynikw wraz z omwieniem ich wykorzystania ------------------------------------------------------5 4.3.1. Zarys fizycznych podstaw zastosowanej metody bada -----------------------6 4.3.2. Zastosowanie wynikw bada mechanizmu ognisk wstrzsw do

charakterystyki oddziaywania wstrzsw na grnicze wyrobiska podziemne ---------------------------------------------------------------------------- 11

4.3.3. Wykorzystanie parametrw mechanizmu ognisk do okrelenia oddziaywania wstrzsw na infrastruktur powierzchniow------- 30

4.3.4. Podsumowanie-------------------------------------------------------------------- 34 5. Omwienie pozostaych osigni w pracy naukowo-badawczej-------------------36

6. Informacja o caoci publikacji --------------------------------------------------------------49

7. Wykaz krajowych i midzynarodowych projektw badawczych oraz waniejszych prac badawczych realizowanych w GIG--------------------------------50

8. Udzia w midzynarodowych i krajowych konferencjach naukowych ------------52

9. Dziaalno popularyzujca nauk i osignicia dydaktyczne oraz organizacyjne-----------------------------------------------------------------------------53

10. Odbyte stae badawcze i szkoleniowe do krajowych i zagranicznych orodkw naukowych-------------------------------------------------------------------------54

11. Czonkostwo w organizacjach i towarzystwach naukowych oraz odznaczenia -------------------------------------------------------------------------------55


3

1. Imi i nazwisko

Imi i nazwisko: Krystyna Stec Data i miejsce urodzenia: 20.01.1956, Gorlice Adres domowy: ul. Jesionowa 14/9, Katowice 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe z podaniem nazwy, miejsca i roku ich

uzyskania oraz tytuu rozprawy doktorskiej Nazwa: doktor nauk technicznych, Miejsce uzyskania: Gwny Instytut Grnictwa, Plac Gwarkw 1, 40 - 166 Katowice Rok uzyskania: 1994

Tytu rozprawy doktorskiej: Wpyw parametrw mechanizmu ognisk wstrzsw grniczych na ocen zagroenia sejsmicznego w kopalniach wgla kamiennego

Nazwa: magister inynier, Rok uzyskania: 1980 Miejsce uzyskania: Akademia Grniczo-Hutnicza im. Stanisawa Staszica w Krakowie Wydzia Geologiczno-Poszukiwawczy specjalno: geofizyka stosowana

3. Informacja o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych

od 15.05.1980 do nadal Gwny Instytut Grnictwa, Zakad Geologii i Geofizyki Plac Gwarkw 1, 40-166 Katowice zajmowane stanowiska 01.07.1994 do nadal adiunkt 01.05.1982 30.06.1994 asystent 01.10.1980 30.04.1982 inynier 15.05.1980 30.09.1980 staysta

4. Wskazanie osignicia* wynikajcego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca

2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.)

4.1. Tytu osignicia naukowego

Geoinynierskie zastosowanie bada mechanizmu ognisk

wstrzsw grniczych

* Owiadczenia wspautorw okrelajce indywidualny wkad w pracach stanowicych osignicie naukowe znajduj si w zaczniku nr 6 do Wniosku


4

4.2. Zestawienie jednotematycznych publikacji stanowicych podstaw pracy habilitacyjnej (autor/autorzy, tytu, rok wydania, nazwa wydawnictwa)

1. Dubiski J., Stec K., 2001: Relationship between focal mechanism parameters of mine

tremors and local strata tectonics. [w]: Dynamic rock mass response to mining, Proc. of the 5th Int. Symp. on Rockbursts and Seismcity in Mines (Eds: G. Van Aswegen, R.J. Durrheim, W.D. Ortlepp), The South African Institute of Mining and Metallurgy, Johannesburg. pp. 113-118. [udzia wasny 50 %].

2. Dubiski J., Lurka A., Stec K., 2005: Influence of the mining tremor source radiation

directivity in the distribution of the seismic interactions with surface. [w]: Mining and Sustainable Development, Proc. of the 20th World Mining Congress Vol. 2. Teheran. pp. 889-894. [udzia wasny 50 %].

3. Lurka A. Stec K., 2005: Charakterystyka radiacji fal sejsmicznych w obszarze

epicentralnym dla wstrzsw w LGOM. Bezpieczestwo Pracy i Ochrona rodowiska w Grnictwie, 6 (130), Wyd. WUG, Katowice, str. 37-39. [udzia wasny 80 %].

4. Stec K., 2007: Characteristics of Seismic Activity of the Upper Silesian Coal Basin in Poland. Geophysical Journal International, Blackwell Publishing Ltd, V.168, nr 2 pp. 757-768. (IF=2,583).

5. Stec K., Baszczyk E., 2008: Charakterystyka procesw zachodzcych w ogniskach

wysokoenergetycznych wstrzsw wystpujcych w czasie eksploatacji ciany 17 w pokadzie 361 w KWK Knurw. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Tom 24, Zeszyt 2/3 Wyd. SIGMiE PAN, Krakw, str. 226-244, (IF=0,262) [udzia wasny 90 %].

6. Stec K., 2009: Metody wyznaczania mechanizmu ognisk wstrzsw. Prace Naukowe GIG

Grnictwo i rodowisko Nr 4/1, Katowice, str. 223-236. 7. Stec K., 2009: Characteristics of the processes taking place at the sources of high energy

tremors occurring in the Upper Silesian Coal Basin in Poland regional character. [w]: Controlling Seismic Hazard, Proc. of the 7th Int. Symp. on Rockbursts and Seismcity in Mines, (Ed. C. Tang), Dalian, China, Renton Press, New York/New Jersey, pp. 415-426.

8. Stec K., Lurka A., 2010: Wpyw kierunkowoci radiacji fal sejsmicznych

wysokoenergetycznego wstrzsu o energii 1,61010 J na powierzchni w kopalni wgla brunatnego Bechatw. Prace Naukowe GIG Grnictwo i rodowisko, Nr 4/4, Katowice, str. 101-110. [udzia wasny 80 %].

9. Stec K., Masny W., 2011. Dynamiczne oddziaywanie wstrzsw grotworu na

wyrobiska korytarzowe w zalenoci od orientacji paszczyzny pkania w ognisku wstrzsu. Prace Naukowe GIG Grnictwo i rodowisko, Nr 2, Katowice, str. 101-114. [udzia wasny 75 %].


5

10. Stec K., Masny W., 2012. Analiza numeryczna dynamicznego oddziaywania wstrzsw grotworu na wyrobisko korytarzowe w zalenoci od pooenia paszczyzny pkania w ognisku wstrzsu. Przegld Grniczy nr 7, Katowice, str. 48-56 [udzia wasny 75%].

11. Stec K., 2012. Okrelenie stanu napre w strefach zagroenia sejsmicznego na

podstawie parametrw mechanizmu ognisk wstrzsw. Przegld Grniczy nr 2, Katowice, str. 8-15.

12. Stec K., Drzewiecki J., 2012. Mine Tremor Focal Mechanism: An Essential Element for

Recognizing the Process of Mine Working Destruction. Acta Geophysica, Vol. 60, No. 2, DOI: 10.2478/s11600-011-0036-y, pp. 449-471, (IF=0,667). [udzia wasny 60 %].

13. Stec K., 2012. Focal Mechanisms of Mine-induced Seismic Events an explanation

of Geomechanical Processes in the Area of Longwall 6, Seam 510 in Hard Coal Mine Bobrek-Centrum. Archives of Mining Sciences, (IF=0,35), w druku* .

* Informacja Wydawnictwa Archives of Mining Sciences o przyjciu artykuu do druku zaczona jest

do kserokopii publikacji zacznik nr 4 do Wniosku.

Udzia naukowy wspautorw w wymienionych pracach jako osignicie naukowe, zosta przedstawiony w zaczonych owiadczeniach znajdujcych si w zaczniku nr 6 do Wniosku.

4.3. Omwienie celu naukowego ww. prac i osignitych wynikw wraz z omwieniem ich wykorzystania

Tematyk powyszych 13 opublikowanych prac, zestawionych w ujciu

chronologicznym, w ktrych jestem autorem lub wspautorem, mona uj pod wsplnym tytuem Geoinynierskie zastosowanie bada mechanizmu ognisk wstrzsw grniczych. Uwaam, e opracowane rozwizania, opisane powyszym tytuem, stanowi oryginalne osignicie naukowe w zakresie dyscypliny grnictwo i geologia inynierska, szczeglnie w specjalnoci geofizyka grnicza.

Rozwizania te opieraj si na wykorzystaniu wynikw bada mechanizmu ognisk wstrzsw grniczych i mona je przyporzdkowa do nastpujcych dwch obszarw badawczych:

oddziaywanie wstrzsw grniczych na wyrobiska podziemne, oddziaywanie wstrzsw grniczych na powierzchniow infrastruktur budowlan.

Pierwszy z nich jest przedstawiony w pracach 1, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13. Obejmuje on

wykorzystanie parametrw mechanizmu ognisk do okrelenia typw zjawisk sejsmicznych w celu ustalenia genezy tych zjawisk, a take do oceny stanu zagroenia sejsmicznego i powizanego z nim zagroenia tpaniami.

Drugi obszar badawczy zosta przedstawiony w pracach 2, 3 i 8. Dotyczy on okrelenia jak mechanizm ogniska wstrzsu grniczego, determinujcy kierunkowo radiacji sejsmicznej, moe wpywa na rozkad intensywnoci drga majcy wpyw na powierzchniow infrastruktur budowlan.


6

Poniej, w podrozdziale 4.3.1, zosta omwiony zarys podstaw fizycznych stosowanej metodyki okrelenia mechanizmu ognisk wstrzsw grotworu. Natomiast w kolejnych podrozdziaach 4.3.2 i 4.3.3 jest przedstawiony opis istoty kadego z problemw badawczych, ktry zosta oparty na przedmiotowych publikacjach usystematyzowanych w odpowiednie grupy tematyczne. Grupy te odpowiadaj specjalnym problemom geoinynierskim, dla rozwizania ktrych s wykorzystane parametry opisujce mechanizm ognisk wstrzsw indukowanych przez dziaalno grnicz. Podrozdzia 4.3.4 zawiera podsumowanie dotyczce zastosowania bada mechanizmu ognisk wstrzsw w kilku wanych zagadnieniach geoinynierskich. 4.3.1. Zarys fizycznych podstaw zastosowanej metody bada

Sejsmologia grnicza jest najbardziej rozpowszechnion metod geofizyczn, ktra jest

stosowana dla oceny zagroenia tpaniami zarwno w polskim jak i wiatowym grnictwie. Dotyczy to zarwno grnictwa wgla kamiennego jak i innych surowcw mineralnych, np. rud miedzi czy zota, platyny i innych metali. W zdecydowanej wikszoci sytuacji wskazania sejsmologii grniczej dobrze monitoruj zmiany stanu napreniowo-deformacyjnego, zachodzce w obserwowanym fragmencie grotworu wskutek prowadzonej dziaalnoci grniczej. Z zadawalajc dokadnoci mona identyfikowa miejsca rozwoju procesu dynamicznego niszczenia struktury orodka skalnego oraz okrela poziom energetyczny wystpujcych zjawisk sejsmicznych. Ponadto, w warunkach dobrze zaprojektowanej geometrii kopalnianej sieci sejsmologicznej, dysponujcej nowoczesn baz aparaturow, istnieje moliwo realizacji szeregu specjalistycznych analiz, ktre s niezbdne dla rozwoju i zwikszenia efektywnoci tej metody. Ich istot jest wdroenie nowych, ruchowych rozwiza prognostycznych opartych na wyznaczaniu dodatkowych parametrw charakteryzujcych proces pkania orodka skalnego w ognisku. To wanie do nich nale, midzy innymi, parametry fizyczne opisujce rdo drga oraz parametry charakteryzujce mechanizm ognisk wstrzsw.

Poznanie przebiegu i osobliwoci procesw pkania zachodzcych w rdle, to jest w strefie formowania si ogniska przyszego wstrzsu wysokoenergetycznego, jest bowiem niezbdne do opracowywania bardziej efektywnych technik prognozowania i oceny ryzyka ich wystpienia oraz dziaa w zakresie przeciwdziaania i zwalczania zagroenia tpaniami. Problematyka ta jest szczeglnie istotna w odniesieniu do wstrzsw grniczych, gdy posiada istotny wpyw na bezpieczestwo pracy i na efekty prowadzonej dziaalnoci grniczej. Dowiadczenia wielu lat powszechnego stosowania w polskich kopalniach sejsmologii grniczej jednoznacznie wskazuj na potrzeb zrnicowania technologii profilaktyki tpaniowej w zalenoci od rodzaju ogniska wstrzsu, ktry moe by przyczyn zaistnienia tpnicia. Wstrzsy pokadowe o ogniskach pooonych w wybieranym pokadzie wgla charakteryzuj si najczciej eksplozyjnym mechanizmem i wymagaj odmiennej profilaktyki ni wstrzsy nazwane stropowymi o ogniskach znajdujcych si poza pokadem, gwnie w mocnych warstwach wstrzsogennych. W przypadku tych wstrzsw w strefie ogniskowej dominuj siy cinajce opisane odmiennym typem mechanizmu ogniska.

Powysze rnice wskazuj jak wanym jest problem prawidowej identyfikacji wymienionych rodzajw wstrzsw, moliwy w realizacji wanie poprzez okrelenie typu mechanizmu ognisk wstrzsw dominujcych w danym rejonie kopalni. Okrelenie to mona wykona w oparciu o cyfrowe sejsmogramy wstrzsw stosujc tzw. metod inwersji tensora momentu sejsmicznego.


7

Tensor momentu sejsmicznego (TMS) opisuje ukad si wystpujcych w rdle sejsmicznym jako liniow kombinacj par si z momentem. Przemieszczenia w dalekim polu falowym uk wywoane przez system si wystpujcych w rdle sejsmicznym s sum przemieszcze wywoanych przez poszczeglne pary si (Aki i Richards, 1980)1. Mona to zapisa nastpujco:

ki,jijj

kiijk GMx

GMu

(1)

gdzie: Mij moment pary si dziaajcej w kierunku osi xi, o ramieniu zgodnym z osi xj, Gki funkcja Greena (funkcja opisujca odpowied impulsow orodka na drodze

przebytej przez fal sejsmiczn), Gki,j pochodna funkcji Greena wzgldem wsprzdnej j po przecinku w indeksie, * oznacza operacje konwolucji.

W metodzie inwersji TMS zakada si punktowy charakter rda (rozmiary rda s

mae w porwnaniu do obserwowanych dugoci fal sejsmicznych) oraz przyjmuje si, e wszystkie skadowe tensora momentu zale w taki sam sposb od czasu (wprowadza si funkcj rda). W takim przypadku mamy do czynienia ze rdem synchronicznym, czyli generujcym jednakowe zmiany w czasie we wszystkich kierunkach. Wwczas pole przemieszcze mona zapisa jako: )]([, , tsGMtxu jkiijk (2) gdzie:

s(t) funkcja rda (funkcja charakteryzujca emisj sejsmiczn ze rda w czasie). Pole przemieszcze uk jest liniow funkcj skadowych tensora momentu sejsmicznego

oraz wyrazw w nawiasie kwadratowym w powyszej zalenoci. Przyjmujc, e funkcj rda jest funkcja Diraca, pole przemieszcze uk mona opisa w nastpujcy sposb:

jkiijk GMtxu ,, (3)

Zbir wszystkich dziewiciu skadowych Mij zapisany w postaci macierzy M o wymiarze 33 reprezentuje wanie tensor momentu sejsmicznego:

333231

232221

131211

MMMMMMMMM

M (4)

W tensorze tym skadowe diagonalne, czyli takie, dla ktrych i = j opisuj pary si bez

momentw, ktre s skierowane wzdu odpowiednich osi ukadu wsprzdnych. Tensor momentu sejsmicznego mona rwnie przedstawi w sposb graficzny jako ukad dziewiciu par si rwnowanych Mij dziaajcych w ognisku wstrzsu (rys. 1). . 1 Aki K., Richards P.G. 1980: Quantitative Seismology - Theory and Methods, vol. 1,2, W.H. Freeman and Co., San Francisco.


8

.

Rys. 1. Ukad dziewiciu par si rwnowanych Mij dziaajcych w ognisku wstrzsu Tensor momentu sejsmicznego mona rozoy na nastpujce dwie czci: izotropow (opisujc zmiany objtoci w rdle), dewiatorow, ktra jest zoeniem podwjnej pary si i skompensowanego

liniowo dipola wektorowego (Ben-Menahem, Singh, 1981)2:

211212212

1211212212

1

1331311321

1331311321

3223233221

3223233221

33221133231

22113322231

11332211231

33221133221131

eeeeMM

eeeeMM

eeeeMM

eeeeMM

eeeeMM

eeeeMM

eeMMM

eeMMM

eeMMM

eeeeeeMMMjeieijMM

centrum kompresji

trzy dipole wzduz osiukaduwsprzdnych

trzy podwjnepary si

trzy skrceniawok osi ukaduwsplrzdnych

(5) gdzie:

ei, ej wersory wzdu osi xi i xj. 2 Ben-Menahem A., Singh S. J.: Seismic Waves and Sources, Springer-Verlag, New York, 1981,


9

Pierwszy wyraz po prawej stronie rwnania (5) opisuje procesy kompresji w rdle, kolejne wyrazy opisuj odpowiednio 3 dipole wzdu osi ukadu wsprzdnych, 3 podwjne pary si oraz 3 skrcenia dookoa osi ukadu wsprzdnych.

Poniewa tensor momentu sejsmicznego jest symetryczny (zgodnie z zasad zachowania momentu obrotowego rwnowanych si w rdle), czyli Mij = Mji, skrcenia dookoa osi ukadu wsprzdnych znikaj. Dekompozycja tensora momentu sejsmicznego na cz izotropow, na liniowy skompensowany dipol i na podwjn par si jest najczciej przyjmowanym opisem rda sejsmicznego. Graficzny obraz modelu powstawania pknicia ska dla poszczeglnych skadowych tensora momentu sejsmicznego przedstawia rys. 2.

Explozja/Implozja

Jednoosioweciskanie/rozciganie cinanie

Skadowa ISO

a)

b)

Skadowa CLVD

Skadowa DBCP

Rys. 2. Korelacja pomidzy modelem powstawania pknicia w orodku skalnym (a)

a projekcj stereograficzn rozchodzenia si fal sejsmicznych na pkuli ogniskowej (b) W przypadku dominacji skadowej cinania okrela si orientacj przestrzenn paszczyzny

ogniskowej, na ktrej ma miejsce proces niszczenia, to jest jej azymut i upad oraz kierunek i zwrot przemieszczenia na tej paszczynie. Uzyskuje si rwnie dane o azymucie i zanurzeniu osi napre kompresyjnych P i tensyjnych T. Graficzne odwzorowanie (rzut stereograficzny) oraz sposb pkania warstw w ognisku dla cinajcego mechanizmu ognisk przedstawione jest na rys. 3.


10

Rys. 3. Podstawowe typy cinajcego mechanizmu ognisk wstrzsw sejsmicznych

W prowadzonych badaniach do oblicze tensora momentu sejsmicznego wykorzystywany

byy specjalistyczne programy: do 2008 roku program SMT (Wiejacz, 1994)3, a nastpnie od 2009 roku program Foci (Kwiatek, 2009)4. Programy te umoliwiy uzyskiwanie trzech modeli ogniska wstrzsu, opisanych przez trzy rodzaje tensora momentu sejsmicznego:

- tensor oglny, - tensor dewiatoryczny, - tensor czystego cinania.

Tensor oglny posiada skadow izotropow I, ktra opisuje zmiany objtoci w ognisku (eksplozja /+/ lub implozja //), skadow CLVD odpowiadajc jednoosiowemu ciskaniu // lub rozciganiu /+/ oraz skadow cinajc DBCP opisywan przez podwjn par si (patrz rys. 2). Tensor dewiatoryczny (zwizany ze zmian postaci bez zmiany objtoci) posiada dwie skadowe, tj. CLVD i DBCP. Natomiast tensor czystego cinania posiada tylko skadow DBCP. 3 Wiejacz P. 1994: The SMT software, (niepublikowane). 4 Kwiatek G. 2009: Foci Tensor momentu sejsmicznego Parametry Spektralne opis programu (publikacja

internetowa www.sejsmologiagrnicza.pl/foci/).


11

4.3.2. Zastosowanie wynikw bada mechanizmu ognisk wstrzsw do charakterystyki oddziaywania wstrzsw na grnicze wyrobiska podziemne

Wykorzystanie wynikw bada mechanizmu ognisk wstrzsw do analizy oddziaywania wstrzsw grniczych na wyrobiska podziemne mona podzieli na cztery grupy tematyczne:

I. Udowodnienie istnienia zjawiska modalnoci sejsmicznoci grniczej wydzielenie

rnicych si typw genetycznych wstrzsw sejsmicznych. II. Okrelenie przyczyn i genezy zaistniaych tpni. III. Badanie lokalnego pola napre. IV. Charakterystyka dynamicznego oddziaywania wstrzsw grniczych na wyrobiska

podziemne.

I. Udowodnienie istnienia zjawiska modalnoci sejsmicznoci grniczej wydzielenie rnicych si typw genetycznych wstrzsw sejsmicznych

Naukowa warto tego geoinynierskiego rozwizania polega na: zastosowaniu nowoczesnych procedur obliczeniowych mechanizmu ognisk

wstrzsw w odniesieniu do analizy reprezentatywnego i zrnicowanego zbioru wstrzsw grniczych, jakie wystpiy w kopalniach Grnolskiego Zagbia Wglowego,

oryginalnym opracowaniu uzyskanych wynikw z wykorzystaniem danych o lokalizacji ognisk wstrzsw oraz informacji geologicznej, geomechanicznej i grniczej,

empirycznym potwierdzeniu hipotezy o istnieniu zjawiska modalnoci w sejsmicznoci grniczej GZW.

Na pocztku lat 80-tych ubiegego stulecia, na podstawie analizy empirycznych

rozkadw ekstremalnych energii sejsmicznych sformuowana zostaa hipoteza o istnieniu zjawiska bimodalnoci sejsmicznoci obserwowanej w polskich kopalniach wgla kamiennego. Uwaano, e jego przyczyn moe by rna geneza wydzielonych dwch grup wstrzsw. Przyjto, e jedna grupa jest odpowiedzialna za niskoenergetyczn komponent rozkadu, natomiast druga generuje komponent wysokoenergetyczn. Podzia ten by wycznie intuicyjny i opisowy (Kijko 1986)5.

Przeprowadzone przez autork badania mechanizmu ognisk duego zbioru wstrzsw

o rnych energiach sejsmicznych (kilkaset wstrzsw) jednoznaczne potwierdziy fakt wystpowania wstrzsw grniczych o rnicych si mechanizmach ognisk, co jednoznacznie potwierdzio powysz hipotez o wystpowaniu zjawiska modalnoci w sejsmicznoci grniczej. Ponadto, wyniki tych bada wyranie potwierdzay, e mechanizm tworzenia si ognisk wstrzsw grniczych zaley od wielu czynnikw geologiczno-grniczych, ktrych wzajemna korelacja ma decydujcy wpyw na powstawanie wstrzsw okrelonego typu. Stwierdzono take, e zmienno mechanizmw ognisk

5 Kijko A., 1986: Bimodalny charakter ekstremalnych rozkadw zjawisk sejsmicznych w kopalniach. Publs.

Inst. Geophys. Pol. Acad. Sc., M-8 (191), s. 91-101.


12

wstrzsw jest silnie zalena od cech tektonicznych rejonu, pooenia ogniska wstrzsu wzgldem frontu cianowego i istniejcych w danym rejonie zaszoci eksploatacyjnych.

W oparciu o wyniki przedmiotowych bada autorka zaproponowaa oglny podzia wstrzsw grniczych na trzy grupy. Charakterystyk wstrzsw oraz przyczyny ich wystpowania w kadej z grup zostay opisane w kilkunastu publikacjach (Dubiski i inni 1994, 1996, 1999; Dubiski i Stec 1995, 1999, 2000, 2001; Mutke i Stec 1997; Stec 2005, 2007, 2009, 2010, 2011; Stec i Baszczyk 2008; Stec i Drzewiecki 2000, 2012; Stec i Rokowicz 2008; Stec i Wojtecki 2011)6.

Pierwsz grup stanowi wstrzsy o polizgowym i cinajcym mechanizmie ognisk,

powstajcym w wyniku dziaania podwjnej pary si. Wstrzsy tego typu nazwane stropowymi powstaj w czasie postpujcej eksploatacji na wskutek pkania wystpujcych w stropie pokadu grubych i zwizych kompleksw skalnych, o duej sztywnoci i wytrzymaoci. W wikszoci przypadkw azymuty ich paszczyzn rozrywu oraz ich upady koreluj si z rozcigoci frontu eksploatacyjnego lub krawdzi wybranych wczeniej pokadw.

Drug grup tworz wstrzsy pokadowe, charakteryzuj si niecinajcym typem

mechanizmu ognisk. Ten typ wstrzsw odpowiada procesom objtociowego niszczenia struktury orodka skalnego. Wstrzsy o tym typie ognisk s gwnie zlokalizowane bezporednio w pokadzie wgla i w ssiedztwie czynnych frontw eksploatacyjnych. Mechanizm ich ognisk odzwierciedla procesy zwizane z destrukcj struktury pokadu wgla lub jego bezporedniego otoczenia. W szczeglnoci sytuacja taka dotyczy wstrzsw prowokowanych strzelaniami wstrzsowymi, majcymi miejsce w pokadzie wgla lub strzelaniami torpedujcymi zlokalizowanymi w stropie bezporednim lub spgu pokadu, jakie s prowadzone w ramach profilaktyki tpaniowej. Wstrzsy tego typu mog take powstawa w wyniku narastajcego nacisku nadlegych warstw skalnych na pokad wglowy.

Trzeci grup wyrnionych wstrzsw stanowi wstrzsy tzw. regionalne,

charakteryzujce si najwyszymi energiami, wystpujce zazwyczaj w strefach tektonicznych, czsto daleko od czynnych wyrobisk grniczych. Mechanizmem ich ognisk jest to mechanizm polizgowy, normalny lub rewersyjny, czsto z zaznaczajcym si poziomym przesuniciem w ognisku wstrzsu. Dla tej grupy zjawisk, azymuty paszczyzn rozrywu i ich upady do dobrze koreluj si z rozcigoci i upadem uskokw, w pobliu ktrych zlokalizowane byy ogniska wstrzsw. Najczciej przyczyn powstawania tych zjawisk jest wspdziaanie tektonicznych napre rezydualnych istniejcych w analizowanym obszarze z napreniami wywoanymi pracami grniczymi.

Ze zbioru wyszczeglnionych publikacji skadajcych si na przedmiotowe rozwizanie geoinynierskie wybrano cztery, ktre najpeniej przedstawiaj wyjanienie zjawiska modalnoci sejsmicznoci grniczej na podstawie bada mechanizmu ognisk wstrzsw. Numeracja wybranych prac odpowiada numeracji podanej w punkcie 4.2 Zestawienie jednotematycznych publikacji stanowicych podstaw pracy habilitacyjnej (autor/autorzy, tytu, rok wydania, nazwa wydawnictwa).

6 Wykaz wymienionych publikacji znajduje si w zaczniku nr 7 do Wniosku


13

Publikacja 4. Stec K., 2007: Characteristics of Seismic Activity of the Upper Silesian Coal Basin in Poland. Geophysical Journal International, Blackwell Publishing Ltd, V.168, pp. 757-768. (IF=2,583).

W pracy tej przedstawiono historyczny rys rozwoju Grnolskiej Regionalnej Sieci

Sejsmologicznej, dziaajcej bez przerwy od 1974 roku i penicej rol nadrzdn w stosunku do sieci kopalnianych wraz z ogln charakterystyk aktywnoci sejsmicznej rejestrowanej w Grnolskim Zagbiu Wglowym w latach 1950-2005. Charakterystyk t odniesiono do budowy tektonicznej GZW, gwnie w aspekcie wystpowania kompakcji tektonicznej oraz rezydualnych napre tektonicznych. Wyniki bada mechanizmu ognisk wstrzsw wystpujcych w strefie tektonicznej (uskok kodnicki) oraz wstrzsw wystpujcych w rejonie niezaburzonym tektonicznie wykazay dwa rnice si rodzaje sejsmicznoci, a mianowicie tzw. grniczo-tektonicznej i grniczej. Cechy sejsmicznoci wystpujcej w strefach tektonicznych okrelono na podstawie wynikw bada wstrzsw grniczych z kopal lsk i Halemba.

Kopalnia lsk obliczenia wykonano dla zbioru 60 wstrzsw o energii sejsmicznej E 105 J, w tym 11 zjawisk wysokoenergetycznych (E > 106 J) i kilkudziesiciu zjawisk o niszych energiach. Wystpiy one w czasie eksploatacji dwch rwnolegych cian 1 i 2 w pokadzie 502 w okresie stycze wrzesie 1998 r. Charakterystyczn cech grupy zjawisk o energii sejsmicznej E > 106 J, bya wyranie odmienna gboko ich hipocentrw, okrelana wstpnie od 100 do 150 m poniej poziomu eksploatacji. Takie wystpowanie zjawisk sejsmicznych jest rzadkim przypadkiem w warunkach grniczej sejsmicznoci indukowanej. Dla uzyskania potwierdzenia prawidowoci wyznaczenia gbokoci ognisk, podjto prb jej oceny na podstawie bdw wyznaczenia tensora momentu sejsmicznego (TMS). Oparto j na analizie wspczynnikw jakoci rozwiza skadowych TMS. Dla analizowanych zjawisk sejsmicznych przeprowadzano obliczenia TMS w przedziale gbokoci ognisk od - 600 do - 900 m npm. Najlepsze rozwizanie, czyli najmniejszy bd wyznaczenia TSM oraz najwyszy wspczynnik jakoci rozwizania, uzyskano dla przedziau gbokoci - 800 do - 850 m npm. Fakt ten potwierdzi tez o gbszym w stosunku do poziomu eksploatacji (poziom eksploatacji wynosi - 700 m npm.) pooeniu ognisk wstrzsw. W wikszoci analizowanych ognisk dominoway procesy cinania zachodzce na uskoku normalnym. Jako paszczyzn prawdopodobnego pkania w ognisku przyjto paszczyzn zorientowan zgodnie z rozcigoci i upadem uskoku kodnickiego, to jest kierunek E-W. Mechanizm ognisk wstrzsw w przypadku rozwizania penego tensora zawiera okoo 10 % implozji, okoo 10 % skadowej jednoosiowego ciskania oraz okoo 80 % skadowej cinajcej. Pozostae rozwizania (tensor dewiatoryczny i para si) wskazyway na czysty proces cinania na uskoku normalnym, gdy skadowa jednoosiowego ciskania wynosia maksymalnie 10 %. Ze wzgldu na gboko ognisk analizowanych zjawisk oraz charakter przesuni odpowiadajcych mechanizmowi uskoku normalnego zaoono, e w ogniskach wstrzsw miay miejsce procesy zwizane z naruszeniem dotychczasowej rwnowagi, zachodzce w obszarze strefy tektonicznej uskoku kodnickiego. Przeprowadzone w tym rejonie rozpoznanie geologiczne potwierdzio moliwo wystpowania ognisk poniej poziomu eksploatacji, co zostao potwierdzone dodatkowymi badaniami sejsmologicznymi. W tym celu zostaa zainstalowana poniej pokadu 502 sonda geofonowa, ktra pozwolia na udokadnienie lokalizacji pionowej skadowej ognisk wstrzsw w tym rejonie (Mutke, 1999)7.

7 Mutke, G., Stacha, G., Bubaa, Cz., 1999: O gbokoci ognisk wstrzsw zaistniaych podczas eksploatacji

ciany 1 i 2 w pokadzie 502/K w KWK lsk, [w:] Materiay VI konferencji Naukowo-Technicznej z cyklu Tpania 99, Wyd. GIG, Katowice, s. 113-122.


14

Drugi rejon bada pooony by w kopalni Halemba. Analiz objto kilkadziesit wstrzsw o energii sejsmicznej E 105 J, ktre wystpiy w latach 1999-2000 w rejonie uskoku kodnickiego i uskokw towarzyszcych (uskoki II, III, IV i V). Wyniki oblicze mechanizmu ognisk przedmiotowych wstrzsw jednoznacznie wskazay na dominacj procesw cinania jakie zachodziy na uskokach normalnych, a kierunek azymutu paszczyzn pkania w ogniskach potwierdza ich zwizek z kierunkiem struktur uskokowych, w pobliu ktrych zlokalizowane byy ogniska wstrzsw.

Przywoana publikacja przedstawia rwnie badania mechanizmu ognisk wstrzsw

wystpujcych w rejonie niezaburzonym tektonicznie. Byy to wstrzsy z kopalni Bielszowice, indukowane przez eksploatacj ciany N-303, pooonej w pokadzie 507, zalegajcym na gbokoci - 650 m npm. W tym rejonie, w odlegoci 60 70 m nad pokadem 507, wystpowa 50 metrowy kompleks piaskowcw. Badanie mechanizmu ognisk wykonano dla 158 najsilniejszych wstrzsw i wydzielono trzy typy ognisk o zblionych parametrach uzyskanych z rozwiza ich mechanizmu. W oparciu o przeprowadzan analiz danych dotyczcych budowy grotworu, rodzaju ska i struktury ich naruszenia oraz wynikowe rozwizania mechanizmu ognisk wysunito nastpujce wnioski: przeprowadzone analizy geomechaniczne dotyczce zasigw stref rozwarstwiania

grotworu, spowodowane prowadzon i dokonan eksploatacj w rejonie ciany N- 303 wskazyway, e na jej wybiegu istnia obszar o znacznej powierzchni, w ktrym wystpowaa dynamiczna propagacja ju istniejcych niecigoci rwnolegych do uwarstwienia poczona z odspojeniem i przemieszczeniem warstw piaskowcowych na poudnie w kierunku zrobw ciany,

geomechaniczy model destrukcji grotworu w obszarze wystpujcych nad pokadem 507 warstw piaskowcowych potwierdzi mechanizm ognisk wysokoenergetycznych wstrzsw,

wystpoway dwie grupy ognisk zwizane z dwoma horyzontami gbokociowymi: jedna wystpujca na gbokoci okoo - 550 m npm. i druga lokalizowana bliej pokadu 507 (gboko od - 600 do - 650 m npm.),

wstrzsy z grupy pierwszej charakteryzoway si mechanizmem polizgowym normalnym (I typ ognisk), gdzie jako paszczyzn prawdopodobnego pkania w ognisku przyjto paszczyzn o azymucie okoo 120 (10) i upadzie okoo 60 (10). Wstrzsy te mogy powsta w wyniku uginania si, a nastpnie pkania warstw piaskowca wzdu linii przebiegajcej pod ktem okoo 45 w stosunku do naroa filara. Nastpnie mg wystpowa proces zsuwania si w kierunku poudniowym popkanych fragmentw, wzdu horyzontw rozsojenia, do wytworzonej w trakcie eksploatacji pustki zawaowej,

druga grupa wstrzsw wystpowaa na gbokoci od - 600 do - 650m i zwizana bya z niszczeniem pokadu lub jego bezporedniego otoczenia. W tym zbiorze zjawisk rozrniono kolejne dwa typy mechanizmu ognisk. Typ II stanowiy ogniska o mechanizmie polizgowym normalnym z paszczyzn pkania przebiegajc rwnolegle do azymutu frontu ciany, odzwierciedlajce pkanie warstw stropu bezporedniego. Typ III byy to wstrzsy o duym udziale skadowej niecinajcej, eksplozyjnej zwizane z procesami destrukcyjnymi zachodzcymi w samym pokadzie 507. Rozwizanie penego tensora zawierao od 20 % do 45 % eksplozji, od 20 % do 45 % skadowej jednoosiowego ciskania oraz bardzo may udzia skadowej cinajcej


15

(okoo 10 %). Wyszczeglnione typy wstrzsw skorelowano z wynikami analizy geomechanicznej.

Kolejny rejon badawczy, opisany w przedmiotowej publikacji, pooony by w kopalni

Wujek i by zwizany z eksploatacj prowadzon w pokadzie 510 cian 15a. W polu ciany przebiegaa diagonalnie dyslokacja o lokalnym zasigu i niewielkim zrzucie okoo 1,5 m. Poziom sejsmicznoci w tej cianie by wysoki i w okresie od stycznia do sierpnia 2000 roku zarejestrowano 420 wstrzsw o energii sejsmicznej powyej 103J, w tym 22 zjawiska silniejsze o energii E 105J. Najwiksza aktywno sejsmiczna wystpowaa w okresie zbliania si i przechodzenia ciany 15a pod resztk pozostawion w pokadzie 504, lecym okoo 50 m powyej pokadu 510.

Wyniki bada mechanizmu ognisk wstrzsw z tego rejonu wskazay na wystpowanie nastpujcych prawidowoci: dla zjawisk niskoenergetycznych (energia sejsmiczna 103 104J) gboko ognisk

odpowiadaa gbokoci eksploatowanego pokadu 510 i mechanizm ognisk zwiera rednio 25 % eksplozji, 25 % skadowej jednoosiowego ciskania oraz 50% skadowej cinajcej,

dla wstrzsw o wyszych energiach sejsmicznych (energia ponad 105 J) gboko ognisk wskazywaa na ich stropowe pochodzenie, szczeglnie w strefie oddziaywania resztki pokadu 504 i zwizek tych zjawisk z procesem niszczenia tej resztki w wyniku jej podbierania przez cian 15a. Mechanizm ognisk zawiera 45 50% eksplozji i tyle samo skadowej jednoosiowego ciskania (skadowa cinajca bya tutaj bardzo maa poniej 10 %). Reasumujc, wyniki udokumentowanych w tej pracy bada mechanizmu ognisk

wstrzsw z rnych rejonw GZW jednoznacznie wskazay, e wstrzsy grnicze charakteryzuj si rnymi typami ognisk, co stanowi cenn informacj o procesach destrukcji grotworu naruszonego prowadzon eksploatacj grnicz.

Publikacja 5. Stec K., Baszczyk E., 2008: Charakterystyka procesw zachodzcych w ogniskach wysokoenergetycznych wstrzsw wystpujcych w czasie eksploatacji ciany 17 w pokadzie 361 w KWK Knurw. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Tom 24, Zeszyt 2/3 Wyd. SIGMiE PAN, Krakw, str. 226-244, (IF=0,262) [udzia wasny 90 %].

Mj udzia w publikacji wynosi 90 % i polega na opracowaniu metodyki bada,

wykonaniu oblicze parametrw mechanizmu ognisk wstrzsw i korelacji wynikw z warunkami geologiczno-grniczymi w rejonie bada. Wspautorka opracowaa charakterystyk budowy geologicznej rejonu bada.

W czwartym kwartale 2007 roku w KWK Knurw po wschodniej stronie ciany 17

eksploatowanej w pokadzie 361 wystpiy cztery wysokoenergetyczne wstrzsy (energia tych zjawisk wynosia od 6106 do 5108 J), dla ktrych obliczono parametry mechanizmu ogniska metod inwersji TMS oraz parametry rda. Wstrzsy te charakteryzoway si mechanizmem ognisk polizgowym odwrconym. Udzia skadowej cinajcej wynosi od 71 do 89 % a azymuty paszczyzn nodalnych byy rwnolege do rozcigoci strefy uskokowej, ktra ograniczaa od wschodu i poudnia rejon ciany 17. Wyjtkowo duy udzia skadowej cinajcej wiadczy, e w tym rejonie byo bardzo due oddziaywanie napre pochodzcych od struktur uskokowych. Typ mechanizmu ogniska polizgowy-odwrcony


16

moe wskazywa, e mogo doj do wyrwnania napre w tym rejonie na skutek odcienia grotworu, ze wzgldu na to, e w rejonie eksploatowanej ciany 17, zarwno w pnocno-zachodniej czci KWK Knurw, jak i po stronie wschodniej w KWK Budryk zostao wybranych kilka pokadw. Otrzymane wartoci parametrw rda takie jak niska czstotliwo narona (rednio 6 Hz) oraz bardzo wysoki spadek napre (od 8,06105 do 1,74107 Pa) i bardzo due przemieszczenie w ognisku (od 1.3810-3 do 4,2410-2 m) wskazyway rwnie na udzia czynnika tektonicznego w genezie tych zjawisk.

Przeprowadzone badania wykazay, e przyczyn zaistniaych wysokoenergetycznych wstrzsw mogo by naoenie si napre eksploatacyjnych wywoanych prowadzon eksploatacj oraz napre rezidualnych wystpujcych w strefie uskokowej pooonej na wschd i poudnie od eksploatowanej ciany 17. Publikacja 6. Stec K., 2009: Metody wyznaczania mechanizmu ognisk wstrzsw. Prace Naukowe GIG Grnictwo i rodowisko Nr 4/1, Katowice, str. 223-236.

W artykule przedstawiono rozwj metod wyznaczania mechanizmu ognisk wstrzsw oraz przedstawiono przykadowe wyniki oblicze TMS dla wstrzsw z kopalni Mysowice-Wesoa. Obliczenia mechanizmu ognisk wstrzsw wykonano dla 66 wstrzsw z rejonu filara granicznego pomidzy parti D ruchu Wesoa a parti wschodni ruchu Mysowice. Analizowane wstrzsy, ktre wystpoway od 1999 r. do poowy grudnia 2005 r. dla penego rozwizania tensora momentu sejsmicznego charakteryzoway si mechanizmem polizgowym normalnym z okoo 60 % udziaem skadowej cinajcej. Ogniska tych wstrzsw zawieray rednio okoo 20 % skadowej eksplozyjnej, 20 % skadowej jednoosiowego rozcigania i 60 % skadowej cinajcej. Kierunek azymutu paszczyzn nodalnych mona byo korelowa z kierunkiem krawdzi znajdujcych si w nadlegych pokadach lub kierunkiem struktur tektonicznych w tym rejonie. Mechanizm tych wstrzsw by typowy dla wstrzsw, ktre powstaj w wyniku destrukcji utworw piaskowcowych znajdujcych si nad eksploatowanymi pokadami wgla. Pozostae analizowane wstrzsy wystpujce od drugiej poowy grudnia 2005 r. charakteryzoway si zupenie innym mechanizmem. W ogniskach tych wstrzsw wystpoway zupenie inne procesy. Charakteryzoway si one bardzo duym udziaem skadowej eksplozyjnej i jednosiowego ciskania. Wyjtkowo duy udzia tych skadowych wiadczy o duym nacisku warstw stropowych. Prawdopodobnie wynikao to z ukadu wyeksploatowanej czci zoa do pozostawionej czci nienaruszonego grotworu. Zmiana mechanizmu wstrzsw zwizana bya z zatrzymaniem cian 401 G i 402 G i ponownym uruchomieniu ciany 402 G.

Wykazanie rnych procesw pkania w rdle jest bowiem niezbdne do

opracowywania technik prognozowania, zwalczania i przeciwdziaania zjawiskom dynamicznym. Problematyka ta jest szczeglnie wana dla kopal, poniewa wstrzsy pokadowe o mechanimie eksplozyjnym wymagaj innej profilaktyki ni wstrzsy, w ktrych dominuj siy cinania a ogniska lokalizuj si poza pokadem.

Publikacja 7. Stec K., 2009: Characteristics of the processes taking place at the sources of high energy tremors occurring in the Upper Silesian Coal Basin in Poland regional character. [w]: Controlling Seismic Hazard, Proc. 7th Int. Symp. on Rockbursts and Seismcity in Mines, (Ed. C. Tang), Dalian, China, Renton Press, New York/New Jersey, pp. 415-426.


17

W 2007 i 2008 roku pod miastem Bytom wystpiy dwa wysokoenergetyczne wstrzsy: pierwszy w dniu 09.02.2007 r. o energii E = 1109 J a drugi w dniu 19.12.2008 r. o energii E = 7108 J. Wstrzsy te nie spowodoway skutkw w wyrobiskach eksploatowanej ciany 1 w pokadzie 503, ale w wyniku ich oddziaywania na powierzchni wystpiy uszkodzenia w kilkudziesiciu budynkach w Bytomiu (spkania i rysy na cianach i sufitach, spadanie pojedynczych dachwek i uszkodzenia kominw) oraz byy one silnie odczute na duym obszarze w promieniu do 12 15 km. W celu zbadania charakteru i genezy tych zjawisk wykonano szereg analiz geofizycznych. Do tego celu wykorzystano sejsmogramy wstrzsw uzyskane na podstawie rejestracji kopalnianej sieci sejsmologicznej KWK Bobrek i Grnolskiej Regionalnej Sieci Sejsmologicznej GIG oraz wyniki przeprowadzonej ankietyzacji o makroskopowych odczuciach wstrzsw w obszarze Grnego lska. Mechanizm ognisk ww. wstrzsw wykaza dominacj skadowej cinania (odpowiednio 91 % i 87 % ), nad eksplozj tylko (3,0 % i 10 %) i jednoosiowym ciskaniem (6 % i 3 %) i dla obu wstrzsw by to mechanizm typu uskoku odwrconego revers. Paszczyzny nodalne miay azymut NW SE. Naprenia gwne ciskajce P byy prawie poziome i miay azymut zbliony do kierunku NE NW a naprenia rozcigajce T byy zblione do pionowych i miay azymut odpowiadajcy kierunkowi NW SE. Po przeanalizowaniu mechanizmu ognisk tych wstrzsw w odniesieniu do bada prowadzonych przez Tepera (1998)8 dotyczcych modelu sejsmotektonicznego pnocnej czci GZW stwierdzono, e ukad napre dziaajcych w ognisku wstrzsu i napre determinujcych stan odksztace grotworu uformowany podczas najmodszej orogenezy, wynikajcy z analizy strukturalnej, cechuj si wzajemnym podobiestwem. Z porwnania z opisanym modelem napreniowym GZW wynikao, e kierunek napre ciskajcych P w ognisku odpowiada kierunkowi kompresji K wyznaczonej tektonofizycznie, a kierunek napre rozcigajcych T w ognisku kierunkowi tensji T wyznaczonej tektonofizycznie. Ponadto kierunek uskokw rewersyjnych w tym rejonie by zbliony do azymutw paszczyzn nodalnych okrelonych w rozwizaniu mechanizmu ogniska. Dane te pozwoliy na hipotetycznie wnioskowanie, e rozwizanie mechanizmu ognisk odzwierciedla ukad napre rezidualnych bd neotektonicznych wystpujcy w gbokich strukturach GZW. Potwierdzenie zalenoci wystpowania silnych zjawisk sejsmicznych od czynnika tektonicznego przedstawia rwnie publikacja oparta na badaniach obejmujcych aktywno sejsmiczn, tektonik i geodynamik obszaru GZW oraz parametry eksploatacji grniczej (Zuberek i inni 1996)9. Za gwne wspczesne struktury sejsmogeniczne autorzy uznali niecigoci cokou krystalicznego przebiegajcych subrwnolenikowo stref granicznych drugiego rzdu midzy segmentami masywu grnolskiego zwanymi blokami: Tarnowskich Gr, Bytomia i centralnym. Na pnocy jest to niecigo pod osi synkliny Bytomia a na poudniu niecigo w rejonie uskoku kodnickiego.

Regionalny charakter analizowanych zjawisk potwierdziy rwnie wyniki analizy parametrw rda sejsmicznego. Czstotliwo narona bya niska i wynosia 3.6 Hz dla wstrzsu z dnia 09.02.2007 r. o energii E = 1109 J i 4,5 Hz dla drugiego wstrzsu z dnia 19.12.2008 r. o energii E = 7108 J. Z reguy dla wstrzsw typowo eksploatacyjnych czstotliwo narona jest zdecydowanie wysza. Moment sejsmiczny wynosi odpowiednio 4,71014 Nm i 8,51014 Nm. Jest to moment bardzo wysoki jak dla wstrzsw z obszaru

8 Teper L. 1998: Wpyw niecigoci podoa karbonu na sesjmotektonik pnocnej czci Grnolskiego

Zagbia Wglowego. Wyd. Uniw. lski, Katowice. 9 Zuberek W.M., Teper L., Idziak A.F., Sagan G. 1996: Tectonophysical approach to the description of mining

induced seismicity in the Upper Silesia. [w]: Tectonophysics in Mining Areas. (Ed A. Idziak), Wyd. Uniw. l., Katowice, s. 79-98.


18

GZW. Promie ogniska, wynis 185 m i 228 m. Przesunicie w ognisku byo wyjtkowo due i wynosio 0,12 m i 0,99 m. Wysoki spadek napre w ognisku wstrzsu, ktry wynosi 2,4107 Pa i 3,1107 Pa, wiadczy o duej koncentracji napre pocztkowych w obszarze ogniskowym. Due przesunicie w ognisku oraz wysoki moment sejsmiczny jest charakterystyczny dla wstrzsw tektonicznych o charakterze regionalnym.

Reasumujc, duy rozmiar ognisk wstrzsw, duy spadek napre w ogniskach oraz bardzo dua energia sejsmiczna wskazuj, e wstrzsy te nie mogy wystpi w odlegoci mniejszej ni 500-1000 m od wyrobisk podziemnych ciany 1 pooonej w pokadzie 503, poniewa spowodowayby zniszczenie tych wyrobisk.

Dla ustalenia genezy wstrzsw bardzo istotne jest okrelenie gbokoci ich ognisk. Obliczenia mechanizmu ognisk badanych wstrzsw przeprowadzono dla przedziau gbokoci od -200 do -1200 m npm (od - 480 m do - 1480 m liczc od powierzchni terenu). Najlepsze rozwizanie TMS okrelone na podstawie analizy wspczynnika jakoci rozwizania Q oraz najmniejszego bdu ERR uzyskano dla gbokoci okoo - 1280 m liczc od poziomu powierzchni, czyli ponad 500 m pod poziomem zalegania pokadu 503 w rejonie ciany 1. Gbokie ogniska analizowanych wstrzsw tumacz rwnie ich silne odczucia na duym obszarze (odczuty w promieniu 12 15 km od epicentrum), oraz stosunkowo niskie amplitudy przyspieszenia drga powierzchni w epicentrach, jak na tak wysok energi sejsmiczn (okoo 600 mm/s2). Przy sabszych i pytszych wstrzsach eksploatacyjnych, niejednokrotnie rejestrowano w obszarze epicentralnym impuls przyspieszeniowy o wyszej amplitudzie (nawet do 1500 mm/s2). Impuls taki rejestruje si przy pytkich wstrzsach, na nieduym obszarze wok epicentrum, po czym ulega on silnemu tumieniu i w odlegoci kilku km jest ju w ogle nie odczuwalny. Du gboko ognisk tych wstrzsw potwierdziy obliczenia zalenoci intensywnoci drga, I0, od odlegoci i gbokoci. Przy przyjciu makroskopowych danych po wstrzsie z dnia 09.02.2007 r. uzyskano dla gbokoci 1250 m od powierzchni ziemi 4 stopie intensywnoci, I0, w odlegoci 2,5 km od epicentrum. Jest to wynik zgodny z obserwacjami makrosejsmicznymi. Natomiast przy przyjciu hipotetycznej gbokoci ogniska na poziomie eksploatowanego pokadu 503 tj. - 750 m od powierzchni ziemi, intensywno I0 w odlegoci 2,5 km od epicentrum mona okreli na granicy 2 i 3 stopnia intensywnoci. Wynik ten nie pokrywa si absolutnie z obserwacjami makrosejsmicznymi, co stanowi kolejny dowd potwierdzajcy gboko ogniska wstrzsu, znacznie wiksz ni poziom eksploatowanego pokadu 503, a zarazem jego regionalny charakter.

Badania te wykazay, e parametry mechanizmu ognisk (rozcigo paszczyzn

nodalnych i przebieg osi napre gwnych) odzwierciedlaj wystpujcy w gbokich strukturach GZW ukad napre rezidualnych bd neotektonicznych odtworzony na podstawie bada tektonofizycznych GZW. Dua gboko ognisk wstrzsw ponad 500 m poniej poziomu eksploatacji, brak jego skutkw w rejonie prowadzonych robt grniczych oraz duy zasig odczu na powierzchni, wiadczy o regionalnym charakterze tych zjawiska. Podobne wstrzsy wystpoway w rejonie dna niecki bytomskiej w poprzednich dziesicioleciach, a nawet w poprzednich wiekach. Moe to wiadczy o wystpowaniu w tym obszarze niezrelaksowanych do koca naturalnych napre zwizanych z budow gbszych struktur podoa karboskiego uaktywnionych prowadzon wielopokadow eksploatacj na duym obszarze.

W publikacji tej przedstawiono rwnie wyniki analizy mechanizmu ognisk z kopalni

Staszic. W dniu 23.02.2008 r. o godzinie 19:30 i 19:32 wystpiy dwa wysokoenergetyczne wstrzsy, pierwszy o energii 8106 J i drugi o energii 2107 J, ktre doprowadziy do utraty funkcjonalnoci wyrobisk w rejonie ciany I (przekop Asea, pochylnia odstawcza). Dla


19

tych dwch wstrzsw oraz pozostaych wstrzsw o energii E 5103 J z okresu 08.12.2007 29.03.2008 r. wykonano obliczenia mechanizmu ognisk metod inwersji TMS. Z analizowanej grupy, 23 wstrzsy charakteryzoway si cinajcym typem mechanizmu ogniska. Proces pkania w przypadku tych wstrzsw zachodzi na uskoku normalnym a w ich mechanimie dominowaa wyranie skadowa cinajca (od 60 do 75%). Kierunek paszczyzn nodalnych i odpowiadajcy mu kierunek pkania w ognisku dla wstrzsw powodujcych tpnicie z 23.02.08 r. oraz dwch z 25.02.08 r. i 29.03.08 r. mia przebieg NESW lub NS. Kierunek ten, w granicach bdu oblicze 20 by rwnolegy do przebiegu przekopu Asea i pochylni odstawczej oraz linii frontu eksploatowanej ciany.

Dla 12 zjawisk niskoenergetycznych (energia poniej 104 J) uzyskano typ ognisk o charakterze eksplozyjnym. Peny tensor zawiera od 44 do 55% eksplozji, od 43 do 50% skadowej jednoosiowego rozcigania oraz od 0,5 do 17% skadowej cinajcej. Duy udzia skadowych eksplozyjnej i jednoosiowego rozcigania w mechanimie tego typu ognisk wskazuje na dominacj procesw eksplozyjnych w pokadzie na skutek nacisku warstw nadkadu wyej pooonych.

W wietle przeprowadzonej analizy stwierdzono, e przyczyn wstrzsw powodujcych

tpnicie w polu wschodnim mogo by przekroczenie napre w warstwach piaskowcowych wystpujcych nad pokadem 501, w pozostawionym pasie niewybranego grotworu midzy krawdziami w pokadzie 510, ktre byy rwnolege do wyrobisk prowadzonych w pokadzie 501.

II. Okrelenie przyczyn i genezy zaistniaych tpni

Tpnicia nale do najbardziej niebezpiecznych zjawisk jakie maj miejsce w podziemnych kopalniach rnych surowcw mineralnych. W polskim grnictwie towarzysz eksploatacji pokadw wgla kamiennego w Grnolskim Zagbiu Wglowym oraz eksploatacji zoa rud miedzi w Legnicko-Gogowskim Okrgu Przemysowym. Wraz ze wzrostem gbokoci eksploatacji zwiksza si potencjalne zagroenie tpaniami oraz ryzyko ich wystpienia. Zjawisko tpnicia z uwagi na swj dynamiczny charakter powoduje zazwyczaj okrelone skutki w wyrobiskach objtych jego zasigiem. Dotycz one zarwno zaistnienia zdarze wypadkowych wrd pracujcych grnikw jak i szkd materialnych w postaci zniszczonych lub uszkodzonych maszyn i urzdze grniczych oraz samych wyrobisk grniczych, ktre trac swoj funkcjonalno. Niestety czsto s to zdarzenia majce znamiona katastrofy grniczej, a wic ma miejsce wypadek zbiorowy, w ktrym s ofiary miertelne i cikie. Z tego wzgldu prowadzone s w wielu orodkach naukowo-badawczych w Polsce i na wiecie prace badawcze nad rozwojem bardziej skutecznych metod profilaktycznych, ktre pozwoliyby na ograniczenie tego zagroenia.

Jak wiadomo, zjawisko tpnicia jest wywoywane przez wstrzs sejsmiczny, ktry poprzez propagacj fali sejsmicznej w sposb dynamiczny oddziaywuje na grotwr, w tym take na wyrobiska grnicze. Impuls dynamiczny powoduje, e w sposb gwatowny nastpuje przekroczenie wytrzymaoci struktury orodka skalnego, np. pokadu wgla, ktremu towarzyszy wyrzucenie mas skalnych do przestrzeni roboczej. Kluczowym problemem przed ktrym stoi od lat nauka i praktyka grnicza jest postp w identyfikowaniu bezporednich przyczyn zaistnienia tpnicia, szczeglnie w fazie dotyczcej powstania wspomnianego impulsu dynamicznego zwizanego z wstrzsem sejsmicznym. Wwczas mona prowadzi bardziej skuteczne dziaania profilaktyczne


20

przeciwdziaajce tpaniom. Zjawiska sejsmiczne i zwizane z nimi zagroenie tpaniami w danym polu eksploatacyjnym jest bowiem determinowane szeregiem czynnikw naturalnych i technicznych, z ktrych dominujce to parametry wytrzymaociowe wgla i ska otaczajcych oraz wielkoci napre w otoczeniu prowadzonych robt grniczych i wyrobisk. Stan napre jest zazwyczaj ksztatowany przez dokonan i prowadzon eksploatacj w danym pokadzie oraz w pokadach ssiednich.

Przeprowadzone badania wskazuj, e analiza budowy grotworu, jego tpliwoci, rozwoju i przemieszcze obszarw wysokich napre oraz obszarw krytycznych deformacji warstw sprystych wsparta wynikami bada mechanizmw ognisk wstrzsw sejsmicznych umoliwia zarwno zdefiniowanie czynnikw grniczych i geologicznych decydujcych o lokalizacji i energii wstrzsw jak i daje informacje o przyczynach oraz genezie tpnicia. Okazuje si, e wstrzsy o rnych mechanizmach ogniska, a wic rnice si przestrzennym oddziaywaniem sejsmicznym mog mie odmienny wpyw na proces niszczenia struktury grotworu i utrat jego stabilnoci na istniejcych lub tworzcych si paszczyznach jego osabienia. Std analiza mechanizmu ognisk wstrzsw, szczeglnie wysokoenergetycznych zjawisk sejsmicznych zacza odgrywa w ostatnich latach istotne znaczenia w okreleniu przyczyn i genezy powstawania wstrzsw, a w odniesieniu do zaistniaych tpni staa si standardow procedur.

Reasumujc, naukowa warto przedmiotowego rozwizania geoinynierskiego polega na wykorzystaniu metodyki okrelania mechanizmu ognisk wstrzsw do specjalistycznej analizy sejsmologiczno-geomechanicznej, ktra wyjania, czsto bardzo zoony, przebieg procesu zaistnienia tpnicia. Rozpoczyna si on bowiem w strefie przyszego ogniska wstrzsu, ktry spowodowa tpnicie i jest kontynuowany poprzez kierunkow propagacj fali sejsmicznej, determinowan typem mechanizmu ogniska, do miejsca gdzie zaistniay skutki tpnicia.

Przedmiotowe rozwizanie geoinynierskie zostao przedstawione na przykadzie dwch publikacji, ktre s scharakteryzowane poniej. Publikacja 12. Stec K., Drzewiecki J., 2012: Mine Tremor Focal Mechanism: An Essential Element for Recognizing the Process of Mine Working Destruction. Acta Geophysica, Vol. 60, No. 2, DOI: 10.2478/s11600-011-0036-y, pp. 449-471, (IF=0,667).

Mj wspudzia w publikacji bdcej podsumowaniem bada dotyczcych okrelenia

przyczyn i genezy tpnicia w kopalni Rydutowy-Anna wynosi 60 % i polega na wykonaniu analizy warunkw geologiczno-grniczych w rejonie bada, oblicze oraz analiz sejsmologicznych a udzia wspautora polega na wykonaniu analiz geomechanicznych.

W artykule, na wybranym przykadzie wstrzsu, ktry spowodowa tpnicie w kopalni

Rydutowy-Anna, w dniu 24.03.2010 r. w pochylni II przedstawiono wykorzystanie mechanizmu ognisk wstrzsw dla zbudowanego modelu fizycznego orodka i wyjaniono jak mogo doj do zniszczenia wyrobiska w znacznej odlegoci od ogniska wstrzsu. Zostao przeprowadzonych szereg analiz odnoszcych si do szeroko pojtego rodowiska ciany A, tj. warunkw geologiczno-grniczych rejonu ciany, sejsmicznoci, cinie i deformacji warstw nadlegych oraz obliczono mechanizm ognisk dla 5 wstrzsw o energii sejsmicznej E 1104 J z rejonu tpnicia.

Dwa analizowane wstrzsy charakteryzoway si mechanizmem cinajcym a trzy eksplozywnym. Gboko ognisk analizowanych wstrzsw obliczona metod TMS bya


21

na poziomie eksploatowanego pokadu 713/1-2, co oznacza, e wstrzsy te mogy powstawa w wyniku pkania warstw znajdujcych si bezporednim otoczeniu pokadu. Wstrzsy o mechanizmie cinajcym zlokalizowane bezporednio w obszarze strefy uskokowej przylegej do zrobw ciany A, mogy wystpi w wyniku pknicia uginanych warstw sprystych nad obszarami wytworzonych zrobw cian B oraz A. Strefy granicznych krzywizn mogy by wytworzone zarwno w obszarach stropu jak i spgu takich warstw. Pozostae wstrzsy, midzy innymi wstrzs, ktry spowodowa tpnicie, charakteryzoway si mechanizmem eksplozywnym. Byy to zjawiska sprowokowane rozpadem wgla po strzelaniach MW oraz o ogniskach tosamych ze stref eksplozywnego rozpadu pokadu. Mechanizm eksplozywny rozpadu fragmentu pokadu moe mie miejsce zarwno w sytuacji narastajcego jego docienia jak i zaistnienia silnego udaru ska nadlegych, czyli dostarczeniu energii udaru powodujcej jego lokalny dynamiczny rozpad. Brak wczeniejszych i jednoznacznych wskaza o narastajcym stanie wytenia pokadu wskazywa, e w analizowanym przypadku eksplozywny rozpad pokadu nastpowa w wyniku jego dynamicznego docienia przez nacisk ska nadlegych.

W oparciu o wykonane analizy i obliczenia mona byo tutaj postawi tez, e opracowane mechanizmy ognisk wstrzsw byy pomocne dla zdefiniowania najbardziej prawdopodobnych czynnikw grniczych i geologicznych decydujcych o lokalizacji, energii oraz przyczynach tpnicia. Analiza geomechaniczna wykazaa, e w tym rejonie warstwy nadlege mogy ulega wielokierunkowemu zginaniu. Mogy one pka w przypadku, kiedy ich deformacje osigny wartoci krytyczne, albo w miar postpu ciany A coraz intensywniej obcia calizn pokadu w strefie uskokowej. Dla skrajnych warunkw obcienia mogo dochodzi do dynamicznego rozpadu fragmentu pokadu w wyniku czego nastpia utrata podpornoci warstw nadlegych, w tym piaskowcw, poczona z ich dynamicznym przemieszczeniem.

Na podstawie przeprowadzonych oblicze i analiz stwierdzono, e opracowanie

mechanizmw ognisk wstrzsw poprzedzajcych tpnicie jak i wstrzsu inicjujcego tpnicie, byo w peni zasadne i dostarczyo nowych, dodatkowych informacji. Tym samym pozwolio na ocen jaki mg by scenariusz zdarze prowadzcy do zniszczenia wyrobiska. Publikacja 13. Stec K., 2012: Focal Mechanisms of Mine-induced Seismic Events and explanation of Geomechanical Processes in the Area of Longwall 6, Seam 510 in Hard Coal Mine Bobrek-Centrum. Archives of Mining Science, (IF=0,35) w druku* * Informacja Wydawnictwa Archives of Mining Sciences o przyjciu artykuu do druku jest zaczona

do kserokopii publikacji znajdujcej si w zaczniku 4 do Wniosku.

Artyku przedstawia przykad powizania wynikw obliczania parametrw charakteryzujcych mechanizm ognisk wstrzsw z geomechaniczn analiz przyczyn zaistnienia tpnicia. Rejonem badawczym bya parcela eksploatacji ciany 6, w pokadzie 510, w kopalni Bobrek-Centrum. Eksploatacji tej towarzyszya bardzo wysoka aktywno sejsmiczna. W okresie stycze 2011 czerwiec 2012 r. wystpio prawie 3500 wstrzsw o energii sejsmicznej 102 104 J oraz 95 wstrzsw o energii sejsmicznej 105106 J. Jeden z tych wstrzsw, w dniu 19.07.2011 r. o energii sejsmicznej 8106 J, spowodowa bezporednie zagroenie dla prowadzonej eksploatacji, przejawiajce si wystpieniem tpnicia w postaci zniszcze w cianie 6 na dugoci 42 m oraz wypadkw zagraajcych yciu pracujcych grnikw. Dla poznania przyczyn tego tpnicia oraz charakteru


22

sejsmicznoci wystpujcej w tym rejonie przeprowadzono obliczenia parametrw mechanizmu ognisk wstrzsw, ktre nastpnie analizowano pod ktem geomechanicznym.

Jak wiadomo stan napre w danym polu eksploatacyjnym jest wynikiem wzajemnego oddziaywania napre litostatycznych, tektonicznych oraz tzw. eksploatacyjnych zwizanych z prowadzon eksploatacj. Na podstawie uzyskanego zbioru danych opisujcych mechanizm ognisk wstrzsw z badanego rejonu zostao odtworzone lokalne pole napre gwnych, ktre jest determinowane przez wspomniane naprenia eksploatacyjne.

Wyrniono trzy okresy eksploatacji ciany 6 rnice si typem mechanizmu ognisk wstrzsw. Wstrzsy, ktre wystpiy w I i III okresie eksploatacji charakteryzoway si mechanizmem polizgowym normalnym, przy czym azymut rozcigoci paszczyzny pkania w I okresie eksploatacji zbliony by do kierunku N-S, a w III okresie do kierunku W-E. Tak wic wstrzsy o tym typie mechanizmu ognisk wystpoway w wyniku dominacji pionowych napre gwnych 1 oraz poziomych napre porednich 2 i minimalnych 3. W obydwu wyrnionych okresach naprenia cinajce dziaay w kierunku zblionym do rozcigoci frontu. O ciskania - rozcigania, ktra jest kierunkiem najwikszego wytenia w danym rejonie, skierowana bya pionowo, a jej azymut mona byo odnie do linii frontu ciany. Naprenie horyzontalne byo tutaj napreniem rozcigajcym o kierunku NNW-SSE. Przeprowadzona geomechaniczna analiza wskazaa, e taki ukad, charakteryzujcy lokalny stan zachowania grotworu, uksztatowa si w wyniku pkania i zaamywania piaskowcowych warstw wstrzsogennych w stropie, powstajcych w wyniku przemieszczajcego si frontu eksploatacji. Mona wic przyj hipotez, e tego typu sejsmiczno pomimo wystpowania wstrzsw wysokonergetycznych rzdu 105 i 106 J nie stanowia bezporedniego zagroenia dla robt grniczych prowadzonych w pokadzie 510.

Istotne byo pojawienie si w II okresie eksploatacji wstrzsw o odmiennym typie mechanizmu ogniska. By to okres zmiany kierunku biegu ciany z kierunku NE-SW na kierunek E-W, zwizany z tzw. skosowaniem frontu cianowego ciany 6. Obliczenia geomechaniczne wykazay, e w rejonie zaistnienia tpnicia w dniu 19.07.2011 r. warstwy pooone nad i pod pokadem 510 w rejonie przedmiotowej ciany byy lokalnie bardzo silnie odksztacone, powodujc ciskanie okrelonych fragmentw grotworu. Analizy mechanizmw wstrzsw z okresu poprzedzajcego tpnicie jak i w nastpnym okresie po jego zaistnieniu, wykazay niecinajcy lecz eksplozywny typ ognisk. Mona przypuszcza, e tego typu mechanizm wstrzsw mg wystpowa w wyniku nagego obcienia pokadu przez nadlege warstwy stropowe, co mogo prowadzi dla skrajnych warunkw obcienia i do dynamicznego rozpadu pewnych fragmentw pokadu.

Przeprowadzona analiza geomechaniczna w odniesieniu do parametrw mechanizmu

ognisk wstrzsw sejsmicznych i wynikajcego z nich rozkad lokalnego pola napre, pozwolia na zdefiniowanie najbardziej prawdopodobnych przyczyn wysokiej aktywnoci sejsmicznej i zaistniaego tpnicia. Innymi sowy, w oparciu o wykonane obliczenia mechanizmu ognisk wstrzsw, mona postawi tez, e ich znajomo jest niezwykle pomocna dla analizy procesu destrukcji grotworu.

III. Charakterystyka lokalnego pola napre

Znajomo lokalnego pola napre jest kluczow dla prowadzenia rnego rodzaju analiz geomechanicznych zwizanych z prowadzeniem efektywnej i bezpiecznej eksploatacji z surowcw mineralnych. Pomimo wanoci tego problemu jest bardzo niewiele metod


23

i technik pomiarowych, ktre pozwalaj na szybkie i dokadne uzyskiwanie wynikw w tym zakresie. Naley doda, e w przypadku miejsc odlegych od czynnych wyrobisk grniczych moliwoci pomiarowe drastycznie malej. Wyniki bada oraz dowiadczenia ostatnich lat wskazuj, e powysze informacje o lokalnym polu napre mona efektywnie uzyska wykorzystujc dane sejsmologiczne w poczeniu z ich odpowiedni interpretacj. Bowiem w sejsmogramach wstrzsw jest zakodowana informacja o stanie struktury orodka skalnego w strefie ogniskowej, ktra jest ksztatowana rwnie przez lokalne pole napre. Osobliwoci i parametry tego pola odzwierciedla mechanizm ognisk wstrzsw. W ten sposb geomechanika grnicza otrzymuje nowe, oryginalne narzdzie pomiarowe, ktre umoliwia ocen lokalnego pola napre, take w miejscach znacznie oddalonych. Ponadto, otrzymuje moliwo pozyskiwania bezcennych informacji o ksztatowaniu si przedmiotowego pola i jego zmianach zachodzcych w strefach formowania si ognisk wstrzsw, np. we wstrzsogennych warstwach stropowych.

Stosowanie tego rozwizania geoinynierskiego bazujcego na mechanizmie ognisk wstrzsw grniczych przedstawiono na przykadzie dwch artykuw.

Publikacja 1. Dubiski J., Stec K., 2001: Relationship between focal mechanism parameters of mine tremors and local strata tectonics. [w]: Dynamic rock mass response to mining, Proc. of the 5th Int. Symp. on Rockbursts and Seismcity in Mines (Eds: G. Van Aswegen, R.J. Durrheim, W.D. Ortlepp), The South African Institute of Mining and Metallurgy, Johannesburg. pp. 113-118. [udzia wasny 50 %].

Mj udzia w badaniach dotyczcych korelacji pomidzy parametrami ognisk wstrzsw a lokalnym polem napre polega na opracowaniu metody analizy, wykonaniu oblicze parametrw ognisk 40 wstrzsw z rejonu kopal Halemba i lsk i na ich podstawie obliczeniu rozkadu lokalnego pola napre. Udzia wspautora polega na wspuczestnictwie w tworzeniu czci teoretycznej oraz dyskusji otrzymanych wynikw.

Celem bada byo okrelenie korelacji pomidzy lokalnym polem napre tektonicznych uzyskanym na podstawie bada tektonofizycznych, a rozkadem napre 1, 2, 3 odtworzonym w oparciu sejsmologiczn analiz parametrw mechanizmu ognisk wstrzsw. Badania zostay przeprowadzone w rejonie struktury sioda gwnego charakteryzujcej si rozwinit tektonik uskokow i wysok aktywnoci sejsmiczn. W siodle gwnym wystpuje cig elewacji i kopu o zgodnych osiach, oddzielonych elewacjami lub podobnymi do nich strukturami poprzecznymi o osiach przesunitych. Dodatkowo przecina je szereg uskokw normalnych i odwrconych, czsto o charakterze kulisowym. Jednym z takich uskokw jest uskok kodnicki o przebiegu zblionym do rwnolenikowego, charakteryzujcy si zmienn amplitud zrzutu i ktem nachylenia paszczyzny uskokowej. Towarzyszy mu sie uskokw o bardzo zmiennych zrzutach, kierunkach przebiegu i wielkociach. Wyrniono wrd nich trzy systemy uskokw: poudnikowy, rwnolenikowy i o kierunku NE-SW, ktre jak wynika z analizy tektonofizycznej, powstay w zmiennym polu napre tektonicznych. Naprenia te miay wpyw nie tylko na uksztatowanie si tektoniki obszaru, ale rwnie na powstanie okrelonych wasnoci ska towarzyszcych pokadom wgla, decydujcych o obecnym charakterze indukowanej sejsmicznoci grniczej.

Przesza i aktualnie prowadzona eksploatacja pokadw wgla w omawianym obszarze, prowadzona z rnym nateniem w pnocnym skrzydle uskoku kodnickiego, spowodowaa


24

nierwnomierne podbieranie pokadw wgla czego wynikiem byo wystpowanie wysokiej aktywnoci sejsmicznej. Odtworzenie lokalnego rozkadu pola napre wykonano w oparciu o wyniki bada mechanizmu ognisk 40 wstrzsw z rejonu kopal Halemba i lsk. Poziom sejsmicznoci w tych dwch rejonach by bardzo wysoki, co przejawiao si wystpowaniem wstrzsw wysokoenergetycznych, o energii sejsmicznej powyej 106 J oraz tpni, jak rwnie bardzo licznymi zjawiskami sejsmicznymi o niszych energiach. Okrelona paszczyzna ogniskowa dla wstrzsw wystpujcych pomidzy uskokami I i II miaa azymut zbliony do poudnikowego, a dla ognisk pooonych w rejonie uskoku III charakteryzowaa si azymutem o kierunku NE-SW. Natomiast paszczyzna ogniskowa wstrzsw wystpujcych w rejonie uskoku kodnickiego miaa azymut o kierunku E-W, a wic zblionym do rozcigoci tej struktury w tym rejonie. Mona zatem jednoznacznie stwierdzi, e istniaa wyrana korelacja pooenia paszczyzn pkania w ognisku wstrzsw z rozcigoci tych uskokw. Najczciej mechanizm ognisk przedmiotowych wstrzsw, w przypadku rozwizania penego tensora, zawiera poniej 10 % implozji, okoo 10 % skadowej jednoosiowego ciskania oraz od 75 do 90 % skadowej cinajcej. Pozostae rozwizania (tensor dewiatoryczny i para si) wskazyway na dominacj procesu czystego cinania na uskoku normalnym, gdy skadowa jednoosiowego ciskania wynosia maksymalnie do 15 %. Najlepsze dopasowanie rozwizania osigano dla przedziau gbokoci ognisk wstrzsw od -800 do -900 m npm. Uzyskane rozwizania mechanizmu ognisk wstrzsw podzielono na trzy zbiory charakteryzujce si zblion lokalizacj ognisk. Zbir 1 wystpowa w rejonie uskoku kodnickiego zaliczonym do rwnolenikowego systemu spka, natomiast zbir 2 stanowiy wstrzsy wystpujce w rejonie uskokw I i II (poudnikowy system spka), a zbir 3 tworzyy wstrzsy, ktre wystpoway w rejonie uskoku III (subrwnolenikowy system spka). W wyniku oblicze uzyskano dla kadego zbioru danych parametry ktowe kierunkw osi napre gwnych 1, 2, 3, (azymut i zanurzenie ) oraz wspczynnik R charakteryzujcy wzgldne relacje napre (2 - 3/1 - 3) przy zaloeniu, e 1 = 1 i 3 = 0. Parametry te skorelowano z polem napre tektonicznych charakterystycznym dla kadego systemu spka. Bd dopasowania dla uzyskanych wynikw wynosi 20. Otrzymano zalenoci potwierdzajce, e na wystpowanie wstrzsw grotworu indukowanych dziaalnoci grnicz mog mie wpyw te same pola napre, ktre wpyway na formowanie si tektoniki w tym rejonie. Mona zaoy, e wystpuje tutaj zjawisko tzw. pamici grotworu. Dla 1 zbioru wstrzsw, wystpujcych w rejonie uskoku kodnickiego, rozkad lokalnego pola napre uzyskany z analizy mechanizmw ognisk wstrzsw, by zbliony do regionalnego pola napre w tym rejonie. W rejonie tym dominoway naprenia rozcigajce o czym wiadczya warto wspczynnika R wynoszca 0,8. Maksymalne naprenia ciskajce 1 byy zblione do pionowych, gdy miay zanurzenie okoo 70, naprenie medialne 2 i minimalne 3 byy zblione do poziomego; kt ich zanurzenie wynosi odpowiednio 5 i 22. Kierunek osi naprenia 2 by zbliony do E-W (azymut 268), a naprenia 3 do N-S (azymut 176). Dominujcym typem mechanizmu ognisk w tym zbiorze by mechanizm polizgowy normalny, o azymucie paszczyzny pkania E-W i kcie upadu wynoszcym okoo 60. Analiza tektonofizyczna dla tego rejonu wykazaa wystpowanie w nim gwnie procesw rozcigajcych. Naprenia 3 byy rozcigajce, a ich trajektoria miaa przebieg o kierunku N-S. Odmienne pole napre charakteryzowao rejon wystpowania wstrzsw w strefie o poudnikowym systemie przebiegu uskokw I i II (zbir 2). Lokalne pole napre obliczone z mechanizmw ognisk wstrzsw grotworu wskazywao na dominacj procesw ciskania. Wspczynnik R wynosi 0,2. Naprenie ciskajce 1 miao przebieg ukony (zanurzenie ok. 55), naprenie medialne 2 o azymucie 350 byo zblione do poziomego,


25

a naprenie minimalne 3 rwnie byo zblione do poziomego i miao przebieg E-W. Mechanizm ognisk, ktry wystpowa w wikszoci wstrzsw by typu polizgowego normalnego. Azymut wybranej paszczyzny ogniskowej posiada przebieg NW-SE, a jej upad wynosi okoo 85. Tektoniczne pole napre w tym rejonie wykazuje cechy typowo ciskajce, gdy jest to obszar kompakcji tektonicznej. Trajektoria napre tektonicznych 3 ma przebieg zbliony do kierunku E-W. Lokalne pole napre powodujce wystpowanie wstrzsw grotworu w obszarze subrwnolenikowego systemu struktur tektonicznych (3 zbir wstrzsw) jest pograniczem stref tensji i kompresji. Wspczynnik R wynosi tutaj 0,6. Maksymalne naprenia 1 (azymut 215, upad 16) byy prawie poziome, naprenie medialne 2 (azymut 316, upad 33) i minimalne 3 (azymut 103, upad 52) miay przebieg ukony. Analizujc tektoniczne pole napre w rejonie uskoku III zauwaono, e wzdu uskoku III przebiega granica kompakcji tektonicznej, co prawdopodobnie miao odzwierciedlenie w typie mechanizmu ognisk wstrzsw grotworu. Wybrane paszczyzny pkania w ognisku posiaday azymut o kierunku NS-SW i cechoway si stromym ktem upadu wynoszcym okoo 85. Mechanizm ognisk by typu normalnego z zaznaczajcym si poziomym ruchem przesuwczym. Przeprowadzona korelacja pomidzy rozkadem tektonicznego pola napre uzyskanego z bada tektonofizycznych i lokalnego pola napre uzyskiwanego z rozwizania mechanizmu ognisk wstrzsw grotworu wykazuje, e tektoniczne pole napre moe by w pewnych rejonach jednym z czynnikw formujcych procesy zachodzce w ogniskach wstrzsw. Ponadto, znajomo rozkadu lokalnego pola napre moe by przydatn informacj dla celw prognostycznych i oceny zagroenia sejsmicznego w kopalniach. Publikacja 11. Stec K., 2012: Okrelenie stanu napre w strefach zagroenia sejsmicznego na podstawie parametrw mechanizmu ognisk wstrzsw. Przegld Grniczy nr 2, Katowice, str. 11-36. W artykule tym przedstawiono zarys metody oraz wyniki obliczenia wzgldnych lokalnych zmian pola napre przy zastosowaniu programu My-Fault. Pole napre byo wyznaczone w oparciu o parametry mechanizmu ognisk wstrzsw indukowanych eksploatacj ciany 15 w kopalni Knurw-Szczygowice. ciana ta bya eksploatowana w okresie marzec 2010 r. padziernik 2011 r. w pokadzie 401/1. Gboko zalegania pokadu 401/1 w tym rejonie wynosia od - 720 m do - 790 m npm., a miszo okoo 2,7 m. W rejonie pokadu 401/1 nie wystpoway zaburzenia tektoniczne ani sedymentacyjne. Uskoki wystpoway tylko wzdu wschodniej i zachodniej granicy tej partii zoa. Zaburzenia sedymentacyjne w postaci zmniejszenia miszoci pokadu, jego cakowitego wymycia lub rozszczepienia na dwa niezalene pokady miay miejsce natomiast w wyej lecych pokadach 358, 358/1, 357 i 356. Byy one powodem zatrzymania cian lub odpowiedniego ksztatowania geometrii pl wybierania, dostosowanego do tektoniki i budowy geologicznej zoa, co zaskutkowao wystpowaniem ukadu licznych krawdzi.

W trakcie eksploatacji ciany 15/401/1 zostay zarejestrowane 136 wstrzsy w zakresie energii sejsmicznej od 1103J do 2107 J. Rozkad energetyczny tych wstrzsw nie spenia podstawowego zaoenia rozkadu Gutenberga-Richtera, poniewa liczba wstrzsw nie bya liniowo zalena od wielkoci energii sejsmicznej czy te magnitudy wstrzsw. Najwicej wstrzsw zarejestrowano w klasie magnitud 1,21,6 (tj. od energii sejsmicznej 1104 J do 7104 J). Praktycznie w ogle brakuje wstrzsw w klasie magnitud 1,82,2, tj. wstrzsw o energiach rzdu 1105 J. Wstrzsw najsabszych o magnitudach z zakresu 0,41,2 tj.


26

o energiach sejsmicznych rzdu 1103 J, zarejestrowano mniej ni wstrzsw o energiach rzdu 1104 J czy nawet o energiach najwyszych, rzdu od 1107 J do 2107 J.

Obliczono mechanizm ognisk wysokoenergetycznych wstrzsw o energii E1105 J oraz kilkunastu o energii sejsmicznej poniej 1104 J. Dominujcym typem mechanizmu ognisk wstrzsw wysokoenergetycznych by mechanizm polizgowy normalny. Ogniska tych zjawisk zawieray rednio do 20 % implozji, do 20 % skadowej jednoosiowego rozcigania oraz od 60 do 80% skadowej cinajcej. Dla zdecydowanej wikszoci zjawisk, w granicach bdu dopasowania wynoszcego 20, azymut rozcigoci jednej z paszczyzn nodalnych skierowany by pod ktem okoo 45 do rozcigoci frontu a dla kilku wstrzsw by rwnolegy do frontu. Kierunek ten mona skorelowa rwnie z rozcigoci strefy uskokowej, ktra ogranicza od pnocy rejon ciany 15. Biorc po uwag typ mechanizmu ognisk mona przypuszcza, e aktywno sejsmiczna odzwierciedlaa typowe procesy destrukcyjne zachodzce w wyniku pkania, czy te polizgu, na paszczyznach osabienia warstw stropowych w obszarze objtym oddziaywaniem ciany eksploatacyjnej. Ze wzgldu na du odlego od frontu ciany wysokoenergetyczne wstrzsy nie stanowiy bezporedniego zagroenia dla prowadzonej eksploatacji.

Drug grup stanowiy zjawiska o energii sejsmicznej E


27

wzgldnego naprenia cinajcego wynosiy 0,2 w pocztkowym etapie eksploatacji ciany 15, a nastpnie osigny wartoci do 0,5 w rejonie wystpowania krawdzi i resztek w pokadach ssiednich. Dla wstrzsw, ktre wystpiy pod koniec eksploatacji tej ciany wartoci tego parametru ulegy zmniejszeniu do 0,15.

Przeprowadzone badania day obiecujce wyniki, wskazujce, e na ich podstawie mona ocenia skonno grotworu do generowania wstrzsw, poniewa okrelenie wikszych wartoci naprenia cinajcego bdzie charakteryzowao grotwr o wyszej wytrzymaoci.

Ponadto badania te potwierdziy, e moliwo okrelania, na drodze ukierunkowanych analiz danych sejsmologicznych, wzgldnych wartoci napre jest szczeglnie cenna, bowiem ani na nauka ani praktyka nie dysponuje dotychczas innymi technikami bezporedniej i rwnie szybkiej oceny parametrw pola napre, a szczeglnie obserwacji jego zmian w czasie eksploatacji aktywnych sejsmicznie partii zoa.

IV. Charakterystyka dynamicznego oddziaywania wstrzsw na wyrobiska grnicze

Bez wtpliwoci gwn przyczyn podjcia w szerokim zakresie bada w obszarze

sejsmicznoci indukowanej dziaalnoci grnicz jest to, e wstrzsy grnicze s bezporedni przyczyn wystpowania zagroenia tpaniami. Nieodczn cech tpa jest gwatowne i dynamiczne wyrzucenie mas skalnych do wyrobisk grniczych i zwizane z tym rnorodne konsekwencje, o ktrych ju wspomniano w niniejszym autoreferacie.

Proces utraty statecznoci przez wyrobiska grnicze moe by analizowany zarwno od strony geomechaniczej jak i sejsmologicznej. Z wynikw bada mechanizmu ognisk wstrzsw wynika jednoznacznie, co zostao ju przedstawione, e wystpuj rne mechanizmy ognisk wstrzsw. W przypadku wysokoenergetycznych zjawisk sejsmicznych o ogniskach znajdujcych si blisko frontu eksploatacyjnego, a wic tych ktrych wystpienie stwarza najwiksze ryzyko zaistnienia tpnicia istotne jest okrelenie pooenia paszczyzny pkania, na ktrej nastpuje przemieszczenie si mas skalnych. Przestrzenna orientacja tej paszczyzny determinuje kierunkowo radiacji sejsmicznej, a tym samym moemy mwi o kierunkowoci oddziaywania wstrzsu grniczego na okrelone miejsca w grotworze jak rwnie na wyrobiska grnicze.

Naley podkreli, e ten kierunek bada i ich geoinynierskiego zastosowania jest

cakowicie nowym i oryginalnym w wymiarze wiatowym. W chwili obecnej brak jest doniesie literaturowych w tym zakresie, szczeglnie w obszarze rozwiza ilociowych. Pewne nieliczne informacje mona znale jedynie w pracach z obszaru tektonofizyki i odnosz si one do sfery trzsie ziemi.

Rozwizanie to i uzyskane wyniki bada zostay przedstawione na podstawie dwch artykuw, ktrych charakterystyka zostaa przedstawiona poniej.

Mj udzia w badaniach, ktrych dotycz dwie ponisze publikacje wynosi 75 %

i polega na zaprojektowaniu bada, opracowaniu metodyki bada, okreleniu warunkw geologiczno-grniczych w rejonie bada, obliczeniach parametrw mechanizmu ognisk wstrzsw i rozkadu radiacji sejsmicznej oraz interpretacji wynikw. Udzia wspautora polega na wykonaniu oblicze dotyczcych modelowania numerycznego.


28

Publikacja 9. Stec K., Masny W., 2011: Dynamiczne oddziaywanie wstrzsw grotworu na wyrobiska korytarzowe w zalenoci od orientacji paszczyzny pkania w ognisku wstrzsu. Prace Naukowe GIG Grnictwo i rodowisko, Nr 2, Katowice, str. 101-114. [udzia wasny 75 %].

Artyku przedstawia wyniki teoretycznego modelowania dynamicznego oddziaywania wstrzsw o cinajcym mechanizmie ognisk na wyrobisko korytarzowe. Przy wykorzystaniu programu FLAC 2D zosta opracowany model grotworu, w ktrym symulowano dynamiczne oddziaywanie sinusoidalnego impulsu przyoonego do paszczyzny utosamianej z paszczyzn ogniskow, bdc paszczyzn pkania w ognisku wstrzsu. Paszczyzna ta bya usytuowana wariantowo pod ktem 0, 45, 60 i 90 w stosunku do stropu wyrobiska korytarzowego. Obliczone wartoci prdkoci drga PPV (peak particie velocity) odniesione do stropu wyrobiska porwnano z teoretycznym rozkadem radiacji sejsmicznej fali poprzecznej S dla polizgowego modelu ogniska wstrzsu. Stwierdzono, e uzyskane teoretyczne wartoci PPV w stropie wyrobiska, byy wyranie uzalenione od kta orientacji paszczyzny pkania i mona je byo skorelowa z rozkadem radiacji sejsmicznej fali S. Najsilniejsze oddziaywanie na wyrobisko grnicze posiada impuls dynamiczny przyoony do paszczyzny pkania pooonej poziomo wzgldem stropu wyrobiska grniczego. Wynik ten jest zgodny z radiacj sejsmiczn fali S przy polizgowym modelu ogniska wstrzsu. Z kolei najmniejsza radiacja sejsmiczna dla fali S wzgldem poziomej paszczyzny wyrobiska wystpuje przy pionowym pooeniu paszczyzny pkania w ognisku. W tym przypadku wartoci PPV rwnie byy najnisze.

Przedstawiona w przedmiotowym artykule wstpna analiza teoretycznego modelowania dynamicznego oddziaywania wstrzsw na wyrobisko korytarzowe wykazaa jednoznaczny wpyw typu mechanizmu ogniska. Na podstawie wynikw oblicze numerycznych mona bowiem stwierdzi, e przestrzenna orientacja paszczyzny pkania w ognisku wpywa na sposb radiacji sejsmicznej, co tym samym przekada si na rne wartoci PPV okrelane w stropie wyrobiska korytarzowego. Z kolei rne wartoci maksymalnej prdkoci drga czstek grotworu, ktre byy charakterystyczne dla analizowanych orientacji paszczyzn pka powodoway okrelone zmiany zarwno w grotworze otaczajcym wyrobisko korytarzowe, jak i w samej obudowie wyrobiska. Mona zatem stwierdzi, e typ mechanizmu ogniska posiada istotne znaczenie w przypadku oceny statecznoci wyrobiska grniczego, ktre poddane bdzie oddziaywaniu dynamicznemu wstrzsw grotworu.

Publikacja 9. Stec K., Masny W., 2012: Analiza numeryczna dynamicznego oddziaywania wstrzsw grotworu na wyrobisko korytarzowe w zalenoci od pooenia paszczyzny pkania w ognisku wstrzsu. Przegld Grniczy nr 7, Katowice, str. 48-56. [udzia wasny 75 %]

Eksploatacji grniczej w kopalni Bobrek-Centrum, prowadzonej w latach 2009 2010 cian 3 w pokadzie 503, towarzyszya bardzo wysoka aktywno sejsmiczna stanowica potencjalne due zagroenie tpaniami. Oprcz wstrzsw niskoenergetycznych wystpio 98 zjawisk o energii sejsmicznej rzdu 1105 J, 13 o energii rzdu 1106 J, dwa wstrzsy posiaday energi sejsmiczn rzdu 1107 J i jeden 1108 J. Ze wzgldu na tak wysok aktywno sejsmiczn problem sejsmicznego oddziaywania wstrzsw na wyrobiska grnicze w tym rejonie by niezwykle wanym. Wstrzsy poprzez swoje dynamiczne dziaanie na struktur grotworu wpywaj bowiem na zmiany napre i deformacji w otoczeniu wyrobisk grniczych. Do okrelenia tych zmian zastosowano analiz


29

numeryczn dynamicznego oddziaywania wstrzsw charakteryzujcych si rnym pooeniem paszczyzn pkania w ogniskach..

Z analizy mechanizmu ognisk zarejestrowanych wstrzsw uzyskano trzy grupy, ktre posiaday zblione parametry mechanizmu ognisk, ale rniy si gbokoci pooenia ognisk. Dla kilkunastu wstrzsw o cinajcym mechanizmie ognisk, wykonano modelowanie dynamicznego ich oddziaywania na wyrobisko korytarzowe przy wykorzystaniu programu FLAC 2D. Zosta opracowany model grotworu, w ktrym symulowano dynamiczne oddziaywanie impulsu przyoonego do paszczyzny utosamianej z paszczyzn pkania w ognisku wstrzsu. Podstaw przyjtych w modelu parametrw wytrzymaociowych i odksztaceniowych warstw skalnych, stanowiy wyniki bada laboratoryjnych przeprowadzonych w Gwnym Instytucie Grnictwa. Prbki pobrane zostay z rdzenia otworu wiertniczego wykonanego w rejonie wspomnianych bada.

Wyniki oblicze z fazy statycznej byy bazowymi dla kolejnych oblicze numerycznych z uwzgldnieniem obcie dynamicznych, w ktrych wprowadzono dodatkowe obcienia zwizane ze zjawiskami dynamicznymi wstrzsami. Do opisu sygnaw dynamicznych wykorzystano rzeczywiste pomiary prdkoci drga czstek grotworu PPV uzyskane dla 13 wysokoenergetycznych wstrzsw. Odpowiednie pomiary sejsmometryczne wykonano na podziemnych stanowiskach zainstalowanych w dowierzchni 3 badawczej i dowierzchni 4 badawczej.

Na podstawie przeprowadzonych oblicze numerycznych dotyczcych wpywu zjawisk dynamicznych na wyrobiska korytarzowe oglnie mona stwierdzi, e wartoci prdkoci drga czstek grotworu PPV mniejsze od 0,05 m/s nie wpyway na stateczno wyrobisk korytarzowych. Potwierdzaj to rwnie wyniki pomiarw in situ oraz kryterium empiryczne, wedug ktrego uszkodzenia tego typu wyrobisk przy wartociach PPV mniejszych od 0,05 m/s nie wystpuj (Mutke 2011)10. Jedynie w przypadku sytuacji ekstremalnej, to jest w momencie kiedy obcienie pochodzce od strony grotworu byo znaczne ju w fazie statycznej i przez to obudowa pracowaa na granicy swej nonoci, dodatkowy czynnik dynamiczny sumujc si ze statycznym moe w efekcie powodowa negatywne skutki. Przeprowadzone obliczenia wykazay rwnie, e oprcz maksymalnej wartoci prdkoci drga gruntu PPV, niezwykle istotne znaczenie ma czstotliwo impulsu dynamicznego. Mianowicie, mniejsze wartoci PPV przy jednoczesnym wystpowaniu czstotliwoci dominujcych mniejszych ni 10 Hz, mog spowodowa skutki jednakowe lub nawet wiksze, w stosunku do sytuacji gdzie na analizowane wyrobisko korytarzowe wpyw mia impuls o wikszej wartoci PPV i rwnoczenie o wyszych czstotliwociach dominujcych. Wstpne wyniki korelacji pooenia paszczyzny pkania w ognisku z pomierzonymi wartociami PPV wykazay pewne prawidowoci. Stwierdzono, e wartoci PPV byy wiksze od wstrzsw charakteryzujcych si ogniskiem typu polizgowego odwrconego i pooeniem paszczyzny pkania pod maym ktem wzgldem stropu wyrobiska. Mniejsze wartoci PPV wykazay wstrzsy typu polizgowego normalnego i przy zblionym do pionowego pooeniu paszczyzny pkania w ognisku. Z kolei jak wykazay obliczenia numeryczne, wiksza warto PPV przekada si bezporednio na przyrost wielkoci stref zniszczonych wok wyrobiska korytarzowego, przyrost konwergencji pionowej i poziomej oraz przyrost wartoci napre zredukowanych w ksztatowniku odrzwi obudowy podporowej.

Pomimo wstpnych wynikw, metoda analizy numerycznej uwzgldniajca przestrzenne pooenie paszczyzny pkania w ognisku moe si przyczyni si do peniejszego

10 Mutke G. 2011: Ocena stopnia potencjalnego zagroenia statecznoci wyrobisk trzycianowych poddanych

oddziaywaniu wstrzsw grotworu. Prace Naukowe GIG, Kwartalnik Grnictwo i rodowisko, nr 4/2/2011, s. 327-335.


30

wykorzystania metody sejsmologicznej w ocenie zagroenia tpaniami, ze wzgldu na uzyskanie dodatkowej informacji o statecznoci wyrobiska grniczego, ktre poddane jest oddziaywaniu dynamicznemu wstrzsw grotworu.

4.3.3. Wykorzystanie parametrw mechanizmu ognisk do okrelenia oddziaywania wstrzsw na infrastruktur powierzchniow

Obszary grnicze zarwno Grnolskiego Zagbia Wglowego (GZW) jak i Legnicko-Gogowskiego Okrgu Miedziowego (LGOM) charakteryzuj si wysok aktywnoci sejsmiczn, ktra stwarza zagroenie dla podziemnych wyrobisk jak rwnie jest powodem dyskomfortu i uciliwoci dla mieszkacw tych rejonw. Wi si one nie tylko z odczuwaniem drga jakie zwizane s z wstrzsami grniczymi, ale take z wystpowaniem uszkodze, o rnej wielkoci, gwnie w obiektach budowlanych rnych typw. Std wanym problemem jest poznanie zarwno samego zjawiska jak rwnie opracowanie procedur w zakresie obiektywnej oceny wielkoci oddziaywa sejsmicznych. S one bowiem podstaw dla tworzenia metod i technologii agodzcych skutki tych oddziaywa na powierzchni.

Okrelenie oddziaywa sejsmicznych wstrzsw grniczych na powierzchni jest zagadnieniem niezwykle zoonym. Wynika to z faktu i o wielkoci efektu sejsmicznego na powierzchni decyduj nastpujce czynniki:

parametry ogniska wstrzsu, czyli rda sejsmicznego, w tym jego typ jak i fizyczne wielkoci opisujce ognisko,

parametry orodka skalnego na drodze rozchodzenia si fal sejsmicznych, parametry sejsmogeologiczne przypowierzchniowej warstwy podoa gruntowego

w punkcie odbioru drga. Zoono ta powoduje, e trudno jest opisa zmienno rozkadu mierzonych

parametrw charakteryzujcych wielko oddziaywa sejsmicznych (prdko czy te przyspieszenie drga) tylko w funkcji parametrw standardowo okrelanych przez kopalniane stacje sejsmologiczne, takich jak: energia sejsmiczna wstrzsu, odlego epicentralna do obiektu. Ponadto pomimo tego, e jedn z waniejszych przyczyn obserwowanej lokalnej zmiennoci oddziaywa sejsmicznych wstrzsw grniczych na powierzchni jest amplifikacja drga przez przypowierzchniow warstw podoa gruntowego, to uwzgldnienie tego zjawiska nie rozwizuje cakowicie obserwowanych zmiennoci w rozkadzie wymienionych powyej parametrw opisujcych intensywno wstrzsu grniczego.

Std podjte zostay badania nad tym jak mechanizm ogniska wstrzsu grniczego, determinujcy kierunkow charakterystyk radiacji sejsmicznej, moe wpywa na powierzchniowy rozkad intensywnoci drga. Przedmiotem bada bya korelacja parametrw mechanizmu ognisk z rozkadem amplitud przyspiesze drga gruntu na powierzchni (zredukowanych o wspczynnik amplifikacji drga), ktre zostay zarejestrowane na sejsmometrycznych stanowiskach powierzchniowych.

Zostaa opracowana unikalna metodologia bada w zakresie przedmiotowego rozwizania geoinynierskiego. Wykorzystano w niej tensor momentu sejsmicznego do opisu parametru kierunkowoci radiacji sejsmicznej z ogniska wstrzsu, poniewa TMS w swojej istocie fizycznej bazuje wanie na efekcie powyszej kierunkowoci. Dla okrelenia rozkadu wspczynnika radiacji na powierzchni terenu zosta opracowany algorytm pozwalajcy na przedstawienie przestrzennej radiacji amplitud z ogniska wstrzsu z uyciem biblioteki do obrazowania przestrzennego (OpenGL - open graphics library). Ponadto, wprowadzono


31

parametr RP/(r/h), okrelany dla fali poprzecznej S, ktry posiada t zalet, e jego wartoci w rnych punktach powierzchni terenu mog by ze sob porwnywane. Uzyskane wyniki wykazay, e tam gdzie wartoci wspczynnika RP/(r/h) s proporcjonalnie wiksze, wiksza jest rwnie amplituda zarejestrowanych amplitud przyspieszenia, co z kolei jest cile powizane z mechanizmem ognisk. Zaobserwowano take, e dla poszczeglnych analizowanych wstrzsw kierunek maksymalnej radiacji by prostopady do rozcigoci struktur uskokowych w danym rejonie.

Opracowane rozwizanie geoinynierskie jest oryginalnym osigniciem naukowym w wymiarze wiatowym. Na podstawie powstaych w tym zakresie publikacji zosta otwarty nowy obszar bada, ktry aktualnie jest rozwijany w innych orodkach badawczych.

Wyniki analizy wpywu parametrw mechanizmu ognisk wstrzsw grniczych na rozkad oddziaywa sejsmicznych na powierzchni syntetycznie ujmuje monografia pt. Oddziaywanie wstrzsw sejsmicznych na powierzchni w zalenoci od ich parametrw fizycznych (Dubiski i in. 2005)11 oraz przedstawione poniej wybrane trzy publikacje.

Publikacja 2. Dubiski J., Lurka A., Stec K., 2005: Influence of the mining tremor source radiation directivity in the distribution of the seismic interactions with surface. [w]:Mining and Sustainable Development, Proc. of the 20th World Mining Congress, Vol. 2. Teheran. pp. 889-894.

Mj udzia w publikacji przedstawiajcej okrelenie wpywu radiacji sejsmicznej na intensywno oddziaywania wstrzsw na powierzchni terenu wynosi 50 % i polega na wspopracowaniu metodyki bada, obliczeniach parametrw mechanizmu ogniska wstrzsu, oraz analizie danych sejsmometrycznych i dyskusji wynikw. Udzia wspautorw polega na wspuczestnictwie w tworzeniu czci teoretycznej i wykonaniu oblicze dotyczcych okrelenia radiacji sejsmicznej.

Powierzchniowa rejestracja drga wystpujcych w strefie epicentralnej wstrzsw grniczych z obszaru Legnicko Gogowskiego-Okrgu Miedziowego, wykazywaa czsto na wyran zmienno i zrnicowanie rejestrowanych amplitud przyspieszenia drga na stanowiskach zlokalizowanych blisko siebie. Badania dotyczce okrelenia zjawiska radiacji sejsmicznej przeprowadzono na bazie analizy silnych wstrzsw grniczych zwizanych z eksploatacj rud miedzi w ZG Rudna. Rejon ten charakteryzuje si wysok aktywnoci sejsmiczn, ktra w przypadku wysokoenergetycznych wstrzsw powodowaa liczne uszkodzenia w infrastrukturze powierzchniowej oraz bya powodem dyskomfortu i uciliwoci dla mieszkacw tego obszaru. W pracy przedstawiono zarys budowy geologicznej oraz rozkad wspczynnika amplifikacji w rejonie bada.

Na przykadzie silnego wstrzsu z 03.10.2005 r. o energii sejsmicznej 3108 J, jaki mia miejsce w ZG Rudna, przedstawiono zagadnienie przestrzennego obrazowania radiacji rda sejsmicznego w strefie dalekiej. Dla tego wstrzsu zarejestrowano bardzo zrnicowane amplitudy przyspiesze drga na stanowiskach powierzchniowych pooonych blisko siebie. Amplitudy przyspiesze drga bezporednio pomierzonych ap oraz amplitudy przyspiesze drga po ich redukcji uwzgldniajcej wspczynnik amplifikacji drga, Wf , wykorzystano do opracowania zredukowanej mapy izolinii przyspieszenia drga. W tym przypadku izolinie nie byy regularnymi okrgami, co wiadczyo o istnieniu dodatkowego czynnika, ktry posi

AUTOREFERAT - gig.eu · Sejsmologia górnicza jest najbardziej rozpowszechnioną metodą...

Documents

Transcript of AUTOREFERAT - gig.eu · Sejsmologia górnicza jest najbardziej rozpowszechnioną metodą...