Geofizyka w Geologii

i Górnictwie

Tom poświęcony Jubileuszowi

Profesora Wacława M. Zuberka

Redaktor

Jerzy Cabała

Sosnowiec, 2010

FOTOGRAFIE NA OKŁADCE Kopalnia wapienia „Kujawy” (fot. J. Cabała)

Ostańce na Jurze Krakowsko-Częstochowskiej

Pieskowa Skała i „Maczuga Herkulesa”

Obserwatorium geofizyczne IG PAN w Ojcowie

Projekt okładki J. Cabała

WYDAWCA Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego

Główny Instytut Górnictwa

Instytut Geofizyki PAN

Polskie Towarzystwo Przyjaciół Nauk o Ziemi

Copyright by 2010 Wydział Nauk o Ziemi UŚ

Nakład 130 egz.

ISBN 978-83-61644-13-2

DRUK Drukarnia Progress, Sosnowiec

Jubileuszowa Konferencja Profesora Wacława M. Zuberka

GEOFIZYKA W GEOLOGII i GÓRNICTWIE

Sosnowiec-Zawiercie, 15-17 września 2010 r.

ORGANIZATORZY KONFERENCJI Uniwersytet Śląski

Główny Instytut Górnictwa

Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk

Polskie Towarzystwo Przyjaciół Nauk o Ziemi

Profesor dr hab. inż. Wacław M. Zuberek

Komitet Honorowy Konferencji

Prof dr hab. Andrzej Kowalczyk – Prorektor Uniwersytetu Śląskiego

ds. Nauki i Współpracy z Gospodarką

Prof. dr hab. inż. Józef Dubiński – Dyrektor Naczelny Głównego Instytutu

Górnictwa w Katowicach

Prof. dr hab. Paweł Rowiński – Dyrektor Instytutu Geofizyki

PAN w Warszawie

Komitet Naukowy Konferencji

Prof. dr hab. Adam Idziak – Uniwersytet Śląski

Doc dr hab. Wojciech Dębski – Instytut Geofizyki PAN

Prof. dr hab. Sławomir Gibowicz – Instytut Geofizyki PAN

Prof. dr hab. inż. Jadwiga Jarzyna – Akademia Górniczo-Hutnicza

Prof. dr hab. inż. Jerzy Kornowski – Politechnika Śląska

Prof. dr hab. inż. Marek Kwaśniewski – Politechnika Śląska

Prof. dr hab. Stanisław Lasocki – Instytut Geofizyki PAN

Prof. dr hab. inż. Henryk Marcak – Akademia Górniczo-Hutnicza

Prof. dr hab. inż. Kaja Pietsch – Akademia Górniczo-Hutnicza

Prof. dr hab. inż. Joanna Pinińska – Uniwersytet Warszawski

Prof. RNDr. Vladimir Rudajev - Instytut Geologii, Akademia Nauk,

Republika Czeska

Prof. dr hab. Roman Teisseyre – Instytut Geofizyki PAN

Komitet Organizacyjny Konferencji

Dr hab. Jerzy Cabała

Dr Jolanta Pierwoła

Mgr Radosława Tomaszewska

SPIS TREŚCI:

Adam F. IDZIAK, Jerzy CABAŁA

Wacław M. Zuberek, geofizyk, geolog, nauczyciel akademicki 8 Marek KWAŚNIEWSKI

Recent advances in experimental studies of dilatancy in rocks 9 Kaja PIETSCH

Wykorzystanie tłumienia fal sejsmicznych w interpretacji złożowej 10 Vladimír RUDAJEV

Some examples of seismoacoustic laboratory methods utilization 11 Wacław M. ZUBEREK

O niepewności w geofizyce 12 Mariusz BIAŁECKI

O prostym modelu uwalniania energii na uskoku 13 Stanisław Roman ĆMIEL

Zależności pomiędzy parametrami uskoków a jakością węgla w ich sąsiedztwie w

Górnośląskim Zagłębiu Węglowym 14 Wojciech DĘBSKI

Geophysical data interpretation: past, presence, and future of the inverse theory 15 Andrzej DOMONIK

Emisja akustyczna jako skuteczne narzędzie do analizy procesu deformacji skał na

przykładzie wapieni piaszczystych z Roztocza 16 Józef DUBIŃSKI, Grzegorz MUTKE

Aktualny stan i kierunki rozwoju sejsmometrii górniczej w Polsce 17 Aneta GOLIK Maciej MENDECKI

Attenuation relation for induced seismicity in Main Anticline and Main Basin (Upper

Silesian Coal Basin) 18 Jadwiga JARZYNA, Ha Quang MAN

Klasyfikacja formacji skalnych na podstawie ich zdolności hydraulicznych dla oceny

możliwości ruchu mediów w przestrzeni porowej 19 Zdenek KALÁB, Jaromir KNEJZLÍK, Markéta LEDNICKÁ, Radovan KUKUTSCH, Robert

KOŘÍNEK, Petr ŽŮREK, Eva HRUBEŃOVÁ Medieval Mine Jeroným: Current knowledge from geomechanical measurements 20

Zdenek KALÁB, Markéta LEDNICKÁ Foundation conditions of structures at undermined area: Example of evaluation 21

Zdenek KALÁB, Markéta LEDNICKÁ, Robert KOŘÍNEK, Eva HRUBEŃOVÁ Influence of local geology on vibrations generated by traffic 22

Wahab KHAIR A feasibility analysis of cost assessment of electricity 400 MW (2 - 200 MW Units) power

plant 23 Jerzy KORNOWSKI, Joanna KURZEJA

Prognozowanie prawdopodobieństwa tąpnięcia na podstawie energii sejsmicznej i

czynników określonych Metodą Rozeznania Górniczego (MRG) 25 Andrzej KOTYRBA, Łukasz KORTAS, Sławomir SIWEK

Obrazowanie ognisk pożarów w składowiskach odpadów z produkcji węgla metodą

sondowań elektroopoorowych 26 Joanna KURZEJA

Estymacja energii i współczynnika tłumienia bez lokalizacji źródeł w sejsmoakustyce

górniczej 27

Grzegorz KWIATEK, Katrin PLENKERS, Georg DRESEN oraz grupa robocza JAGUARS

Parametry ogniska sejsmicznego i relacje skalowalności dla nanosejsmiczności (-4.0

Szanowni Uczestnicy konferencji i Czytelnicy tomu „Geofizyka w Geologii i Górnictwie”

Wydanie tego tomu oraz zorganizowanie konferencji geofizycznej zostało

podjęte dla uhonorowania Profesora Wacława M. Zuberka - Kierownika

Katedry Geologii Stosowanej Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego.

Profesor Zuberek jest wybitnym geofizykiem, naukowcem, wychowawcą wielu

pokoleń studentów i młodych pracowników naukowych, a dla wielu z nas

życzliwym i oddanym kolegą. Jego wiedza, tolerancyjność oraz poczucie

humoru sprawia, że cieszy się dużą sympatią wśród pracowników i studentów.

Konferencja została zorganizowana przez Uniwersytet Śląski, Główny

Instytut Górnictwa, Instytut Geofizyki PAN oraz Oddział Górnośląski PTPNoZ.

Są to instytucje z którymi Profesor jest związany od wielu lat poprzez pracę

zawodową, pełnione funkcje lub kontakty naukowe. Uczestnictwo w

konferencji stanowi okazję do spotkania i wymiany doświadczeń naukowych

geofizyków i geologów z różnych jednostek naukowo-badawczych w kraju

i zagranicy.

Jubileusz Profesora wiąże się z możliwością przejścia na zasłużoną

emeryturę, mamy jednak nadzieję, że nie skusi Go ta perspektywa i nadal

będzie uczestniczył w życiu naukowym Wydziału, prowadził wykłady dla

studentów geologii i geofizyki, a także służył radą młodszym pracownikom

nauki.

Adam F. Idziak

Wacław M. Zuberek, geofizyk, geolog, nauczyciel akademicki

Adam F. Idziak, Jerzy Cabała Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec

Tekst artykułu dostępny w wydrukowanych materiałach

konferencyjnych

Recent advances in experimental studies of dilatancy in rocks

Marek KWAŚNIEWSKI Faculty of Mining and Geology, Silesian University of Technology, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice

ABSTRACT: Results of recent experimental studies on the dilatant behavior of rocks are

summarized in the paper. Samples of four petrographic varieties of Coal Measure sandstones

were tested under uniaxial compression, conventional triaxial compression and true triaxial

compression conditions. The main objective of the study was to reveal the effect of,

independently, confining pressure, intermediate principal stress and minimum principal stress

on the mechanical properties and behavior of rocks, including the threshold of absolute

dilatancy, ultimate strength, stress at faulting, stress drop accompanying faulting, ductility,

volumetric strain at the threshold of dilatancy as well as volumetric strain and dilatant

volumetric strain at strength failure. In order to reveal the effect of moisture on the volumetric

deformation mode of rocks, air-dry and water-saturated samples of a fine- to medium-grained

sandstone and a mudstone were tested under uniaxial compression conditions. The illite-rich

quartz mudstone was affected by the presence of water particularly strongly. The lateral

deformability of this rock was greatly enhanced and a highly contractant behavior under dry

conditions was replaced by an extremely dilatant behavior under wet conditions.

Tekst artykułu dostępny w wydrukowanych materiałach

konferencyjnych

Wykorzystanie tłumienia fal sejsmicznych w interpretacji złożowej

Kaja PIETSCH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii Geofizyki i Ochrony Środowiska Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, e-mail: pietsch@agh.edu.pl

STRESZCZENIE: Zastosowanie do złożowej interpretacji zapisu sejsmicznego kryteriów

opartych na zmienności różnych parametrów petrofizycznych pod wpływem nasycenia gazem

przestrzeni porowej skał prowadzi do podniesienia wiarygodności interpretacji. Jednym z tych

parametrów jest tłumienie fal sprężystych, którego wielkość jest ściśle związana ze stopniem

nasycenia. Wykorzystując teoretyczne modelowania sejsmiczne przeanalizowano pola falowe

obliczone dla modeli sejsmogeologicznych złóż gazu ziemnego występujących w piaskowcach

zapadliska przedkarpackiego oraz węglanach monokliny przedsudeckiej. Opracowane kryteria

interpretacyjne przetestowano przy złożowej interpretacji danych sejsmicznych w strefie złóż

Łukowa i Górzyca.

Tekst artykułu dostępny w wydrukowanych materiałach

konferencyjnych

mailto:pietsch@agh.edu.pl

Some examples of seismoacoustic laboratory methods utilization

Vladimír RUDAJEV Institute of Geology AS CR, v.v.i., Puskinovo n. 9, 160 00 Prague 6, Czech Republic

Tekst artykułu dostępny w wydrukowanych materiałach

konferencyjnych

O niepewności w geofizyce

Wacław M. ZUBEREK Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec

STRESZCZENIE: Podjęto próbę analizy rodzajów niepewności występujących

w geofizyce w poszczególnych etapach badań (pomiary, opracowanie wyników, konstrukcja

modelu ośrodka – inwersja, interpretacja, ewentualnie prognoza). Przedstawione przykłady

zawierają próbę dyskusji nad przyczynami i rodzajami niepewności. Wnioski podkreślają

konieczność uwzględniania niepewności, akcentują, że największa niepewność związana jest

z inwersją danych i przewidywaniem, szczególnie w długich horyzontach czasowych. Należy

zatem zawsze rozpatrywać różne warianty rozwiązań i alternatywne scenariusze oraz

monitorować przebieg zachodzących w systemie zmian, a proces podejmowania decyzji należy

przygotować na ewentualne korekty podejmowane w przypadkach, gdyby stan rzeczywisty

systemu znacznie odbiegał od przewidywań.

Tekst artykułu dostępny w wydrukowanych materiałach

konferencyjnych

O prostym modelu uwalniania energii na uskoku

Mariusz BIAŁECKI Zakład Sejsmologii i Fizyki Wnętrza Ziemi, Instytut Geofizyki PAN, ul. Ks. Janusza 64, 01-452 Warszawa

STRESZCZENIE: Praca przedstawia pewien szczególny stochastyczny

jednowymiarowy automat komórkowy jako prosty model uskoku. Dokładny

opis zmian stanu automatu pozwala prześledzić wpływ sposobu trigerowania

lawiny (czyli trzęsienia) na charakter obserwowanego szeregu czasowego

uwalnianej energii. W szczególności pokazane zostanie jak za pomocą

odpowiedniej modyfikacji reguły wyzwalania lawin automat produkuje

zarówno rozkłady wykładnicze jak i odwrotnie potęgowe.

W tym kontekście przedyskutowana zostanie możliwość uzyskania

informacji o sposobie wyzwalania energii na uskokach w zależności od

obserwowanych rozkładów trzęsień.

14

Zależności pomiędzy parametrami uskoków a jakością węgla w ich sąsiedztwie w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym

Stanisław Roman ĆMIEL Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec

STRESZCZENIE: W rejonie dyslokacji uskokowych obserwuje się znaczne obniżenie

techniczno-ekonomicznych warunków eksploatacji. Zmianie ulegają własności geomechaniczne skał karbońskich i parametrów jakościowych węgla. W GZW w strefach uskokowych wydzielono trzy typy zmian węgla. Pierwszy, agradacyjny, związany jest z obniżeniem jakości, drugi degradacyjny, związany z jej podwyższeniem i trzeci, nie wykazujący istotnych zmian wartości parametrów węgla.

Charakter i intensywność przeobrażeń węgla wykazuje istotne związki z niektórymi geometrycznymi parametrami uskoków. Hipergeniczne przemiany węgla obserwowano przede wszystkim w szczelinach uskoków o dominującym kierunku biegu NW-SE i NE-SW z przeważającym kierunkiem zrzutu na SW. Wraz ze spadkiem intensywności przeobrażeń wietrzeniowych bieg uskoków ewoluował w kierunku WNW-ESE. Bieg uskoków o intensywnej mineralizacji szczeliny był zbliżony do diagonalnego z dominującym NE kierunkiem zrzutu. Istotną cechą tych uskoków był związek z uskokami o dużej amplitudzie zrzutu. Intensywność hipergenicznych przemian wykazuje pozytywną korelację z amplitudą zrzutu uskoków i negatywną z głębokością występowania pokładów. Węgle zmienione termicznie i wietrzeniowo związane są z uskokami o biegu NW-SE.

Bieg uskoków, w sąsiedztwie których dominują agradacyjne zmiany węgli, jest zbliżony do kierunku NWN-SES i W-E. W tych strefach uskoków, gdzie nie notowano zmian jakości węgla orientacja płaszczyzn uskokowych nie wykazywała uprzywilejowanego kierunku biegu.

Badania były finansowane przez KBN, PB-W-04-068-00-09.

15

Geophysical data interpretation: past, presence, and future of the inverse theory

Wojciech DĘBSKI Institute of Geophysics, Polish Academy of Sciences, Ks. Janusza 64, 01-452 Warsaw, Poland

ABSTRACT:

Geophysical investigations are inherently connected to an inference about

unknown properties of the Earth structure and its dynamics in various scales:

from laboratory experiments up to the whole Earth.

They commenced thousands of years ago from observations of the Earth

shaking caused by large earthquakes and have gone a long way in their

development from an initial, intuitive stage to a modern science employing the

newest technological and theoretical achievements. In spite of this enormous

development, geophysical research still faces the same basic limitation. The

only available information about the Earth comes from measurement at its

surface or from space. Only very limited information can be acquired by direct

measurements.

For a long time this inference was understood as the task of estimating

parameters used to describe the Earth's structure or processes within it. The

problem was traditionally solved by searching for the data best fitting model

following the least absolute value or least squares criteria formulated by

Laplace and Gauss.

Today the inverse theory faces a new challenge in its development. In

many geophysical and related applications, obtaining the model ``best fitting''

a given set of data according to a selected optimization criterion is not sufficient

any more. We need to know how plausible the obtained model is or, in other

words, how large the uncertainties are in the final solutions.

In this talk I present the historical background of the modern approach to

geophysical data inference and discuss current trends and perspective of future

developments of the geophysical inference.

16

Emisja akustyczna jako skuteczne narzędzie do analizy procesu deformacji skał na przykładzie wapieni piaszczystych z Roztocza

Andrzej DOMONIK Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii, Al. Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa

STRESZCZENIE:

Stopniowe niszczenie skały pod wpływem przyłożonej siły zewnętrznej postępuje w wyniku uwalniania gromadzonej w skale energii podczas obciążania. Sposób i tempo uwalniania tej energii zużywanej na procesy destrukcji w trakcie jednoosiowego ściskania zależą przede wszystkim od składu mineralnego skały oraz od sposobu rozmieszczenia, wzajemnego kontaktu ziaren mineralnych i charakteru spoiwa. Nie bez znaczenia jest też stopień kompakcji, a wiec efekt procesów diagenetycznych i tektonicznych. Neogeńskie, roztoczańskie wapienie, petrograficznie klasyfikowane są jako grainston wapnisty. Mimo, iż pod względem chemizmu skały te są wapieniami, to genetycznie można uznać je za piaskowce wapniste. Są słabo zdiagenezowane i mają niską wytrzymałości na ściskanie. Mały stopień kompakcji powoduje, iż podczas obciążania finalne zniszczenie przesunięte jest znacznie w czasie w stosunku do innych skał, które charakteryzują typowe modele emisji akustycznej. W przypadku wapieni piaszczystych, zanim nastąpi całkowita utrata ciągłości ośrodka skalnego, generowany jest szereg sygnałów emisji akustycznej, o różnym natężeniu i w różnych odstępach czasowych. Brak jest jak do tej pory kompleksowej analizy zjawiska emisji akustycznej w tego typu skałach. Zatem analiza sygnałów emisji akustycznej pozwoli na wyróżnienie nowych typów emisji towarzyszącej stanom przed- i poktytycznym, które pozwolą rozszerzyć istniejące dotąd klasyfikacje skał pod względem emisji akustycznej, o modele wynikające ze specyfiki neogeńskich skał Roztocza.

17

Aktualny stan i kierunki rozwoju sejsmometrii górniczej w Polsce

Józef DUBIŃSKI, Grzegorz MUTKE Główny Instytut Górnictwa, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice

STRESZCZENIE:

W artykule przedstawiono charakterystykę wstrząsów indukowanych działalnością górniczą w Polsce oraz istotne różnice pomiędzy tymi wstrząsami a trzęsieniami ziemi pod kątem ich oddziaływania na środowisko powierzchniowe i ludzi. Analiza dotychczasowej sejsmiczności indukowanej eksploatacją górniczą w GZW, LGOM i KWB Bełchatów wykazała, że wstrząsy górnicze nie wywoływały w obiektach budowlanych uszkodzeń powodujących utratę ich nośności granicznej. Wiele rozwiązań stosowanych w inżynierii sejsmicznej i sejsmometrii trzęsień ziemi, nie daje możliwości wiarygodnej prognozy sejsmiczności oraz oceny skutków zagrożenia sejsmicznego wstrząsami indukowanymi działalnością górniczą.

Opisano aktualny stan badań w zakresie monitorowania, analizy danych pomiarowych, opracowywania empirycznych relacji tłumienia, prognozowania sejsmiczności dla projektowanej eksploatacji w określonych warunkach geologiczno-górniczych oraz oceny intensywności i skutków drgań na powierzchni wywołanych wstrząsami indukowanymi eksploatacją górniczą w Polsce. Szczególną uwagę zwrócono na sposoby oceny intensywności drgań wstrząsów górniczych. Przedstawiono instrumentalną Górniczą Skalę Intensywności GSI, opracowaną w ostatnich latach dla obszaru GZW i LGOM. Najbliższe badania powinny prowadzić do opracowania sposobów określania stanów granicznych uciążliwości oraz użytkowania obiektów budowlanych w oparciu o stopnie intensywności skal GSI oraz na tej podstawie kryteriów dopuszczania eksploatacji górniczej. Ważnym elementem prognozy poziomu drgań dla projektowanej eksploatacji jest amplifikacja drgań przez przypowierzchniową warstwę niskich prędkości propagacji fali „S”. Wskazano na pilną potrzebę opracowania jednolitej i wiarygodnej metody wyznaczania współczynnika amplifikacji drgań dla wstrząsów górniczych. Przedstawiono założenia metody opartej o wyniki pomiarów prędkości fali sejsmicznej w warstwach przypowierzchniowych.

18

Attenuation relation for induced seismicity in Main Anticline and Main Basin (Upper Silesian Coal Basin)

Aneta GOLIK Maciej MENDECKI Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec

ABSTRACT: The research goal was determinated a attenuation relation for two different

geological type areas characterized by considerable induced seismicity. Data from surface seismological station was used for computation. The attenuation relation called also ground motion prediction equation (GMPE) assess relationship between ground motion parameters as maximum peak ground acceleration (PGA) and source parameters: seismic energy and epicentral distance. In some geological cases a attenuation relation simple models aren’t appropriate, because of acceleration increase due to subsurface layers. If overburden layer with appropriate thickness and lithology exists under the seismological station, amplification is observed. Amplification of acceleration amplitude as the additional parameter is inserted to propagation equation. Usually the amplification of vibration appears in the Quaternary sediments however one cann’t exclude possibility that it can occur in thick sediments of older age where complicated geological structure is observed.

19

Klasyfikacja formacji skalnych na podstawie ich zdolności hydraulicznych dla oceny możliwości ruchu mediów w przestrzeni porowej

Jadwiga JARZYNA, Ha Quang MAN Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii Geofizyki i Ochrony Środowiska Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

STRESZCZENIE:

Porowatość i przepuszczalność skał silnie zależą od ich cech strukturalnych i teksturalnych. Parametry te są zwykle trudne do bezpośredniego wyrażenia w postaci wartości liczbowych, niezbędnego do modelowania przepływu mediów w ośrodkach porowatych. Wzajemne relacje między parametrami petrofizycznymi, wstępnie rozpoznane od ponad stu pięćdziesięciu lat, są ciągle doskonalone dla potrzeb jednostek poszukujących węglowodorów i wody na świecie. W pracy przedstawiono algorytm klasyfikacji skał oparty na ich zdolnościach hydraulicznych wykorzystujący parametry zbiornikowe wyznaczone w laboratorium i pomierzone w wyniku profilowań geofizyki otworowej. Podział skał na jednostki o różnej zdolności do przepływu wody i węglowodorów wykonany w pojedynczych otworach rozszerzono na obszar badania formacji skalnej sejsmiką 2D. Włączono elementy analizy strukturalnej wykonanej na bazie sejsmiki oraz wstępne rozpoznanie facji. Zastosowano metody geostatystyczne - Sequence Gaussian Simulation (SGS) oraz Sequence Indicator Simulation (SIS), a także sztuczne sieci neuronowe (ANN) dla oceny zdolności trójwymiarowego obiektu skalnego do ruchu w nim mediów złożowych. Przedstawiony algorytm, opracowany dla potrzeb symulacji ruchu mediów w przestrzeni porowej skał piaskowcowo-iłowcowych, może być zastosowany w utworach węglanowych i w formacjach skalnych zbudowanych z innych typów litologicznych.

20

Medieval Mine Jeroným: Current knowledge from geomechanical measurements

Zdenek KALÁB, Jaromir KNEJZLÍK, Markéta LEDNICKÁ,

Radovan KUKUTSCH, Robert KOŘÍNEK, Petr ŽŮREK, Eva

HRUBEŃOVÁ Institute of Geonics of the AS CR, Studentska 1768, 708 00 Ostrava-Poruba Czech Republic

ABSTRACT: Geomechanical measurement is performed for stability assessment of

shallow underground spaces of medieval Mine Jeroným (Sokolov District). Both quarterly and continuous monitoring of several parameters is realized. Observing of cracks and measurements of convergences are base for this stability assessment but also other parameters are monitored. Very important results were obtained from monitoring of mine water level changes. System of geomechanical measurements is completed with monitoring of seismic loading of underground spaces.

21

Foundation conditions of structures at undermined area: Example of evaluation

Zdenek KALÁB, Markéta LEDNICKÁ Institute of Geonics of the AS CR, Studentska 1768, 708 00 Ostrava-Poruba Czech Republic

ABSTRACT: Set of individual geological and petrophysical parameters is possible to

evaluate in many studies for geosciences and constructional purposes. However, correlation and mutual evaluations of these parameters are very complicated, especially at undermined areas. Our methodology is based on compilation of four significant effects: local subsurface geology, level of underground water, deformation of surface due mining (sinking) and landslides. Class of foundation conditions is designated according these effects. Orientation map of foundation conditions, which was elaborated as part of evaluation of Stonava area (Karviná region), is presented. For detailed evaluation of foundation conditions it is necessary to use geophysical prospecting.

22

Influence of local geology on vibrations generated by traffic

Zdenek KALÁB, Markéta LEDNICKÁ, Robert KOŘÍNEK, Eva

HRUBEŃOVÁ Institute of Geonics of the AS CR, Studentska 1768, 708 00 Ostrava-Poruba Czech Republic

ABSTRACT: This paper summarizes results from experimental seismological

measurements of vibrations generated by traffic. Several different types of buildings in different types of local geological conditions were used for this purpose. Obtained results document that common traffic can generate significant vibrations. According the Czech Technical Standard 73 0040 for evaluation of technical seismicity effect on buildings; some maximum velocity values exceed acceptable limit values. Of course, local geology is necessary to take into account because it has significant influence on values of vibrations and their characteristics.

23

A feasibility analysis of cost assessment of electricity 400 MW (2 - 200 MW Units) power plant

Wahab KHAIR CEO, Afghanistan Energy Corporation, 2514 Jefferson David Highway, Alexandria, VA 22301 U.S.A Department of Mining Engineering, College of Engineering and Mineral Resources, West Virginia University, Morgantown, WV 26505-6070 U.S.A. Wahab.Khair@mail.wvu.edu

ABSTRACT: Coal is the main source of energy for power plants throughout the world

because it is cheaper to use than other raw materials. It is essential for the economic growth of Afghanistan. To diversify the use of its natural resources; for example by using coal for power plant and other domestic purposes and natural gas for heating, fertilizer, export and others. This project presents opportunities for people of Afghanistan to have electricity in their homes, increases working hours of people during the night, apply equipment and machineries, which utilize electricity, provides clean coal for industrial & public consumption, create wealth, employment, industrial growth and prosperity for the people of Afghanistan.

The mission of this project is to build a 400 MW Clean-Coal-Fired Power Plant at Barfak-Kalech. Coal will be extracted from Mines and will be transported for a short distance, by a belt conveyor, to the coal cleaning / preparation plant at the mine mouth. The clean coal will be transported to the power plant by a belt conveyor. The mines are designed initially to produce more coal than needed by the power plant. The coal preparation plant designed 30% more than the output of the mines to prepare more clean coal for other purposes other than the use of power plant.

24

The paper will present a detail cost analysis as well as the organization chart for the 400 MW Clean-Coal-Fired Power Plant, which is briefly layout in the following figure.

Figure: Process of coal extraction to power plant in a continuous mining method.

25

Prognozowanie prawdopodobieństwa tąpnięcia na podstawie energii sejsmicznej i czynników określonych Metodą Rozeznania Górniczego (MRG)

Jerzy KORNOWSKI, Joanna KURZEJA Główny Instytut Górnictwa, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice

STRESZCZENIE: W artykule tym przedstawiamy (warunkowy i przybliżony)

estymator/predyktor prawdopodobieństwa tąpnięcia (i lokalnego zagrożenia tąpnięciem, Z

T(t)) w postaci równania )()()()( 11 tZlPlPtZ

T

dynNN

T , gdzie )(tZ Tdyn to – być może „szybkozmienne” prawdopodobieństwo tąpnięcia

prognozowane tylko na podstawie prognozowanych parametrów lokalnego rozkładu energii sejsmicznej (i statystyki tąpań), natomiast Pi(li) to „współczynniki wzmocnienia” (zagrożenia) wynikające z warunków lokalnych, określonych znaną „Metodą Rozeznania Górniczego” (MRG). Wszystkie składniki estymatora Z

T(t) są (w sposób przybliżony) obliczalne (w tym )(tZ

T

dyn

obliczalne „w czasie rzeczywistym”) – co ilustrujemy przykładami – a wynikowa wartość Z

T zawsze spełnia nierówności 0≤ Z

T(t) ≤1. W rezultacie

tego „przestrzeń zagrożeń (0 – 1) może być podzielona na segmenty (np. 0-10-

5-10

-4-10

-3-1) oznaczone symbolami (np.: A, B, C, D…) i nazwane „stanami

zagrożenia tąpnięciem” – co pozwala użytkownikom „nie przejmować się” prawdopodobieństwami. Estymator Z

T może być interpretowany jako

formalizacja (nieco przekształconej, by otrzymywać liczbowe wyniki) znanej w polskim górnictwie Kompleksowej Metody (oceny stanu zagrożenia tąpaniami). Uważamy, że estymator Z

T jest naturalny, logicznie spójny i fizycznie

interpretowalny. Dzięki pełnej formalizacji może być łatwo uogólniony, włączając informację (o zagrożeniu) pochodzącą z innych źródeł/metod.

26

Obrazowanie ognisk pożarów w składowiskach odpadów z produkcji węgla metodą sondowań elektroopoorowych

Andrzej KOTYRBA, Łukasz KORTAS, Sławomir SIWEK Główny Instytut Górnictwa, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice

STRESZCZENIE:

Składowiska odpadów z produkcji węgla są jednym ze szczególnie uciążliwych pogórniczych elementów przekształceń środowiska. Zawierają znaczne ilości węgla i z tego powodu są podatne na spontaniczne zapożarowanie. Własności elektryczne gruntów odpadowych a w szczególności węgla silnie zależą od temperatury. Ich pomiar w warunkach „in situ” pozwala na obrazowanie przestrzenne struktury zapożarowania składowisk. Zależność tę przedstawiono w niniejszym artykule na przykładzie wyników badań metodą sondowań elektrooporowych składowiska odpadów, zlokalizowanego w dawnym wyrobisku gliny na terenie kopalni Bielszowice w Rudzie Śląskiej.

27

Estymacja energii i współczynnika tłumienia bez lokalizacji źródeł w sejsmoakustyce górniczej

Joanna KURZEJA Główny Instytut Górnictwa, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice

STRESZCZENIE:

W pracy przedstawiono najpierw szczegółowy opis związków tak zwanej energii umownej (EU) – odczytywanej z komputerowego wyjścia systemów sejsmoakustyki górniczej – ze strumieniem (e*) energii pola falowego w otoczeniu geofonu. Następnie analizowano warunkowe – zależne od modelu – związki strumienia e* z ważną w zastosowaniach, energią (E) emisji AE z pola źródłowego. Szczegółowo przedstawiono względnie prosty estymator energii emitowanej w określonym przedziale czasu z frontu eksploatowanej ściany, na podstawie obserwowanych wartości EU, bez lokalizacji źródeł AE.

Przyjęty model i metoda umożliwiły zbudowanie programu, który rozwiązuje zarówno „proste (symulacyjne) zadanie sejsmoakustyki” (tzn. oblicza wartości EU gdy dana jest energia E oraz współczynnik γ absorpcji energii w pokładzie), jak i „odwrotne zadanie sejsmoakustyki” (tzn. oblicza energię E emitowaną z pola emisji oraz współczynnik γ absorpcji w pokładzie gdy dane są wartości EU).

To właśnie niewymagający lokalizacji sposób oszacowania energii AE na podstawie rutynowych obserwacji standardową aparaturą – sposób, który ponadto umożliwia oszacowanie wartości γ jako dodatkowego wskaźnika stopnia spękania (a pośrednio i naprężenia) górotworu – czyni przedstawioną metodę niezwykle wygodną i tanią.

W końcowej części pracy przedstawiono przykładowe wyniki estymacji na podstawie obserwacji AE z kopalni.

28

Parametry ogniska sejsmicznego i relacje skalowalności dla nanosejsmiczności (-4.0

29

Relacja Gutenberga-Richtera do magnitudy -4.5 dla sejsmiczności indukowanej w kopalni złota Mponeng, Republika Południowej Afryki

Grzegorz KWIATEK1,2

, Katrin PLENKERS1, Masao NAKATANI

3,

Yasuo YABE4, Georg DRESEN

1 oraz grupa robocza JAGUARS

1. Helmholtz Centre Potsdam - GFZ German Research Centre for Geosciences 2. Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk, Warszawa 3. Earthquake Research Institute, Tokyo, Japan 4. Tohoku University, Japan

STRESZCZENIE: Celem pracy jest analiza samopodobieństwa rozkładu Gutenberga-Richtera

i progu kompletności katalogu sejsmicznego dla nanowstrząsów zarejestrowanych przez sieć sejsmiczną projektu JAGUARS w kopalni złota Mponeng, Republika Południowej Afryki. Sieć, złożona z trójkomponentowego akcelerometru (czułość 50Hz-25kHz) i ośmiu sensorów sejsmoaktustycznych (czułość 700Hz-200kHz) zlokalizowana jest na głębokości 3543m i pozwala na rejestrowanie zjawisk sejsmicznych w odległości do 300m. W pierwszym kroku akcelerometr posłużył do oszacowania magnitudy momentu sejsmicznego (MW) dla grupy 135 zjawisk (MW -0.3 do -4.1). Wykorzystano empiryczną relację pomiędzy obliczonymi magnitudami a energią/momentem sejsmicznym zarejestrowanym przez sensory sejsmoakustyczne w celu poszerzenia katalogu do niższych magnitud. Zbiór analizowanych danych obejmował: 1) aktywność sejsmiczność zarejestrowaną po strzelaniach eksploatacyjnych (80m od sieci) oraz 2) sekwencję aftershocków związanych ze zjawiskiem o MW1.9, który wystąpił ok. 30m od sieci. Badane zbiory wstrząsów można opisać relacją Gutenberga-Richtera bez widocznego odstępstwa od samopodobieństwa rozkładu w zakresie MW -4.4 do -1.9 dla sekwencji aftershocków oraz pomiędzy MW -3.5 do -1.5 dla sejsmiczności rejestrowanej po strzelaniach eksploatacyjnych. Obliczone magnitudy kompletności i wartości b (nachylenia prostej relacji Gutenberga-Richtera) katalogu wynoszą -4.3 (b=1.26) oraz -3.4 (b=1.17), odpowiednio dla aftershocków i sejsmiczności po strzelaniach eksploatacyjnych. Różnice w magnitudzie kompletności katalogu odzwierciedlają różnice w lokalizacji grup zjawisk i zróżnicowane warunki in-situ.

30

Kompleksowa analiza ogniska sejsmicznego z wykorzystaniem systemu FOCI

Grzegorz KWIATEK1,2

1. Helmholtz Centre Potsdam - GFZ German Research Centre for Geosciences 2. Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk, Warszawa

STRESZCZENIE: Rutynowa analiza sejsmiczności indukowanej górniczą aktywnością

człowieka sprowadza się zazwyczaj do obliczania podstawowych parametrów ogniska sejsmicznego, takich jak lokalizacja wstrząsu oraz magnituda (energia) wstrząsu. Rozwój technologii, wiedza o procesach zachodzących w ognisku sejsmicznym a także coraz szersza dostępność specjalistycznego oprogramowania umożliwia prawie automatyczne obliczenie dodatkowych parametrów wstrząsu, takich jak tensor momentu sejsmicznego, rozmiar ogniska, statyczny spadek naprężeń czy naprężenie pozorne. Parametry te umożliwiają lepsze zrozumienie sejsmiczności, a w konsekwencji redukcję zagrożenia sejsmicznego badanego obszaru.

System FOCI, rozwijany nieprzerwanie od 2003 roku, jest darmową aplikacją umożliwiającą analizę ogniska sejsmicznego dla lokalnej sejsmiczności. Zasadniczym elementem systemu są dwa moduły umożliwiające inwersję tensora momentu sejsmicznego (mechanizm zjawiska, położenie płaszczyzn uskokowych, składowe tensora momentu sejsmicznego) oraz analizę spektralną sygnału (moment, promień ogniska, spadek naprężeń, energia wyzwolona, naprężenie pozorne). W podstawowej wersji program umożliwia pełną analizę sygnałów sejsmicznych, zapisanych w otwartym formacie danych. Stanowi ona znakomitą pomoc dydaktyczną dla studentów kierunków geofizycznych. Pełna wersja systemu umożliwia dodatkowo bezpośredni odczyt formatów danych typowo wykorzystywanych w kopalnianych stacjach sejsmicznych w Polsce. Program cechuje przyjazny interfejs użytkownika, szybkość i prostota analizy sygnału, a także elastyczność w wymianie danych między innymi aplikacjami.

31

A study of the clustering properties of mining induced seismicity

Grzegorz LIZUREK, Łukasz RUDZIŃSKI, Stanisław LASOCKI,

Beata ORLECKA-SIKORA Institute of Geophysics, Polish Academy of Sciences, Ks. Janusza 64, 01-452 Warsaw, Poland

ABSTRACT:

Spatio-temporal dependencies between mining induced events from Rudna mine with use of equivalent dimension metric and space-time-magnitude metric are the main aim of this study. Equivalent dimension technique transforms events location as well as energy and origin time of event into a multidimensional space of uniformly distributed parameters. The second metric connects spatial location with fractal parameters of location distribution, magnitude and origin time of events. In both techniques distances between events in spatio-temporal dimensions were estimated. The smaller distance indicates the stronger link between events. According to this feature, families of the most connected events were discovered with use of both techniques. Within those families earlier event has some closely related descendants in considered space.

Then we search for the possible physical mechanism of the identified clustering. For this purpose we consider the coseismic stress changes caused by mining induced seismic events. The earlier studies of seismicity in Rudna mine shown that the static stress transfer can participate in the seismic generation process in this area.

This work was prepared within the framework of the research project No. N N307234937, financed by the Ministry of Education and Science of Poland during the period 2009 to 2011

32

Analiza możliwości detekcyjnych metody GPR dla zmiennej geometrii układu pomiarowego

Henryk MARCAK, Tomisław GOŁĘBIOWSKI Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii Geofizyki i Ochrony Środowiska Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

STRESZCZENIE: Standardową na dzień dzisiejszy techniką pomiarową stosowaną

w metodzie georadarowej (GPR) jest stało-offsetowe profilowanie refleksyjne. Badania takie prowadzi się w większości przypadków z polaryzacją układu pomiarowego prostopadłą do linii profilowej. Pomiary zmienno-offsetowe w metodzie GPR prowadzi się w większości przypadków dla analizy rozkładu prędkości w badanym ośrodku.

W literaturze światowej coraz częściej spotyka się wyniki testów prowadzonych dla zmiennej geometrii układu pomiarowego, tzn. zmiennej polaryzacji układu anten pomiarowych jak również wyniki badań z zastosowaniem zmiennego offsetu pomiędzy antenami pomiarowymi. Pomiary takie wykonuje się dla georadarowych badań refrakcyjnych, analiz PAVO, przy określaniu kierunkowości anomalii i in. W artykule autorzy przeprowadzili dyskusje możliwości i ograniczeń stosowania pomiarów zmienno-polaryzacyjnych i zmienno-offsetowych w metodzie GPR dla wybranych zagadnień z zakresu geofizyki inżynierskiej i środowiska.

W Katedrze Geofizyki, na Wydziale Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie od wielu lat prowadzone są testy nad zastosowaniem badań georadarowych ze zmienną geometrią układu pomiarowego w detekcji anomalii o rozkładzie stochastycznym w ośrodku geologicznym jak również w badania skażeń płynnych migrujących w ośrodku gruntowo-wodnym. W artykule przedstawiono wybrane wyniki z tych badań.

33

Analiza mechanizmów wstrząsów górniczych występujących na obszarze Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego

Paweł URBAN, Paweł WIEJACZ, Bogusław DOMAŃSKI Instytut Geofizyki PAN, ul. Księcia Janusza 64, 01-452 Warszawa

STRESZCZENIE:

Rejon eksploatacji górniczej prowadzonej na obszarze Legnicko-

Głogowskiego Okręgu Miedziowego (LGOM) charakteryzuje się znaczną

aktywnością sejsmiczną górotworu indukowaną działalnością górniczą.

Przejawia się to występowaniem licznych wstrząsów górniczych w przedziale

od bardzo słabych energetycznie do bardzo silnych z magnitudą powyżej 4.

Cała podstawowa wiedza na temat wstrząsów i sejsmiczności (lokalizacja

ognisk, energia sejsmiczna, parametry źródła, mechanizmy ogniska, ocena

stanu zagrożenia, itp.), związana jest z wprowadzeniem i rozwojem sejsmologii

i sejsmometrii we wszystkich kopalniach rud miedzi w LGOM-ie. Powszechnie

wiadomo, że w wyniku eksploatacji górniczej obserwuje się 2 główne typy

wstrząsów. Pierwszy to wstrząsy bezpośrednio związane z eksploatacją

górniczą, wywołane powstawaniem spękań i rozłamów w wyrobiskach

górniczych, a drugi typ to zjawiska związane z regionalnym polem naprężeń,

wywołane przemieszczeniami wzdłuż nieciągłości geologicznych,

uaktywnionych pracami górniczymi. Nowoczesna aparatura sejsmologiczna

umożliwiła określenie modeli ognisk wstrząsów górniczych nazywane

mechanizmem ognisk. Analiza mechanizmu ognisk wstrząsów górniczych daje

możliwość uzyskania szerszych informacji o procesach zachodzących w

ognisku wstrząsów. Na podstawie takiej analizy możliwe jest wyznaczenie

obszarów o dominującym typie mechanizmu ogniska, oraz skorelowanie tych

obszarów z istniejącymi w pobliżu strukturami tektonicznymi i budową

geologiczną. W pracy przedstawiono wyniki analizy mechanizmów 459

zdarzeń z oddziałów G-1, G-3 i G-24 na obszarze Zakładów Górniczych

„Rudna”. Analiza wstrząsów górniczych pozwoliła wydzielić obszary

o dominującym typie mechanizmu oraz została podjęta próba ich korelacji

z warunkami geologiczno-górniczymi i tektoniką LGOM. Praca finansowana w ramach projektu nr N N307234937 finansowanego przez

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego na okres 2009-2011.

34

Zastosowanie metody obrazowania oporu i polaryzacji wzbudzonej do rozpoznania zasięgu głębokościowego iłów środkowojurajskich w Zawierciu-Blanowicach

Jolanta PIERWOŁA, Anna HADA, Jarosław BADERA Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec

STRESZCZENIE:

Celem badań jest rozpoznanie budowy geologicznej skał środkowej jury w sąsiedztwie kuesty górnojurajskiej w rejonie Zawiercia, a w szczególności wyznaczenie miąższości serii ilastej oraz określenie morfologii stropu piaskowca kościeliskiego stanowiącego jej podłoże. Pomiary geoelektryczne wykonane zostały w północnej części Zawiercia, w sąsiedztwie kopalni surowca ceramicznego eksploatującej złoże Blanowice C. Żadne z wierceń dokumentujących złoże nie osiągnęło stropu piaskowca. Jego głębokość oszacowana została na podstawie punktowego odsłonięcia w południowo-wschodnim narożu odkrywki oraz danych z sąsiedniej, znajdującej się w odległości kilkuset metrów na SE, kopalni Blanowice B. Za spąg warstw ilastych w dokumentacji złoża przyjęty został poziom +91m w lokalnym układzie odniesienia, jednak istnieją przesłanki wskazujące na to, że miąższość poziomu ilastego może być wyższa. Wcześniejsze badania, prowadzone w formie sondowań oporu, nie pozwoliły na jednoznaczne określenie zasięgu głębokościowego występowania iłów oraz odtworzenie morfologii stropu piaskowca kościeliskiego, dlatego przeprowadzone zostały 3 ciągi obrazowania oporu i polaryzacji wzbudzonej: pierwszy o długości 300m i rozciągłości NE-SW, drugi o długości 160m i przebiegu W-E oraz trzeci o długości 400 i przebiegu zbliżonym do N-S. Pomiary prowadzone z wykorzystaniem rozstawu Schlumbergera i dipolowego pozwoliły na uzyskanie rozpoznania do głębokości około 60 m. Uzupełnienie pomiarów elektrooporowych o pomiary ładowalności pomogło w wyznaczeniu spągu iłów. Uzyskana z przekrojów geoelektrycznych powierzchnia stropu piaskowca kościeliskiego w rejonie badań charakteryzuje się znaczną zmiennością morfologiczną, zaś miąższość iłów rośnie w kierunku północnym.

35

Symultaniczne pomiary prędkości fali podłużnej oraz procesów deformacji sprężystej skał w warunkach trójosiowego ściskania w wysokich ciśnieniach i temperaturze.

Joanna PINIŃSKA, Artur DZIEDZIC Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii, Al. Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa

STRESZCZENIE:

Metody geofizyczne oparte na rejestracji zmian prędkości propagacji fal w ośrodkach skalnych są podstawowym narzędziem ustalania granic litologiczno-strukturalnych w profilu pionowym skorupy ziemskiej. Wraz z głębokością i wzrastającym ciśnieniem oraz temperaturą zmienia się jednak gęstość ośrodka, a w konsekwencji także właściwości sprężyste skał. Na większych, niedostępnych do bezpośrednich obserwacji głębokościach, utrudniona jest więc transformacja wyników badań geofizycznych na treść geologiczną. Istotne są zatem informacje jak przebiegają trendy zmian gęstości ośrodka skalnego, a w ślad za tym prędkości fali sprężystej w zależności od warunków ciśnieniowo-temperaturowych oraz cech litogenetycznych skały. Odpowiedź na to pytanie uzyskać można na drodze badań laboratoryjnych w komorach wysokiego ciśnienia i temperatury.

W Zakładzie Geomechaniki UW uruchomiono stanowisko do badań trójosiowego ściskania w komorze wysokociśnieniowej z równoczesnym pomiarem prędkości ultradźwiękowej fali podłużnej (Vp) na całej ścieżce obciążenia, w zmiennych warunkach ciśnienia i temperatury symulujących warunki górotworu do około 3,5 km głębokości. Aparatura, zintegrowana z elektronicznym systemem sterująco-rejestrującym prasy sztywnej MTS-815, umożliwia symultaniczny zapis pomiarów prędkości fali z dużą dokładnością w relacji do wzrastającego naprężenia. Rejestracja przebiegu ścieżek deformacji osiowych, obwodowych i objętościowych wraz ze ścieżką zmian wartości Vp umożliwia ustalenie relacji między zmianami gęstości, cech sprężystych oraz prędkością falową na istotnych progach deformacji, ze szczególnym uwzględnieniem tzw. progu dylatancji właściwej (makropękania) wskazującego na trwałe i nieodwracalne uszkodzenia strukturalne ośrodka skalnego.

36

Z przeprowadzonych badań wynika, że prędkości fali podłużnej w zakresie ciśnień i temperatur od warunków atmosferycznych do 90 MPa i 120

oC

w komorze wzrasta o ponad 100% (piaskowce ciężkowickie) a maksymalne zwiększenie gęstości sięgać może około 3%. Podatność skał na zmienne warunki ciśnienia i temperatury jest jednocześnie zależna od rodzaju skały i jej litogenezy, gdyż w wylewnych skałach magmowych (bazalty sudeckie) w podobnych warunkach stwierdzono niewielki, około 4% wzrost prędkości fali przy jednoczesnej zmianie gęstości rzędu 0,5%. Dane te wskazują, że w podatnych na kompakcję skałach okruchowych, które reagują znacznie silniej na zmiany warunków termiczno-ciśnieniowych, na dużej głębokości może dochodzić do bardzo znacznego wzrostu prędkości fali, pozornie nieadekwatnego do ich litologii.

37

Some results of the joint inversion of Pg/Sg waves generated by quarry blasts, deep coal mining induced and tectonics events

Bohuslav RŮŽEK1, Jan ZEDNÍK

1, Petr JEDLIĈKA

1, Karel

HOLUB2, Jana RUŃAJOVÁ

2, Oldrich NOVOTNÝ

3

1)Geophysical Institute AS CR, Boční II/1401, 141 31 Praha 4, Czech Republic,

2) Institute of Geonics AS CR, Studentská 1708, 708 00 Ostrava, Czech

Republic, 3)

Dep. of Geophysics, Charles University, V Holešovičkách 2, 180 00 Praha 8, Czech Republic.

ABSTRACT:

Our contribution presents some partial results at the beginning stage of seismic experiments carried out on the territory of northern Moravia and Silesia which is limited roughly by coordinates 16˚E-19˚E and 49˚N- 51˚N. The purpose of these experiments was aimed at the compilation of a seismological model of the upper most part of the Earth´s crust using database of recordings observed mainly at two types of seismic stations, i.e. seismic stations belonging to the Czech Regional Seismological Network and temporary mobile seismic stations. As the sources of seismic waves quarry blasts and seismic events induced by deep coal mining in the Ostrava-Karviná Coal Basin and local tectonic events were used. Moreover, current database was amplified by data from former international seismic experiments Celebration 2000 and Sudetes 2003. Recording the quarry blasts and induced seismic events by a number of seismic stations enabled us to compile a simple 1 D layered velocity model of the upper-most crust of the region. Based on the analysis of velocity distribution it was documented that velocities of Pg and Sg increase from about 5.9 km/s and 3.3 km/s at the surface to about 6.1 km/s and 3.5 km/s at the depth about 11 km, respectively.

38

Zależność pomiędzy tensorem spękań i tensorem prędkości występująca dla różnych typów skał

Iwona STAN-KŁECZEK Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec

STRESZCZENIE: Szczelinowatość skał skorupy ziemskiej jest jednym z głównych

czynników determinujących właściwości fizyczne masywów skalnych. Losowo zorientowane spękania występują w masywach skalnych znacznie rzadziej niż zespoły spękań o wyróżnionej orientacji. Ukierunkowanie spękań może być związane z warunkami w jakich powstawała skała lub może być wynikiem procesów zachodzących w historii geologicznej masywu. Efektem uprzywilejowania pewnych kierunków jest anizotropia właściwości sprężystych masywu, w szczególności anizotropia prędkości fal sejsmicznych charakteryzująca się tym, że prędkość fal w kierunku prostopadłym do biegu spękań jest mniejsza niż w kierunku równoległym. Określenie zależności pomiędzy anizotropią spękań a anizotropią prędkości fal sejsmicznych możliwe jest dzięki zastosowaniu rachunku tensorowego. Umożliwia on uwzględnienie zarówno geometrii, jak i orientacji spękań przez wprowadzenie tensora spękań, którego składowe zależą od obu tych czynników. Rachunek tensorowy można zastosować również do opisu kierunkowych rozkładów prędkości fal sejsmicznych. Tensory prędkości, wyznaczone na podstawie pomiarów prędkości fal, odwzorowują anizotropię sejsmiczną i pozwalają obliczyć prędkość w dowolnie wybranym kierunku. W masywach spękanych tensory prędkości wykazują związek z tensorami spękań. W prezentowanej pracy zbadano związek pomiędzy anizotropią prędkości fal sejsmicznych a szczelinowatością dla różnych typów skał i określono zależności występujące pomiędzy tensorem spękań i tensorem prędkości przy różnej liczbie i orientacji głównych systemów spękań.

39

Mechanizm ognisk wstrząsów niezbędnym elementem poznania procesu zniszczenia wyrobiska

Krystyna STEC, Jan DRZEWIECKI Główny Instytut Górnictwa, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice

STRESZCZENIE:

Zagrożenie tąpaniami w danym polu eksploatacyjnym determinowane jest szeregiem czynników naturalnych i technicznych, z których dominujące to parametry wytrzymałościowe węgla i skał otaczających oraz wielkości naprężeń w ich sąsiedztwie wywołanych eksploatacją dokonaną i prowadzoną w pokładzie i pokładach sąsiednich. Zamieszczone w artykule analizy miały na celu poznanie mechanizmu zniszczenia wyrobiska górniczego zainicjowanego wstrząsem sejsmicznym będącego konsekwencją dokonań górniczych. W kopalni „Rydułtowy-Anna” podczas eksploatacji prowadzonej w 2008 roku w pokładzie 713/1-2 i 712/1-2 występowały liczne wstrząsy górotworu, z których najsilniejsze powodowały skutki w wyrobiskach dołowych. Mając powyższe na uwadze Kopalnia przed uruchomieniem kolejnej ściany w tym rejonie, zrealizowała szereg rozwiązań techniczno-organizacyjnych z zakresu profilaktyki tąpaniowej. Pomimo tych zabiegów już w początkowej fazie biegu ściany zarejestrowano silne zjawiska sejsmiczne. Wstrząs, jaki nastąpił w dniu 24.03.2010r. o godz. 7

42’15” i energii 210

6J, spowodował tąpnięcie w pochylni

II-1200-E2 będącej chodnikiem nadścianowym ściany Ia-E-E2 (rys1).

Wielkość i zasięg skutków w pochylni zadecydowały o zatrzymaniu eksploatacji. Ponowne uruchomienie robót górniczych w ścianie uwarunkowane było wyjaśnieniem zaistniałego tąpnięcia, a zarazem także innych wysokoenergetycznych zjawisk sejsmicznych, jakie miały miejsce pomimo małego poziomu zaawansowania robót eksploatacyjnych. W związku z tym, zostało przeprowadzonych szereg analiz geomechanicznych dotyczących określenia warunków geologiczno-górniczych i parametrów wytrzymało-ściowych węgla eksploatowanego pokładu oraz skał otaczających, pod kątem możliwości generowania energii. Określono tąpliwość górotworu, rozkład sił obciążających strop pokładu oraz deformacje mocnej warstwy piaskowca zalegającej w stropie pokładu z uwzględnieniem zrealizowanej aktywnej profilaktyki tąpaniowej.

40

Rys. 1. Szkic zaawansowania robót eksploatacyjnych w pokładzie 713/1-2

z zaznaczeniem lokalizacji ognisk wstrząsów o energii sejsmicznej > od 1104 J.

W zakresie analiz geofizycznych opracowano mechanizmy najsilniejszych wstrząsów, jakie zarejestrowano w rejonie objętym wpływami eksploatacji. Analizowane wstrząsy charakteryzowały się mechanizmami zarówno ścinającym jak i eksplozywnym. Do pierwszej grupy należały wstrząsy występujące w wyniku pęknięcia uginanych warstw sprężystych nad obszarami wytworzonych zrobów ścian II-E-E2 oraz I-E-E2. Drugą grupę stanowiły wstrząsy o ogniskach tożsamych z strefą eksplozywnego rozpadu pokładu, w którym uległ on nagłemu dociążeniu czyli otrzymał energię udaru powodującą jego lokalny dynamiczny rozpad, co skutkowało zniszczeniem wyrobiska. Przyczyną dociążenia pokładu mogło być przemieszczenie warstw stropowych powodujących zniszczenie fragmentów „podłoża” utrzymującego je w równowadze na wskutek utraty odporności. Wystąpienie tego typu procesów mogło być następstwem lokalnej destrukcji pokładu jak i warstw stropu i spągu zachodzącej w wyniku rozpoczętej eksploatacji ścianą Ia-E-E2 jak również dokonanej w jej rejonie profilaktyki (strzelania odprężające i torpedujące).

41

Properties of Microseisms at Frontier of Rockburst Records

Krzysztof P. TEISSEYRE Institute of Geophysics, Polish Academy of Sciences, ul. Księcia Janusza 64, 01-452 Warszawa, e-mail: kt@igf.edu.pl

ABSTRACT:

The data used from the stations Ojców and Książ concern the records

obtained from the rotation seismometers sets. Each such outfit consists of four

horizontal seismometers: two NS- oriented and two SW ones). Such system

permits to isolate rotational components of the seismic oscillations: rotation or

spin, and twist (shear motions). The derived spin and twist signals show some

inter-correlations. According to theoretical studies, their direct conformance is

expected to occur during a fracture process. Correlations may also appear,

however, just before an event - in this case we expect the direct correlations and

those involving the / 2 or phase shifts between the spin and twist. The concerned episodes may contain several or tens of the wave oscillations.

We present in this paper some discovered correlations just before the event

(microseism domain) in the selected frequency bands. Special attention is paid

to two rockburst events recorded simultaneously on the both seismological

stations. The research on local earthquakes has led to similar, although more

clear results.

mailto:kt@igf.edu.pl