An attempt to determine the strong tremors causes during longwall mining of destressed bottom layer of a thick coal seam

• Autorzy: Pakosz Rafał , Wojtecki Łukasz , Mendecki Maciej J. , Krzyżanowska Agnieszka

Identyfikatory

DOI

10.46873/2300-3960.1447

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The sequence and method of coal seam mining can significantly minimize the risk of rock bursts. The planning of exploitation in the Bielszowice part of the Ruda Hard Coal Mine involves maximizing the destress effect associated with the mining of adjacent coal seams or layers of thick coal seams. Longwall mining of destressed coal seams is characterized by much lower seismic activity; however, even during such mining, high-energy tremors may occur. This article analyzes the seismic activity accompanying the mining of longwall panels in the bottom and top layers of thick seam No. 510 and seam No. 507 in the Bielszowice part of the Ruda Hard Coal Mine. An attempt was made to determine the reasons for the occurrence of high- and medium-energy tremors during the longwall mining of the bottom layer of seam No. 510, which had been destressed by the earlier excavation of the top layer of this seam. For this purpose, the focal mechanisms of these tremors were calculated using the seismic moment tensor inversion method. In the foci of high-energy tremors, the shear mechanism was dominant. A correlation was found between the occurrence of high-energy tremors and the edges of previously mined coal seams.

Słowa kluczowe

EN

longwall mining; induced seismicity; focal mechanism; seismic moment tensor inversion

PL

wydobycie ścianowe; sejsmiczność indukowana; mechanizm ogniskowy; inwersja tensora momentu sejsmicznego

• Wydawca: Elsevier ; Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Journal of Sustainable Mining
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 24, iss. 1
• Strony: 145--157
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz.

Twórcy

autor

Pakosz Rafał

• Polish Mining Group, Ruda Hard Coal Mine, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6069-6316

autor

Wojtecki Łukasz

• Central Mining Institute e National Research Institute, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4791-9909

autor

Mendecki Maciej J.

• University of Silesia in Katowice, Faculty of Environmental Sciences, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0952-3302

autor

Krzyżanowska Agnieszka

• Polish Mining Group, Ruda Hard Coal Mine, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8382-3069

Bibliografia

• [1] Piecha M, Pietrzycki A, Wojtecki Ł. Profilaktyka tąpaniowa podczas eksploatacji pokładu 506 ścianą 2 w KWK „Bielszo-wice” [Rock burst prevention during the mining of coal seam No. 506 with longwall No. 2 in the "Bielszowice" Hard Coal Mine]. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie 2015;4(248):12e21.
• [2] Piecha M, Pietrzycki A, Wojtecki Ł. Dobór profilaktyki tąpaniowej w aspekcie zagrozen skojarzonych na przykładzie eksploatacji pokładu 504wg ścianą 003 w KWK „Ruda” Ruch „Bielszowice” [Determination of the rockburst prevention under combined hazards on the example of exploitation of the coal seam no. 504wg by the longwall no. 003 in the “Ruda” Coal Mine, Part “Bielszowice”]. In: Proceedings of the international mining forum, jastrzębie zdrój; 06.2017. p. 28e30.
• [3] Wojtecki Ł, Gołda I. Zagrozenie tąpaniami i profilaktyka tąpaniowa podczas eksploatacji scianowej pokładu 507 na duzej głębokosci w KWK Ruda Ruch Bielszowice [Rockburst hazard and rockburst prevention during longwall mining of coal seam no. 507 at large depth in Ruda Hard Coal Mine Part Bielszowice]. Przeglad Gorn 2019;75(12):10e7.
• [4] Krzyzanowska A, Wojtecki Ł, Mendecki MJ, Pakosz R. Skutecznosc odpręzenia pokładu węgla w swietle obserwacji mikrosejsmologicznych [Effectiveness of coal seam relaxation in the light of microseismological observations]. In: Proceedings of the conference „XXXIII Szkoła Eksploatacji Podziemnej”. Krakow; 2023. p. 392e404.
• [5] Prognoza zagrozenia wstrząsami i tąpaniami wraz z zasadami prowadzenia robot górniczych planowanych w „Kompleksowym projekcie eksploatacji pokładów zagrozonych tąpaniami w złozu KWK Ruda Ruch Bielszowice na lata 2017-2020” [Prediction of seismic and rock burst hazards along with the principles of mining works planned in the "Comprehensive project for the mining of coal seams at risk of rock bursts in the Bielszowice part of the Ruda Hard Coal Mine for 20172020"], praca zbiorowa. Zespół Rzeczoznawców Zarządu Głównego SITG 2017 [niepublikowane] 88.
• [6] Pietrzycki A, Szymusiak A, Wojtecki Ł. Aktywna profilaktyka tąpaniowa stosowana podczas eksploatacji pokładu 507 scianą 307b w KWK „Bielszowice” [Active rock burst prevention applied during the exploitation of coal seam No. 507 with 307b longwall in "Bielszowice" Hard Coal Mine]. In: Proceedings of the conference „Aktualne Problemy Zwalczania Zagrozen Górniczych. Brenna: Wydawnictwo Politechniki óląskiej; 2012. p. 268e78.
• [7] Uzupełnienie do opracowania naukowego „Optymalizacja sieci sejsmologicznej w obszarze gorniczym w aspekcie tworzenia nowego Kompleksowego projektu eksploatacji pokładów zagrozonych tąpaniami w złozu KWK Ruda Ruch Bielszowice na lata 2017-2020” o roboty planowane do konca roku 2021. [Supplement to the scientific study "Optimization of the seismological network in the mining area in the aspect of creating a new Comprehensive project for the mining of coal seams at risk of rock bursts in the deposit of the Bielszowice part of the Ruda Hard Coal Mine for 2017-2020" with works planned by the end of 2021], praca zbiorowa, Zespół Rzeczoznawców Zarządu Głównego SITG. 2020 [niepublikowane].
• [8] Stec K, Lurka A. Charakterystyka i sejsmologiczne metody analizy aktywnosci sejsmicznej Górnosląskiego Zagłębia Węglowego [Characteristics and seismologic methods of analysis of seismic activity in the Upper Silesian Coal Basin]. Przeglad Gorn 2015;71(1):83e93.
• [9] Gibowicz SJ. Mechanizm ognisk wstrząsów [Focal mechanism of tremors]. In: Wstrząsy górnicze e mechanizm, lokalizacja i energia. Kraków: Szkoła Eksploatacji Podziemnej. Kraków: CPPGSMiE PAN; 1995. p. 5e30.
• [10] Stec K. Charakterystyka mechanizmu ognisk wstrząsów górniczych z obszaru Górnosląskiego Zagłębia Węglowego [Characteristics of the mechanism of mining tremors in the Upper Silesian Coal Basin]. Wiadomosci Górnicze 2009;4: 168e74.
• [11] Stec K. Okreslenie przyczyny wysokoenergetycznych wstrząsów górotworu na podstawie parametrów mechanizmu ognisk [Causes of the occurrence of high-energy seismic events based on focal mechanism parameters]. Zeszyty Naukowe IGSMiE PAN 2017;101:19e32.
• [12] Stec K, Wojtecki Ł. Charakterystyka mechanizmu ognisk wstrząsow górotworu związanych z eksploatacją pokładu 510 scianą 502 w KWK „Bielszowice” [Characteristics of the mine tremor source mechanism associated with the mining of coal seam No. 510 with the 502 longwall in the "Bielszowice" Hard Coal Mine]. Prace Naukowe GIG 2011;1:61e77.
• [13] Aki K, Richards P. Quantitative seismology e theory and methods. San Francisco: W.H. Freiman & Co; 1980.
• [14] Backus G, Mulcahy M. Moment tensor and other phenomenological description of seismic sources. Geophys J Roy Astron Soc 1976:341e61. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1976.tb04162.x.
• [15] Marcak H, Zuberek WM. Geofizyka górnicza [mining Geophysics], Sląskie Wydawnictwo Techniczne. Katowice; 1994.
• [16] Hasegawa HS, Wetmiller RJ, Gendzwill DJ. Induced seismicity in mines in Canada e an overview, Seismicity in Mines. Pure Appl Geophys 1989;129:423e53. https://doi.org/ 10.1007/BF00874518.
• [17] Sen AT, Cesca S, Bishoff M, Meier T, Dahm T. Automated full moment tensor inversion of coal mining induced seismicity. Geophys J Int 2013;195(2):1267e81. https://doi.org/ 10.1093/gji/ggt300.
• [18] Leake MR, Conrad WJ, Westman EC, Ghaychi Afrouz S, Molka RJ. Microseismic monitoring and analysis of induced seismicity source mechanisms in a retreating room and pillar coal mine in the Eastern United States. Undergr Space 2017; 2(2):115e24. https://doi.org/10.1016/j.undsp.2017.05.002.
• [19] Mahdevari S. Geohazards assessment in longwall coal mining using monitored seismic events. SDRP J Earth Sci Environ Studies 2017;2(1):1e6. https://doi.org/10.15436/JESES. 2.1.4.
• [20] Ma K, Sun X, Tang C, Wang S, Yuan F, Peng Y, et al. An early warning method for water inrush in Dongjiahe coal mine based on microseismic moment tensor. J Cent South Univ 2020;27:3133e48. https://doi.org/10.1007/s11771-020-4534-4.
• [21] Ma K, Yuan F, Wang H, Zhang Z, Sun X, Peng Y, et al. Fracture mechanism of roof key strata in Dongjiahe coal mine using microseismic moment tensor. Geomatics, Nat Hazards Risk 2021;12:1467e87. https://doi.org/10.1080/19475705.2021.1933615.
• [22] Kan J, Dou L, Li J, Song S, Zhou K, Cao J, et al. Discrimination of microseismic events in coal mine using Multifractal method and moment tensor inversion. Fractal and Fractional 2022;6(7):361. https://doi.org/10.3390/fractalfract6070361.
• [23] Song CH, Lu CP, Liu HQ, Song JL, Liu CY, Cui HW, et al. Moment tensor and stress field inversions of mining-induced seismicity in A thick-hard roof zone. Rock Mech Rock Eng 2024;57:2267e87. https://doi.org/10.1007/s00603-023-03650-3.
• [24] Stec K, Błaszczyk E. Characteristics of the processes taking place at the sources high energy tremors occurring during mining of coalface no 17 in coal seam no 361 of the Knurow coal mine. Min Resour Manag 2008;24:245e59.
• [25] Rudziński Ł, Mirek K, Mirek J. Rapid ground deformation corresponding to a mining-induced seismic event followed by a massive collapse. Nat Hazards 2019;96:461e71. https:// doi.org/10.1007/s11069-018-3552-0.
• [26] Dubinski J, Stec K, Bukowska M. Geomechanical and tectonophysical conditions of mining-induced seismicity in the upper Silesian Coal Basin in Poland: a case study. Arch Min Sci 2019;64:163e80. https://doi.org/10.24425/ams.2019.126278.
• [27] Wojtecki Ł, Mendecki MJ, Zuberek WM, Knopik M. An attempt to determine the seismic moment tensor of tremors provoked by destress blasting in a coal seam. Int J Rock Mech Min Sci 2016;83:162e9. https://doi.org/10.1016/ j.ijrmms.2016.01.002.
• [28] Pakosz R, Wojtecki Ł, Mendecki MJ, Krzyzanowska A. Identification of strong tremor causes for appropriate rock burst prevention in a hard coal mine. J Sustain Min 2024; 23(2):132e46. https://doi.org/10.46873/2300-3960.1409.
• [29] Kwiatek G, Martinez-Garzon P, Bohnhoff M. HybridMT: a MATLAB/shell environment package for seismic moment tensor inversion and refinement. Seismol Res Lett 2016;87(4): 964e76. https://doi.org/10.1785/0220150251.
• [30] Lizurek G, Wiejacz P. Geophysics in mining and environmental protection: moment tensor solution and physical parameters of selected recent seismic events at Rudna Copper Mine. In: Idziak AF, Dubiel R, editors. GeoPlanet: Earth and planetary sciences; 2011. https://doi.org/10.1007/ 978-3-642-19097-1_2.
• [31] Caputa A, Rudzinski Ł. Source analysis of post-blasting events recorded in deep copper mine. Pure Appl Geophys 2019;176:3451e66. https://doi.org/10.1007/s00024-019-02171-x.
• [32] Wojtecki L, Mendecki MJ, Zuberek WM. Determination of destress blasting effectiveness using seismic source parameters. Rock Mech Rock Eng 2017;50:3233e44. https://doi.org/ 10.1007/s00603-017-1297-9.
• [33] Wojtecki L, Konicek P, Mendecki MJ, Golda I, Zuberek WM. Geophysical evaluation of effectiveness of blasting for roof caving during longwall mining of coal seam. Pure Appl Geophys 2020;177:905e17. https://doi.org/10.1007/s00024-019-02321-1.
• [34] Nordstrom E, Dineva S, Nordlund E. Source parameters of seismic events potentially associated with damage in block 33/34 of the Kiirunavaara mine (Sweden). Acta Geophys 2017;65:1229e42. https://doi.org/10.1007/s11600-017-0066-1.
• [35] Nordstrom E, Dineva S, Nordlund E. Back analysis of shortterm seismic hazard indicators of larger seismic events in deep underground mines (LKAB, kiirunavaara mine, Sweden). Pure Appl Geophys 2020;177:763e85. https://doi.org/ 10.1007/s00024-019-02352-8.
• [36] Gibowicz SJ, Kijko A. An introduction to mining seismology. Academic Press, Inc.; 1994.
• [37] Hudyma M, Potvin YH. An engineering approach to seismic risk management in hardrock mines. Rock Mech Rock Eng 2010;43:891e906. https://doi.org/10.1007/s00603-009-0070-0.
• [38] Morkel IG, Wesseloo J, Potvin Y. The validity of Es/Ep as a source parameter in mining seismology. In: Joughin W, editor. Deep mining 2019: proceedings of the ninth international conference on deep and high stress mining. Johannesburg: The Southern African Institute of Mining and Metallurgy; 2019. p. 385e98. https://doi.org/10.36487/ACG_ rep/1952_29_Morkel.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).