Identification of strong tremor causes for appropriate rock burst prevention in a hard coal mine

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

Identyfikatory

DOI

10.46873/2300-3960.1409

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The exploitation carried out in the Bielszowice part of the Ruda Hard Coal Mine is mainly accompanied by seismic and rock burst hazards. The occurrence of high-energy tremors may be associated with many factors, e.g., fracturing of thick layers of high-strength rocks or destruction processes of a stressed and/or thick coal seam. These factors are often combined when excavating a single longwall panel. Determining the causes of strong tremors is of fundamental importance for mining and rock burst prevention. The extraction of the 004z longwall panel in the top layer of coal seam No. 504 was designed in complex geological and mining conditions. During the mining of the 004z longwall panel, strong tremors with energies of 105 J and 106 J occurred. The analysis of the focal mechanisms of these tremors using the seismic moment tensor inversion method allowed to determine the most probable causes of their occurrence. They were mainly related to the processes of fracture and slip in the thick layers of sandstone deposited in the direct or main roof of coal seam No. 504. Therefore, active rock burst prevention was aimed mainly at fracturing high-strength roof rocks.

Słowa kluczowe

EN

coal mining; rock burst prevention; induced seismicity; seismic moment tensor

PL

górnictwo węgla kamiennego; zapobieganie uderzeniom skał; sejsmiczność indukowana; tensor momentu sejsmicznego

• Wydawca: Elsevier ; Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Journal of Sustainable Mining
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 23, iss. 2
• Strony: 132--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 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 - 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

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

Bibliografia

• [1] Barański A. Analiza zmian stanu zagrożenia tąpaniami w latach 1994-2003 w kopalniach tworzących obecnie Kompanię Węglową [Analysis of changes in the rock burst hazard in the years 1994-2003 in the mines that currently make up Kompania Węglowa]. In: Proceedings of the X International Scientific and Technical Conference: Tąpania 2003 - problemy koncentracji eksploatacji w warunkach zagrozenia tąpaniami i metanem. Ustron; 2003.
• [2] Budryk W. Zjawiska tąpan i zapobieganie ich skutkom [Rock burst phenomena and prevention of their effects]. Przegląd Górniczo-Hutniczy 1938;12.
• [3] Bukowska M. The rockbursts in the upper silesian Coal Basin in Poland. J Min Sci 2012;48:445-56. https://doi.org/ 10.1134/s1062739148030070.
• [4] Dubinski J. Geomechanical and geophysical aspects of the seismicity and rockbursts in N-303 longwall of Bielszowice coal mine. In: Proceedings of the RaSiM5. SAIMM; 2001.
• [5] Dubinski J, Konopko W. Tąpania - ocena - prognoza - zwalczanie [Rock bursts - assessment - forecasting - combating]. Katowice: Wydawnictwo GIG; 2000.
• [6] Kidybinski A. Geomechaniczna klasyfikacja tąpan w Górnosiąskim Zagłębiu Węglowym - srodki zabezpieczenia wyrobisk korytarzowych [Geomechanical classification of rock bursts in the Upper Silesian Coal Basin - security measures of headings]. Przeglad Gorn 1994;2:11-3.
• [7] Konopko W. O tąpaniach i zagrozeniach towarzyszących w GZW [About rock bursts and associated phenomena in the USCB]. Bezpieczenstwo Pracy w Górnictwie 1985;4.
• [8] Konopko W, Patynska R. Warunki występowania tąpnięc w kopalniach węgla kamiennego. [Conditions of rock burst occurrence in hard coal mines]. Przeglad Gorn 2008;1:12-7.
• [9] Patynska R, Stec K. Regional rockburst indicator for structural units of upper Silesian Coal Basin. Studia Geotechnica Mech 2017;39(2).
• [10] Baranski A, Drzewiecki J, Dubinski J, Kabiesz J, Konopko W, Kornowski J, et al. Zasady stosowania metody kompleksowej i metod szczegółowych oceny stanu zagrozenia tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego [Principles of using the complex method and detailed methods for assessing the state of rock burst hazard in hard coal mines]. Katowice: Wydawnictwo GIG; 2012.
• [11] Makówka J, roczny Raport. o stanie podstawowych zagrozen naturalnych i technicznych w górnictwie węgla kamiennego [Annual report (2021) of the state of basic natural and technical hazards in the hard coal mining industry]. Katowice: Wydawnictwo GIG; 2021. 2022.
• [12] Niechwiadowicz J, Krzyzowski A, Toczka J. Skutecznosć aktywnej profilaktyki tąpaniowej w warunkach eksploatacji pokładów 504 i 502 w KWK „Bielszowice” [Effectiveness of active rock burst prevention in the conditions of mining of coal seams Nos. 504 and 502 in the "Bielszowice" Hard Coal Mine]. In: Proceedings of the XIII conference Górnicze Zagrozenia Naturalne: Głębokosc eksploatacji a zagrozenia naturalne. Główny Instytut Gornictwa; 2006. p. 240-56.
• [13] Piecha M, Pietrzycki A, Wojtecki Ł. Profilaktyka tąpaniowa podczas eksploatacji pokładu 506 scianą 2 w KWK „Bielszowice” [Rock burst prevention during the mining of coal seam No. 506 with longwall No. 2 in the "Bielszowice" Hard Coal Mine]. Bezpieczenstwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie 2015;4(248):12-21.
• [14] Piecha M, Pietrzycki A, Wojtecki Ł. Dobór profilaktyki tąpaniowej w aspekcie zagrozen skojarzonych na przykładzie eksploatacji pokładu 504wg scianą 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, vol. 2830.06.2017 r.
• [15] 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. 268-78.
• [16] Backus G, Mulcahy M. Moment tensors and other phenomenological descriptions of seismic sources - I. Continuous displacements. Geophys J Roy Astron Soc 1976;46:341-61. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1976.tb04162.x.
• [17] Sykes LR. Mechanism of earthquakes and nature of faulting on the mid-oceanic ridges. J Geophys Res 1967;72(8):2131. https://doi.org/10.1029/JZ072i008p02131.
• [18] Gibowicz SJ. Mechanizm ognisk wstrząsów [Focal mechanism of tremors]. In: Wstrząsy górnicze - mechanizm, lokalizacja i energia. Kraków: szkoła Eksploatacji Podziemnej. CPPGSMiE PAN; 1995. p. 5-30.
• [19] Rudzinski Ł, Mirek K, Mirek J. Rapid ground deformation corresponding to a mining-induced seismic event followed by a massive collapse. Nat Hazards 2019;96:461-71. https://doi.org/10.1007/s11069-018-3552-0.
• [20] 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: 168-74.
• [21] 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;101:19-32.
• [22] Stec K, Wojtecki Ł. Charakterystyka mechanizmu ognisk wstrząsów górotworu związanych z eksploatacją pokładu 510 Ścianą 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: 61-77.
• [23] Wiejacz P. Badania mechanizmów wstrząsów gorniczych w Polsce [Investigation of mining tremor mechanisms in Poland]. In: Dubinski J, Pilecki Z, Zuberek WM, editors. Badania geofizyczne w kopalniach. Kraków: IGSMiE PAN; 2001. p. 25-33.
• [24] Wojtecki Ł, Knopik M, Zuberek WM. The influence of local fault zone on high energy tremors occurrence during longwall mining of coal seam. Acta Geophys 2016;64(4):1164-75. https://doi.org/10.1515/acgeo-2016-0040.
• [25] Wojtecki Ł, Konicek P, Mendecki MJ, Gołda I, Zuberek WM. Geophysical evaluation of effectiveness of blasting for roof caving during longwall mining of coal seam. Pure Appl Geophys 2020;177:905-17. https://doi.org/10.1007/s00024- 019-02321-1.
• [26] Wojtecki Ł, Konicek P, Mendecki MJ, Zuberek WM. Evaluation of destress blasting effectiveness using the seismic moment tensor inversion and seismic effect methods. Int J GeoMech 2022;22(4):04022010. https://doi.org/10.1061/(asce)gm.1943-5622.0002314.
• [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;83:162-9. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2016.01.002.
• [28] Aki K, Richards P. Quantitative seismology - theory and methods. San Francisco: W.H. Freiman & Co.; 1980.
• [29] Marcak H, Zuberek WM. Geofizyka górnicza [mining geophysics]. Katowice: Sląskie Wydawnictwo Techniczne; 1994.
• [30] Kwiatek G, Martmez-Garzon P, Bohnhoff M. HybridMT: a MATLAB/shell environment package for seismic moment tensor inversion and refinement. Seismol Res Lett 2016;87(4): 964-76. https://doi.org/10.1785/0220150251.
• [31] Chen F, Cao A, Liang Z, Liu Y. A coal burst risk assessment model of seismic events based on multiple seismic source parameters: a case study of the huating coal mine, Gansu province, China. Nat Resour Res 2021;30:4515-32. https://doi.org/10.1007/s11053-021-09938-x.
• [32] Dubinski J. Wybrane zagadnienia lokalizacji ognisk wstrząsów górniczych oraz geotomografii sejsmicznej [Selected issues of location of mining tremors and seismic geotomography]. Katowice: Prace Głównego Insytutu Górnictwa; 1989.