Określenie przyczyny wysokoenergetycznych wstrząsów górotworu na podstawie parametrów mechanizmu ognisk

• Autorzy: Stec K.

Warianty tytułu

EN

Causes of the occurrence of high-energy seismic events based on focal mechanism parameters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem badań było określenie przyczyny występowania wysokoenergetycznych wstrząsów (energia E ≥ 1,0E+05 J) w rejonie ściany A położonej pokładzie 405/2 w znajdującej się w zachodniej części siodła głównego w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. W badaniach wykorzystano metodę inwersji tensora momentu sejsmicznego dającą w wyniku parametry mechanizmu ognisk (procentowy udział składowych: izotropowej, jednoosiowego ściskania lub rozciągania, składowej ścinającej; azymut i upad płaszczyzn nodalnych; kierunki osi naprężeń tensyjnych i kompresyjnych). Parametry te są wielkościami, które opisują procesy zachodzące w ogniskach wstrząsów i posiadają wyraźny związek z warunkami naprężeniowymi w danym rejonie. Na podstawie otrzymanych parametrów wyznaczono kierunki naprężeń głównych s1, s2, s3 oraz pozostałe parametry takie jak: parametr R = (s2 – s3)/s1 – s3); naprężenie normalne s i ścinania t przy założeniu, że s1 = 1 a s3 = 0; kierunek osi ściskania – rozciągana, kierunek naprężenia horyzontalnego. Przeprowadzone badania wykazały, że przyczyną występowania wysokoenergetycznych wstrząsów podczas eksploatacji ściany A w pokładzie 405/2 była dynamiczna destrukcja warstw stropowych, które uzyskały możliwość przemieszczenia się w kierunku przestrzeni powstałej po wyeksploatowaniu pokładu. Dodatkowym czynnikiem znacznie potęgującym ten proces był udział istniejących w górotworze naprężeń, które pochodziły od występujących w tym rejonie krawędzi i lokalnych uskoków. Wyniki badań stanowiły dodatkową informację dla określenia stanu zagrożenia tąpaniami w tym rejonie. Mianowicie, ze względu na niebezpieczne warunki (parametry naprężeniowe odpowiadające górotworowi o dużej wytrzymałości na ścinanie, w którym wstrząsy cechują się silniejszym oddziaływaniem dynamicznym) wykonane zostały w tym rejonie dodatkowe działania profilaktyczne – strzelania wstrząsowe.

EN

The aim of the research was to determine the cause of high-energy rock mass tremors (energy E ≥ 1,0E+05 J) in the area of longwall A located in seam 505/2, in the western part of the main saddle in the Upper Silesian Coal Basin. The research employed the method of seismic moment tensor inversion which provides parameters of focal mechanism (percentage share of its components: isotropic, uniaxial compression or tension, shear component; trend and dip of nodal planes, directions of tension axes and compression stress). The parameters describe processes occurring in focuses of tremors and they are clearly linked with stress conditions in a given area. Based on the obtained parameters, the directions of principal stresses σ1, σ2, σ3 were determined, as well as other parameters such as: parameter R = (σ2-σ3)/(σ1-σ3); normal stress σ and shear stress τ, assuming that σ1 = 1 and σ3 = 0; direction of Shortening/Extension axis; direction of horizontal stress. The research showed that the cause of the occurrence of high-energy tremors while exploitations longwall A mining seam 405/2, was the dynamic destruction of roof rocks which could displace towards the cavity created after mining the seam. An additional factor significantly magnifying the process was the share of stresses, which originate from the faults in the area, existing in the rock mass. The results of the research provided additional information to determine the degree of rockburst hazard in the area. Due to the very dangerous work conditions (stress parameters reflect the rock mass of high shear strength, where dynamic influence of tremors is stronger) additional preventive actions – distress blastings were made in this area.

Słowa kluczowe

PL

wstrząs sejsmiczny; mechanizm ogniska; naprężenia główne

EN

seismic event; focal mechanism; principal stresses

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 101
• Strony: 19--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stec K.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Bibliografia

• 1. Aki, K. i Richards, P.G. 1980. Quantitative Seismology – Theory and Methods. W.H. Frejman & Co. Vol. 1, 2, San Francisco.
• 2. Angelier, J. 2002. Inversion of earthquake focal mechanisms to obtain the seismotectonic stress IV – a new method free of choice among nodal planes. Geophys. J. Int. 150, s. 588–609.
• 3. Ben-Menahem, A. i Singh, S.J. 1981. Seismic Waves and Sources. Springer-Verlag, New York.
• 4. Drzewiecki, J. 2015. Determination of the value of the elastic modulus of the large-size rock mass Esrm disturbed by longwall operation on the basis of seismic energy events. Acta Geodynamica et Geomaterialia 12/4 (180), s. 377–86
• 5. Etchecopar i in. 1981 – Etchecopar, A., Vasseur, G. i Daigniers, M. 1981. An inverse problem in microtectonics for the determination of stress tensors from fault striation analysis. J. Struct. Geol. 3, s. 51–65.
• 6. Gephart, J.W. i Forsyth, D.W. 1984. An improved method for determining the regional stress tensor using earthquake focal mechanism data: application to the San Fernando Earthquake Sequence. J. of Geoph. Rsc. 89, s. 305–0320.
• 7. Gibowicz, S.J. i Kijko, A. 1994. Introduction to Mining Seismology. Academic Pres, San Diego, s. 396.
• 8. Hasegawa i in. 1989 – Hasegawa, H.S., Wetmiller, R.J. i Gendzewill, D.J. 1989. Induced seismicity in mines in Canada – an overview. Pure Appl. Geophys 129, s. 423–453.
• 9. Kijko, A. 1982. A modified form of the first Gumbel distribution: model for the occurence of large earthquakes. Part II – Estimation of parameters. Acta Geophys. Pol. 2, s. 148–159.
• 10. Kijko, A. 1986. Bimodalny charakter ekstremalnych rozkładów zjawisk sejsmicznych w kopalniach. Publs. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sc., M-8 (191), s. 91–101.
• 11. Kwiatek i in. 2016 – Kwiatek, G., Martínez-Garzón, P. i Bohnhoff, M. 2016. HybridMT: A MATLAB/ shell environment package for seismic moment tensor inversion and refinement, Seismol. Res. Lett., doi:10.1785/0220150251.
• 12. McKenzi, D.P. 1969. The relation between fault plane solution and the directions of the principal stressrs. Bull. Seism. Soc. Am. 59(2).
• 13. Michael, A.J. 1987. Use of Focal Mechanisms to Determine Stress: A Control Study, J. Geophys. Res. 92, s. 357–368.
• 14. Reches, Z., 1987. Determination of the tectonic stress tensor from slip along faults that obey the Coulomb yield condition. Tectonics 6(6), s. 849–861.
• 15. Stec, K. 2007. Characteristics of Seismic Activity of the Upper Silesian Coal Basin in Poland. Geophysical Journal International, Blackwell Publishing Ltd, Vol. 168, s. 757–768.
• 16. Stec, K. 2009. Metody wyznaczania mechanizmu ognisk wstrząsów. Prace Naukowe GIG Górnictwo i Środowisko 4/1, s. 223–236.
• 17. Stec, K. 2012a. Określenie stanu naprężeń w strefach zagrożenia sejsmicznego na podstawie parametrów mechanizmu ognisk wstrząsów. Przegląd Górniczy nr 2, s. 8–15.
• 18. Stec, K. 2012b. 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. Arch. Min. Sci. 57(4), s. 871–886. doi: 10.2478/v10267-012-0057-7
• 19. Stec, K. i Drzewiecki, J. 2012. Mine Tremor Focal Mechanism: An Essential Element for Recognising the Process of Mine Working Destruction. Acta Geophysica 60(2), DOI: 10.2478/s11600-011-0036-y, s. 449–471.
• 20. Shearer, P.M. 2009. Introduction to seismology. Cambridge University Press. Second Edition. s. 396
• 21. Wojtecki i in. 2016 – Wojtecki, Ł., Mendecki, M.J., Wacław, W.M. i Knopik, M. 2016. An attempt to determine the seismic moment tensor of tremors induced by destress blasting in coal seam. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 83, s. 162–169.
• 22. Zuberek i in. 1996 – Zuberek, W.M., Teper, L., Idziak, A.F. i Sagan, G. 1996. Tectonophysical approach to the description of mining induced seismicity in the Upper Silesia. Tectonophysics in Mining Areas. Idziak A. red., Katowice: Wyd. UŚ, s. 79–98.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).