Zastosowanie modelowań numerycznych do oceny wielkości drgań górotworu w otoczeniu podziemnych wyrobisk górniczych

• Autorzy: Chodacki Jacek

Warianty tytułu

EN

Numerical modeling for assessing the magnitude of rock mass vibration in the vicinity of underground mining excavations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wstrząsy sejsmiczne, wywołane nagłym odprężeniem skał górotworu w pobliżu podziemnych wyrobisk górniczych, stanowią zagrożenie dla ludzi pracujących pod ziemią. Propagująca fala sejsmiczna powoduje gwałtowny wzrost obciążeń dynamicznych, a te są bezpośrednio związane z wielkością drgań ośrodka skalnego. Znajomość parametrów tych drgań wpływa na ocenę stateczności wyrobisk podziemnych oraz pozwala na właściwy dobór obudowy chodnikowej. Jedną z metod umożliwiających prognozowanie parametrów drgań sejsmicznych od wstrząsów górniczych jest Metoda Elementów Spektralnych (SEM). W metodzie tej obliczane są sejsmogramy syntetyczne, które umożliwiają obrazowanie pełnego przebiegu falowego. W artykule przedstawiono wyniki modelowań drgań od wstrząsu o magnitudzie 2.7 w skali Richtera, który wystąpił w dniu 17.04.2018 w kopalni KWK Piast-Ziemowit. Obliczone sejsmogramy wykazują dużą zgodność z rzeczywistymi przebiegami falowymi, zarejstrowanymi w bliskiej odległości od ogniska wstrząsu. Wskazuje to na właściwy dobór parametrów modelu i potwierdza skuteczność metod numerycznych, które mogą stanowić uzupełnienie metod analitycznych w rozwiązywaniu problemów związanych z bezpieczeństwem pracy pod ziemią.

EN

Seismic tremors, caused by sudden relaxation of a rock mass near underground mining excavations, pose a considerable threat to people working underground. The propagating seismic wave causes a rapid increase in the dynamic loads, which are directly related to the amount of rock vibration. Knowledge of the vibration parameters can be used in the assessment of the stability of underground excavations and allows for the proper selection of gallery support. One of the methods for forecasting seismic vibration parameters from mining tremors is the spectral element method (SEM). In this method, synthetic seismograms are calculated to image the full waveform. This article presents the results of modeling vibrations generated by a tremor with a magnitude of 2.7 on the Richter scale; this tremor occurred on April 17, 2018, in the KWK Piast-Ziemowit mine. The calculated seismograms show high compliance with the real waveforms recorded near the source of the tremor. This compliance indicates that the selected model parameters were correct and confirms the effectiveness of numerical methods to complement analytical methods in solving problems related to underground work safety.

Słowa kluczowe

PL

sejsmologia górnicza; metoda elementów spektralnych; drgania górotworu; Górnośląskie Zagłębie Węglowe

EN

mining seismicity; spectral element method; peak particle velocity; Upper Silesian Coal Basin

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 76, nr 4
• Strony: 28--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Chodacki Jacek

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Bibliografia

• [1] AKI K., RICHARDS P.G. 1980 - Quantitative Seismology - Theory and Methods, vol. 1, 2, San Francisco, W.H. Freeman and Co..
• [2] CHODACKI J. 2019 - Zastosowanie metody elementów spektralnych do określania drgań gruntu od wstrząsów górniczych, „Przegląd Górniczy” 9.
• [3] DUBIŃSKI J., MUTKE G. 1996 - Characteristics of Mining Tremors within the Near-wave Field Zone, PAGEOPH, Vol. 147, No. 2 (1996).
• [4] KOMATITSCH D., TROMP J. 1999 - Introduction to the spectral-element method for 3-D seismic wave propagation, Geophys J Int 139(3):806–822.
• [5] KOMATITSCH D., TROMP J. 2002 - Spectral-element simulations of global seismic wave propagation – I. Validation”, Geophys. J. Int. (2002) 149, 390–412.
• [6] KOMATITSCH D., TROMP J. 2002 - Spectral-element simulations of global seismic wave propagation–II. Three-dimensional models, oceans, rotation and self-gravitation”, Geophys. J. Int. (2002) 150, 303–318.
• [7] KOMATITSCH D., VILOTTE J.P., TROMP J. (i zespół) 2018 - SPECFEM 3D Cartesian User Manual Version 3.0”, CNRS (France), Princeton University (USA) i ETH Zürich (Switzerland).
• [8] KWIATEK G. 2009 - Foci – Tensor momentu sejsmicznego – Parametry Spektralne, opis programu (publikacja internetowa www.sejsmologiagórnicza.pl/foci/).
• [9] MC GARR A., GREEN R.W.E., SPOTTISWOODE S.M. 1981 - Strong ground motion of mine tremors: source implications for near-source ground motion parameters, Bull. Seismol. Soc. Am., 71, 1981, 295–319.
• [10] MUTKE G., MASNY W., PRUSEK S. 2016 - Peak particle velocity as an indicator of the dynamic load exerted on the support of underground workings, Acta Geodyn. Geomater., Vol. 13, No. 4 (184), 367–378.
• [11] SERIANI G., PRIOLO E. 1994 - Spectral element method for acoustic wave simulation in heterogeneous media, Finite Elements in Analysis and Design 16 (1994) 337-348.
• [12] WIDESS M.B. 1973 - How thin is a thin bed, Geophysics 1973, vol. 38, nr 6, s. 1176–1180.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).