Gravity field changes during deep exploitation of the coal longwall and their relation to stress distribution and seismic activity

• Autorzy: Kortas Łukasz

Identyfikatory

DOI

10.46873/2300-3960.1326

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Mining operations cause volumetric deformations within the rock mass and changes in its density, to which the gravimetric method is sensitive. These changes are particularly well seen in periodic measurements of the local gravity field. The paper analyses the relationship between the movement of a longwall in a coal seam and the change in the distribution of the gravity field in time and space observed on the ground surface. Relative gravimetric measurements were carried out in six series between 2018 and 2020; before the start of coal extraction, with the progress of the longwall and after the cessation of mining. Collected data allowed differential maps of changes in gravity to be plotted. Differential anomalies between the subsequent measurement series, and the reference one were then analysed. The distribution and temporal variations of the anomalies suggest a relationship between changes in density distribution of the rock medium in the longwall overburden, and the change in the stress state in the rock mass caused by the passage of the longwall front. An attempt was made to relate the variability of the state of stresses in the longwall overburden to the intensity of seismic tremors with energy > 10-4 J accompanying longwall exploitation.

Słowa kluczowe

EN

gravity; mining; coal; seismicity; tremors

PL

grawitacja; górnictwo; węgiel; sejsmiczność; aktywność sejsmiczna; wstrząsy

• Wydawca: Elsevier ; Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Journal of Sustainable Mining
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 20, iss. 4
• Strony: 228--239
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Kortas Łukasz

• Central Mining Institute (GIG), Departament of Geology and Geophysics, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7276-0955

Bibliografia

• [1] Stec K. Aktywność sejsmiczna Górnośląskiego Zagłębia Węglowego - 30 lat ciągłej obserwacji przez Górnośląska Regionalną Sieć Sejsmologiczną. Katowice: Przegląd Górniczy; 2007. p. 14-22. nr 7- 8/2007.
• [2] Marcak H, Mutke G. Seismic activation of tectonic stresses by mining. J Seismol 2013;17(4):1139-48.
• [3] Dubiński 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(1):163-80.
• [4] Kotyrba A, Kowalski A. Linear discontinuous deformation of A4 highway within mining area “Halemba.” Miner Resour Manag 2009;25(3):303-18.
• [5] Kowalski A, Jędrzejec E, Gruchlik P. Linear discontinuities deformations of the surface in the upper silesian Coal Basin. Arch Min Sci 2010;55(2):331-46.
• [6] Kowalski A. Deformacje powierzchni na terenach górniczych kopalń węgla kamiennego. Katowice: Główny Instytut Górnictwa; 2020.
• [7] Strzałkowski P, Ścigała R. The causes of mining induced ground steps. Case study from Upper Silesia in Poland. Acta Geodyn Geomater 2017;14(3):305-12.
• [8] Strzałkowski P, Szafulera K. Occurrence of linear discontinuous deformations in Upper Silesia (Poland) in conditions of intensive mining extractiondcase Study. Energies 2020;13(8): 1897.
• [9] Fajklewicz Z. Grawimetria stosowana. Kraków: Uczelniane Wydawnictwa Naukowo- Dydaktyczne AGH; 2007.
• [10] Allis RG, Hunt TM. Analysis of exploitation-induced gravity changes at wairakei geothermal field. Geophysics 1986;51(8): 1647-60.
• [11] Geri G, Marson I, Rossi A, Toro B. Crustal deformation and gravity changes during the first ten years of exploitation of the new Travale-Radicondoli geothermal field, Italy. Geothermics 1985;14. 2/3 Conference (United States).
• [12] Zheng-Xin L, Hui L. Earthquake-related gravity field changes at Beijing-Tangshan gravimetric network during 1987-1998. Studia Geophys Geod 2009;53(2):185-97.
• [13] Kazama Takahito, Tamura Yoshiaki, Asari Kazuyoshi. Seiji Manabe & Shuhei Okubo Gravity changes associated with variations in local land-water distributions: observations and hydrological modeling at Isawa Fan, northern Japan. Earth Planets Space 2012;64:309-31.
• [14] Kotyrba A, Balicki A, Kortas Ł. Zmiany regionalnego pola grawitacji w północnej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego w latach 2002-2003vol. 53. Warszawa: Przegląd Geologiczny Tom; 2005. p. 299-305. 4.
• [15] Kotyrba A. Czasowe zmiany pola siły ciężkości w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym i ich związek z eksploatacją górniczą. Przegląd Górniczy; 2014. p. 48-57.
• [16] Fajklewicz Z. Mikrograwimetria górnicza, Wyd. Śląsk. Katowice; 1980.
• [17] Mutke G, Kotyrba A, Lurka A, Olszewska D, Dykowski P, Borkowski A, et al. Upper silesian geophysical observation system - a unit of the EPOS project. J Sustain Mining 2019; 18(4):198-207.
• [18] Sośnica K, Rohm W, Bosy J, Zajdel R, Hadas T, Kapłon J, et al. Monitoring of Earth surface displacements using integrated multi-GNSS, gravity, seismic, and InSAR data in the framework of GGOS-PL++. In: 42nd COSPAR scientific assembly. Held 14-22 July pasadena, CA, USA; 2018. Abstract id. B2. 1-37-18.
• [19] Dokumentacja hydrogeologiczna określająca warunki hydrogeologiczne w związku z zamierzonym wykorzystaniem odwodnień w celu wydobywania kopaliny ze złoża węgla kamiennego ”Rydułtowy” wg stanu na 01.01.2012. Zakład Geologii i Geofizyki GIG; czerwiec 2012.