Ocena zagrożenia tąpaniami w kopalniach podziemnych uwzględniająca parametry drgań blisko ognisk wstrząsów - doświadczenia z polskich kopalń

• Autorzy: Mutke G.

Warianty tytułu

EN

Rockburst hazard prognosis for underground mines taking into consideration tremor parameters close to the tremor sources - experiences from Polish mines

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ocena zagrożenia tąpaniami oraz ocena stateczności wyrobisk podziemnych w kopalniach węgla wymaga znajomości nie tylko obciążeń statycznych, ale również obciążeń dynamicznych. Analiza skutków wstrząsów w kopalniach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego w postaci różnego typu i intensywności uszkodzeń wykazała, że występowały one wówczas, gdy ogniska tych wstrząsów były zlokalizowane blisko (przeważnie do 100 m) od wyrobisk. Potwierdza to fakt, że parametry drgań w tych odległościach mają decydujące znaczenie dla zaistnienia tąpnięcia, bowiem duże wartości parametru PPV są równoznaczne z występowaniem odpowiednio dużych obciążeń dynamicznych. W artykule pokazano geofizyczne empiryczne kryterium potencjalnego zagrożenia tąpnięciem. Analizując udokumentowaną bazę 120 tąpnięć, jakie zaistniały w GZW w latach 1988-2006, dokonano weryfikacji przedstawionego kryterium, stwierdzając, że 90% wszystkich tąpnięć wystąpiło w strefie, w której prędkość drgań PPV osiągała wartości od 0,05 m/s do 1 m/s. Wyniki badań przedstawione w artykule mogą być wykorzystywane do czasoprzestrzennego projektowania eksploatacji górniczej w warunkach prognozowanej dużej sejsmiczności górotworu, jak również do racjonalnego doboru obudowy i działań profilaktycznych zabezpieczających funkcjonalność wyrobisk i przyczyniających się do poprawy poziomu bezpieczeństwa pracy.

EN

To study the rockburst hazard and underground mine working stability it is essential to know not only the static loads but also the dynamic loads. The performed analysis of the effects of mine tremors from the Upper Silesian Coal Basin, and of their intensity and various types of damage, clearly shows that they only occurred when the tremor sources were located close to the openings (mostly up to 100 m). These observations show that the ground motions parameters at such distances may be crucial for the occurrence of a rockburst because the high values of the PPV parameter are proportional to high dynamic stresses and underground hazards. An empirical criterion for potential rockburst hazard has been developed based on the worked out correlation dependences. In analyzing the documented database of 120 rockbursts from the Upper Silesian Coal Basin that occurred during a period from 1988 to 2006, the above mentioned criterion was verified. It has been found, that 90% of the rockbursts occurred in the area where peak particle velocity (PPV) reached values ranging from 0,05 m/s to 1 m/s. The investigation results presented in this this paper may be used in both the spatial and time table planning of mining operations under predicted high seismicity conditions and the rational choice of support and preventive actions ensuring functionality of mine workings and improvement in work safety level.

Słowa kluczowe

PL

wstrząsy górnicze; tąpnięcia; bliskie pole falowe; maksymalna amplituda prędkości drgań cząsteczek górotworu; maksymalna amplituda przyspieszenia drgań cząsteczek górotoworu; parametry źródła sejsmicznego; obciążenie dynamiczne; geofizyczne empiryczne kryterium potencjalnego zagrożenia tąpnięciem

EN

mining tremors; rockburst; near-field wave; peak particle acceleration; seismic source parameters; dynamic loads; geophysical empirical criterion for potential rockburst hazard

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Górnictwo i Geoinżynieria
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 31, z. 3/1
• Strony: 439--450
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Mutke G.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Bibliografia

• [1] Biliński A.: Ocena zagrożenia tąpnięciem wyrobiska eksploatacyjnego. Komunikat GIG 1992
• [2] Brune J.N.: Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes. J. Geophys. Res. 75, 1970, 4997–5009 (Correction 1971, J. Geophys. Res. 76.: 5002)
• [3] Brady B.G., Brown E.T.: Rock Mechanics for Underground Mining. George Allen and Unwin 1985, 527
• [4] Dowding C.H., Rozen A.: Damage to rock tunnels from earthquake shaking. Int. J. Geotechn. Engng., Div., ASCE 104, GT2, 1978
• [5] Drzewiecki J.: Movement dynamics of detached roof strata ahead of the longwall coalface, Ref na Fifth International Symposium on Rockburst and Seismicity in Mines, „Dynamic rock mass response to mining”, 17–19 september 2001, RPA
• [6] Dębski, W.: Wstępne wyniki tomografii akustycznej próbki granitu pochodzącej z Underground Research Laboratory (Canada). In Publs. Inst.Geophys. Pol. Acad. Sc. M-22 (310), 1998, 331–337
• [7] Dubiński J., Wierzchowska Z.: Metody obliczeń wstrząsów górotworu na Górnym Śląsku. Komunikat GIG 591, 1973
• [8] Dubiński J., Mutke G.: Characteristics of Mining tremors within the near-wave field zone, Pageoph., Val. 147, 2, 1996, 249–261
• [9] Dubiński J., Mutke G.: Characteristics of near-field peak velocity in the Upper Silesian Coal Mines. Rockbursts and Seismicity in Mines, Gibowicz & Lasocki (eds.), Rotterdam, Balkema 1997, 343–347
• [10] Dubiński J., Lipowczan A.: The man in the work environment exposed to tremors and rockbursts. Proc. Of 4-th Int. Symp. On Rockbursts and Seismicity in Mines, Rotterdam, Balkema 1997, 377–381
• [11] Dubiński J., Lurka A., Mutke G.: Zastosowanie metody tomografii pasywnej do oceny zagrożenia sejsmicznego w kopalniach. Przegląd Górniczy, 3, 1998
• [12] Dubiński J., Mutke G.: Study of temporal changes of P-Wave velocity in Polish copper mines in high seismic activity zones. W: The 6th International Symposium on Rockburst and Seismicity in Mines, Australia - Perth 2005
• [13] Gibowicz S.J., Kijko A.: An Introduction to Mining Seismology. Academic Press 1994, 399
• [14] John C.M.St., Zahrah T.F.: Aseismic design of underground structures. Agbabian Associates, Rep.No. R-8411–56–16, 1985
• [15] Kaiser P.K., Vasak P., Suorineni F.T.: New dimensions in seismic data interpretation with 3-D virtual reality visualisation for burst-prone mines. In: Controlling Seismic Risk - Sixth International Symposium on Rockburst and Seismicity in Mines Proceedings (Eds. Potvin Y. and Hudyma M.), Australian Centre for Geomechanics (ACG) 2005, 33–45
• [16] Kidybiński A.: Dynamiczne obciążenia obudowy chodnikowej w czasie tąpań. Zeszyty Naukowe AGH, 1071, 1986
• [17] Kidybiński A.: Stability of coal-mine gateroads - A dynamic approach. Geomechanics 91, Rakowski (ed.), Balkema 1991, 9–16
• [18] Lurka A.: Seismic hazard assessment in the Bielszowice coal mine using the passive tomography. [w:] Seismogenic Process Monitoring (eds. H. Ogasawara, T. Yanagidani & M. Ando), A.A. Balkema Publisher 2002
• [19] Lurka A.: Zwiększanie informatywności technik tomograficznych w procesach eksploatacji złóż. Archiwum Górnictwa, PAN 2004, 495–509
• [20] Madariaga R.: Dynamics of an expanding of an circular fault. Bull. Seism. Soc. Am., 66, 1976, 639–666
• [21] Majcherczyk T., Tajduś A., Cała M.: Wpływ uskoków na stan zagrożenia tąpaniami pokładów węgla. Materiały Sympozjum N-T, Tąpania’94, nt.: Rozwiązania inżynierskie w problematyce tąpań, Katowice, GIG 1994
• [22] Marcak H., Zuberek W.M.: Geofizyka Górnicza. Śląskie Wydawnictwo Techniczne 1994
• [23] Mc Garr A., Green R.W.E., Spottiswoode S.M.: Strong ground motion of mine tremors: source implications for near-source ground motion parameters. Bull. Seismol. Soc. Am., 71, 1981, 295–319
• [24] Mutke G., Stec K.: Seismicity in the Upper Silesian Coal Basin. Poland: Strong regional seismic events. Proc. 4th Int. Symp.: Rockbursts and Seismicity in Mines, ed. S.J. Gibowicz, 1997, Rotterdam, A.A. Balkema 1997, 213–217
• [25] Mutke G.: Parametry wstrząsów górniczych w bliskim i dalekim polu falowym. W: Geomechaniczne i sejsmologiczne modele ognisk wstrząsów górniczych, AGH - Katedra Górnictwa Podziemnego. Katowice, GIG 1999, 37–52
• [26] Mutke G., Lurka A., Mirek A., Bargieł K., Wróbel J.: Temporal changes in seismicity and passive tomography images: a case study of Rudna copper ore mine - Poland. V Intern. Symp. Rockbursts and Seismicity in Mines, Wyd. The South African Institute of Mining and Metallurgy 2001, 237–330
• [27] Mutke G.: Ground motion associated with coal mine tremors close to the underground openings in Seismogenic Process Monitoring. Eds. H. Ogasawara, T. Yanagidani and M. Ando, A.A. Balkema Publishers 2002, 91–102
• [28] Pilecki Z., Mutke G.: Oddziaływanie wstrząsu górniczego w strefie bliskiego pola falowego na wyrobisko górnicze - analiza numeryczna. X międzynarodowa konferencja naukowo-techniczna Tąpania, 2003, Katowice, GIG 2003
• [29] Mutke G.: Charakterystyka drgań wywołanych wstrząsami górniczymi w odległościach bliskich źródła sejsmicznego w aspekcie oceny zagrożenia tąpnięciem. Prace Naukowe GIG, 87, 2007, 145
• [30] Ogasawara H.: Review of controlled earthquake - generation experiments in South - African deep gold mines. Eds. H. Ogasawara, T. Yanagidani and M. Ando, A.A. Balkema Publishers 2002, 119–150
• [31] Tajduś A.: Utrzymanie wyrobisk korytarzowych w świetle wpływu czasu na naprężenia, odkształcenia i strefy zniszczeniowe w górotworze. Zeszyty Naukowe AGH, Górnictwo, 154, 1987
• [32] Tajduś A.: Utrzymanie wyrobisk korytarzowych w świetle wpływu czasu na naprężenia, odkształcenia i strefy zniszczeniowe w górotworze. Zeszyty Naukowe AGH, Górnictwo, 154, 1990
• [33] Tajduś A., Flisiak J., Cała M.: Wpływ pierwotnego stanu naprężenia w górotworze na zagrożenie tąpaniami. Mat. XI Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej: Tąpania 2004. GIG, 2004, 325–356
• [34] Walaszczyk J., Drzewiecki J., Mutke G.: Model niszczenia skał stropowych górotworu będącego źródłem intensywnych zjawisk dynamicznych. Kraków, Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Seria z Lampką Górniczą, 10, 2002, 99
• [35] Zorychta A.: Rock burst in the light of the catastrophe theory. Archiwum Górnictwa, 1, 2000