Method of evaluation of mining tremors prediction on the basis of the analysis of asymmetry of seismoacoustic signals emission

• Autorzy: Cianciara A. , Cianciara B.

Warianty tytułu

PL

Sposób oceny zagrożenia wystąpieniem wstrząsu na podstawie analizy asymetrii sygnałów emisji sejsmoakustycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper is devoted to the evaluation of rock mass tremor prediction on the basis of the analysis of seismoacoustic emissions from rock masses. A concept of such an assessment, accounting for seismoacoustic signals asymmetry is presented. A parameter describing centre of amplitude spectra from signals envelopes was introduced as a measure of asymmetry. Rock bursts are known to be preceded by increasing stress values, which in turn triggers out the compaction and then dilatancy processes in the rock mass. This results in a change of physical parameters of the rock medium, e.g. attenuation of elastic vibrations. At the compaction stage the attenuation is weaker, whereas at the stage of dilatancy it increases. With a well estimated asymmetry estimator it is possible to map trends of these processes in periods preceding the occurrence of rock bursts. This should be referred to a definite rock mass area surrounding the site where emission has been registered. The obtained results may be used for assessing the tremor prediction monitoring methods.

PL

Praca poświęcona jest problematyce oceny zagrożenia wystąpieniem wstrząsów górotworu na podstawie analizy emisji sejsmoakustycznej rejestrowanej w wyrobiskach górniczych. Przedstawiono próbę oceny omawianego zagrożenia na drodze identyfikacji tendencji rozwoju procesów geodynamicznych wywołanych wzrastającym stanem naprężeń. Identyfikacja prowadzona jest na podstawie określonej cechy charakteryzującej sygnały sejsmoakustyczne. W okresach przed wystąpieniem wstrząsów muszą mieć miejsce odpowiednie wzrosty naprężeń. Wówczas w ośrodku skalnym wytwarzają się procesy kompakcji, a następnie dylatancji. Powodują one zmiany parametrów fizycznych ośrodka skalnego, a w szczególności tłumienia drgań sprężystych. W fazie kompakcji ma miejsce spadek tłumienia, a w fazie dylatancj i jego wzrost. Na podstawie badań prowadzonych na materiale pomiarowym rejestrowanym w kopalniach węgla kamiennego i rud miedzi stwierdzono, że stopień tłumienia może być oceniany za pomocą cechy reprezentującej asymetrię sygnałów sejsmoakustycznych. Jako miarę asymetrii przyjęto parametr opisujący środki ciężkości widm amplitudowych obwiedni sygnałów. Parametr ten jest estymowany na podstawie poszczególnych sygnałów, przypisując mu czasy ich wystąpienia. W wyniku uzyskuje się szereg czasowy, który w ogólnym przypadku powinien być opisywany modelem w formie niestacjonarnego procesu stochastycznego. Jego wartość oczekiwana reprezentuje przebieg, względnych zmian w czasie, tłumienia drgań sprężystych ośrodka skalnego, w odniesieniu do obszaru otaczającego miejsce rejestracji emisji. Na podstawie analizy tendencji tego przebiegu jest możliwa ocena stanu górotworu w okresach poprzedzających momenty wystąpienia wstrząsów. Teza ta oparta jest na stwierdzeniu, że momenty wystąpienia wstrząsów muszą być poprzedzane odpowiednimi wzrostami naprężeń. Jak już wspomniano wyżej, w miarę wzrostu naprężeń, musi wystąpić w ośrodku skalnym faza kompakcji a następnie dylatancji. Przedstawione w tekście przykłady (przebiegi na rysunkach (3. I) oraz (3.2" stanowią ilustrację potwierdzającą możliwość oceny tych fazy na podstawie analizy emisji sejsmoakustycznej. Daje to podstawy do prowadzenia jakościowej oceny zagrożenia wystąpieniem wstrząsów. Dla ścisłości należy nadmienić, że na wspomnianych rysunkach przedstawiono wykresy odwrotności omawianej wartości oczekiwanej, czyli wielkości odwrotnie proporcjonalnych do tłumienia.

Słowa kluczowe

EN

seismoacoustic emission; rock bursts; compaction; dilatancy; elastic vibration attenuation coefficient; signal asymmetry; envelope of signals

PL

emisja sejsmoakustyczna; wstrząsy górotworu; kompakcja; dylatacja; współczynnik tłumienia drgań sprężystych; asymetria sygnałów; obwiednia sygnałów

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 50, no 3
• Strony: 317--326
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., wykr.

Twórcy

autor

Cianciara A.

• Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Cianciara B.

• Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Box, G.E.P., Jenkins, G.M., 1970. Time Series Analysis Forecasting and Control. Holden-Day San Francisco, Cambridge, London, Amsterdam.
• [2] Cianciara, B., 1999. Seismic Emission as a Carrier of Information on the Development of the Rock-Mass Fracturing Process. Geoinformatica Polonica, vol. 1, p. 37-44, Prace Komisji Geoinformatyki, PAU, Kraków (in Polish).
• [3] Cianciara, A., 2000. System of Monitoring Strong Tremors Occurence on the Base of Analysis the Seismoacoustic Emission. The doctor’s dissertation, Library of AGH Kraków.
• [4] Cianciara, A., Cianciara, B., Takuska-Węgrzyn, E., 2004. A Method of Evaluating the Threat of Tremors on the Basis of an Analysis of the Degree of Non-homogeneity of the Seismoacoustic Emission Process. Archives of Mining Sciences, vol. 49, I 3, p. 405-416.
• [5] Franks, L., 1969. Signal Theory. Prentice-Hall. Inc Englewood Cliffs, N.J.
• [6] Goszcz, A., 1999. Elements of Geomechanics and Rock-Bursts in Polish Coal and Copper Mains. PAN Sigmie Kraków (in Polish).
• [7] Jaeger, C., Cook, N.G.W., 1969. Fundamentals of Rock Mechanics. London Chapman and Hall.
• [8] Kornowski, J., 2004. Seismoacoustic Emission Equations and Their Application. Materiały Sympozjum Warsztaty Górnicze z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie” Bełchatów, 2-4 czerwca 2004, p. 519-531, Wydawnictwo IGSMiE PAN, Kraków (in Polish).
• [9] Kwaśniewski, M., 1986. Dilatancy as a Phenomenon of Rock Destruction. Part 1. Physical Meaning of Dilatancy Phenomenon. Przegląd Górniczy, nr 2, p. 42-49 (in Polish).
• [10] Marcak, H., 1985. Geophysical Models of the Destruction Process in Rock-Masses Preceeding Rock-Bursts and Tremors in Underground Mines. Publs. Inst. Geophys. Pol. Ac. Sc. M-6 (176), p. 317-332 (in Polish).
• [11] Nur, A., 1975. A Note of the Constitutive Law for Dilatancy. Pageoph. Vol. 113.
• [12] Papoulis, A., 1972. Probability, Random Variables, and Stochastic Processes. WNT, Warszawa (in Polish).