The meaning of seismoacoustic emission for estimation of time of mining tremors occurrence

• Autorzy: Cianciara A. , Cianciara B.

Warianty tytułu

PL

Znaczenie emisji sejsmoakustycznej w przewidywaniu występowania wstrząsów górniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper the meaning of seismoacoustic emission for estimation of time of mining tremors occurrence is discussed. Concept is based on the PASH method used for fracturing process of rock mass investigation. Probabilistic assessment of a seismic hazard is carried out by analyzing of seismoacoustic emission recorded in the frequency range of30 Hz-IOOO Hz. Emission recorded in that frequency range is a one of main carriers of information on rock mass fracturing processes. The dynamics of fracturing process is the reason that hazard analysis should be carried out based on measurement data recorded in 0-time windows several dozens hours wideo II follows then, that emission recorded in the seismoacoustic range only, because of its high activity and great number of recorded events, allows for statistic analysis. Traditionally, seismic hazard is based on physical energy of events. However, in the seismoacoustic range energy estimation is practically impossible. Therefore, it was assumed to carry out the seismic hazard assessment based on analysis time intervals between events. The concept is justified by presence oflinear statistic relation between mentioned intervals and logarithm of event energies. As a result, estimation of hazard parameters in 0-window is possible. Moving the 0-window by step of delta and by subsequent repetitions of hazard parameters estimation, time series of those parameters are obtained. Time series inc1ude random factor and therefore their expected value is estimated. Such obtained time series ofhazard parameters are the base for defining of a so called "Indicating function". Allowing for estimation of time of rockburst occurrence and assessment of rockburst risk level.

PL

W artykule tym zwrócono uwagę na rolę jaką odgrywa emisja sejsmoakustyczna w przewidywaniu wystąpienia wstrząsów. Przedstawiono koncepcję, rozwiązywania tych zagadnień, opartą na badaniu procesów pękania górotworu metodą PAHS. Probabilistyczna analiza hazardu prowadzona jest na podstawie emisji sejsmoakustycznej rejestrowanej w paśmie częstotliwościowym od 30 do 1000 Hz. Emisja rejestrowana w tym paśmie jest jednym z głównych nośników informacji o przebiegu procesów pękania górotworu, umożliwiając jednocześnie jej ciągły dopływ. Ze względu na dynamikę procesu pękania analiza hazardu powinna być prowadzona na podstawie danych pomiarowych, rejestrowanych w oknach 0 o rozmiarach od kilku do kilkudziesięciu godzin. Wynika stąd, że jedynie emisja rejestrowana w zakresie sejsmoakustycznym, ze względu na wysoką aktywność, zapewnia właściwą liczebność zjawisk, która umożliwia prowadzenie analiz statystycznych. Tradycyjnie, analiza hazardu sejsmicznego prowadzona jest na podstawie energii fizycznej zjawisk. Jednak w zakresie sejsmoakustycznym ocena takiej energia jest praktycznie niemożliwa. Dlatego przyjęto koncepcję, aby analiza hazardu była prowadzona na podstawie odstępów czasu między zjawiskami. Uzasadnieniem tej koncepcji jest istnienie liniowej zależności statystycznej pomiędzy omawianymi odstępami a logarytmami energii zjawisk. W efekcie, w oknie 0 na podstawie omawianych odstępów, dokonuje się estymacji parametrów hazardu. Przesuwając okno 0 z krokiem l1 i powtarzając procedurę estymacji parametrów hazardu, otrzymujemy ich przebiegi w formie szeregów czasowych. Szeregi te zawierają czynnik losowy, dlatego wyznaczana jest ich wartość oczekiwana. Tak uzyskane przebiegi czasowe parametrów hazardu stanowią podstawę do zdefiniowania tzw. "funkcji wskaźnikowej", w formie ich iloczynu (patrz model 4.1). Stwierdzono, że funkcja ta jest miarą tendencji rozwoju procesu pękania. Stanowi ona podstawę oceny stopnia zagrożenia tąpaniami, oraz określania czasu wystąpienia wstrząsów. W okresach przed wystąpieniem wstrząsów mają miejsce wzrosty "funkcji wskaźnikowej", natomiast po wstrząsie obserwujemy jej spadek do określonego poziomu. Wstrząsy występują w momentach, gdy funkcji osiąga wartości maksymalne. Zostało to zilustrowane na rysunku (4.2), na którym przedstawiono przebieg omawianej funkcji, estymowany na podstawie emisji rejestrowanej w rejonie ściany 306, pokład 507 KWK "Bielszowice" za pomocą czujników o numerach (7,8,9, patrz rys. 4.1). Na rysunku (4.2) zaznaczono momenty wystąpienia wstrząsów oraz ich energie. Należy podkreślić bardzo istotną własność omawianej funkcji, a mianowicie: wstrząsy, których epicentra były zlokalizowane na wybiegu ściany zaznaczały się znacznie wyższymi amplitudami od tych, które wystąpiły w zrobach. Schematyczną lokalizację epicentrów wstrząsów, na tle szkicu wyrobiska, przedstawiono na rysunku (4.1). Na podstawie analizy "funkcji wskaźnikowej", której przykładowy przebieg został zilustrowany na rysunku (4.2) widać, że im epicentrum wstrząsu zlokalizowane jest w większej odległości od ściany w głąb zrobów, tym amplitudy funkcji są mniejsze. Można to zauważyć na przykładzie wstrząsów o numerach 6 i 7, (patrz rys. 4.1). Epicentra tych wstrząsów były odległe od ściany o około 100 m w głąb zrobów. Również wstrząs nr 8 o energii 3.0 E5 zaznaczył się względnie małą amplitudą ponieważ jego epicentrum było przesunięte w głąb zrobów o około 30 m. Przykład ten potwierdza możliwość efektywnego badania tendencji rozwoju procesów pękania górotworu za pomocą zmodyfikowanej metody PAHS, realizowanej na podstawie odstępów czasu między zjawiskami emisji sejsmoakustycznej rejestrowanej w paśmie od 30 do 1000 Hz. Z kolei znajomość tendencji rozwoju procesów pękania stanowi podstawę do oceny stanu zagrożenia tąpaniami, oraz przewidywania czasu wystąpienia wstrząsów. Należy podkreślić, że oceny uzyskiwane na drodze analizy metodą PAHS mają charakter jakościowy. Dla uzyskania ocen ilościowych konieczne jest opracowanie odpowiednich kryteriów, dostosowanych do istniejących w danym rejonie warunków geologiczno-górniczych.

Słowa kluczowe

EN

tremors; rock cracking; seismoacoustic emission; seismoacoustic effects; stream of events; time intervals between effects; seismic hazard; rock burst risk

PL

wstrząsy górnicze; pękanie skał; emisja sejsmoakustyczna; zjawiska sejsmoakustyczne; odstępy czasu między zjawiskami; PAHs

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 51, no 4
• Strony: 563--575
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., wykr.

Twórcy

autor

Cianciara A.

autor

Cianciara B.

• Zakład Informatyki w Naukach o Ziemi, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• Barton, N.R., 1974. Estimating theshear strength of rock jointes. Proc.,3rd Congress Int. Soc. Rock Mech. Denver 2a, p. 219-220.
• Cianciara, B., 1994. Using of Pólka process to description of seismic emission. Archiwum Górnictwa Vol. 39, s. 572-578 (in Polish).
• 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).
• 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 (in Polish).
• 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.
• Cianciara, A., Cianciara. B. Isakow, Z., 2006. Monitoring of rockburst risk based on seismoacoustic analysis with the help of seismic hazard method. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa. Nr 10, Katowice (in Polish).
• Cox, D.R., 1955. Some statistical methods related with series of event. J. Roy. Soc. B, 17,2 Deutsch, R., 1965. Estimation Theory. Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, N. J.
• Dubiński, J., 1995. Methods of seismic events energy estimation. Szkoła Eksploatacji Podziemnej, Szczyrk, 27 luty 3 marzec, 1995, Seria wykłady nr 8 (in Polish).
• Goszcz, A., 1999. Elements of rock mechanics and rockburst in Polish coal and copper mines. PAN IGSMiE Kraków (in Polish).
• Gutenberg, B., Richter, C.F., 1944. Frequency of earthquakes in California. Bull. Seismol. Soc. Am., 57, 747-760.
• Jaeger, C., Cook, N.G.W., 1969. Fundamentals of Rock Mechanics. London Chapman and Hall.
• Kijko, A., Lasocki, S., Graham, G., Retief, S.J.P., 2001. Non-parametric seismic hazard analysis in mines. In 5th Int. Symp. Rockbursts and Seismicity in Mines "Dynamic rock mass response to mining", Magalisberg, 17-20 September 2001 (eds. G. van Aswegen, R.J. Durrheim, W.D. Ortlepp) SAIMM S27, Johannesburg, South Africa, 493-500.
• Kowalenko, I.N., Kuzniecow, N.J., Szurienkow, W.M., 1989. Stochastic Processes. Poradnik PWN. Warszawa (in Polish).
• Lasocki, S., 2000. Seismik Hazard Assessment in Mains: analysis of currently usedprobabilistic techniques and recommended approach. Otwarty raport. SIMRAC, Pretoria.
• Lomnitz, C., 1974. Global Tectonics and Earthquake Risk, Elsevier, Amsterdam.
• Marcak, H., 1985. Geophysical Models of the Destruction Process in Rock-Masses proceeding Rock-Bursts and tremors in Underground Mines. Publs. Inst. Geophys. Pol. Ac. Sc. M-3 (176), p. 317-332 (in Polish).
• Marcak, H., 1995. Geofizyczne modele rozwoju procesu niszczenia górotworu poprzedzające tąpnięcia i wstrząsy w kopalniach, Publs. Inst. Geophys., M - 6 (176).
• Reiter, L., 1991. Earthquake Hazard Analysis. Columbia University Press, New York.
• Silverman, B.W., 1986. Density estimation for statistics and data analysis, Chapman and Hall, London.