Zagrożenie tąpaniami w górnictwie światowym -rozpoznawanie i zapobieganie

• Autorzy: Kidybiński A.

Warianty tytułu

EN

Rockburst hazard in the world mining industry - recognition and prevention methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Tąpania występują w kopalniach położonych na pięciu kontynentach, a mianowicie w Europie (Polska, Czechy, Niemcy, Francja i Słowenia), Azji (Rosja, Indie, Chiny), Ameryce (USA, Kanada, Chile), Afryce (RPA) oraz Australii (Nowa Południowa Waha, Queensland i zachodnia Australia). Aktywność sejsmiczna górotworu i tąpania są zjawiskami powszechnymi w górnictwie światowym i występują wszędzie tam, gdzie wysokie naprężenia w skorupie ziemskiej i znaczna wytrzymałość skał prowadzą do ich dynamicznego niszczenia. Aktywność sejsmiczna górotworu oraz zagrożenie tąpaniami są ogólnie przewidywalne na podstawie badania własności mechanicznych skał i pomiarów naprężeń w górotworze, mogą być także skutecznie monitorowane przy zastosowaniu regionalnej sieci sejsmometrów, lokalnego układu odbiorników sejsmoakustycznych (geofonów), wierceń testowych w złożu przed frontem eksploatacji, pomiarów prędkości osiadania stropu zasadniczego i innych metod Szczególnie przydatne są metody lokalizacji położenia stref występowania wysokich naprężeń w górotworze, a mianowicie tomografia sejsmiczna oraz sejsmologiczna tomografia pasywna. W wielu zagłębiach górniczych występowanie tąpań miało swój początek po przekroczeniu pewnej, charakterystycznej dla skał tego zagłębia, głębokości eksploatacji. W przypadku skał osadowych formacji węglonośnych, pomimo występowania węgla nawet na wielkich głębokościach, nigdzie nie udało się wydobywać go poniżej poziomu około 1500 m, co ma bezpośredni związek ze skrajnie wysokim nasileniem tąpań na tej głębokości. Współcześnie działające w skorupie ziemskiej siły tektoniczne nie mają istotnego wpływu na występowanie tąpań, nawet w obszarach, gdzie naprężenie poziome kilkakrotnie przewyższa składową grawitacyjną (wschodnia Australia, Anglia). Sposób eksploatacji złoża i kierowania stropem ma silny wpływ na częstość występowania oraz energię tąpań. Powszechnie stwierdza się korzystny wpływ łagodnego i ograniczonego opuszczania stropu (podsadzka, upodatnione filary resztkowe) na ograniczenie zagrożenia tąpaniami. Na podstawie ostatnich badań stwierdzono korzystny wpływ regularnego, całotygodniowego postępu frontu eksploatacji na ograniczenie liczby i energii wstrząsów sejsmicznych górotworu. Najbardziej powszechnym sposobem monitorowania zagrożenia tąpaniami są rejestracje lokalizacji i energii źródeł wstrząsów sejsmicznych w regionalnych bądź lokalnych sieciach sejsmologicznych. Analiza struktury naruszonego górotworu na tej podstawie uwarunkowana jest jednak należytą dokładnością wyznaczenia lokalizacji pionowej źródeł - co często nie jest możliwe w sieciach płaskich, związanych ze złożami osadowymi. Sieci sejsmiczne należy utrzymywać przez wiele lat po zakończeniu eksploatacji złoża w danym rejonie - ze względu na sejsmiczną aktywność poeksploatacyjną i konieczność dysponowania materiałem dowodowym w przypadku procesów sądowych o odszkodowanie z tytułu szkód wyrządzonych wstrząsami Wśród metod aktywnej profilaktyki tąpaniowej częstością stosowania wyróżniają się najtańsze metody odprężania robotami strzałowymi, o często niekontrolowanych skutkach w górotworze. Na szerokie upowszechnienie zasługują natomiast nowoczesne technologie inżynierii stropów, szczególnie ich ukierunkowane hydrauliczne szczelinowanie. W przeciwieństwie do kopalń rud metali, w górnictwie węglowym często niedoceniana jest rola obudowy wyrobisk korytarzowych - jako środka zapobiegającego niszczącym skutkom tąpań. Do najbardziej zalecanych sposobów unikania wypadków związanych z tąpaniami w tych wyrobiskach należy zaliczyć przykotwianie odrzwi obudowy łukowej do górotworu oraz zamiana obudowy odrzwiowej na kotwiową - co sprawdziło się wielokrotnie, szczególnie w kopalniach węglowych w USA oraz Francji.

EN

Rockbursts (or coalbumps) are occurring in underground mines of five continents and namely in Europe (Poland, Czech Republic, Germany, France and Slovenia), Asia (Russia, India and China), America (USA, Canada and Chile), Africa (Republic of South Africa) and Australia (New South Wales, Queensland and Western Australia). Seismic activity of rock masses and rockbursts are therefore common phenomena and they are appearing everywhere when high stresses in the earthcrust as well as considerable strength of rocks are leading to their dynamic destruction. Generally speaking, seismicity of rock stratą and rockbursts are predictable on the basis of testing mechanical properties of rocks and stress measurements and may be therefore monitored by using regional networks of seismometers, local systems of microseismic detectors (geophones), test drillings (with measuring unit drill cuttings volume) in seams being worked ahead of mining faces, measuring of roof sag gradients in time and other methods. Seismic tomography and 'seismologic passive tomography are most useful because they can precisely locate high stress concentration zones. In several mining districts rockbursts occurring was preceded by trespassing by mining activity of certain characteristic for local conditions value of mining depth. For coal bearing sedimentary rocks for example never mining was possible below 1500 m level, although coal seams may occur even at lower horizons and this was caused by extremely high frequency of rockbursts occurrence at great depth. On the other hand contemporary tectonic forces in the earth crust do not have significant effect on rockbursts occurrence even in areas where horizontal stress component exceeds several times vertical stress such as eastern Australia and G. Britain. Mining system however and roof control method both have crucial effect on frequency and energy of occurring rockbursts. It has been found that limited and quiet roof subsidence due to backfilling or remnant pillars left has beneficial effect on numbers of rockbursts occurring. The latest research works have shown that regular advances of mining extraction fronts over a week also reduce number and energy of seismic events occurring. The most popular method of monitoring seismic and rockburst hazard is to record locations and energy of seismic events through both regional and local seismic networks. Accuracy of rock mass structure analyses based on these records are highly dependent however on precision of vertical positioning of sources, which is rarely satisfactory in horizontal mining layouts due to horizontal network structure. Seismic networks should be maintained long time after closing the mines due to postmining seismicity which extends over several years and may cause damage to structures being a subject of claims. Among methods of reducing rockburst hazard those less costly are usually prefered such as destressing by blasting, which is hard to control concerning its effect on rock masses. It is advisable therefore to more widely apply newly worked-out technologies of roof strata engineering and particularly directional hydraulic fracturing. As contrary to metal ore mines in coal mining often the role of rockbolting is underevaluated in reducing the risk of roof and rib failure. It is advised to fix steel arches to adjacent rocks using resin bolts and to change generally support system in coal mines from steel arches in longwall gates and other roadways to rockbolting which proved to be successful in the USA and France in preventing accidents caused by rockbursts and roof falls.

Słowa kluczowe

PL

tąpania; sejsmiczność; monitoring; obudowa

EN

seismicity; monitoring system; rockburst

• Wydawca: Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa
• Rocznik: 2003
• Tom: nr 1
• Strony: 5--35
• Opis fizyczny: Bibliogr. 63 poz.

Twórcy

autor

Kidybiński A.

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Tąpań i Mechaniki Górotworu, Pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, tel. [phone],