Methods of tremor risk monitoring based on analysis of non-homogeneity of stream of registered seismoacoustic emission

• Autorzy: Cianciara A. , Cianciara B. , Takuska-Węgrzyn E.

Warianty tytułu

PL

Sposób monitorowania zagrożenia wystąpieniem wstrząsów oparty na analizie stopnia niejednorodności strumienia rejestrowanej emisji sejsmoakustycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A method of tremor-risk monitoring based on the analysis of the non-homogeneity of rock fracturing processes is presented in this paper. In the periods preceding tremors, the cracks tend to increase, thereby resulting in an increase in the non-homogeneity. Cracking of rocks of course can be represented in the form of seismoacoustic emissions that can be monitored (recorded). Hence, the degree of non-homogeneity of the cracking process can be evaluated on the basis of a statistical analysis of the registered stream of seismoacoustic emissions. In this monitoring method, the statistical analysis is based on the time intervals between the incidence of the emissions. However, practice shows that the registered emissions generate a non-stationary and non-homogeneous stream of events. Therefore, information about the energy (magnitude) of these effects is necessary for a fun description of the process. This methodical disadvantage can be eliminated using the theoretical possibility of indirectly inferring about energy levels on the basis of the assumed relations between energy logarithms and the time intervals between the effects. Relevant models describing the non-homogeneities levels of the cracking process are presented in the paper. Treated as index functions, these values enable quantitative linking of the discussed non-homogeneity with the degree of rock-burst risk. The results obtained were used to develop a system for rock-burst risk-monitoring in underground mines using standard seismoacoustic equipment. The equipment was made available to the researchers for making tests in operational coal mining conditions.

PL

W pracy przedstawiono propozycję sposobu monitorowania zagrożenia wystąpieniem wstrząsów, opartego na analizie stopnia niejednorodności procesów pękania skał. W okresach poprzedzających momenty wystąpienia wstrząsów występują tendencje w kierunku powiększania się rozmiarów pęknięć, powodując wzrosty omawianego stopnia niejednorodności. Wiadomo, że pękanie skał jest odwzorowywane w formie emisji sejsmoakustycznej, którą możemy obserwować (rejestrować). Wynika stąd, że stopień niejednorodności procesu pękania może być oceniany na podstawie analizy statystycznej rejestrowanego strumienia emisji sejsmoakustycznej. W przedstawionym tutaj sposobie monitorowania, z uzasadnionych względów, analiza statystyczna prowadzona jest na podstawie odstępów czasu między zjawiskami omawianego strumienia emisji. Jednak, jak wiadomo z praktyki, rejestrowana emisja stanowi niestacjonarny i niejednorodny strumień zdarzeń. Dlatego do jej pełnego opisu konieczna jest informacja o energiach (rozmiarach) zjawisk. Aby ominąć tę trudność, skorzystano z teoretycznej możliwość pośredniego wnioskowania o energii dzięki przyjęciu zależności łączącej logarytmy energii z odstępami czasu między zjawiskami. W pracy przedstawiono odpowiednie modele miar opisujących wielkość niejedno-rodności procesu pękania. Miary te traktowane jako funkcje wskaźnikowe umożliwiają jakościowe powiązanie omawianej niejednorodności ze stopniem zagrożenia tąpaniami. Uzyskane wyniki zostały wykorzystane do opracowania systemu monitorowania zagrożenia tąpaniami (wystąpieniem wstrząsów) w kopalniach podziemnych, pracującego na bazie standardowej aparatury sejsmoakustycznej. Został on przekazany do testowania w warunkach ruchowych kopalń.

Słowa kluczowe

EN

tremors; rock cracking; seismoacoustic emission; seismoacoustic effects; stream of events; non-homogeneity degree; extent of processes; time intervals between effects; rock burst risk

PL

wstrząsy górnicze; pękanie skał; emisja sejsmoakustyczna; zjawiska sejsmoakustyczne; strumień zdarzeń; stopień niejednorodności; rozmiary zjawisk; odstępy czasu między zjawiskami; zagrożenie tąpaniami

• Wydawca: Polska Akademia Umiejętności
• Czasopismo: Geoinformatica Polonica
• Rocznik: 2005
• Tom: T. 7
• Strony: 15--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Cianciara A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza – University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Enviromental Protection, Department of Informatics Geosciences, Kraków, Poland

autor

Cianciara B.

• Akademia Górniczo-Hutnicza – University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Enviromental Protection, Department of Informatics Geosciences, Kraków, Poland

autor

Takuska-Węgrzyn E.

• Akademia Górniczo-Hutnicza – University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Enviromental Protection, Department of Informatics Geosciences, Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Barton N. R., 1972: A model study of rock-joint deformation, lnt Journ. Rock Mech Min. Sci., No. 9 p. 579--602.
• 2. Bieniawski Z. T., 1967: Mechanism of brittle fractures of rock, lnt. J. Rock, Mech. Min. Sci., Z. 4.
• 3. Brace W. F., 1960: An extension of Griffith theory of fracture to rocks, Journ. Geoph. Res., Vol. 65, No. 10.
• 4. Cianciara A., 2000: System monitorowania zagrożenia wystąpieniem silnych wstrząsów w oparciu o analizę emisji sejsmoakustycznych, [System of Monitoring Strong Tremor Occurences on the Basis of Analysis of Seismo-acoustic Emissions]. The doctor's dissertation, Library of AGH Kraków.
• 5. 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 nonhomogeneity of the seismoacoustic emission process, Archives of Mining Sciences, Vol. 49, I 3, s. 405--416.
• 6. Cianciara B., 1999: Emisja sejsmiczna jako nośnik informacji o rozwoju procesu pękania górotworu. [Seismic emission as a carrier of information on the development of the rock-mass fracturing process], Geoinformatica Polonica, 1, Kraków.
• 7. Cohen A. C., 1965: Maximum likelihood estimation in the Weibull distribution based on complete and on censored samples, Technometrics 7,579-588.
• 8. Goszcz A., 1999: Elementy mechaniki skał oraz tąpania w polskich kopalniach węgla i miedzi. [Elements of geomechanics and rock-bursts in polish coal and copper mines], PAN IGSMiE Kraków (in Polish).
• 9. Isakow Z. Cianciara B. 2000: EjJects of EMAG Centrum for the assesment of rock burst risks and control of the influence of underground exploitation on the mining areal surfaces. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa. Nr 9-10 (358) Katowice (in Polish).
• 10. Jaeger C., Cook N. G. W. 1969: Fundamentals of rock mechanics. London Chapman and Hall.
• 11. Kowalenko I. N., Kuzniecow N. J., Szurienkow W. M.: 1989, Procesy stochastyczne. Poradnik. [Stochastic processes. Handbook], PWN Warszawa.
• 12. Kwaśniewski M., 1986: Dylatacja jako zjawisko zniszczenia skał. Cz. l. Fizykalna istota zjawiska dylatacji. [Dilatancy as a phenomenon of rock destruction. Part 1. Physical meaning of dilatancy phenomenon], Przegląd Górniczy, nr 2, s. 42--49.
• 13. Lasocki S., 1993: Weibull distribution as a model for a sequence of seismic events induced by mining, Acta Geophys. Pol. 41, No. 2.
• 14. Lehmann, E. L., 1991: Theory of point estimation, Warszawa PWN (in Polish).
• 15. Marcak H., 1985: Geofizyczne modele rozwoju procesu niszczenia górotworu poprzedzające tąpnięcia i wstrząsy w kopalniach. [Geophysical models of the destruction process in rock-masses preceding rock-bursts and tremors in underground Mines], Publs. Inst. Geophys. Pol. Ac. Sc. M-6 (176), s. 317-332.
• 16. Marcak H., 1995: Geophysical models of rock-mass destruction preceding rock-bursts and shocks in underground mines, Publs. Inst. Geophys., M-6 (176).
• 17. Nur A., 1975: A Note of the constitutive law for dilatancy, Pageoph. Vol. 113.