Focal mechanisms of mine-induced seismic events an explanation of geomechanical processes in the area of longwall 6, seam 510 in hard coal mine "Bobrek-Centrum"

• Autorzy: Stec K.

Warianty tytułu

PL

Mechanizm ognisk indukowanych wstrząsów górniczych wyjaśnieniem procesów geomechanicznych w rejonie ściany 6, pokład 510 w kopalni "Bobrek-Centrum"

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Exploitation in a coal mine “Bobrek-Centrum” of the longwall 6 in seam 510 has led to the occurrence of very high seismic activity. From January 2011 to June 2012 took place almost 3500 tremors with the energy of 102-104 J and 95 tremors of energy more than to 105 J. In an attempt to identify the character of that seismicity, calculations of focal mechanism parameters were carried out, and according to them local stress field was determined. Three periods of exploitation of longwall 6 were distinguished which vary in type of focal mechanism. Tremors, which occurred in exploitation periods I and III were characterized by normal slip mechanism, occurred due to domination of vertical principal stresses σ1, horizontal intermediate stresses σ2 and minimal ones σ3. Such stress arrangement characterizes local state of rock mass behaviour as a result of cracking and collapse of sandstone, tremor-generating strata during advancing exploitation. In exploitation period II, of non-shearing mechanism of foci occurred. That was the period of change of longwall run from the NE-SW direction to E-W direction, that is the period of so called “slanting” of exploitation front. It can be presumed that this type of tremor mechanism could have occurred due to a sudden coal bed load by superimposed roof strata, which may have led to extreme load conditions and to a dynamic disintegration of seam part. It was confirmed by geomechanical calculations, which indicated that in the region of rockburst existence on 19.07.2011, layers which were located above and under seam 510 in area of longwall no. 6 were strongly deformed locally causing compression of certain parts of seam.

PL

Eksploatacja w kopalni „Bobrek-Centrum” ściany 6 w pokładzie 510 powodowała występowanie bardzo wysokiej aktywności sejsmicznej. W okresie styczeń 2011-czerwiec 2012 wystąpiło prawie 3500 wstrząsów o energii 102-104 J oraz 95 wstrząsów o energii 105-106 J. W celu poznania charakteru tej sejsmiczności przeprowadzono obliczenia parametrów mechanizmu ognisk, na podstawie których określono lokalne pole naprężeń. Wyróżniono trzy okresy eksploatacji ściany 6 różniące się typem mechanizmu ognisk. Wstrząsy, które wystąpiły w I i III okresie eksploatacji charakteryzowały się mechanizmem poślizgowym normalnym, występowały w wyniku dominacji pionowych naprężeń głównych σ1 oraz poziomych naprężeń pośrednich σ2 i minimalnych σ3. Taki układ naprężeń charakteryzuje lokalny stan zachowania górotworu powstający w wyniku pękaniu i załamywaniu się piaskowcowych warstw wstrząsogennych w czasie postępującej eksploatacji. W II okresie eksploatacji występowały wstrząsy o nieścinającym mechaniżmie ognisk. Był to okres zmiany biegu ściany z kierunku NE-SW na kierunek E-W czyli okres tzw. „skosowania” frontu eksploatacyjnego. Można przypuszczać, że tego typu mechanizm wstrząsów mógł wystąpić w wyniku nagłego obciążenia pokładu przez nadległe warstwy stropowe co mogło doprowadzić dla skrajnych warunków obciążenia i do dynamicznego rozpadu fragmentu pokładu. Potwierdziły to obliczenia geomechaniczne, które wykazały, że w rejonie zaistnienia tąpnięcia w dniu 19.07.2011 r. warstwy położone nad i pod pokładem 510 w rejonie ściany 6 były lokalnie bardzo silnie odkształcone powodując ściskanie określonych fragmentów górotworu.

Słowa kluczowe

EN

seismic event; rockburst; focal mechanism; local principal stress

PL

wstrząs górotworu; mechanizm ogniska; lokalne naprężenia główne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, no. 4
• Strony: 871--886
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Stec K.

• Central Mining Institute, Experimental Mine „Barbara”, ul. Podleska 72, 43-190 Mikołów, Poland

Bibliografia

• Aki K., Richards P.G., 1980. Quantitative Seismology - Theory and Methods. W. H. Frejman & Co., vol. 1, 2, San Francisco.
• Angelier J., 2002. Inversion of earthquake focal mechanisms to obtain the seismotectonic stress IV - a new method free of choice among nodal planes. Geophys. J. Int. 150, 588-609.
• Arnold R., Townend J., 2007. A Bayesian approach to estimating tectonic stress from seismological data. Geophys. J. Int., 170, 1336-1356.
• Drzewiecki J., 2004. Influence of the advance of longwall front on the dynamics of destruction of carboniferous rock mass (in Polish). Scientific Works of the Central Mining Institute (GIG) no. 860, Katowice.
• Dubiński J., Stec K., 2001. Relationship between focal mechanism parameters of mine tremors and local strata tectonics. Proc. Of 5 th International Symposium on “Rockburst and Seismicity in Mines” (eds. G. Van Aswegen, R.J. Durrheim, W.D. Ortlepp), SAIMM, Johannesburg, 113-118.
• Fojtíková L., Vavryčuk V., Cipciar A., Madarás J., 2010. Focal mechanisms of micro-earthquakes in the Dobrá Voda seismoactive area in the Malé Karpaty Mts. (Little Carpathians), Slovakia. Tectonophysics 492, 213-229.
• Gibowicz S.J., Kijko A., 1994. Introduction to Mining Seismology. Academic Pres, San Diego.
• Katsumata K., Kosuga M., Katao H. and the Japanese University Group of the Joint Seismic Observations at NKTZ, 2010. Focal mechanisms and stress field in the Atotsugawa fault area, central Honshu, Japan. Earth Planets Space, 62, 367-380.
• Kwiatek G., 2009. Foci- Tensor of Seismic Moment - Spectral Parameters description of the programme www.sejsmologiagórnicza <http://www.sejsmologiagórnicza>.pl/foci/. (in Polish).
• Makówka J., Kabiesz J., Dou Li-ming, 2009. Relationship between the rock mass deformation and places of occurrence of seismological events. Mining Science and Technology 19, 558-584.
• Marcak H., 2012. Seismicity in mines due to roof layer bending. Arch. Min. Sci., Vol. 57 no. 1, p. 229-250.
• McKenzi D.P., 1969. The relation between fault plane solution and the directions of the principal stresses. Bull. Seism. Soc. Am., Vol. 59, no 2.
• Michael A.J., 1987. Use of Focal Mechanisms to Determine Stress: A Control Study. J. Geophys. Res., 92, 357-368.
• Pangaea Scientific, 2007: MyFault program, www.pangaeasci.com.
• Pasquale G., De Matteis R., Romeo A., Maresca R., 2009. Earthquake focal mechanisms and stress inversion in the Irpinia Region (southern Italy). J. Seismol. 13, 107-124. DOI 10.1007/s10950-008-9119-x.
• Reches Z., 1987. Determination of the tectonic stress tensor from slip along faults that obey the Coulomb yield condition. Tectonics, 6(6), 849-861.
• Stec K., 2007. Characteristics of Seismic Activity of the Upper Silesian Coal Basin in Poland. Geophys. J. Int., Blackwell Publishing Ltd, V 168, 2007, p. 757-768.
• Stec K., 2009. Methods for Determination of Mechanism of Tremor Foci (in Polish). Prace Naukowe GIG Górnictwo I Środowisko No. 4/1, Katowice:, p. 223-236.
• Stec K., 2012. Determination of Stress States in Zones with Seismic Hazard on the Basis of Parameters of the Mechanism of Tremor Foci (in Polish). Przegląd Górniczy 2, 8-15.
• Townend J., 2006. What do Faults Feel? Observational Constraints on the Stresses Acting on Seismogenic Faults, Earthquakes: Radiated Energy and the Physics of Faulting, Geophysical Monograph Series 170, 313-327.
• Vicente G., Cloetingh A., Munoz-Martın A., Olaiz A., Stich D., Vegas R., 2008. Inversion of moment tensor focal mechanisms for active stresses around the microcontinent Iberia: Tectonic implications. Tectonics, Vol. 27, DOI:10.1029/2006tc002093, 1-22.
• Zoback M.L., 1992. First- and second-order patterns of stress in the lithosphere: The World Stress. Map project. J. Geophys. Res., 97, 11, 703-11, 728.