Grawimetryczny system ciągłej obserwacji wstrząsów indukowanych działalnością górniczą

• Autorzy: Kotyrba Andrzej

Warianty tytułu

EN

Gravimetric system for continuous observation of mining-induced tremors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podziemne wydobywanie kopalin przeobraża rozkład masy w przypowierzchniowych warstwach skorupy ziemskiej. W rejonach wyrobisk górniczych następuje jej rozrzedzenie poprzez zmniejszenie gęstości objętościowej górotworu. W górotworze otaczającym rejony z wyrobiskami następują duże zmiany zagęszczenia masy. Zjawisko to powoduje wstrząsy górotworu o dużej energii, które czasami powodują dynamiczne przemieszczenia skał do wyrobisk górniczych, ich deformacje, a także wypadki wśród załóg górniczych. Wstrząsy w kopalniach mogą być monitorowane pomiarami grawimetrycznymi. W artykule opisano wyniki ciągłych pomiarów zmian pola grawitacji w roku 2019 na stanowisku w Rybniku (KWK ROW). Pomiary przeprowadzono systemem opracowanym przez firmę Micro-g LaCoste, składającym się z grawimetru pływowego gPhoneX oraz zautomatyzowanej platformy samopoziomującej ODIN. Platforma ta amortyzuje ruch podłoża grawimetru po wystąpieniu wstrząsu, zapewniając instrumentowi utrzymanie poziomu w trakcie dalszych faz drgań podłoża. Przeanalizowano również zbiór danych o wysokoenergetycznych wstrząsach o magnitudzie lokalnej M>3, które wystąpiły w trakcie prowadzenia jednej ze ścian w pokładzie węgla 703/1 przez KWK ROW Ruch Rydułtowy. Na tej podstawie sformułowano wnioski w zakresie możliwości wykorzystania danych z monitorowania grawimetrycznego w problematyce badania i przeciwdziałania zjawiskom geodynamicznym w podziemnych wyrobiskach eksploatacyjnych. Przedstawiono również relacje pomiędzy energią wstrząsów określaną z danych sejsmologicznych a amplitudą sygnałów grawimetrycznych i na tej podstawie propozycję grawimetrycznej skali intensywności wstrząsów górniczych.

EN

Underground mining transforms the distribution of mass in the subsurface layers of the Earth’s crust. In the areas of mining excavations, it is diluted by reducing the volumetric density of the rock mass. In the rock mass surrounding the areas with workings occur large changes in density. This phenomenon causes tremors of the rock mass of high energy, which sometimes cause rock bursts into mining excavations, their deformation as well as accidents among mining crews. Shocks in mines can be monitored by gravimetric measurements. The article describes the results of continuous measurements of changes in the gravity field in 2019 at the site in Rybnik (KWK ROW). Measurements were carried out with a system developed by Micro-g LaCoste, consisting of a gPhoneX tide gravimeter and an automated self-levelling platform ODIN. This platform absorbs the movement of the gravimeter’s ground after a shock has occurred, ensuring that the instrument maintains its level during further phases of ground vibrations. The data set on high-energy tremors with a local magnitude M> 3, which occurred during the driving of one of the walls in the 703/1 coal seam by the Coal Mine ROW Ruch Rydułtowy, was also analyzed. On this basis, conclusions were formulated regarding the possibility of using data from gravimetric observations in the research and counteracting geodynamic phenomena in underground mining excavations. The relationship between the energy of tremors determined from seismological data and the amplitude of gravimetric signals was also presented, and on this basis a proposal of a gravimetric scale of mining tremors intensity was presented.

Słowa kluczowe

PL

kopalnie podziemne; wstrząsy sejsmiczne; tąpnięcia; grawitacja; monitorowanie

EN

underground mines; tremors; rock bursts; gravimetric observations

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2022
• Tom: T. 78, nr 1
• Strony: 37--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kotyrba Andrzej

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Bibliografia

• 1. BATTAGLIA M., GOTTSMAN J., CARBONE D., FERNANDEZ J. 2008 - 4D volcano gravimetry. Geophysics 73(6):WA3-WA18. https://doi.org/10.1190/1.297779.
• 2. DARWIN H.G. 2009 - Oceanic tides and Lunar Disturbance of Gravity. Vol.1 Cambridge Library Collection.
• 3. DEHANT V., DEFRAIGNE P., WAHR J.M. 1999 - Tides for a convective Earth. Journal of Geophysical Research vol. 104 no. B1, pp. 1035 – 1058.
• 4. DOODSON A.T. 1921 - The harmonic development of the tide generating potential. Proceeding Royal Society London A 100, pp. 305-329.
• 5. FAJKLEWICZ Z. 1981 - Pierwsze próby prognozowania wstrząsów górniczych metodą mikrograwimetryczną. „Przegląd Górniczy”, nr 10 (517-525).
• 6. FAJKLEWICZ Z. 1983 - Rock-burst forecasting and genetic research in coal-mines by microgravimetry method. Geophysical Prospecting, V.31, No 5 (748-765).
• 7. FAJKLEWICZ Z. 2007 - Grawimetria stosowana. Wyd. AGH. Kraków.
• 8. KOTYRBA A. 2014 - Czasowe zmiany pola siły ciężkości w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym i ich związek z eksploatacją górniczą. „Przegląd Górniczy” nr 5, p.48-57.
• 9. KOTYRBA A., KORTAS Ł. 2020 - Co-seismic signals of mining tremors in continuous recordings of gravity by gPhoneX tidal gravimeters. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 129 (2020). j.ijrmms.104288.
• 10. KOTYRBA A., FROLIK A., KORTAS Ł., SIWEK S. 2020 - Grawimetrycznohydrometryczny system monitoringu wstrząsów górniczych na Górnym Śląsku. „Przegląd Geologiczny”, vol. 68, nr 11, http://dx.doi.org/10.7306/2020.35.
• 11. KWIATEK J. 2002 - Obiekty budowlane na terenach górniczych. Główny Instytut Górnictwa. Katowice.
• 12. KOWALSKI A. 2020 - Deformacje powierzchni na terenach górniczych kopalń węgla kamiennego. Główny Instytut Górnictwa. Katowice.
• 13. LOGIEWA H., MUTKE G., LURKA A. 2018 - Sonda do pomiaru prędkości kątowej drgań rotacyjnych w podziemnych wyrobiskach kopalnianych. Preprint. ResearchGate.
• 14. Micro-g LaCoste 2013a - gPhoneX. Version 4.0.01, PN: 115-550-002E. 01 October 2013.
• 15. Micro-g LaCoste 2013b - gMonitor Gravity Data Acquisition and Processing Software User’s Manual. Version 2.0. PN: 115-550-001B. 01 October 2013.
• 16. Micro-g LaCoste 2016 - Odin Levelling Platform Operation Manual. PN: 115-550-004A. 15 July 2016.
• 17. MUTKE G., DUBIŃSKI J. 2016 - Seismic intensity induced by mining in relations to weak earthquakes. Proc. of the 24th World Mining Congress. Part. Underground Mining. Rio de Janeiro, p.399-407.
• 18. MUTKE G., CHODACKI J., MUSZYŃSKI L., KREMERS S., FRITSCHEN R. 2015 - Mining Seismic Instrumental Intensity Scale MSIIS-15 – verification in coal basins. Conference: AIMS 2015 - Fifth Int. Symp.: Mineral Resources and Mine Development. Aachen University At: Aachen University vol.14, pp.551-560.
• 19. MUTKE G., KOTYRBA A., LURKA A., OLSZEWSKA D., DYKOWSKI P., BORKOWSKI A., ARASZKIEWICZ A., BARAŃSKI A. 2019 - Upper Silesian Geophysical Observation System - a unit of the EPOS project. Journal of Sustainable Mining. Vol.18, issue 4. pp. 198-207.
• 20. MUTKE G 2018 - Zasady stosowania górniczej skali intensywności sejsmicznej GSIS-2017 do prognozy i oceny skutków oddziaływania wstrząsów indukowanych eksploatacją na obiekty budowlane oraz klasyfikacji ich odporności dynamicznej. Główny Instytut Górnictwa. Seria: Instrukcje nr 23. Katowice.
• 21. MUTKE G., LURKA A., ZEMBATY Z. 2020 - Prediction of rotational ground motion for mining-induced seismicity – Case study from Upper Silesian Coal Basin, Poland. Engineering Geology 276:105767.
• 22. NAWA K., SUGIHARA M. 2011 - Continuous gravity observations with gPhones and a CG-3M at Hachijo Island, Japan. Proc. of 116th meeting, the Geodetic Society of Japan, 18.
• 23. NEUMEYER J. 2010 - Superconducting Gravimetry – chapter 10 in Science of Geodesy-I. Advances and Future Directions (red. Geochang Xu), Springer pp. 339-413.
• 24. NIEBAUER T.M., MACQUEEN J., ALIOD D., FRANCIS O. 2011 Monitoring earthquakes with gravity meters. Geodesy and Geodynamics 2(3):71-75.
• 25. OLSON J.J., WARBURTON R.J. 1979 - Continuous gravity observation at the Geysers: a preliminary report. GRC Transactions 3, p.519-522.
• 26. STEC K. 2007 - Aktywność sejsmiczna Górnośląskiego Zagłębia Węglowego - 30 lat ciągłej obserwacji przez Górnośląską Regionalną Sieć Sejsmologiczną. „Przegląd Górniczy” nr 7-8/2007. Katowice, p.14-22.
• 27. SIWEK S. 2021 - Study of the relationship of tidal changes in gravity with the time of mining tremors in the area of the mining longwall in a coal mine – case study in USCB, Poland,” Journal of Sustainable Mining: Vol. 20 : Iss. 4 , Article 2.
• 28. SUGIHARAA M., NAWAA K., NISHIA Y., ISHIDOA T., SOMA N. 2013 - Continuous gravity monitoring for CO2 geo-sequestration. Elsevier Energy Procedia 37, p.4302–4309.
• 29. TIMMEN L., WENZEL H-G. 1995 - Worldwide Synthetic Gravity Tide Parameters. Springer.
• 30. www.gog.gig.eu
• 31. www.wug.gov.pl
• 32. www.emsc-csem.org
• 33. www.grss.gig.eu

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu „Społeczna odpowiedzialność nauki” - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)