Model zmian dynamicznych w strefach uskokowych w czasie eksploatacji gorniczej - monitoring sejsmologiczny (część I)

• Autorzy: Mutke Grzegorz , Marcak Henryk , Ćwiękała Mateusz

Warianty tytułu

EN

Model of dynamic changes in fault zones during mining - part I seismic monitoring

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki monitorowania i analizy sejsmiczności w czasie eksploatacji wybranej ściany węglowej na dużej głębokości w zuskokowanym górotworze, z Iicznymi krawędziami i resztkami wytworzonymi przez starszą eksploatację. W szczególności badano genezę indukowanych zjawisk sejsmicznych uskokowych, o hipocentrach zlokalizowanych pod poziomem eksploatowanego pokładu węgla. Wykorzystano do tego celu model tarcia w strefach uskokowych, znany w literaturze jako ,,rate and state friction". Pozwala on powiązać prędkość deformacji na powierzchniach uskoku, z wielkością emitowanej energii sejsmicznej. Do badania rozwoju sejsmiczności wykorzystano nie tylko lokalizację oraz energię sejsmiczną wstrząsów, ale również inne istotne parametry źródła sejsmicznego jak: moment sejsmiczny, przemieszczenie zastępcze dla modelowego zródła sejsmicznego, indeks energii. Wyznaczono uskoki i lineamenty, wzdłuż których rozwijały się indukowane zjawiska sejsmiczne o charakterze uskokowym. W konsekwencji zaproponowano zastosowanie dodatkowych parametrów do prowadzenia bieżącej oceny i predykcji tego typu sejsmiczności w wyrobiskach górniczych, uwzględniając rozwiązania opisane w Instrukcji GIG nr 22 (lnstrukcja GIG nr 22. 2012).

EN

The article presents the results of monitoring and analysis of seismicity during the exploitation of a selected coal longwall at great depth and in a faulted rock mass, with numerous edges and remnants created by older mining. In particular, the genesis of induced seismic events on faults, with hypocenters located under the level of the exploited coal seam, was investigated. For this purpose, a model of friction in fault zones, known in the literature as "rate and state friction", was used. It allows linking the rate of deformation on the fault surfaces with the amount of seismic energy emitted. To study the development of seismicity, not only the location and seismic energy of tremors were used, but also other important parameters of the seismic source, such as the seismic moment and displacement equivalent to the model seismic source, energy index. Faults and lineaments along which induced seismic phenomena of a fault nature developed were determined. As a consequence, it was proposed to use additional parameters to conduct the current assessment and prediction of this type of seismicity in mining excavations, taking into account the solutions described in the GIG Instruction no. 22 (Instrukcja GIG nr 22. 2012).

Słowa kluczowe

PL

indukowane uskokowe zjawiska sejsmiczne; model tarcia rate and state friction; parametry źródła sejsmicznego

EN

induced fault seismic events; rate and state friction model; seismic source parameters

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 81, nr 1-2
• Strony: 9--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz.,il., tab., wykr.

Twórcy

autor

Mutke Grzegorz

• Główny lnstytut Górnictwa - Państwowy lnstytut Badawczy w Katowicach

autor

Marcak Henryk

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Ćwiękała Mateusz

• Polska Grupa Górnicza S.A. KWK ROW

Bibliografia

• AKI K., RICHARDS P.G. 1980 - Quantitative Seismology - Theory and Methods. vol. 1,2, W.H. Freeman and Co., San Francisco.
• ATKINSON B. K. 1980 - Stress corrosion and the race -dependent tensile failure of the fine-grained quarc rock, Tectonophysics, 65, 281-290.
• BRUNE, J. N., 1970 - Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes. J. Geophys. Research 75, 4997 -5009.
• ĆWIĘKAŁA M. 2022 - Analiza przemieszczeń w strefie epicentralnej zjawisk sejsmicznych indukowanych eksploatacją górniczą. Rozprawa doktorska. Biblioteka GIG-PIB
• DIETRCH J.M. 1972 - Time-dependence of rock friction. J Phys. Res 77. 3690-3697.
• DIETERICH J.M 1979 Modeling of rock friction. Experimental results inku and construction equations J. Geoph, Res. 84. 2161216.
• DIETERICH J.M. 1981 - Constructive properties of faults with simulated gauge Am. Geophys. Monog. 24, 103120.
• DUBIŃSKI J, DWORAK J. 1981 - Recognition of the zones of seismic hazard in Polish coal mines by using a seismic method. PAGEOPH, vol 129, No 3-4.
• LURKA A., LOGIEWA H. 2007 - Sejsmologiczny System Obserwacji SOS jako nowe narzędzie do obserwacji i interpretacji danych sejsmicznych w górnictwie zagrożonym tąpaniami. Prace Naukowe GIG, Górnictwo i Środowisko, 3/2007. s. 283-296.
• LURKA A., MUTKE G., SZREDER Z. 2023 - Monitoring zjawisk sejsmicznych, w: Automatyzacja i monitorowanie procesu produkcyjnego w kopalniach podziemnych — polskie doświadczenia we wdrażaniu paradygmatu PRZEMYSŁU 4.0. Monografia naukowa pod red. A. Dyczko. https://doi.org/10.32056/KOMAG/Monograph2023.4
• MADARIAGA R. 1976 - Dynamics of an expanding of an circular fault. Bull. Seism. Soc. Am. 66, pp 639-666.
• MARCAK H. 2013 - Cycles in mining seismicity. Journal of Seismology vol 17 issue 3, pp 961-974.
• MARCAK H., MUTKE G. 2013 - Seismic activation of tectonic stresses by nym mining. Journal of Seismology. Vol. 17, Issue 4, pp 1139-1148. DOI czy 10.1007/s10950-013-9382-3.
• MARCAK H., APANOWICZ B. , MUTKE G. 2024 - Model zmian dynamicznych w strefach uskokowych w czasie eksploatacji górniczej —część II monitoring deformacji górniczych. „Przegląd Górniczy", w druku.
• MUTKE G. 2007 - Charakterystyka drgań wywołanych wstrząsami górniczymi w odległościach bliskich źródła sejsmicznego w aspekcie oceny zagrożenia tąpnięciem. Prace Naukowe GIG, No. 872. Katowice.
• MUTKE G., DUBIŃSKI J., LURKA A., 2015 - New criteria to assess seismic and rock burst hazard in coal mines. Archive of Mining Sciences, Vol. 60, No.3.,pp. 743-760. DOI : 10.1515/amsc-2015-0049. Electronic version: ftp://mining.archves.pl
• NAKATANI M., SCHOLZ C.M. 2006 - Intrinsic and apparent short-time limit for fault healing: Theory observations and implication for velocity decedent friction. J Geoph. Res. 109.
• RUINA A .L. 1983 - Slip instability and state variable friction law J. Geoph. Res, 88, pp. 10339-10370.
• SHOLZ C.H 1988 - Earthquakes and friction LAW. Nature, vol 391/1.
• SLEEP N. 1995. Ductile creep compaction and rate an state dependent friction within major fault zones. J. Gephs. Res. 100, pp. 13065-13080.
• UDIAS A., MADARIAGA R., BUFORN E. 2014 - Source Mechanisms of Earthquake: Theory and Practice. Cambridge University Press.
• BARAŃSKI A., DUBIŃSKI J., GERLACH Z., MUTKE G., NOWAK J., SYREK B., SZCZERBIŃSKI J. 2007 - Zał 2. Metoda sejsmologii górniczej oceny stanu zagrożenia tąpaniami, w: INSTRUKCJAA GIG nr 20. GIG, Katowice.
• BARAŃSKI A., Dubiński J., Lurka A., Mutke G., Stec K. 2012 - Metoda sejsmologii górniczej oceny stanu zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami, w: Zasady stosowania metody kompleksowej i metod szczegółowych oceny stanu zagrożenia tąpaniami w kopalniach węgla karnienneao. s. INSTRUKCJE nr 22. Wydawnictwo Główny Instytut Górnictwa. Katowice.
• MUTKE G. (red), 2018 - Zasady stosowania Górniczej Skali Intensywności Sejsmicznej GSSIS-2017 do prognozy i oceny skutków oddziaływania wstrząsów indukowanych eksploatacją na obiekty budowlane oraz klasyfikacji ich odporności dynamicznej. s. INSTRUKCJE nr 23. Wydawnictwo Główny Instytut Górnictwa, Katowice.
• Mutke G. i inni, 2018 - Mechanizm wystąpienia i fizyczne parametry źródła ogniska wstrząsu wysokoenergetycznego o energii 9x108J zaistniałego w dniu 11.08.2018r., oraz wyznaczenie zasięgu szkodliwego oddziaływania na infrastrukturę i obiekty budowlane usytuowane na powierzchni terenu w aspekcie odpowiedzialności WĘGLOKOKS KRAJ Sp. z o.o. KWK „Bobrek-Piekary" za szkody spowodowane tym wstrząsem. Ekspertyza wykonana na zlecenie Węglokoks Kraj Sp z o.o.. nr pracy: 58328678-120
• Źródło danych: EPOS PL 2022. Episode: MUSE2 KWK ROW — Rydułtowy. https://episodesplatform.euMepisode:KWK_ROW_Rydultowy, doi :10.25171/InstGeoph_PAS_ISEPOS-2022-004

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025)