Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Metoda wyznaczania mapy rozkładu intensywności sejsmicznej IGSI po wystąpieniu silnego wstrząsu pochodzenia górniczego

Mutke G., Marcak H., Mutke F., Barański A.

Przegląd Górniczy

|

2017

|

T. 73, nr 2

51--58

PL

W artykule przedstawiono nową metodę wyznaczania izolinii maksymalnych poziomych amplitud prędkości drgań gruntu PGVHmax po wystąpieniu silnego wstrząsu pochodzenia górniczego. W procedurze obliczeniowej uwzględniane są nie tylko empiryczne relacje tłumienia wyznaczone dla badanego obszaru oraz amplifikacja, ale również rzeczywiste parametry drgań zarejestrowane podczas wstrząsu przez powierzchniowe stacje sejsmometryczne. Opracowana metoda pozwala na bardziej wiarygodne wyznaczanie map rozkładu stopni intensywności potencjalnych skutków drgań od zaistniałego wstrząsu górniczego (intensywności sejsmicznej), według odpowiednich skal opracowanych dla górnictwa węglowego (GSIGZWKW-2012 oraz MSIIS-15) i dla górnictwa rud miedzi w LGOM (GSI-2004/11). Przedstawiono przykład obliczeniowy dla wstrząsu o energii sejsmicznej E=1E8 J, zaistniałego w kopalni węgla w GZW i stwierdzono bardzo dobrą korelację stopni intensywności sejsmicznej IGSI-2012 wyznaczonych nową metodą, z uszkodzeniami udokumentowanymi w zabudowie powierzchniowej w efekcie oddziaływania przedmiotowego wstrząsu. Mapy intensywności drgań od silnych wstrząsów górniczych, wyznaczone według zaproponowanego algorytmu obliczeniowego, mogą być przydatne dla zakładów górniczych, urzędów miast i gmin oraz sądów powszechnych do ustanawiania stref szkodliwego oddziaływania sejsmicznego na zabudowę powierzchniową.

EN

The article presents a new method for determining the izolines of the maximum amplitude of vibration velocity, PGVHmax after recording a strong seismic event induced by mining. The calculation procedure does not just include only empirical attenuation low determined for the study area and the amplification effects but also the actual ground motion data recorded during the strong mining seismic event by surface seismic stations. The developed method allows for a more reliable determination of maps of the seismic intensity degrees distribution after mining seismic event, according to the respective scales developed for coal mining (GSIGZWKW-2012 and MSIIS-15) and for copper mining in LGOM (GSI-2004 / 11). An example of calculation for the seismic event of energy E=1E8 J using the new method is presented. A very good correlation between degrees of seismic intensity, IGSI and damage documented in the building after the seismic event was obtained. Maps of seismic intensity of strong mining tremors, designated by the proposed calculation algorithm, can be useful for mining companies, offices of cities and municipal offices and courts for establishing of zones of harmful effects on the building development area.

2

Zmiana fazy w falach elektromagnetycznych po przekroczeniu kąta Brewstera

Marcak H., Tomecka-Suchoń S.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2016

|

nr 93

35--48

PL

W pracach rolniczych istotne jest określenie rozkładu wilgotności w glebie. W artykule przedstawiono metodę badania tego rozkładu na podstawie analizy pomiarów georadarowych. Przedstawiono opis właściwości pola elektromagnetycznego na granicy dwóch obszarów o różnych właściwościach elektrycznych w zależności od wielkości kąta padania promienia radarowego. Okazuje się, że zachowanie pola elektromagnetycznego istotnie zależy od stosunku prędkości fali w warstwie nadległej i leżącej pod granicą odbijającą. W szczególności dla stosunku tych prędkości mniejszego od jedynki, to dla kąta zwanego kątem Brewstera zanika energia fali odbitej. W artykule zwrócono uwagę na istotną zależność wielkości współczynnika odbicia i zmiany fazy sygnałów elektromagnetycznych od tego, czy kąt padania przekroczył kat Brewstera i kąt graniczny. Po przekroczeniu kąta Brewstera następuje zmiana fazy w sygnale odbitym o 90 stopni. Znajomość kąta Brewstera pozwala wyznaczyć stosunek prędkości fali elektromagnetycznej po obydwu stronach granicy, na której nastąpiło odbicie. W praktyce badań georadarowych kąt Brewstera powstaje w sytuacji, kiedy warstwa nadległa jest bardziej nasycona wodą. Na przykładzie badań prowadzonych na polach uprawnych pokazano jak na podstawie zaproponowanego sposobu identyfikacji kąta Brewstera można określić zmiany właściwości elektrycznych na profilu pomiarowym. Zmiana fazy pola georadarowego może być wykorzystana do ciągłej kontroli wilgotności gruntu i optymalnego sposobu jego nawadniania.

EN

Information on moisture distribution in the soil is of great importance for agricultural projects. This article presents the GPR geophysical method for the study of water distribution in subsurface parts of rock formation. The analysis of the GPR measurements is used for a description of the electromagnetic field properties at the boundary of two areas of different electric properties, depending on the angle of incidence of radiation. It appears that the behavior of electromagnetic fields substantially depends on the ratio of the velocity waves in layers overlying and underlying the reflective border. In particular, for the ratio smaller than the ones disappears energy of the reflected wave. The article highlights the significant dependence of the reflectance and phase change of the electromagnetic signals on whether the angle of incidence exceeds the Brewster angle and the critical angle. Attention was focused on the Brewster angle and the critical angle for the size of the reflectance and phase change of the electromagnetic signals. In particular, after exceeding the Brewster angle a 90 degree change phase of the reflected signal occurs. Knowledge of this angle allows the ratio of GPR wave velocity in the neighboring soil regions to be determined. We demonstrate, on the example of tests carried out on cultivated areas, how the changes of dielectric properties on the investigated profile can be determined using the identification of the Brewster angle with the procedure proposed above. The phase change georadar field can be used for the continuous monitoring of soil moisture and its optimum method of irrigation.

3

Interpretation of ground penetrating radar attributes in identifying the risk of mining subsidence

Tomecka-Suchoń S., Marcak H.

Archives of Mining Sciences

|

2015

|

Vol. 60, no. 2

645--656

EN

Sinkholes which occur in regions of old mine workings increase the risk to building and transport safety. Geophysical surveys, particularly with the use of ground penetrating radar (GPR), can help to locate underground voids which migrate towards the surface before they transform into sinkholes. The mining region in Upper Silesia, Poland was selected to test the method. The test was carried out on the profile at which sinkhole appeared few months after measurements. It can be assumed that the development of deformations in the ground was preceded by hydraulic and geomechanical processes, which directly caused this event. To identify the cause of the sinkhole formation exactly in this place In which it is located we carried out interpretation of GPR measurements through the calculation of GPR signals attributes such as instantaneous phase, instantaneous amplitude envelope, envelope derivative, envelope second derivative. The difference between two similar recorded data can be interpreted as a result of existence of hydraulic channels. On reflection, it appears that GPR signals attributes can be an important tool not only in the location of a cavity voids, but also can help in understanding the mechanisms of formation of the sinkholes.

PL

Osiadające płytkie zroby po wyeksploatowanym węglu mogą być przyczyną rozwoju procesów zapadliskowych na powierzchni ziemi. Takie zapadliska pojawiają się nagle i stanowią duże zagrożenie dla ludzi, zwierząt i obiektów budowlanych. Do lokalizacji „wędrujących pustek” w kierunku powierzchni ziemi można wykorzystać metody geofizyczne, w szczególności metodę georadarową. Przeprowadzono badania testowe w rejonie Sierszy na Górnym Śląsku, gdzie również powstają zapadliska górnicze. Prowadzono badania na profilu pomiarowym w czasie bezpośrednio poprzedzającym pojawienie się zapadliska. Można przyjąć, że obserwacje georadarowe były prowadzone w czasie, kiedy rozwijał się geomechaniczny i hydrauliczny proces przygotowania deformacji zapadliskowej. W interpretacji materiału pomiarowego zastosowano metodę atrybutów sygnałów georadarowych takich jak faza chwilowa, pierwsza pochodna i druga pochodna sygnału analitycznego. Anomalne wartości atrybutów wskazują na rozwój kanałów hydraulicznych, które były bezpośrednią przyczyną powstania zapadliska. Z pracy wynika, że badanie rozkładu atrybutów analitycznego sygnału georadarowego może pomóc w zrozumieniu procesu tworzenia zapadliska i identyfikować istnienie takiego procesu.

4

Możliwości wykorzystania interferometrii sejsmicznej w górnictwie

Marcak H., Pilecki Z., Isakow Z., Czarny R.

Przegląd Górniczy

|

2014

|

T. 70, nr 7

74--83

PL

Metoda interferometrii sejsmicznej znalazła zastosowanie w zagadnieniach rozpoznawania budowy geologicznej głębokiego podłoża i w sejsmice poszukiwawczej do odwzorowania budowy ośrodka. Istnieje również możliwość wykorzystania tej metody dla potrzeb górniczych. W części wstępnej przedstawiono podstawy matematyczne i fizyczne metody interferometrii sejsmicznej. Następnie omówiono możliwości wykorzystania tej metody w rozwiązywaniu problemów geologiczno-górniczych. Scharakteryzowano rodzaje zjawisk sejsmicznych, występujących na terenach górniczych, możliwych do wykorzystania w interferometrii sejsmicznej. Omówiono przykłady sytuacji geologiczno-górniczych, w których metoda interferometrii sejsmicznej może dostarczyć wartościowej informacji.

XX

Seismic interferometry method has been used to identify the deep geological structure of the ground and seismic exploration for mapping the structure medium. It is also possible to use this method for mining purposes. In the introductory part we present the mathematical foundations and physical methods of seismic interferometry. It then discusses the possibility of using this method in solving geological-mining tasks. Seismic phenomena occurring in mining areas and suitable for application in seismic interferometry have been described. Examples of geological and mining situation in which seismic interferometry method can provide valuable information have been presented.

5

Zaawansowane metody przetwarzania danych georadarowych oraz automatyczne rozpoznawanie anomalii w strukturach geologicznych

Szymczyk P., Marcak H., Tomecka-Suchoń S., Szymczyk M., Gajer M., Gołębiowski T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2014

|

Vol. 55, nr 12

56-61

PL

W artykule przedstawiono zaawansowane metody przetwarzania danych georadarowych zwiększające ich czytelność oraz zaproponowano metodę rozpoznawania anomalii struktur geologicznych (pustki, rozluźnienia), a także opisano komputerowy system wspomagający wykonanie tych operacji.

EN

In the paper we present some advanced methods of geo-radar data processing. We increase readability of these data and we propose a method of recognition of geological anomalies (caves, dislocations). In the paper we also describe a computer system dedicated to these tasks.

6

Mechanizm głębokich wstrząsów sejsmicznych aktywowanych eksploatacją górniczą w obszarze dna niecki bytomskiej

Marcak H., Mutke G.

Przegląd Górniczy

|

2012

|

T. 68, nr 10

7--18

PL

Eksploatacji węgla kamiennego w obszarze niecki bytomskiej towarzyszyło występowanie wstrząsów o relatywnie wysokich energiach sejsmicznych, osiągających nawet 109 J. Wstrząsy te od ponad 35 lat są rejestrowane przez lokalne kopalniane sieci sejsmiczne. Na podstawie obserwacji sejsmologicznych zauważono, że najsilniejsze zjawiska sejsmiczne miały miejsce, gdy fronty ścian eksploatacyjnych dochodziły do osi niecki. Przedmiotem analizy w tym artykule są wstrząsy zaistniałe podczas eksploatacji ściany 3 w pokładzie 503 przy podchodzeniu frontu ściany do osi niecki i zarejestrowane przez nowoczesną sieć sejsmologiczną kopalni „Bobrek-Centrum”, pozwalającą na wiarygodną ocenę głębokości ognisk wstrząsów. Zarejestrowany zbiór danych użyto również do oszacowania powierzchni rozrywu i jego mechanizmu oraz rozkładu naprężeń w obszarze strefy ogniskowej. Dowiedziono, że naprężenia tektoniczne, a w szczególności naprężenia poziome, odgrywają podstawową rolę w rozkładzie silnych zjawisk sejsmicznych w obszarze niecki bytomskiej będących wynikiem mechanizmu uskoku odwróconego. Naprężenia, indukowane przez prace eksploatacyjne są jedynie czynnikiem wyzwalającym deformacje tektoniczne. Najsilniejsze wstrząsy podczas eksploatacji ściany 3/503 w kopalni „Bobrek-Centrum” osiągały energie sejsmiczne rzędu 107÷108 J, a ich ogniska były lokalizowane głęboko (300÷700 m) poniżej poziomu pokładu 503.

EN

Hard coal exploitation in the Bytom Syncline region (Upper Silesia, Poland) has been associated with the appearance of relatively high energetic seismic events, up to 109 J. They have been registered by the local mining seismological network for more than 35 years. It has been noticed that the strongest events are the result of the approaching exploitation longwall line to the syncline axis. Data recorded by the improved network in the ”Bobrek Central” mine, allows the estimate of the depth of the event hypocenter during exploitation of longwall 3 approaching the syncline axis. This data is the subject of analysis in this paper. The recorded data was also used to estimate the location of the ruptured surface and stress distribution in the seismic focus region. It was concluded, that tectonic stresses, particularly horizontal stressed components, are essential in the distribution if seismic tremors resulting from reverse faulting. The stresses induced by mining activity only trigger tectonic deformations. The strongest seismic events during mining the longwall panel 3/503 in Bobrek-Central mine reached a seismic energy at 107÷108 J and their hypocenters were localized much deeper (300÷700m) under level of coal seam No. 503.

7

Seismicity in mines due to roof layer bending

Marcak H.

Archives of Mining Sciences

|

2012

|

Vol. 57, no. 1

229--250

EN

The experience, which has been obtained in Polish mining allow us to conclude that the bending of the roof layer over an exploited seam is one of the most important factors influencing the risk of strong seismic emissions. The seismic consequences of plastic deformations during roof layer bending are discussed in the paper. The linear distribution of seismic shock epicentres and trends in the development of seismic energy and event frequency, are expected before very strong seismic events that greatly increase rock-burst risk. The proposed model of inelastic deformations allow us to correlate the seismic data and results of mining observations, such as convergence of the roof layer and the changes of wells diameter drilled In the roof layer in assessing the risk of rock-bursting.

PL

Doświadczenia uzyskane w polskim górnictwie wskazują na to, że uginanie warstw stropowych nad eksploatowanym pokładem jest jednym z najważniejszych czynników, które zwiększają ryzyko wystąpienia silnej emisji sejsmicznej w kopalniach podziemnych. W artykule przedstawiono rozważania dotyczące związku pomiędzy sejsmicznością a rozwojem deformacji plastycznej w uginającej się warstwie stropowej. Jedną z konsekwencji tej deformacji jest liniowy rozkład epicentrów wstrząsów i istnienie trendów wzrostowych w rozwoju energii sejsmicznej i trendów spadkowych w rozwoju częstości pojawiania się wstrząsów w okresie poprzedzającym bardzo silną relaksację energii sejsmicznej. Taka relaksacja jest bezpośrednio związana z ryzykiem powstania tąpnięcia. Zaproponowany w artykule model deformacji niesprężystej pozwala korelować dane sejsmiczne z wynikami obserwacji górniczych, takich jak konwergencja stropu czy zmiana średnicy otworów wierconych w stropie eksploatowanego pokładu, które zgodnie z dotychczasowym doświadczeniem są związane z ryzykiem powstania tąpnięcia.

8

Geomechaniczna interpretacja struktury danych geofizycznych, w szczególności sejsmologicznych, gromadzonych dla oceny hazardu sejsmicznego

Marcak H.

Przegląd Górniczy

|

2010

|

T. 66, nr 6

1-8

PL

Nie można przewidzieć pojawienia się wstrząsów górniczych w sposób deterministyczny. Statystyczna predykcja tych zjawisk jest oparta na badaniu statystycznej struktury informacji pomiarowych, najczęściej katalogów wstrząsów, w których jest zapisany czas powstania zjawiska sejsmicznego, jego energia i lokalizacja hipocentrum. Jeżeli te wielkości polegając rozkładom statystycznym i rozkłady są stacjonarne, to można przewidzieć pojawienie się wstrząsu z dokładnością zależną od niepewności, jaka jest zawarta w danych pomiarowych. Skuteczność przewidywania zależy od jakości informacji, na jakiej jest ona oparta. W przypadku wstrząsów górniczych do informacji zawartej w danych pomiarowych można dodać informacje związane z geomechanicznymi aspektami rozwoju sejsmiczności w wyrobiskach górniczych. Do tych dodatkowych aspektów należą: liniowy rozkład epicentrów, rozkład hipocentrów w przestrzeni na płaszczyznach sejsmicznych, zależność maksymalnej energii sejsmicznej od wielkości powierzchni sejsmicznej, otwieranie lub zaciskanie asperitów i wypustów na powierzchni sejsmicznej w kolejnych etapach procesu przygotowania do relaksacji sejsmicznej. Są to istotne dodatkowe informacje przy ocenie ryzyka sejsmicznego.

EN

The deterministic mining shocks predictions are impossible. The statistical prediction of the seismic events is based on analysis of statistical properties of geophysical data, particularly the catalogs of seismic events, in which the energy of shock, time of their appearance, and hypocenters coordinates are collected. If these parameters are described with stationary statistical distributions the seismic events can be predicted with efficiency depending on the data uncertainty. The efficiency of prediction depends on the information used for prediction and it can be strengthen with geomechanical information related to mining seismicity development. The following aspects are considered in the paper: linear distribution of seismic epicenters, location of hypocenters on the seismic surface, dependence of maximum energy of event from the measure of seismic surface, opening and closing asperities on the seismic surface in following stages of seismic energy relaxation. This additional information is useful in assessment of seismic risk.

9

Properties of georadar signals used for an estimation of the mineralization of the soil waters

Marcak H., Tomecka-Suchoń S.

Archives of Mining Sciences

|

2010

|

Vol. 55, no 3

469-486

EN

Mining operation produces a significant environmental risk. It relates mainly to two factors: - Subsidence of upper layers over the exploited seam. Such subsidence may disturb the hydro-geological system in the soil and result in formation of fens and change the natural ecosystem. - Storing of mineral wastes, including salty waters, on the surface. The mineral waste deposit is a source of contamination of ground waters by various salts and other chemicals damaging the normal ecosystem. In this paper the second problem is considered, particularly the use of the georadar method for assessment contamination distributions in vicinity of mining waste deposits. Georadar measurements carried out for assessment the changes in mineralization of waters polluted by mining wastes require introduction of new techniques of data interpretation. The paper demonstrates such a technique on an example of interpretation of results of investigation in the area of mining waste deposit Buków. The classical interpretation of measurement data did not yield good results owing to two reasons. The area was built of clays and silts that significantly attenuated radar waves. In addition, the structure of aqueous layers caused generation of interference waves that rendered impossible of using the amplitude to determine the parameters describing mineralization of aqueous layers. In such a situation we decided to employ the properties of georadar waves on the reflecting border. The reflected waves under the conditions present in the investigated area must have changed the phase, while no phase change takes place in the refraction waves. After finding the critical angle at which the refractory wave is generated, the wave velocity in the water-containing zone can be calculated, and comparing the differences in wave velocities along the profile the change in mineralization of ground waters could be assessed.

PL

Eksploatacja górnicza powoduje zwiększenie ryzyka destrukcji środowiska naturalnego. Zasadniczo jest to wynikiem rozwoju dwóch procesów wywołanych eksploatacją: - Osiadania nadkładu nad wyeksploatowanym pokładem. Takie osiadanie może zaburzyć system hydrogeologiczny w gruncie i spowodować tworzenie zalewisk, przez co spowodować niszczenie ekosystemu. - Składowanie odpadów mineralnych, również słonej wody, na powierzchni ziemi. Te składowiska są źródłem zanieczyszczenia wód powierzchniowych przez sole i inne składniki chemiczne niszczące środowisko naturalne W tej pracy zajmiemy się drugim z tych problemów a w szczególności możliwością wykorzystania geofizycznej metody georadarowej do oceny rozkładu zanieczyszczeń wywołanych składowiskiem odpadów górniczych. Pomiary georadarowe prowadzone dla oceny takiego zanieczyszczenia wymagają wprowadzenia nowej techniki interpretacyjnej. W artykule została ona zademonstrowania na przykładzie interpretacji wyników uzyskanych w wyniku badania otoczenia składowiska odpadków górniczych "Buków". Klasyczne metody interpretacyjne nie zdały tam egzaminu z dwóch powodów. Grunt jest w otoczeniu składowiska utworzony z glin i mułów, które intensywnie tłumią fale radarowe. Dodatkowo struktura warstwy wodonośnej spowodowała powstanie fal interferencyjnych, przez co okazało się niemożliwe użycie amplitudy fal georadarowych do oceny mineralizacji wody. W tej sytuacji zdecydowano wykorzystać pewne własności sygnałów georadarowych powstałych podczas odbicia od powierzchni strefy saturacji. Fale odbite od spągu tej strefy powinny mieć fazę przesuniętą o […] w stosunku do fali padającej, podczas gdy fala refrakcyjna takiego przesunięcia nie powinna wykazywać. Badając zmianę fazy w sygnałach georadarowych możemy znaleźć kąt krytyczny i obliczyć z niego prędkość fali georadarowej w warstwie zawodnionej. Ponieważ prędkość fali georadarowej w ośrodku porowatym zależy od przewodności elektrycznej wody złożowej, więc możemy na podstawie tak przeprowadzonego rozumowania ocenić rozkład mineralizacji wody gruntowej z pomiarów georadarowych. Pomiary hydrogeologiczne prowadzone na składowisku "Buków" potwierdziły trend zmian mineralizacji wyznaczonych z pomiarów georadarowych.

10

Inverse problems in modelling mining shocks

Marcak H.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2009

|

T. 25, z. 3

217-225

EN

The polish mining industry confronts a number of obstacles. One of these is the necessity to reach deep layers in both coal and underground copper mines. One of the consequences of this deep mining activity is the need to cope with the high risk of rock bursts. Associated risks to the health and life of miners must be considered. Geophysical methods are used to identify deformation processes in rock masses prior to seismic events. Due to the complexity of the problem of analyzing the movements of rock masses that produce seismic shocks it is often concluded that predicting mining shocks is impossible. An analogy of the problem can be constructed by considering the movement of two masses, linked to a moving frame and each other by springs, on a surface with friction. The masses are analogous to rock masses and the surface to a discontinuity along which they are moving producing seismic shocks. Analysing this model leads to the conclusion that predicting mining shocks is impossible. However, by examining the conditions under which shocks occur, it turns out that geophysical measurements can be used to identify the inelastic deformation processes in rock masses that precede strong mining shocks. It can be shown that the deformations occurring before strong mining shocks have several stages, including splitting in the roof an exploited seam (the roof layer), the occurrence and development of sliding planes in the seismic zone (zone of seismic migration), the tightening of micro-fractures and cracks in the volume of the future seismic source and, the final stage, a seismic release of energy. The development of seismic inelastic deformations cause changes in the physical properties of rock-masses as well as changes in seismic emissions. Both of these can be recorded using geophysical measurement systems. The correct interpretation of geophysical measurements recorded in underground mines can lead to better identification of the stages of inelastic deformation that precede seismic shocks.

PL

Współczesny przemysł górniczy w Polsce jest ograniczony wieloma przeszkodami. Jedną z nich jest konieczność eksploatacji urobku z dużych głębokości, zarówno w kopalnictwie węglowym jak i rudnym. Konsekwencją tej sytuacji jest między innymi konieczność podejmowania eksploatacji w warunkach zagrożenia tąpaniami. Tąpnięcia niosą ze sobą duże ryzyko utraty zdrowia, a nawet życia górników. Powodują jednocześnie istotne perturbacje w procesie wydobywczym i są związane z dużymi stratami ekonomicznymi. Istniejące metody geofizyczne pozwalają śledzić proces deformacji poprzedzającej tąpnięcie, a w konsekwencji oceniać ryzyko jego powstania. Nie jest to jednak zadanie proste. Analogia pomiędzy ruchem dwóch mas powiązanych z ramą poruszającą się za pomocą sprężyn oraz przesuwaniem mas na dwóch powierzchniach nieciągłości prowadzi do wniosku, że przewidywanie wstrząsów w konkretnej sytuacji górniczej jest niemożliwe. Jeżeli jednak zadamy pytanie, jakie warunki musiały być spełnione aby wstrząs powstał (zadanie odwrotne), to okazuje się, że pomiary geofizyczne mogą spełniać istotną rolę w identyfikacji procesów deformacji niesprężystej w górotworze, które muszą poprzedzać powstanie silnego wstrząsu górniczego. Można wykazać, że silny wstrząs górniczy musi być poprzedzony kilkoma etapami deformacji takimi jak: odspojenie warstwy stropowej, wytworzenie płaszczyzny nieciągłości, rozwój tej strefy i związana z nim migracja sejsmiczna, zaciskanie szczelin w przyszłym obszarze źródłowym wreszcie sejsmiczna relaksacja. Rozwojowi kolejnych etapów deformacji towarzyszą zmiany właściwości fizycznych i zmiany emisji fal sprężystych, które można rejestrować metodami geofizycznymi. Strategia interpretacji wyników pomiarów geofizycznych, której celem jest identyfikacja poszczególnych etapów deformacji poprzedzającej wstrząs sejsmiczny pozwoli lepiej wykorzystać wyniki pomiarów sejsmicznych w kopalniach.

11

Badania georadarowe dla oceny mineralizacji wody gruntowej

Marcak H., Tomecka-Suchoń S.

Geologia / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2009

|

T. 35, z. 2/1

445-454

EN

Analysis of the physical properties of rock formation and electromagnetic waves propagation in rocks leads to conclusion, that three parameters estimated from GPR data, the reflection coefficient, wave attenuation and velocity can be used for assessment of the soil water mineralization. The field test measurements were carried out in the area, where the mineralization has been recognized with hydrogeological methods. The correlation has been found between sums of registered GPR signals from chosen depth interval and the mineralization of ground water.

12

Parameters of a ground motion model induced by mining exploitation

Marcak H.

Archives of Mining Sciences

|

2008

|

Vol. 53, no 3

335-348

EN

In Poland, there are copper mines in Lower Silesia and coalmines in Upper Silesia where seismic tremors appear. They produce strong ground motion and cause building damage mostly weak, sometimes serious. The damage appears at an epicenter zone and the motion intensity diminishes rapidly with distance. It is difficult to assess the space distribution of seismic signals structure recorded at ground level. The wide band of wave frequency transmitted through rock masses, the influence of focal mechanism and amplification of seismic vibrations due to geological structures causes uncertainty in seismic signals interpretation. The tops of seismic wave amplitudes, commonly used to describe the potential of seismic wave destruction have a particularly high level of uncertainty. It can be shown that the seismic acceleration tops depends on the rupture direction. Also the time of dynamic loading should be considered when estimating the predicted influence of seismic vibrations on buildings. In this paper it is proposed to estimate the parameters of model describing the envelopment of particie ground motion acceleration, due to mining tremors, with the formula u = G . exp(kt). The estimation ofparameters G and k from a smoothed power spectrum gives an ability to estimate the maximum value of signal envelopment and its length. Ground motion recorded in the coal mine is analyzed and building damage risk is assessed on the basis of some combination of the G and k parameters.

PL

Wstrząsy górnicze w Polsce są związane z eksploatacją podziemną zarówno w kopalniach miedzi na Dolnym Śląsku jak i w kopalniach węgla na Górnym Śląsku. Wstrząsy górnicze są źródłem silnych drgań, które na ogół powodują niewielkie uszkodzenia budynków, chociaż zdarzają się również uszkodzenia poważne. Ryzyko uszkodzenia zanika szybko ze wzrostem odległości epicentralnej. Istnieją trudności w ocenie rozkładu przestrzennego struktury sygnałów sejsmometrycznych na powierzchni terenu górniczego. Powodami tych trudności są; szerokie pasmo częstotliwościowe w którym sygnały sejsmometryczne są transmitowane, wpływ budowy źródła wstrząsu na wielkość przyspieszenia drgań cząstek gruntu oraz amplifikacja drgań związana z budową geologiczną w miejscu rejestracji drgań. Z tych powodów wyniki pomiarów sejsmometrycznych charakteryzuje się dużym poziomem niepewności. W artykule pokazano, że wartości maksymalne przyspieszeń drgań cząstek gruntu zależą od kierunku pęknięcia, który jest źródłem wstrząsu. Również czas trwania sygnału wpływa na zwiększenie ryzyka destrukcyjnego działania drgań sejsmologicznych. W artykule zaproponowano estymację parametrów modelu opisującego obwiednię sygnału sejsmometrycznego reprezentującego przyspieszenie drgań cząstek gruntu, w postaci zależności u = G . exp( -kI). Estymacja parametrów G i k z wygładzonego widma mocy, pozwala wyznaczyć wartość maksymalną wartość obwiedni i długość sygnału. Na przykładzie pomiarów prowadzonych w kopalniach węgla pokazano jak w oparciu o estymowane wartości G i k można ocenić ryzyko uszkodzenia budynków.

13

Changes of GPR spectra due to the presence of hydrocarbon contamination in the ground

Marcak H., Gołębiowski T.

Acta Geophysica

|

2008

|

Vol. 56, no. 2

485-504

EN

The location of hydrocarbon contamination in the ground using the GPR method is based mainly on information taken from reflected signals. In the cases investigated in Polish contaminated sites, such signals were very seldom recorded. A long time after spillage, contamination takes the form of plumes with different size and distribution, which depends on geological and hydraulic properties of the ground. In this paper, it is shown that the set of hydrocarbon plumes should be de-scribed with a stochastic model, and such plumes may generate the scattered waves which cause changes in the power spectra. It has been observed that the power spectra of GPR signals over contaminated areas are quite different from such spectra over clear ones. These differences were discussed in this paper on the basis of theoretical analysis, numerical modelling and the results of GPR terrain surveys.

14

Analiza przestrzenno-czasowa danych georadarowych dla oceny ryzyka wystąpienia pustek poeksploatacyjnych

Marcak H., Tomecka-Suchoń S., Gołębiowski T.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2007

|

nr 6

52-53

PL

Artykuł jest wynikiem prac badawczych prowadzonych metodą georadarową w Zakładzie Geofizyki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Celem badań była lokalizacja stref rozluźnień w górotworze spowodowanych działalnością górniczą na obszarze dawnej KWK "Siersza". W artykule przedstawiono model geomechaniczny rozwoju stref spękań w górotworze, który uzasadnia zmiany parametrów dielektrycznych ośrodka geologicznego, co w konsekwencji pozwala na zastosowanie metody georadarowej do lokalizacji takich stref. W artykule zaprezentowano wyniki pomiarów georadarowych wykonanych w celu przeprowadzenia czterowymiarowej (4D) interpretacji rozkładu obszarów anomalnych w badanym ośrodku. Wyniki interpretacji danych georadarowych zostały potwierdzone wierceniem i powstaniem zapadliska.

EN

The paper is related to the results of research carried out in Department of Geophysics AGH. The aim of research was localization of sink-holes and a weak zones in region of former mine Siersza. Geotechnical models of fracture zones development, the places where sink-holes are formed in rock-mass in result of mining activity is presented in the paper. The zones are correlated with area of intensive changes of rock permittivity. It allows using a georadar method for location the fracture zones. Result of georadar measurements in region where sink-holes appears is shown in 4-D system (space and time). Interpretation of this data gave results allowing to choose the sing-hole risk region and indicates development of it ending appearance of sink-hole.

15

Zastosowanie metod georadarowych do lokalizacji pustek

Marcak H., Tomecka-Suchoń S.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2006

|

nr 12

10-14

PL

Jednym ze skutków płytkiej eksploatacji górniczej jest powstawanie pustek, czyli zmian własności mechanicznych niektórych obszarów górotworu w wyniku niejednorodnego osiadania. Własności sprężyste zmieniają się w wyniku osiadania na tyle, że następuje zmiana właściwości budowlanych gruntu mogąca prowadzić do katastrofy. Badania geofizyczne służą do lokalizacji miejsca, w którym wędrujące pustki mogą spowodować pojawienie się nieciągłej deformacji. W szczególności obszary, w których następuje zmiana własności mechanicznych (np. strefy spękań) są intensywnie nawadniane, co powoduje, że metoda georadarowa jest szczególnie użyteczna dla takiej lokalizacji. W pracy przedstawiono przykład pomiarów georadarowych nad pustką w rejonie Sierszy. Trójwymiarowa interpretacja wyników pomiarów georadarowych pozwoliła zlokalizować liniową strefę nieciągłości wzdłuż której rozwijają się deformacje nieciągłe.

EN

One of effects of shallow mining operations is creation of caverns, i.e. transformation of mechanical properties of some rock-mass parts results in heterogeneous subsidence, followed by transformation of ground elasticity properties to such an extent that building properties of the ground can be altered, up to a building disaster in extreme. Geophysical examinations are used to locate places where ..travelling" caverns can generate discontinuous deformation. In particular, areas where transformation of mechanical properties occurs (e.g. a zone of fracture) are intensively watered, hence application of the georadar method is highly useful. The paper describes an example of georadar tests above a cavern, carried out in the Siersza Colliery region. Three-dimensional interpretation of georadar measurement results has enabled to locate a linear zone of discontinuity, where discontinuous deformation develops alongside.

16

Możliwości wykorzystania satelitarnej interferometrii radarowej InSAR w monitorowaniu zagrożeń górniczych

Popiołek E., Marcak H., Krawczyk A.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2006

|

nr 6

16-18

PL

W pracy przedstawiono możliwości wykorzystania satelitarnego radarowego skanowania terenu metodą InSAR do ciągłego monitorowania zmian terenu wywołanych podziemną eksploatacją górniczą złóż. Wykazano, że możliwe jest m. in. Wyznaczanie okresowych obniżeń terenu, rejonów aktualnego zagrożenia budowli, a także weryfikowanie prognoz deformacji powierzchni terenu. Podkreślono możliwość monitoringu obniżeń powierzchni terenu bez konieczności zakładania sieci geodezyjnej. Wykazano istnienie korelacji pomiędzy położeniem epicentrum wstrząsów górniczych, a zmianami w strukturze obniżeń terenu.

EN

This paper presents the possibilities to monitor subsidence trough caused by underground exploitation of the seam deposit with the application of a satellite method InSAR. This method allow us to making determination of periodical increases in the area of subsidence and making comparisons between measured values and evaluated before exploitation. It was proved that the InSAR method allows the assessment of current threat to the mining area and objects by defining the areas of intensive subsidence as well as the estimation of maximal values of deformation indexes. Emphases possibilities using InSAR method instead of traditional survey measurements. The correlation between tremor localization and changes in the deformation structure was shown.

17

Model sygnałów sejsmometrycznych zarejestrowanych na terenach górniczych

Marcak H.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2005

|

nr 6

33-35

PL

Widmo mocy, które jest estymacją periodycznych własności zapisów sejsmometrycznych zawiera również informację o strukturze sejsmicznych sygnałów pomiarowych. W pracy zaproponowano model sygnału, który może być opisany dwoma parametrami. Pokazano, że można estymować te parametry ze współczynników wielomianu stopnia drugiego aproksymującego niskoczęstotliwościową część widma mocy, obliczonego z wyników pomiarów przyspieszenia drgań cząstek gruntu. Interpretacja wyników rejestracji przyspieszenia, wywołanego wstrząsem górniczym powstałym w Lubińskim Zagłębiu Miedziowym, pozwoliła pokazać znaczenie tak estymowanych parametrów w ocenie ryzyka powstania uszkodzeń w budowlach na skutek drgań wywołanych wstrząsami górniczymi.

EN

Power spectrum, which is an estimation of periodic properties of seismic signals, includes also information related to structure of seismic records. The model of signal shownin the paper, can be described with two parameters, estimated from first two coefficients of second order polynomial, approximating low-frequency part of power spectrum, calculated from recorded acceleration of ground particles vibrations. Interpretations of recorded acceleration of ground particles vibrations in Lubin Copper Basin, allowed to show efficiency of estimated parameters, in assessment of the risk of destructions appearance in buildings in result of seismic vibrations, caused by mining shocks.

18

Analiza możliwości wykorzystania georadarowych fal refrakcyjnych do lokalizacji zmian w budowie wałów przeciwpowodziowych

Marcak H., Gołębiowski T., Tomecka-Suchoń S.

Geologia / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2005

|

T. 31, z. 3/4

259-274

PL

Refrakcyjne fale georadarowe mogą być wykorzystywane do wyznaczenia parametrów charakteryzujących dwuwarstwowy ośrodek geologiczny, w którym warstwa górna ma większą wartość stałej dielektrycznej niż warstwa dolna. Taka sytuacja może mieć miejsce w wałach przeciwpowodziowych, w których nad strefą zagęszczoną, a więc o mniejszym nasyceniu wodą, zalega warstwa silnie rozluźniona, charakteryzująca się dużym nasyceniem wodami opadowymi. W pracy przedstawiono wyniki badań georadarowych przeprowadzonych na wałach przeciwpowodziowych w Krakowie i pokazano, że istnieją możliwości wyznaczenia stref skonsolidowanych i rozluźnionych w obwałowaniach na odcinkach pomiędzy geotechnicznymi otworami badawczymi. W artykule zaprezentowano nowatorską technikę profilowania georadarowego przy zmiennym rozstawie anten oraz opisano sposób identyfikacji różnego typu fal georadarowych, ze szczególnym uwzględnieniem fal refrakcyjnych

EN

The GPR refracted waves can be used for evaluation of parameters, which characterize two-layer ground, where upper layer has higher value of dielectric constant than lower one. Such situation can take a place in a river embankments, where over the zone of consolidation with low water content is placed a lose zone with large amount of rain-water. The results of GPR measurements carried out on the embankments in Kraków, give possibility for identification the consolidated and lose zones, between geotechnical bench-marks. The paper presents new technology of GPR profiling with various offset of antennas and it describes the technique of identification the different kinds of GPR waves, with special treatment of refracted waves

19

Charakterystyka częstotliwościowo-czasowa drgań sejsmicznych wywołanych wstrząsami górniczymi

Marcak H., Kłosiński J.

Archives of Mining Sciences

|

2004

|

Vol. 49, nr 2

193-204

PL

Wstrząsy sejsmiczne wywołane pracami górniczymi mogą być źródłem uszkodzeń budynków w rejonach górniczych. Prowadzi się ciągłą rejestrację drgań sejsmicznych wywołanych wstrząsami górniczymi. W artykule pokazano, że istotnym parametrem, który wpływa na wielkość wzmocnienia drgań przez konstrukcje budowlane, jest długość trwania wzmocnionej części widma sygnałowego, którą można wyznaczyć z transformacji Stockwella sygnałów sejsmicznych. Taka zależność dotyczy zarówno rejestracji sejsmicznych pochodzących od trzęsień Ziemi jak również od wstrząsów górniczych.

EN

Generally, Poland is aseismic country. Damages of buildings in our country are caused mainly by mining tremors related with sudden upsetting of equilibrium in exploitation area. Seismic oscillations sometimes have energy from […] Joules. Influence of these tremors on building objects is described in nurnerous scientific publications (Dubiriski, Mutke 1998; Maciqg 2000; Lasocki et al. 2000; Cianciara et al. 2000; Dubinski. Mutke 2001; Mutke et al. 2002). There is a similarity between reacting of buildings on seismic forcing caused by earthquake and mining tremors but there are differences resulting from different structures of seismic signals of these two sources. Frequency band, in which the oscillations caused by these different sources propagate, is shifted (seismic oscillations from mining tremors propagate in higher band), seismic signals from these tremors are shorter and less energetic. There are difficulties in assesment of seismic oscillations effects in the mining areas. Especially, it concerns Copper Basin where appear very strong tremors under the urbanized area. There is continuous recording of seismic oscillations in this area. Measure points are 3-component (vertical Z-component, horizontal X- and Y-component) stations installed on the building in Polkowice. Between other places they are located on: [...] floor, in the pillar and in the ground near the building on Hubal Str. These records were used in presented calculations. These records were from 2002, February 19 at 9:33 pm. in the distance 1236 m from tremor focus with seismic energy 1,6 x […] Joules. We will show that assesment of seismic oscillation effects on the base of maximum value can be inappropriate. To investigating the changes of seismic signal spectrum can be used the method proposed by Stockwell (1996). Calculations of local spectrum is conducted in Gaussian window, which width depends from parameter [tau]. This spectrum is assigned to time instant, in the middle of time window. By shifting this time window two-dimensional image of frequency-time structure can be obtained. On the figures 3a, 3b, 3c are showed records in the ground, on pillar and […] floor, respectively on the building on Hubal Str. in Polkowice. These records concern X, Y, Z components. Looking on these distributions, it can noticed that the value of maximum acceleration in the ground and pillar is not connected with value of acceleration on the 12th floor. Ratio between acceleration of Y-component on the […] floor to the pillar is almost equal to 1,7 but for Y-component this ratio exceeds 3. For Z-component this ratio is equal 0,7. Maximum acceleration in pillar is twice lesser than in the ground for Y-component and 3,5 times bigger for Z-component and almost as big as for Y-component. This diversification of maximum accelerations in the ground indicates that quantity can't be the basis to assesment of deformation degree of building under the influence of seismic oscillations. Principal element which differs these results from records in the ground is occuring relatively strong anomaly in Stockwell transform of X-component in the frequency range below 5 Hz. This strong effect goes on relatively long in records from pillar and on the […] floor (from 9 to 12 seconds). The strongest effects in the Y-component transform in the ground occur at frequency 8 Hz (they are longer on records from pillar). Maximum intensity of Stockwell transform anomaly for Z-component is twice bigger than X-component for the ground and […] floor about 30 times) and occurs in the 20-25 Hz frequency range. For X- and Y-components intensity of high-frequency oscillations recorded on the ground is approximately equal to pillar. But for low frequencies of records from pillar are stronger in compa-rision with those from the ground (maximum intensity for Y-component in the pillar in the range of a few Hz arises several times in comparision with the ground). In the case of Z-component we observe amplification in high-frequency range what can be result of elimination of attenuation in the nearsurface ground layer. It must be given attention to the fact that intensive elements of Stockwell transform for Z-component in the pillar are rather short. It appeared that only oscillations length in the low frequency range has the influence on the oscillations magnitude on the 12th floor. X-component, which was the weakest in the pillar, was strongly amplified creating in the records on […] floor the structure, which can be dangerous for construction. Whereas the strongest oscillations in the Z direction are scaterred by building. This example seems to confirm the conviction that Stockwell transform of seismic records allows much fully to estimate the influence of oscillations on the buildings. Showed example points that effects caused by both earthquakes and mining tremors depends considerably on the length of low-frequency seismic signals characteristics and this parameter should be taken into account in the assesment of the risk of desctructing the buildings under the influence of seismic waves.

20

Modele zmian przepuszczalności hydraulicznej w skałach w oparciu o laboratoryjne metody geoelektryczne

Marcak H., Tomecka-Suchoń S.

Technika Poszukiwań Geologicznych

|

2001

|

R. 40, nr 3

23-29

PL

Próbki węglowe poddawano testom. Przy pomocy specjalnego systemu hydraulicznego zmieniano ciśnienie w porach i szczelinach wewnątrz próbki. Badano zmiany względnej oporności elektrycznej próbek, która była rezultatem zmian ciśnienia porowego. Przyjmuje się, że zmiany względnej oporności próbek są rezultatem zamykania szczelin i kanałów hydraulicznych wewnątrz próbki lub ich otwierania i tworzenia połączeń w wyniku rozwoju odkształceń niesprężystych. Można więc uznać, że oporność elektryczna jest wskaźnikiem pozwalającym rozpoznać sposób deformacji próbki węglowej. Wyniki uzyskane w rezultacie przeprowadzenia testu pokazały, że zmiany oporności elektrycznej w funkcji ciśnienia porowego mogą mieć charakter okresowy lub trwały. Rozwój deformacji skały pod wpływem zmian ciśnienia porowego mogą być modelowane przez system elementów sprężystych. Energia takiego systemu składa się z elementów zewnętrznych i wewnętrznych. W zależności od struktury tych elementów sprężystych możemy się spodziewać zarówno periodycznych jak i trwałych zmian w rozwoju trendu energetycznego systemu, jak to wynika z rozważań energetycznych opartych o własności funkcji Hamiltona.

EN

Coal samples were tested. A special hydraulic system was constructed for getting changes in pores and cracks pressures inside samples. The relative chan ges of electrical resistivity were measured which are results of the changes of pore pressures. Assuming that the changes of relative electrical resistivity shows closing of cracks and hydraulic channels inside sample or their open ing and joining in result of inelastic deformation, it can be accepted that the electrical resistivity of rock sample indicate the way of sample deformations. The measurements results obtained in test allow to divide them on such in which changes of electrical resistivity are periodic and those which are permanent. The development of rock deformations due to changes of pore pressure can be modelled by the system of elastic elements. The system energy can be described with external and internal elements. In dependence of structure of the elastic elements both periodic and permanent changes in energy trends can be expected. It is conclusion from the property of Hamiltonian function.