Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Geomechanical and tectonophysical conditions of mining-induced seismicity in the Upper Silesian Coal Basin in Poland: a case study

Dubiński Józef, Stec Krystyna, Bukowska Mirosława

Archives of Mining Sciences

|

2019

|

Vol. 64, no. 1

163--180

EN

In the Carboniferous rock mass of the Upper Silesian Coal Basin, large changes in the geomecha-nical conditions often occur over relatively short distances. These conditions relate to rock properties that are primarily responsible for the occurrence of geodynamic phenomena in the rock mass. The main factor influencing the manifestation of these phenomena is tectonic stress developed during Variscan and subsequent Alpine orogenesis. This stress contributed to creating tectonic structures in the Carboniferous formations and influenced the properties of the rocks themselves and the rock mass they form. As a result of the action of the stresses, compaction zones (main stresses were compressive) were formed, along with zones in which one of the main stresses was tensile. For the compaction zones in the Carboniferous rocks, the following geomechanical parameters have been calculated: uniaxial compressive strength, Young’s modulus and post-critical modulus. The local stress field was determined according to the focal mechanism in selected areas (Main and Bytom troughs) to characterize changes in geomechanical properties of the rocks that are responsible for high-energy tremors (E≥ 106 J, ML≥ 2.2).

PL

W Górnośląskim Zagłębiu Węglowym w górotworze karbońskim występuje często duża zmien-ność warunków geomechanicznych na względnie niewielkich odległościach. Warunki te odniesione do właściwości skał są w pierwszej kolejności odpowiedzialne za występowanie zjawisk geodynamicz-nych w górotworze. Głównym czynnikiem wpływającym na te właściwości są naprężenia tektoniczne rozwinięte podczas orogenezy warescyjskiej i alpejskiej. Naprężenia te uczestniczyły w tworzeniu struktur tektonicznych w górotworze karbońskim i oddziaływały na właściwości skał i całego górotworu. W wyniku takiego działania powstały strefy kompakcji (gdzie główne naprężenia były ściskające) oraz strefy, w których jedno z naprężeń głównych było rozciągającym. Dla stref kompakcji zostały określone takie parametry geomechaniczne jak: wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie, moduł Younga i modułpokrytyczny. Lokalne pole naprężeń wyrażone kierunkami naprężeń głównych wyznaczano na podstawie parametrów mechanizmu ognisk wstrząsów w rejonie niecki głównej i niecki bytomskiej i porównano z wyznaczonymi parametrami geomechanicznymi skał. Przeprowadzone analizy pozwalają na wnioskowanie, że mechanizm ognisk wysokoenergetycznych wstrząsów (E≥ 106 J, ML≥ 2.2) w przybliżeniu odzwierciedla występujący w górotworze układ naprężeń, który miał wpływ na zróżnicowanie wartości parametrów geomechanicznych skał.

2

Określenie przyczyny wysokoenergetycznych wstrząsów górotworu na podstawie parametrów mechanizmu ognisk

Stec K.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2017

|

nr 101

19--32

PL

Celem badań było określenie przyczyny występowania wysokoenergetycznych wstrząsów (energia E ≥ 1,0E+05 J) w rejonie ściany A położonej pokładzie 405/2 w znajdującej się w zachodniej części siodła głównego w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. W badaniach wykorzystano metodę inwersji tensora momentu sejsmicznego dającą w wyniku parametry mechanizmu ognisk (procentowy udział składowych: izotropowej, jednoosiowego ściskania lub rozciągania, składowej ścinającej; azymut i upad płaszczyzn nodalnych; kierunki osi naprężeń tensyjnych i kompresyjnych). Parametry te są wielkościami, które opisują procesy zachodzące w ogniskach wstrząsów i posiadają wyraźny związek z warunkami naprężeniowymi w danym rejonie. Na podstawie otrzymanych parametrów wyznaczono kierunki naprężeń głównych s1, s2, s3 oraz pozostałe parametry takie jak: parametr R = (s2 – s3)/s1 – s3); naprężenie normalne s i ścinania t przy założeniu, że s1 = 1 a s3 = 0; kierunek osi ściskania – rozciągana, kierunek naprężenia horyzontalnego. Przeprowadzone badania wykazały, że przyczyną występowania wysokoenergetycznych wstrząsów podczas eksploatacji ściany A w pokładzie 405/2 była dynamiczna destrukcja warstw stropowych, które uzyskały możliwość przemieszczenia się w kierunku przestrzeni powstałej po wyeksploatowaniu pokładu. Dodatkowym czynnikiem znacznie potęgującym ten proces był udział istniejących w górotworze naprężeń, które pochodziły od występujących w tym rejonie krawędzi i lokalnych uskoków. Wyniki badań stanowiły dodatkową informację dla określenia stanu zagrożenia tąpaniami w tym rejonie. Mianowicie, ze względu na niebezpieczne warunki (parametry naprężeniowe odpowiadające górotworowi o dużej wytrzymałości na ścinanie, w którym wstrząsy cechują się silniejszym oddziaływaniem dynamicznym) wykonane zostały w tym rejonie dodatkowe działania profilaktyczne – strzelania wstrząsowe.

EN

The aim of the research was to determine the cause of high-energy rock mass tremors (energy E ≥ 1,0E+05 J) in the area of longwall A located in seam 505/2, in the western part of the main saddle in the Upper Silesian Coal Basin. The research employed the method of seismic moment tensor inversion which provides parameters of focal mechanism (percentage share of its components: isotropic, uniaxial compression or tension, shear component; trend and dip of nodal planes, directions of tension axes and compression stress). The parameters describe processes occurring in focuses of tremors and they are clearly linked with stress conditions in a given area. Based on the obtained parameters, the directions of principal stresses σ1, σ2, σ3 were determined, as well as other parameters such as: parameter R = (σ2-σ3)/(σ1-σ3); normal stress σ and shear stress τ, assuming that σ1 = 1 and σ3 = 0; direction of Shortening/Extension axis; direction of horizontal stress. The research showed that the cause of the occurrence of high-energy tremors while exploitations longwall A mining seam 405/2, was the dynamic destruction of roof rocks which could displace towards the cavity created after mining the seam. An additional factor significantly magnifying the process was the share of stresses, which originate from the faults in the area, existing in the rock mass. The results of the research provided additional information to determine the degree of rockburst hazard in the area. Due to the very dangerous work conditions (stress parameters reflect the rock mass of high shear strength, where dynamic influence of tremors is stronger) additional preventive actions – distress blastings were made in this area.

3

The Influence of a Local Fault Zone on High Energy Tremor Occurrence During Longwall Mining of a Coal Seam

Wojtecki Ł., Knopik M., Zuberek W. M.

Acta Geophysica

|

2016

|

Vol. 64, no. 4

1164--1175

EN

Underground mining of coal seams in the Upper Silesian Coal Basin in Poland is accompanied by seismic activity of varying magnitude. The investigations which have been performed for several years distinguished high energy mine tremors connected directly with mining or coupled with geological structures, such as large faults. In mined seams, local fault zones occur. Faults in these zones are usually small, with throws comparable with coal seams thicknesses. Local fault zone may be responsible for the occurrence of high energy tremors as well as large faults, as presented in this article. An analysis of source mechanism of high energy tremors generated during longwall mining of the coal seam No. 510, with presence of a local fault zone, in one of the Polish hard coal mines in the Upper Silesian Coal Basin was performed. For this purpose, the seismic moment tensor inversion method was used. In most of foci, the process of shear predominated. Determined nodal plane parameters were correlated with parameters of faults forming the local fault zone. High energy tremors were generated mostly by dislocations on faults of the local fault zone. Weakening of roof rocks in the neighborhood of local fault zone takes an important role too, and was responsible for share of implosion in the focal mechanism.

4

Charakterystyka i sejsmologiczne metody analizy aktywności sejsmicznej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

Stec K., Lurka A.

Przegląd Górniczy

|

2015

|

T. 71, nr 1

83--93

PL

Obserwacja aktywności sejsmicznej w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym prowadzona jest przez Główny Instytut Górnictwa od lat pięćdziesiątych ubiegłego stulecia. W artykule przedstawiono rys historyczny rozwoju sieci sejsmologicznej oraz charakterystykę sejsmiczności zaistniałej w latach 1993-2012 w oparciu o bank danych o wstrząsach prowadzony w Laboratorium Geofizyki Górniczej w Zakładzie Geologii i Geofizyki. Przedstawiono również opracowane przez zespół specjalistów GIG nowe rozwiązania aparaturowe oraz aktualne sposoby interpretacji wstrząsów górotworu, które prowadzą do znacznie lepszej oceny potencjalnego zagrożenia sejsmicznego. Należą do nich w szczególności analizy sekwencyjne (zmiany w czasie) parametrów źródła i współczynnika b. określenie parametrów mechanizmów ognisk wstrząsów, badanie zmian pola prędkości wyznaczanego metodą tomografii pasywnej oraz wyznaczanie maksymalnych prędkości drgań PPV. Wyniki przeprowadzonych analiz zachowania się wybranych parametrów sejsmiczności, pozwalają na sformułowanie tezy, że istnieją prekursory wzrostu zagrożenia sejsmicznego, co pozwala z kolei na optymalne zastosowanie optymalnej profilaktyki przeciwtąpaniowej.

EN

Observations of seismic activity in the Upper Silesian Coal Basin are led by the Central Mining Institute since 1950s of the last century. This paper presents a historical outline of seismologic network development and the characteristics of seismicity between 1993 and 2012, on the basis of data bank for tremors kept in the Laboratory of Mining Geophysics of the Geology and Geophysics Plant. The paper also presents new technical solutions as well as current methods of interpretation of rock mass tremors which enable higher assessment of the potential of seismic hazard. The above-mentioned was developed by experts from CMI. The new developments mainly include sequential analyses (changes over time) of source parameters and b coefficient, determination of the parameters of tremor focus mechanism, research on the changes of velocity field indicated by passive tomography as well as the indication of maximum vibration velocity. The results of the analyses of the behaviour of the selected seismicity parameters allow to state that there are precursors of seismic activity hazard which, in turn, enables an optimal application of anti-tremor prevention.

5

Geomechanical conditions of causes of high-energy rock mass tremors determined based on the analysis of parameters of focal mechanisms

Stec K.

Journal of Sustainable Mining

|

2015

|

Vol. 14, iss. 1

55--65

EN

The aim of the research was to determine the cause of high-energy rock mass tremors (energy E ≥ 105 J) in the area of longwall H-2a located in seam 409/3 in Borynia-Zofiówka-Jastrzębie colliery, basing on the analysis of geological and mining conditions, seismic activity, focal mechanism and local stress field. The research employed the method of seismic moment tensor inversion which provides parameters of focal mechanism (percentage share of its components: isotropic, uniaxial compression or tension, shear component; trend and dip of nodal planes, directions of tension axes and compression stress). The parameters describe processes occurring in focuses of tremors and they are clearly linked with stress conditions in a given area. The conducted tests showed that the cause of occurrence of high-energy tremors and three rockbursts in lot H while mining seam 409/3 with longwall H-2a, was dynamic destruction of roof rocks which could displace towards the cavity created after mining the seam. An additional factor significantly magnifying the process was the share of stresses, which originate from the faults in the area, existing in the rock mass. Results of the research provided additional information to determine the degree of rockburst hazard in the area. Because of very dangerous work conditions (stress parameters reflect the rock mass of high shear strength, where dynamic influence of tremors is stronger) mining activity in longwall H-2a was terminated a few dozen metres earlier than it had been originally planned.

6

Charakterystyka mechanizmu ognisk wysokoenergetycznych wstrząsów górotworu występujących podczas eksploatacji ścianowej pokładu 507

Wojtecki Ł., Dzik G.

Przegląd Górniczy

|

2013

|

T. 69, nr 12

17--22

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy mechanizmów ognisk wysokoenergetycznych wstrząsów powstałych podczas eksploatacji ścianowej pokładu 507 prowadzonej w jednej z kopalń GZW. W mechanizmie ognisk analizowanych wstrząsów dominowała składowa ścinająca. Występowanie najsilniejszych wstrząsów wiązało się z pękaniem grubej warstwy piaskowca nad pokładem 507. Azymuty płaszczyzn nodalnych tych wstrząsów były zwykle quasi-równoległe do frontu ściany. Przemieszczenie skał w ogniskach najsilniejszych wstrząsów odbywało się głównie w kierunku zrobów ściany. Na występowanie tych wstrząsów wpływ wywierały również krawędzie eksploatacyjne w pokładach 501 i 502. W części ognisk słabszych wstrząsów występowały również inne mechanizmy: implozja (wstrząsy za frontem ściany) oraz eksplozja (wstrząsy przed frontem ściany). Wstrząsy te związane były z destrukcją pokładu i skał stropu bezpośredniego.

EN

This paper presents the results of the analysis of the focal mechanism of high-energy tremors occurring during longwall mining of the coal seam no. 507, in one of the hard coal mines in the Upper Silesian Coal Basin. In the source mechanism of analyzed mine tremors the shear component predominated. Occurrence of the strongest tremors was related with the cracking of thick layer of sandstone above the coal seam no. 507. The nodal planes azimuths of these tremors were usually quasi parallel to the longwall. Rocks dislocation in the sources of the strongest tremors took place mainly in the direction of longwall gobs. Mining edges in coal seams no. 501 and no. 502 also influenced the occurrence of these tremors. In the sources of some lower-energy tremors also other mechanisms occurred: implosion (tremors behind the longwall) and explosion (tremors in the front of the longwall). These tremors caused the destruction of seam and rocks of the direct roof.

7

Określenie stanu naprężeń w strefach zagrożenia sejsmicznego na podstawie parametrów mechanizmu ognisk wstrząsów

Stec K.

Przegląd Górniczy

|

2012

|

T. 68, nr 2

8-15

PL

Z eksploatacją górniczą w wielu kopalniach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) związane jest zagrożenie sejsmiczne powodowane wieloma czynnikami naturalnymi i technicznymi determinujących zmianę stanu naprężeń w górotworze. W artykule przedstawiono metodę obliczenia względnych lokalnych zmian pola naprężeń, które można wyznaczyć opierając się na parametrach mechanizmu ognisk wstrząsów. Parametry mechanizmu ognisk są wielkościami, które szerzej opisują procesy zachodzące w ognisku i posiadają wyraźny związek z warunkami naprężeniowymi w danym rejonie. Jest to kolejny etap w badaniach dotyczących odtworzenia przyczyn występowania wysokoenergetycznych zjawisk sejsmicznych. Uzyskane wyniki mogą być źródłem istotnych informacji z geomechanicznego punktu widzenia, skutkujących poprawą efektywności prognozy i skuteczności zwalczania zagrożenia sejsmicznego.

EN

With mining exploitation in many mines in the Upper Silesian Coal Basin seismic hazard is connected caused by a number of natural and technical factors determining the change of the stress state in the rock mass. The article presents the calculation method of relative local changes of the stress field, which can be determined on the basis of parameters of tremor foci mechanism. The parameters of foci mechanism are quantities, which broader describe the process occurring in the focus and have a distinct connection with stress conditions in the given area. This is a successive stage in investigations concerning the reproduction of reasons of occurrence of high-energy seismic phenomena. The obtained results can be the source of essential information from the geomechanical point of view, resulting in the improvement of effectiveness of prediction and efficiency of seismic hazard.

8

Analiza numeryczna dynamicznego oddziaływania wstrząsów górotworu na wyrobisko korytarzowe w zależności od położenia płaszczyzny pękania w ognisku wstrząsu

Stec K., Masny W.

Przegląd Górniczy

|

2012

|

T. 68, nr 7

48--56

PL

Uzyskiwanie dodatkowych informacji o procesach destrukcji górotworu naruszonego eksploatacją górniczą jest niezwykle istotne dla potencjalnej oceny zagrożenia tąpaniami w strefach o dużej aktywności sejsmicznej. Artykuł przedstawia wyniki modelowania dynamicznego oddziaływania wstrząsów górotworu na wyrobisko korytarzowe występujących w czasie eksploatacji ściany 3 w kopalni „Bobrek-Centrum”. Przy wykorzystaniu programu FLAC 2D został opracowany model górotworu, w którym do opisu sygnałów dynamicznych wykorzystano pomiary prędkości drgań cząstek górotworu PPV wykonane na stanowiskach znajdujących się w wyrobiskach przyścianowych ściany 3 (dowierzchnia badawcza 3 i 4). Analizowano wstrząsy górotworu o ścinającym mechanizmie ognisk i różnej orientacji płaszczyzny pękania, w efekcie których zarejestrowane maksymalne prędkości drgań cząstek górotworu od 0,007 m/s do 0,049 m/s, wywołały niewielkie zmiany obrazu stref zniszczonych wokół wyrobiska korytarzowego, małe przyrosty konwergencji pionowej i poziomej oraz małe zmiany wartości naprężeń zredukowanych w kształtowniku odrzwi obudowy podporowej. Ogólnie stwierdzono, że najsilniejsze oddziaływanie na wyrobisko górnicze miały sygnały dynamiczne przyłożone do płaszczyzny pękania położonej pod małym kątem względem stropu wyrobiska górniczego a mniejsze wpływy uzyskano przy zbliżonym do pionowego położeniu płaszczyzny pękania w ognisku.

EN

Getting additional information about the processes of destruction of the rock mass disturbed by mining extraction is extremely essential for the potential assessment of the rockburst hazard in zones with high seismic activity. The article presents the results of dynamic modelling of the influence of rock mass tremors on a heading occurring during the exploitation of longwall 3 in the “Bobrek-Centrum” mine. Using the FLAC 2D programme, a rock mass model has been worked out, in which for the description of dynamic impulses the measurements of rock mass particle vibration velocity PPV, carried out in the gate roads of longwall 3 (exploratory raise 3 and 4), were used. Rock mass tremors with shearing focus mechanism and different orientation of the cracking plane were analysed. As a result, the recorded maximum rock mass particle vibration velocities from 0.007 m/s to 0.049 m/s caused slight changes of the image of damaged zones around the heading, small increases in the vertical and horizontal convergence and small changes of values of reduced stresses in the frame section of the yielding arch support. Generally it has been found that the strongest influence on the mine working had the dynamic impulses applied to the cracking plane at a small angle towards the roof of the mine working, and smaller influences were obtained at a close to the vertical position of the cracking plane in the focus.

9

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"

Stec K.

Archives of Mining Sciences

|

2012

|

Vol. 57, no. 4

871--886

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.