Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Rock bursts prediction based on analyzing maximal phenomena of seismic emission in the INGEO system

Cianciara B., Isakow Z., Siciński K., Cianciara A.

Mining – Informatics, Automation and Electrical Engineering

|

2016

|

R. 54, nr 4

5--10 [tekst ang.], 50--55 [tekst pol.]

EN

Predicting the time of rock bursts in the INGEO system is based on the analysis of seismic emission registered in a seismic-acoustic system. Emission signals are generated by rock mass fracturing due to mining exploitation. Such emission is characterized by huge activity of different phenomena which enables to carry out a correct statistical analysis with the use of the hazard method, achieving suitably high resolution of interpretation results. The hazard method is based on the analysis of maxmal phenomena, i.e. phenomena of maximal energy. The use of this method allows to eliminate disturbances to a large extent and, at the same time, enables to assess the probability of high-energy phenomena (rock bursts). The hazard analysis is conducted on the basis of two essential qualities of seismic emission, such as energy of phenomena and intervals between successive phenomena. These qualities are random variables of statistical distribution described by the Weibull model. Using this model one can estimate the parameters of statistical distribution of those qualities which are the basis to determine hazard parameters. The analysis is conducted based on measurement data collected from the T window, i.e. time interval measured by hours. The window is moved with the d step and the calculations are repeated. The hazard parameters were used to define the risk function FWt(QE,T) which is the measure of rock bursts hazard. This function depends on real time t which is determined as the time of the T window right edge. It is also the basis to work out rock burst hazard criteria. It is important to note that the moment a rock burst occurs is a random variable and can be determined with the accuracy of its confidence interval, with certain probability.

PL

Predykcja czasu wystąpienia wstrząsów w systemie INGEO oparta jest na analizie emisji sejsmicznej rejestrowanej w systemie sejsmoakustycznym. Sygnały emisji są generowane pękaniem górotworu wywołanym eksploatacją. Emisja taka charakteryzuje się dużą aktywnością zjawisk, która umożliwia prowadzenie poprawnej analizy statystycznej metodą hazardu, uzyskując również odpowiednio wysoką rozdzielczość wyników interpretacji. Metoda hazardu oparta jest na analizie zjawisk maksymalnych, czyli zjawisk o maksymalnej energii. Zastosowanie tej metody daje znaczną eliminację zakłóceń, a jednocześnie umożliwia ocenę prawdopodobieństwa wystąpienia zjawisk wysokoenergetycznych (wstrząsów). Analiza hazardu realizowana jest na podstawie dwóch podstawowych cech emisji sejsmicznej, a mianowicie: energii zjawisk, oraz odstępów czasu między kolejnymi zjawiskami. Cechy te są zmiennymi losowymi o rozkładzie statystycznym, który jest opisywany modelem Weibull`a. Na podstawie tego modelu prowadzona jest estymacja parametrów rozkładu statystycznego tych cech, które stanowią podstawę do wyznaczania parametrów hazardu. Analiza realizowana jest w oparciu o dane pomiarowe pobierane z okna T, czyli przedziału czasu rzędu godzin. Okno to jest przesuwane z krokiem d i powtarzane są obliczenia. Wykorzystując parametry hazardu zdefiniowano funkcję ryzyka FWt(QE,T), będącą miarą zagrożenia wystąpieniem wstrząsów. Funkcja ta jest zależna od czasu realnego t, który jest określony, jako czas prawego brzegu okna T. Stanowi ona podstawę do opracowania kryteriów stanu zagrożenia tąpaniami, jak również jej przebieg może być wykorzystany do oceny czasu wystąpienia wstrząsów. Należy podkreślić, że moment wystąpienia wstrząsu jest zmienną losową i może być wyznaczony z dokładnością do swojego przedziału ufności, z określonym prawdopodobieństwem.

2

Matematyczny opis procesu pękania górotworu na podstawie detekcji emisji sejsmicznej

Cianciara A.

Przegląd Górniczy

|

2010

|

T. 66, nr 6

37-41

PL

W artykule tym przedstawiono modele matematyczne procesów pękania górotworu. Rozmiary zdarzeń oceniane są na podstawie energii matematycznej zjawisk sejsmicznych, natomiast omawiane odstępy czasu między kolejnymi zjawiskami podlegają bezpośrednim pomiarom. Omawiane cechy emisji mają charakter probabilistyczny i traktowane są jako zmienne losowe. W pracy przedstawiono modele rozkładów statystycznych tych cech oraz sposoby ich identyfikacji na podstawie rejestrowanego strumienia emisji. Stanowi to podstawę do badania procesów pękania i umożliwia zastosowania praktyczne. Z pośród wielu możliwych zastosowań przedstawiono wykorzystanie tych rozwiązań do opracowania sposobów oceny stanu zagrożenia tąpaniami w kopalniach podziemnych.

EN

Mathematical models of rock mass cracking are presented. Size of events are evaluated on the basis of mathematical energy of seismic events, hiwever discussed time distances between the consecutive events are directly measured. The discussed emission features have probable character and are treated as random variables. Models of the statistical distribution of these features are presented as well as ways of their identyfication on the basis of registered emission stream. It gives the basis for cracking processes research and enables practical application. From many possible applications of these solutions use for the ways elaboration of evaluation of the state of bumps hazard in underground mines in presented.

3

Possibilities of tremor risk level predicting based on the rock mass cracking process analysis

Cianciara A.

Archives of Mining Sciences

|

2010

|

Vol. 55, no 1

115-122

EN

The paper concerns prediction of tremors risk, on the basis of rock mass cracking process analysis. As these processes cannot be directly observed, they are random phenomena of high dispersion. They can be examined by analysis of recorded seismoacoustic emission. In the mining practice it is the cause of low effectiveness of risk assessment. Examination of development tendencies of magnitudes of cracking process effects may contribute to much more effective assessments. The analysis is performed in a stochastic space, by bringing in the notion of the so called "phenomenon scale" of the stream of events parameter. This parameter is estimated on the basis of extent of effects and time intervals between seismoacoustic emission effects. It constitutes the measure and the basis for development of tremor risk criteria.

PL

Praca poświęcona jest predykcji stopnia zagrożenia wystąpieniem wstrząsów, opartej na analizie procesów pękania górotworu. Procesy te jako bezpośrednio nie obserwowalne, są zjawiskami losowymi o dużej dyspersji. Badanie ich może być realizowane na drodze analizy rejestrowanej emisji sejsmoakustycznej. Jest to, w praktyce górniczej, przyczyną niskiej efektywności ocen zagrożenia. Możliwe jest uzyskiwanie dużo bardziej efektywnych ocen badając tendencje rozwoju rozmiarów zjawisk procesu pękania. Analiza realizowana jest w przestrzeni stochastycznej, wprowadzając pojęcie parametru tzw. "skali zjawisk" strumienia zdarzeń. Parametr ten jest estymowany na podstawie rozmiarów zjawisk oraz odstępów czasu między zjawiskami emisji sejsmoakustycznej. Stanowi on miarę i podstawę opracowywania kryteriów stanu zagrożenia wystąpieniem wstrząsów.

4

Application of statistical methods for evaluation of rock-burst risks in copper ore mine conditions

Takuska-Węgrzyn E.

Archives of Mining Sciences

|

2008

|

Vol. 53, no 1

23-30

EN

The paper presents a proposal for a method of rock-burst risk estimation based upon an analysis of the non-homogeneity degree of rock cracking processes. In periods preceding moments of tremors there are tendencies towards enlargement of crack sizes causing increases in the non-homogeneity degree. It is known that rock cracking is represented in the form of a seismoacoustic emission, which can be observed (registered). The non-homogeneity degree of the cracking process can be estimated on the basis of the statistical analysis ofthe registered seismoacoustic emission stream. It is known from experience that the registered emission constitutes nonstationary and non-homogeneous stream of events. Information about energies (extents) of processes and time intervals between effects is necessary for its complete description. The paper presents appropriate models ofmeasures describing the non-homogeneity degree of the cracking process. These measures treated as indicative functions enable a qualitative connection between the non-homogeneity degree discussed and the rock-burst risk condition. The findings have been illustrated with examples of behaviour of these measures estimated on the basis of the registered seismoacoustic emission stream in the G-22/4 ZG "Rudna" Branch.

PL

W pracy przedstawiono propozycję sposobu oceny zagrożenia tąpaniami, opartego na analizie stopnia niejednorodności procesów pękania skał. W okresach poprzedzających momenty wystąpienia wstrząsów występują tendencje w kierunku powiększania się rozmiarów pęknięć, powodując wzrosty stopnia niejednorodności. Wiadomo, że pękanie skał jest odwzorowywane w formie emisji sejsmoakustycznej, którą możemy obserwować (rejestrować). Stopień niejednorodności procesu pękania może być oceniany na podstawie analizy statystycznej rejestrowanego strumienia emisji sejsmoakustycznej. Z praktyki wiadomo, że rejestrowana emisja stanowi niestacjonarny i niejednorodny strumień zdarzeń. Do pełnego jej opisu konieczna jest informacja o energiach (rozmiarach) zjawisk oraz odstępach czasu między zjawiskami. W pracy przedstawiono odpowiednie modele miar opisujących stopień niejednorodności procesu pękania. Miary te traktowane jako funkcje wskaźnikowe umożliwiają jakościowe powiązanie omawianego stopnia niejednorodności ze stanem zagrożenia tąpaniami. Uzyskane wyniki zostały zilustrowane przykładami zachowania się tych miar estymowanych na podstawie rejestrowanego strumienia emisji sejsmoakustycznej w Oddziale G-22/4 ZG "Rudna".

5

The meaning of seismoacoustic emission for estimation of time of mining tremors occurrence

Cianciara A., Cianciara B.

Archives of Mining Sciences

|

2006

|

Vol. 51, no 4

563-575

EN

In the paper the meaning of seismoacoustic emission for estimation of time of mining tremors occurrence is discussed. Concept is based on the PASH method used for fracturing process of rock mass investigation. Probabilistic assessment of a seismic hazard is carried out by analyzing of seismoacoustic emission recorded in the frequency range of30 Hz-IOOO Hz. Emission recorded in that frequency range is a one of main carriers of information on rock mass fracturing processes. The dynamics of fracturing process is the reason that hazard analysis should be carried out based on measurement data recorded in 0-time windows several dozens hours wideo II follows then, that emission recorded in the seismoacoustic range only, because of its high activity and great number of recorded events, allows for statistic analysis. Traditionally, seismic hazard is based on physical energy of events. However, in the seismoacoustic range energy estimation is practically impossible. Therefore, it was assumed to carry out the seismic hazard assessment based on analysis time intervals between events. The concept is justified by presence oflinear statistic relation between mentioned intervals and logarithm of event energies. As a result, estimation of hazard parameters in 0-window is possible. Moving the 0-window by step of delta and by subsequent repetitions of hazard parameters estimation, time series of those parameters are obtained. Time series inc1ude random factor and therefore their expected value is estimated. Such obtained time series ofhazard parameters are the base for defining of a so called "Indicating function". Allowing for estimation of time of rockburst occurrence and assessment of rockburst risk level.

PL

W artykule tym zwrócono uwagę na rolę jaką odgrywa emisja sejsmoakustyczna w przewidywaniu wystąpienia wstrząsów. Przedstawiono koncepcję, rozwiązywania tych zagadnień, opartą na badaniu procesów pękania górotworu metodą PAHS. Probabilistyczna analiza hazardu prowadzona jest na podstawie emisji sejsmoakustycznej rejestrowanej w paśmie częstotliwościowym od 30 do 1000 Hz. Emisja rejestrowana w tym paśmie jest jednym z głównych nośników informacji o przebiegu procesów pękania górotworu, umożliwiając jednocześnie jej ciągły dopływ. Ze względu na dynamikę procesu pękania analiza hazardu powinna być prowadzona na podstawie danych pomiarowych, rejestrowanych w oknach 0 o rozmiarach od kilku do kilkudziesięciu godzin. Wynika stąd, że jedynie emisja rejestrowana w zakresie sejsmoakustycznym, ze względu na wysoką aktywność, zapewnia właściwą liczebność zjawisk, która umożliwia prowadzenie analiz statystycznych. Tradycyjnie, analiza hazardu sejsmicznego prowadzona jest na podstawie energii fizycznej zjawisk. Jednak w zakresie sejsmoakustycznym ocena takiej energia jest praktycznie niemożliwa. Dlatego przyjęto koncepcję, aby analiza hazardu była prowadzona na podstawie odstępów czasu między zjawiskami. Uzasadnieniem tej koncepcji jest istnienie liniowej zależności statystycznej pomiędzy omawianymi odstępami a logarytmami energii zjawisk. W efekcie, w oknie 0 na podstawie omawianych odstępów, dokonuje się estymacji parametrów hazardu. Przesuwając okno 0 z krokiem l1 i powtarzając procedurę estymacji parametrów hazardu, otrzymujemy ich przebiegi w formie szeregów czasowych. Szeregi te zawierają czynnik losowy, dlatego wyznaczana jest ich wartość oczekiwana. Tak uzyskane przebiegi czasowe parametrów hazardu stanowią podstawę do zdefiniowania tzw. "funkcji wskaźnikowej", w formie ich iloczynu (patrz model 4.1). Stwierdzono, że funkcja ta jest miarą tendencji rozwoju procesu pękania. Stanowi ona podstawę oceny stopnia zagrożenia tąpaniami, oraz określania czasu wystąpienia wstrząsów. W okresach przed wystąpieniem wstrząsów mają miejsce wzrosty "funkcji wskaźnikowej", natomiast po wstrząsie obserwujemy jej spadek do określonego poziomu. Wstrząsy występują w momentach, gdy funkcji osiąga wartości maksymalne. Zostało to zilustrowane na rysunku (4.2), na którym przedstawiono przebieg omawianej funkcji, estymowany na podstawie emisji rejestrowanej w rejonie ściany 306, pokład 507 KWK "Bielszowice" za pomocą czujników o numerach (7,8,9, patrz rys. 4.1). Na rysunku (4.2) zaznaczono momenty wystąpienia wstrząsów oraz ich energie. Należy podkreślić bardzo istotną własność omawianej funkcji, a mianowicie: wstrząsy, których epicentra były zlokalizowane na wybiegu ściany zaznaczały się znacznie wyższymi amplitudami od tych, które wystąpiły w zrobach. Schematyczną lokalizację epicentrów wstrząsów, na tle szkicu wyrobiska, przedstawiono na rysunku (4.1). Na podstawie analizy "funkcji wskaźnikowej", której przykładowy przebieg został zilustrowany na rysunku (4.2) widać, że im epicentrum wstrząsu zlokalizowane jest w większej odległości od ściany w głąb zrobów, tym amplitudy funkcji są mniejsze. Można to zauważyć na przykładzie wstrząsów o numerach 6 i 7, (patrz rys. 4.1). Epicentra tych wstrząsów były odległe od ściany o około 100 m w głąb zrobów. Również wstrząs nr 8 o energii 3.0 E5 zaznaczył się względnie małą amplitudą ponieważ jego epicentrum było przesunięte w głąb zrobów o około 30 m. Przykład ten potwierdza możliwość efektywnego badania tendencji rozwoju procesów pękania górotworu za pomocą zmodyfikowanej metody PAHS, realizowanej na podstawie odstępów czasu między zjawiskami emisji sejsmoakustycznej rejestrowanej w paśmie od 30 do 1000 Hz. Z kolei znajomość tendencji rozwoju procesów pękania stanowi podstawę do oceny stanu zagrożenia tąpaniami, oraz przewidywania czasu wystąpienia wstrząsów. Należy podkreślić, że oceny uzyskiwane na drodze analizy metodą PAHS mają charakter jakościowy. Dla uzyskania ocen ilościowych konieczne jest opracowanie odpowiednich kryteriów, dostosowanych do istniejących w danym rejonie warunków geologiczno-górniczych.

6

Methods of tremor risk monitoring based on analysis of non-homogeneity of stream of registered seismoacoustic emission

Cianciara A., Cianciara B., Takuska-Węgrzyn E.

Geoinformatica Polonica

|

2005

|

T. 7

15-23

EN

A method of tremor-risk monitoring based on the analysis of the non-homogeneity of rock fracturing processes is presented in this paper. In the periods preceding tremors, the cracks tend to increase, thereby resulting in an increase in the non-homogeneity. Cracking of rocks of course can be represented in the form of seismoacoustic emissions that can be monitored (recorded). Hence, the degree of non-homogeneity of the cracking process can be evaluated on the basis of a statistical analysis of the registered stream of seismoacoustic emissions. In this monitoring method, the statistical analysis is based on the time intervals between the incidence of the emissions. However, practice shows that the registered emissions generate a non-stationary and non-homogeneous stream of events. Therefore, information about the energy (magnitude) of these effects is necessary for a fun description of the process. This methodical disadvantage can be eliminated using the theoretical possibility of indirectly inferring about energy levels on the basis of the assumed relations between energy logarithms and the time intervals between the effects. Relevant models describing the non-homogeneities levels of the cracking process are presented in the paper. Treated as index functions, these values enable quantitative linking of the discussed non-homogeneity with the degree of rock-burst risk. The results obtained were used to develop a system for rock-burst risk-monitoring in underground mines using standard seismoacoustic equipment. The equipment was made available to the researchers for making tests in operational coal mining conditions.

PL

W pracy przedstawiono propozycję sposobu monitorowania zagrożenia wystąpieniem wstrząsów, opartego na analizie stopnia niejednorodności procesów pękania skał. W okresach poprzedzających momenty wystąpienia wstrząsów występują tendencje w kierunku powiększania się rozmiarów pęknięć, powodując wzrosty omawianego stopnia niejednorodności. Wiadomo, że pękanie skał jest odwzorowywane w formie emisji sejsmoakustycznej, którą możemy obserwować (rejestrować). Wynika stąd, że stopień niejednorodności procesu pękania może być oceniany na podstawie analizy statystycznej rejestrowanego strumienia emisji sejsmoakustycznej. W przedstawionym tutaj sposobie monitorowania, z uzasadnionych względów, analiza statystyczna prowadzona jest na podstawie odstępów czasu między zjawiskami omawianego strumienia emisji. Jednak, jak wiadomo z praktyki, rejestrowana emisja stanowi niestacjonarny i niejednorodny strumień zdarzeń. Dlatego do jej pełnego opisu konieczna jest informacja o energiach (rozmiarach) zjawisk. Aby ominąć tę trudność, skorzystano z teoretycznej możliwość pośredniego wnioskowania o energii dzięki przyjęciu zależności łączącej logarytmy energii z odstępami czasu między zjawiskami. W pracy przedstawiono odpowiednie modele miar opisujących wielkość niejedno-rodności procesu pękania. Miary te traktowane jako funkcje wskaźnikowe umożliwiają jakościowe powiązanie omawianej niejednorodności ze stopniem zagrożenia tąpaniami. Uzyskane wyniki zostały wykorzystane do opracowania systemu monitorowania zagrożenia tąpaniami (wystąpieniem wstrząsów) w kopalniach podziemnych, pracującego na bazie standardowej aparatury sejsmoakustycznej. Został on przekazany do testowania w warunkach ruchowych kopalń.

7

A method of evaluating the threat of tremors on the basic of an analysis of the degree of non-homogeneity of the seismoacoustic emission process

Cianciara A., Cianciara B., Takuska-Węgrzyn E.

Archives of Mining Sciences

|

2004

|

Vol. 49, nr 3

405-416

EN

A concept of interpretation of seismoacoustic emission when it is defined by a model of non-stationary and non-homogeneous stream of events has been presented. Interpretation is based exclusively on the times of the occurrence of events, i.e. the phenomena of emission. To start with, it should be mentioned that the method of evaluation of times when the phenomena occur is relatively simple and, in practice, it can be realized by means of the standard seismoacoustic apparatus generally used in mining. Also we would like to emphasize that the here presented concept is based neither on activity nor on the global energy as it is usually done in practice. The approach is original and it consists in the analysis of the degree of non-homogeneity of the process describing the emission. However, full information on this process is indispensable. As it is known, for a complete description of the stream of emission, besides the times of the occurrence of phenomena, the information on their dimensions is also necessary. Hence the authors' concept is based on a hypothetical dependence combining the extensions of the phenomena of the seismoacoustic emission with the time intervals between these phenomena (Cianciara 2000). Thus a concept of the degree of non-homogeneity of the emission process is one of the most important problems considered in the paper. It is known that the discussed non-homogeneity is due to changes in the state of stresses and, connected with them, diversification of the extensions of the phenomena. In the paper, there are presented not only the models of the discussed degree of non-homogeneity but also the methods of estimating the parameters of these models. Estimation has been carried out on the basis of the time intervals between the phenomena of the registered seismoacoustic emission. Accordingly, theoretical fundamentals allowing to elaborate a system of controlling the state of threat of tremors have been given. Such a system would be based on the analysis of the degree of non-homogeneity of the registered stream of the seismoacoustic emission. Moreover, suggestions regarding the possibility of monitoring the state of threat by bursts have been presented.

PL

W pracy przedstawiono nową koncepcję interpretacji emisji sejsmoakustycznej, w aspekcie jej wykorzystania do opracowania sposobów oceny stopnia zagrożenia sejsmicznego wyrobisk górniczych. Interpretacja w całości prowadzona jest w ujęciu probabilistycznym. Wykorzystując wyniki wieloletnich badań, postanowiono odejść od powszechnie stosowanej zasady prowadzenia wszelkich analiz na podstawie parametrów opisujących źródła zjawisk, głównie w formie energii, czy też energii sumarycznej oraz aktywności emisji. Zakłada się, co jest powszechnie akceptowanym poglądem, że emisja sejsmoakustyczna może być opisywana modelem w formie niestacjonarnego i niejednorodnego strumienia zdarzeń. Zgodnie z przyjętą koncepcją, analiza jest prowadzona jedynie na podstawie czasów wystąpienia zdarzeń, czyli zjawisk emisji i nie bazuje na aktywności, ani na energii sumarycznej, jak to się powszechnie praktykuje. Na wstępie należy nadmienić, że sposób oceny czasów wystąpienia zjawisk jest stosunkowo prosty i w praktyce może być realizowany za pomocą standardowej aparatury sejsmoakustycznej powszechnie używanej w górnictwie. Przedstawiony w tej pracy sposób interpretacji jest oryginalny i sprowadza się do analizy stopnia niejednorodności strumienia zdarzeń, opisującego emisję. Jednak niezbędna jest wówczas znajomość pełnej informacji o tym procesie. Jak wiadomo strumień emisji sejsmoakustycznej opisują dwie zmienne losowe, które reprezentują: odstępy czasu między zjawiskami U oraz rozmiary zjawisk D. Wynika stąd, że do pełnego opisu takiego strumienia, oprócz czasów wystąpienia zjawisk, konieczna jest również informacja o ich rozmiarach. Dlatego w przedstawionej koncepcji autorzy bazują na hipotetycznej zależności łączącej rozmiary zjawisk emisji sejsmoakustycznej z odstępami czasu między tymi zjawiskami. W pracy przedstawiono modele omawianego stopnia niejednorodności. Modele te estymowane w ustalonych odstępach czasu stanowią tzw. funkcje wskaźnikowe. Estymacja tych funkcji prowadzona jest na podstawie odstępów czasu między zjawiskami rejestrowanej emisji sejsmoakustycznej. W efekcie przedstawiono dwa główne typy funkcji wskaźnikowych. Modele te są używane jako funkcje wskaźnikowe, które podlegają określonym wzrostom w miarę narastania stanu zagrożenia. Przykładowe przebiegi ilustrujące zachowanie się funkcji wskaźnikowej przedstawiono na rysunku (4). W wyniku przedstawiono teoretyczne podstawy umożliwiające opracowanie systemu do kontroli stanu zagrożenia wystąpieniem wstrząsów. System taki może być oparty na analizie stopnia niejednorodności rejestrowanego strumienia emisji sejsmoakustycznej. Ponadto przedstawiono sugestie odnośnie możliwości monitorowania stanu zagrożenia tąpaniami.