Search results - BazTech

1

Results of the verification of the statistical distribution model of microseismicity emission characteristics

Cianciara A.

Archives of Mining Sciences

|

2016

|

Vol. 61, no. 3

489--496

EN

The paper presents the results of research aimed at verifying the hypothesis that the Weibull distribution is an appropriate statistical distribution model of microseismicity emission characteristics, namely: energy of phenomena and inter-event time. It is understood that the emission under consideration is induced by the natural rock mass fracturing. Because the recorded emission contain noise, therefore, it is subjected to an appropriate filtering. The study has been conducted using the method of statistical verification of null hypothesis that the Weibull distribution fits the empirical cumulative distribution function. As the model describing the cumulative distribution function is given in an analytical form, its verification may be performed using the Kolmogorov-Smirnov goodness-of-fit test. Interpretations by means of probabilistic methods require specifying the correct model describing the statistical distribution of data. Because in these methods measurement data are not used directly, but their statistical distributions, e.g., in the method based on the hazard analysis, or in that that uses maximum value statistics.

PL

Problematyka oceny stopnia zagrożenia tąpaniami jest niezwykle ważnym zagadnieniem i do tej pory nie w pełni rozwiązanym. Wstrząsy występują głównie w rejonach zrobów (Cianciara & Cianciara, 2006). Mogą również występować na wybiegu ściany, na skutek uginania się stropu (Marcak, 2012), obserwuje się wówczas wzmożoną aktywność pękania górotworu, co jest przyczyną powstawania emisji sejsmicznej. W pracy przedstawiono wyniki badań mających na celu weryfikację hipotezy, że rozkład Weibull’a stanowi właściwy model opisujący rozkłady statystyczne cech emisji sejsmoakustycznej, a mianowicie: energii zjawisk, odstępów czasu między zjawiskami. Przyjmuje się, że emisja, będąca przedmiotem rozważań, wywołana jest naturalnym pękaniem górotworu. Jednak w praktyce rejestrowana emisja, oprócz zjawisk związanych z pękaniem, może zawierać zakłócenia. Dlatego, na potrzebę badania modelu, jest ona poddawana odpowiednim zabiegom celem usunięcia tych zakłóceń. Badanie prowadzone jest metodą statystycznej weryfikacji hipotezy zerowej o zgodności dystrybuant (rozkładów) empirycznych z dystrybuantą zadaną a priori w formie rozkładu Weibull’a. Ponieważ model opisujący dystrybuantę hipotetyczną jest zadany w formie analitycznej, dlatego jego weryfikację można prowadzić stosując test λ Kołmogorowa. Interpretacje prowadzone metodami probabilistycznymi wymagają określenia właściwego modelu opisującego rozkład statystyczny danych pomiarowych. Ponieważ w metodach tych nie wykorzystuje się bezpośrednio danych pomiarowych, lecz ich rozkłady statystyczne, np. w metodzie opartej na analizie hazardu, czy też wykorzystującej statystyki wartości maksymalnych. W trakcie badań stwierdzono, że w około 95% badanych przypadków nie było podstaw do odrzucenia hipotezy zerowej o zgodności rozkładów empirycznych z modelem w formie rozkładu Weibull`a.

2

Sejsmoakustyka górnicza - przegląd stosowanych metod oraz wyposażenia technicznego

Kurzeja J., Waśko A.

Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie

|

2014

|

nr 5

29--34

PL

Praca przedstawia przegląd metod sejsmoakustycznej oceny stanu zagrożenia w wersji biernej (stacjonarnej) oraz aktywnej, stosowanych obligatoryjnie w polskich kopalniach węgla kamiennego.

EN

The goal of this work is to present the methods of use of seismic-acoustic emission, in the form of constantly modified methods, for assessing crump risk in Polish coal mining. Passive method (also called stationary) is obligatory in all crump-risk coal mines and it constitutes a part of a well-known comprehensive assessment of crump risk. When compared to the 1996 version, in the newer, modified version of its use instructions (of 2012), a method of seismo-acoustic observation of longwalls longer than 200 m, a method of estimation of physical energy in jules on the basis of ""conventional energy" displayed by the apparatus have been introduced, and the so-called energy-based seismic risk forecast has been expanded to allow for forecasting on the basis of information included in seismic-acoustic emission events and shocks. In the active method spectacular changes have been made in the apparatus part in the form of digital, seismic-acoustic measurement probes (CSPP). These probes make it possible to perform measurements with no cable connection whatsoever, they have their own power-supply, micro-processor with A/C converter and large memory. CSSP are spark-safe; they have ATEX Certificate.

3

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.

4

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.

5

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".

6

Sposób oceny zagrożenia tąpaniami oparty na analizie zmian tłumienia energii sejsmicznej w ośrodku skalnym

Cianciara A.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2007

|

nr 6

46-48

PL

Ocena stanu zagrożenia tąpaniami w rejonach prowadzonej eksploatacji jest niezwykle ważnym zagadnieniem ze względu na bezpieczeństwo załóg górniczych oraz zapewnienie ciągłości eksploatacji. W pracy przedstawiono nową koncepcję sposobu oceny stanu zagrożenia tąpaniami na podstawie emisji sejsmoaku-stycznej analizowanej w zakresie częstotliwości od 30 do 1000 Hz. Zgodnie z tą koncepcją sposób oceny zagrożenia oparty jest na śledzeniu względnych zmian czasowych parametru fizycznego ośrodka skalnego, którym jest tłumienie energii sejsmicznej. Na skutek wzrostu naprężeń, w górotworze zachodzi zjawisko kom-pakcji (twardnienia), a w miarę dalszego wzrostu dylatancji (osłabiania) mogą wystąpić wstrząsy. W fazie kompakcji ma miejsce spadek tłumienia, natomiast w okresie dylatancji jego wzrost. Wynika stąd, że przebiegi czasowe omawianego parametru mogą być wykorzystane do monitorowania stanu zagrożenia tąpaniami.

EN

The risk estimation in the exploitation zones is extremely important issue, because of safety and uninterrupted exploitation. In the paper there is presented new method of risk estimation based on the rock environment physical parameters change monitoring. The microseismic emission in frequency range 30 to 1000 Hz recorded directly in exploitation zone is used as carrier of this information. The attenuation factor of seismic energy can be estimated on the basis of analysis of microseismic emission recorded by multisensors measurement system (at least two sensors). The way of estimating rock burst risk was presented on the basis of an analysis of attenuation time variations. Trends of attenuation can be interpreted in an obvious way. Gradually, as the stress values keep on increasing, the following processes take place in the rock mass: compaction (hardening), then dilatancy (softening), and then possibly tremors. At the compaction stage attenuation values lower, and increase at the dilatancy stage. It follows that time variation of this parameter can be used to build tremors risk monitoring system.

7

Sposób monitorowania zagrożenia tąpaniami oparty na analizie emisji sejsmoakustycznej metodą hazardu sejsmicznego

Cianciara A., Cianciara B., Isakow Z.

Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa

|

2006

|

R. 44, nr 11

5-11

PL

W artykule przedstawiono jedną z wielu możliwych koncepcji sposobu monitorowania zagrożenia tąpaniami (zagrożenia wystąpieniem wstrząsów). Sposób ten oparty jest na analizie emisji sejsmoakustycznej rejestrowanej w warunkach prowadzonej eksploatacji wyrobisk górniczych. Emisja sejsmoakustyczna jest jednym z podstawowych nośników informacji o przebiegu procesów pękania górotworu, umożliwiając jednocześnie jej ciągły dopływ. Dlatego daje ona realne podstawy do zbudowania takiego systemu monitorowania. Sposób oceny zagrożenia prowadzony jest zmodyfikowaną metodą probabilistycznej analizy hazardu sejsmicznego (PAHS). Wyboru zjawisk sejsmoakustycznych o maksymalnych wartościach energii dokonuje się na drodze rejestracji emisji za pomocą wielu czujników (co najmniej dwóch). Monitorowanie oparte jest na śledzeniu przebiegu zmienności w czasie tzw. "funkcji wskaźnikowych". Funkcje te definiowane są w oparciu o parametry hazardu sejsmicznego, które w omawianym systemie monitorowania, stanowią miary zagrożenia tąpaniami.

EN

One of many ideas of rock bump hazard monitoring (occurring of bumps) has been presented in the paper. This idea has been based on the analysis of a seismoacoustic emission recorded under conditions of underground mining. The seismoacoustic emission is one of the essential information carriers on a cracking process of strata allowing the information to be continuously updated. Therefore it seems to be a real base to design such a monitoring system. The hazard evaluation has been made by a modified method of probabilistic analysis of seismic hazards (PAHS). The seismoacoustic events with maximum values of energy have been chosen by records of emission by means of a number of sensors (two ones at least). The monitoring has been based on tracking of variations over time, so called "index functions". The functions have been defined basing on the parameters of a seismic hazard, which are the measures of a rock bump hazard in the above mentioned monitoring system.

8

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.

9

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.

10

Method of evaluation of mining tremors prediction on the basis of the analysis of asymmetry of seismoacoustic signals emission

Cianciara A., Cianciara B.

Archives of Mining Sciences

|

2005

|

Vol. 50, no 3

317-326

EN

The paper is devoted to the evaluation of rock mass tremor prediction on the basis of the analysis of seismoacoustic emissions from rock masses. A concept of such an assessment, accounting for seismoacoustic signals asymmetry is presented. A parameter describing centre of amplitude spectra from signals envelopes was introduced as a measure of asymmetry. Rock bursts are known to be preceded by increasing stress values, which in turn triggers out the compaction and then dilatancy processes in the rock mass. This results in a change of physical parameters of the rock medium, e.g. attenuation of elastic vibrations. At the compaction stage the attenuation is weaker, whereas at the stage of dilatancy it increases. With a well estimated asymmetry estimator it is possible to map trends of these processes in periods preceding the occurrence of rock bursts. This should be referred to a definite rock mass area surrounding the site where emission has been registered. The obtained results may be used for assessing the tremor prediction monitoring methods.

PL

Praca poświęcona jest problematyce oceny zagrożenia wystąpieniem wstrząsów górotworu na podstawie analizy emisji sejsmoakustycznej rejestrowanej w wyrobiskach górniczych. Przedstawiono próbę oceny omawianego zagrożenia na drodze identyfikacji tendencji rozwoju procesów geodynamicznych wywołanych wzrastającym stanem naprężeń. Identyfikacja prowadzona jest na podstawie określonej cechy charakteryzującej sygnały sejsmoakustyczne. W okresach przed wystąpieniem wstrząsów muszą mieć miejsce odpowiednie wzrosty naprężeń. Wówczas w ośrodku skalnym wytwarzają się procesy kompakcji, a następnie dylatancji. Powodują one zmiany parametrów fizycznych ośrodka skalnego, a w szczególności tłumienia drgań sprężystych. W fazie kompakcji ma miejsce spadek tłumienia, a w fazie dylatancj i jego wzrost. Na podstawie badań prowadzonych na materiale pomiarowym rejestrowanym w kopalniach węgla kamiennego i rud miedzi stwierdzono, że stopień tłumienia może być oceniany za pomocą cechy reprezentującej asymetrię sygnałów sejsmoakustycznych. Jako miarę asymetrii przyjęto parametr opisujący środki ciężkości widm amplitudowych obwiedni sygnałów. Parametr ten jest estymowany na podstawie poszczególnych sygnałów, przypisując mu czasy ich wystąpienia. W wyniku uzyskuje się szereg czasowy, który w ogólnym przypadku powinien być opisywany modelem w formie niestacjonarnego procesu stochastycznego. Jego wartość oczekiwana reprezentuje przebieg, względnych zmian w czasie, tłumienia drgań sprężystych ośrodka skalnego, w odniesieniu do obszaru otaczającego miejsce rejestracji emisji. Na podstawie analizy tendencji tego przebiegu jest możliwa ocena stanu górotworu w okresach poprzedzających momenty wystąpienia wstrząsów. Teza ta oparta jest na stwierdzeniu, że momenty wystąpienia wstrząsów muszą być poprzedzane odpowiednimi wzrostami naprężeń. Jak już wspomniano wyżej, w miarę wzrostu naprężeń, musi wystąpić w ośrodku skalnym faza kompakcji a następnie dylatancji. Przedstawione w tekście przykłady (przebiegi na rysunkach (3. I) oraz (3.2" stanowią ilustrację potwierdzającą możliwość oceny tych fazy na podstawie analizy emisji sejsmoakustycznej. Daje to podstawy do prowadzenia jakościowej oceny zagrożenia wystąpieniem wstrząsów. Dla ścisłości należy nadmienić, że na wspomnianych rysunkach przedstawiono wykresy odwrotności omawianej wartości oczekiwanej, czyli wielkości odwrotnie proporcjonalnych do tłumienia.

11

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.

12

Estymacja energii emisji sejsmoakustycznej w ścianie na podstawie "energii umownej" rejestrowanej aparaturą ARES

Kornowski J.

Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa

|

2003

|

nr 2

19-32

PL

Energia emisji sejsmoakustycznej - wyrażona w tych samych fizycznych jednostkach (dżulach, J), w których wyrażana jest energia wstrząsów sejsmicznych - stanowi ważną część informacji wejściowej niezbędnej w metodach prognozy zagrożenia sejsmicznego w górnictwie. Stosowane aparatury sejsmoakustyczne zwykle umożliwiają tylko ocenę gęstości pola energii w otoczeniu czujnika (czyli tak zwanej "energii umownej"). W pracy przedstawiono kilka wariantów metody szacowania (czyli estymatorów), wyrażonej w dżulach (J) fizycznej energii zdarzeń sejsmoakustycznych o źródłach w rejonie czoła eksploatowanej ściany, na podstawie "energii umownej", na przykład rejestrowanej przez popularną w polskim górnictwie sejsmoakustyczną aparaturę ARES - i zarekomendowano aktualnie najlepszy z tych sposobów. Opisane estymatory zależne są od przyjętych założeń (idealizujących górotwór i układ pomiarowy): dostarczając więcej i lepszej informacji wejściowej, oczekiwać można bardziej wiarygodnych wyników, lecz zdobycie tej dodatkowej lub lepszej informacji obarczone jest kosztami. Celowe jest więc zapewnienie użytkownikowi możliwości wyboru. Różnice między wynikami, które otrzymuje się stosując różne estymatory, mogą jednak być bardzo duże, warto więc i należy stosować te sposoby, które są najlepiej uzasadnione. Wprowadzono też podstawowe w sejsmoakustyce górniczej pojęcie pola (intensywności) emisji i pokazano, w jaki sposób zagadnienie estymacji energii emitowanej ze ściany wiąże się z zagadnieniem estymacji parametrów tego pola.

EN

Energy of acoustic emission (also called "seismoacoustics" or "microseismics", abbreviated: AE) events, observed in constant (e.g. hourly) time intervals makes an important part of the input information used by some of our methods of seismic hazard prediction. To be useful, this energy should be aggregated with energies of seismic events (mining-induced tremors) - at the same space segment and time interval - so it must be expressed with the same physical units of energy (J). But AE observation systems measure only the density of wavefield energy nearby its sensors so, to estimate the energy of AE, a few estimators of AE energy emitted from a longwall face - given the so called "conventional energy" registered with popular in Polish coal mines AE-system ARES - have been discussed and the currently best and most realistic estimator has been recommended. The estimators depend on assumptions and on the input information - more or better information always costs, but can result in better estimates: as the estimated energy values can differ - for different estimators - strongly, the best, in theory, justified (and realistic) method is advised. The fundamental notion of emission field has been introduced and connection between the estimation of energy emitted from a longwall and a general task - of estimation of the emission field's parameters - has been demonstrated.

13

Pokrytyczne własności skał w trójosiowym stanie naprężenia sygnalizowane emisją akustyczną

Krzysztoń D., Bukowska M., Sanetra U., Gawryś J., Wadas M.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2002

|

nr 5

41-42

PL

Dla określenia pokrytycznych własności skał w trójosiowym stanie naprężenia prowadzono badania w sztywnej maszynie wytrzymałościowej MTS-810 NEW z serwomechanizmem, przy zastosowaniu komory ciśnieniowej 70 MPa. Przeprowadzono kompleksowe badania dla próbek typowych skał karbońskich (piaskowce, mułowce, iłowce, węgle), zwięzłych i spękanych, o gładkiej i szorstkiej powierzchni spękań. W eksperymentach stosowano różne wartości ciśnienia okólnego w zakresie 0 do 70 MPa przy stałej prędkości odkształcenia podłużnego próbki skalnej, lub różne wartości prędkości odkształcenia w zakresie 10-5 do 10-1 s -1 przy stałym ciśnieniu okólnym. W wybranych eksperymentach prowadzona była rejestracja emisji sejsmoakustycznej. Tak szeroki zakres badań umożliwia przeprowadzenie analizy wyników w zastosowaniu do zagadnień górniczych na różnych głębokościach i do zjawisk o charakterze statycznym lub dynamicznym.

EN

Experimental tests in the stiff testing machine MTS 810 New at application of the pressure chamber 70 MPa were carried out for typical Carbon rocks (sandstones, mudstones, siltstones, coals). The compact and fractured rocks and the samples with fractures of smooth and rough surfaces were investigated. The parameters of experiments were confining pressure in the range 0 is to 70 MPa, or longitudinal strain rate in the range 10-5 is to 10-1 s-1. In the chosen experiments the acoustic emission was registered. This wide range of investigations enables the analysis of the results in the application to mining problems occurring at different depth and to phenomena of static and dynamic symptoms.

14

Dyskretna pamięć maksymalnych temperatur w skałach osadowych w przebiegu emisji sejsmoakustycznej i prędkości fali podłużnej

Zuberek W.M., Żogała B.

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

|

1999

|

T. 25, z. 1

15-24

PL

Przedstawiono wyniki badań nad cyklicznym podgrzewaniem próbek karbońskich piaskowców i mulowców. Podczas kilku cykli podgrzewań od ok. 30 stopni Celsjusza do ok. 200 stopni Celsjusza mierzono emisję sejsmoakustyczną i czas propagacji fal podłużnych. Badania potwierdziły występowanie efektu pamięci maksymalnej temperatury w przebiegu emisji sejsmoakustycznej i pamięci prędkości fali P oraz, że efekty te stopniowo zanikają z upływem czasu. Zaobserwowane zmiany średnich wartości współczynnika pamięci termicznej B, skumulowanej liczby zliczeń emisji sejsmoakustycznej N/z oraz prędkości fali P dobrze korelują się ze sobą

EN

The results of the cyclic heating of carboniferous sandstone and mudstone samples are presented. The several heating cycles from approximately 30 degrees of Celsius up to 200 degrees of Celsius were done and the measurements of acoustic emission activity and P-wave velocity were realised. The research confirmed that the maximum temperature memory effect in AE and P-wave velocity exists and the effect gradually decays with time. Changes of the average values of thermal memory coefficient B, AE cumulated count number N/z and P-wave velocity correlate well with each other

15

Sposób oceny zagrożenia tąpaniami oparty na analizie grupowania się zjawisk sejsmoakustycznych

Takuska-Węgrzyn E.X.

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

|

1998

|

T. 24, z. 2

127-136

PL

W artykule przedstawiono nową metodę analizy strumienia emisji sejsmoakustycznej w aspekcie oceny zagrożenia tąpaniami. Wprowadzono koncepcję grupowania się zjawisk sejsmoakustycznych w czasie i w przestrzeni przy przyjęciu założenia o wzroście aktywności sejsmoakustycznej przed wystąpieniem wstrząsu oraz grupowania się źródeł w rejonie tworzenia się wstrząsu. Analizowano odstępstwo strumienia emisji sejsmoakustycznej od modelu opisanego procesem Poissona. Zdefiniowano pojęcie grupowania się zjawisk i wprowadzono ideę analizy parametrów funkcji korelacji czasowej i funkcji korelacji przestrzennej. Parametry czasowej i przestrzennej funkcji korelacji mogą służyć jako miary do oceny stanu zagrożenia tąpaniami. Przedstawioną metodę wstępnie testowano na danych pomiarowych rejestrowanych w warunkach kopalń rud miedzi w celu oceny zagrożenia tąpaniami. Uzyskane wyniki wskazują na celowość stosowania powyższej metody i kontynuację badań

EN

A method of the analysis of the grouping of seismo-acoustic emission phenomena in the rockmass has been presented. A notion of the grouping of phenomena has been defined and that means that time intervals between them are shaller than those from the Poisson distribution. Moreover, a measure of the grouping as a norm of the time correlation function of the origin of these phenomena has also been determined. Finally, a method of the analysis of the grouping of the origins of these phenomena has been presented by means of the spatial correlation function