Próba zdefiniowania obszarów akumulacji energii w górotworze na podstawie lokalizacji ognisk wstrząsów sejsmicznych

___________________________________________________________________

1)

Główny Instytut Górnictwa, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice

Jan Drzewiecki

Próba zdefiniowania obszarów akumulacji energii

w górotworze na podstawie lokalizacji ognisk

wstrz

ą

sów sejsmicznych

Słowa kluczowe: eksploatacja miedzi, wstrząsy sejsmiczne, obszary akumulacji energii Streszczenie

Położenie ognisk wysokoenergetycznych wstrząsów sejsmicznych oraz towarzyszących im tzw. for i after shock-ów wskazują, że obszar, w którym następuje przywrócenie równowagi energetycznej wielokrotnie przekracza obszar prowadzonej eksploatacji. Ilość zarejestrowa-nych w krótkim czasie wstrząsów sejsmicznych, a szczególnie lokalizacja ich ognisk, wskazu-ją obszar masywu skalnego biorącego udział w procesach odkształceniowo-zniszczeniowych indukowanych działalnością górniczą. Przeanalizowano położenie ognisk wysokoenergetycz-nych wstrząsów sejsmicznych oraz towarzyszących im tzw. for i after shock-ów dla określenia obszaru akumulowania energii. Powierzchniowo obszar ten znacznie przekracza rozmiary obszaru prowadzonych robót górniczych. Innymi słowy obszar naruszenia równowagi góro-tworu nie należy odnosić jedynie do prowadzonej eksploatacji, a do obszaru znacznie wię k-szego. Analiza lokalizacji szybko po sobie następujących zjawisk sejsmicznych jest wska-zówką dla prognozy wysokoenergetycznych wstrząsów sejsmicznych. Lokalizacja fragmen-tów górotworu, w których dochodzi do krótkim czasie do serii wstrząsów sejsmicznych, w stosunku do miejsca prowadzonych robót górniczych, może być wskazówką dla prognozy lokalizacji ognisk wysokoenergetycznych wstrząsów sejsmicznych.

Wprowadzenie

Wraz ze zwiększeniem zakresu i intensywności podziemnej eksploatacji rud miedzi w LGOM narastająco rejestruje się wysokoenergetyczne zjawiska sejsmiczne, prze-kraczające poziom energii 105J [2,3]. Z każdego zbioru wstrząsów sejsmicznych zarejestrowanych z rejonu prowadzonej eksploatacji można wyodrębnić podzbiór, w którym wstrząsy zarejestrowane są w krótkich sekundowych bądź minutowych odstępach czasowych. Ich ilość, a szczególnie lokalizacja ich ognisk wskazują, że obszar, z jakiego są one emitowane może znacznie przekraczać obszar prowadzo-nych robót górniczych. Biorąc pod uwagę energię sejsmiczną wstrząsów w tych pod-zbiorach, z reguły można w nich wyróżnić wstrząs dominujący, tzn. wstrząs o energii o jeden, bądź więcej rzędów przekraczający energię pozostałych. Taki wstrząs inicju-je serię wstrząsów towarzyszących, określanych mianem after shock-ów [5]. Wza-jemne odległości ognisk wstrząsów sejsmicznych w tak wyróżnionych podzbiorach potwierdzają, że obszar, w którym zachodzą procesy zmierzające do przywrócenia równowagi w górotworze może być bardzo rozległy. Decyduje o nim wielkość i czas dokonań eksploatacyjnych, ilość i wielość zaburzeń naturalnych oraz nierównomierny poziom skrępowania poszczególnych fragmentów górotworu w otoczeniu prowadzo-nej i dokonaprowadzo-nej eksploatacji [1,4]. W konsekwencji obszary, w których następuje

przekroczenie wytrzymałości mechanicznej skał i emisja energii falowej, mogą znaj-dować się w znacznej wzajemnej odległości. Innymi słowy, górotwór naruszony eks-ploatacją to górotwór, w którym jednocześnie występuje wiele jego fragmentów o skoncentrowanej energii, które nie muszą być lokalizowane w bezpośredniej bli-skości prowadzonych robót górniczych. Można zatem z dużym prawdopodobień -stwem stwierdzić, że wysokoenergetyczne wstrząsy sejsmiczne, towarzyszące eks-ploatacji nie zawsze będą „niebezpieczne” dla wyrobisk górniczych, natomiast zaw-sze będą powodować dekoncentrację energii w ognisku i jego sąsiedztwie oraz kon-centrację energii w obszarze, w którym górotwór dozna największych chwilowych odkształceń. Należy podkreślić, że obszary te mogą, ale nie muszą koncentrować

się w otoczeniu prowadzonej eksploatacji. Konsekwencją powyższego jest wzrost bądź obniżenie poziomu zagrożenia sejsmicznego i wynikającego z niego zagrożenia tąpaniami w takich obszarach.

Na przykładzie dokonanej eksploatacji złoża rud miedzi ZG „Rudna” w polu XVII/1 przedstawiono rozważania zmierzające do prognozy obszarów aktywności sejsmicz-nej w oparciu o zmianę położenia tzw. równoważnika energii sejsmicznej Res. Jest on obliczany dla skończonego zbioru następujących po sobie wstrząsów sejsmicznych, jako odpowiednik środka masy bryły, którą tworzy fragment górotworu obejmujący ogniska wstrząsów sejsmicznych o zdefiniowanych współrzędnych, natomiast nie-równomierny rozkład masy obrazuje energia sejsmiczna wstrząsów.

1. Charakterystyka obszaru eksploatacji pola XVII/1

1.1. Charakterystyka geologiczno-górnicza

Obszar złoża rud miedzi ZG „Rudna” znajduje się w obrębie monokliny przedsudec-kiej, którą tworzą utwory permu i triasu, podścielone utworami krystalicznymi prote-rozoiku i starszego paleozoiku oraz piaskowcami wieku karbońskiego. Pokrywę mo-nokliny tworzą utwory trzeciorzędowe i czwartorzędowe. Poszczególne kompleksy zalegają na sobie dyskordantnie i przedzielone są długimi lukami stratygraficznymi (rys. 1).

Stanowiące przedmiot analizy pole XVII/1 zaliczone jest do III stopnia zagrożenia tąpaniami, decyzją Dyrektora OUG we Wrocławiu L. Dz. 707/15/94 z dnia 17.05.1994 r., co jest równoznaczne z koniecznością stosowania przedsięwzięć pro-filaktycznych, adekwatnych do stwierdzanego, bądź prognozowanego zagrożenia tąpaniami robót górniczych.

Obszar będący przedmiotem analiz zalega na głębokości przekraczającej 1000 m, co determinuje bardzo wysoki poziom ciśnień grawitacyjnych na horyzoncie eksploatowanej furty. Miąższość serii węglanowo-łupkowej w rejonie pola XVII/1 wynosi 63-72 m, powyżej występują anhydryty o grubości około 160-204 m. Spąg wyrobisk stanowią drobnoziarniste piaskowce kwarcowe o spoiwie ilastym, których całkowita miąższość wynosi 8-14 m, głębiej zalegają średnioziarniste piaskowce kwarcowe. Taka grubowarstwowa budowa górotworu wskazuje na jego trudną po-dzielność poprzeczną, zarówno dolomitu jak i anhydrytu, przy stosunkowo łatwej podzielności wzdłuż płaszczyzn sedymentacyjnych na ich kontakcie.

Rys. 1. Profil litologiczno-stratygraficzny rejonu pola XVII/1

Na całym obszarze pola XVII/1 w serii węglanowej występują różnokierunkowo zo-rientowane spękania pionowe, bądź prawie pionowe, wypełnione kalcytem, gipsem, a także anhydrytem, o dominujących kierunkach płaszczyzn podzielności NE-SW (25-35°) i NW-SE (295-305°). W obr ębie pola XVII/1 występuje szereg dyslokacji nieciągłych w postaci stromo nachylonych uskoków (pod kątem 70-90°), o general-nym przebiegu NW-SE i NE-SW. Zrzuty tych uskoków oscylują w granicach 0,3- 4,4 m. Fakt występowania tego typu nieciągłości o jednoznacznie zorientowanych kierunkach powierzchni uskokowych, a obejmujących swym zasięgiem warstwy do-lomitu, wskazuje na występowanie w górotworze, w obszarze pola XVII/1 kilku wy-raźnych obszarów jego osłabienia, zbieżnych z wyżej wymienionymi rejonami usko-kowymi.

Pomimo stosunkowo małych zrzutów uskoków, powodują one anomalie naprężeń

oraz miejsc tworzenia się wtórnych nieciągłości w monolitycznym dolomicie. Należy podkreślić, że na skutek eksploatacyjnego podbierania dolomitu systemem umoż li-wiającym jego łagodne osiadanie na odcinku linia frontu-linia zawału. W trakcie osia-dania stropu spoiny uskokowe są niszczone. W konsekwencji tego procesu wydzie-lone tymi uskokami fragmenty dolomitu będą uzyskiwać większy w stosunku go pierwotnego stopień swobody.

Zmienna miąższość złoża w granicach 4,0-12,0 m, a w konsekwencji nierównomier-na wysokość podbierania warstw stropowych na całym obszarze pola XVII/1, powo-duje asymetryczne dociążanie podłoża piaskowcowego oraz asymetryczne defor-mowanie dolomitu o wyraźnie wykształconych granicach zalegania w stosunku do warstw sąsiednich – postać płytowa dolomitu. Taka budowa stropu wskazuje na możliwość rozległego eksploatacyjnego jego opuszczania, przy zachowaniu jego ciągłości na całym obszarze od linii frontu do linii zrobów, jak i lokalnego obciążania spągu uginanym stropem dolomitowym przez caliznę filarów resztkowych.

Zastosowany system eksploatacji na jedną bądź na dwie warstwy, w tym drugim przypadku z podsadzką hydrauliczną, nie wyklucza wytwarzania w eksploatowanej furcie oraz warstwie dolomitu lokalnych obszarów koncentracji naprężeń. Zasadniczy udział w tym procesie ma kinematyka przemieszczeń, tj. osiadanie dolomitu wraz z nadkładem. Należy podkreślić, że każde wytworzenie kolejnej pustki, bądź eksplo-atacyjne zmniejszenie przekroju poprzecznego filara, przy grubych i mocnych ska-łach stropowych, jak w polu XVII/1, będzie powodowało lokalnie nierównomierne dociążanie filarów wynikające z różnych krzywizn uginających się warstw nadległych. Skutkiem powyższego w polu XVII/1, w rejonach jego największych krzywizn wystę -pować będą miejsca o różnym poziomie koncentracji naprężeń w furcie eksploata-cyjnej oraz w stropie.

Z chwilą powstania nowych powierzchni odsłonięcia stropu miejsca takie uzyskują

zwiększony stopień swobody. Decyduje to o dynamicznym przemieszczaniu stropu ciągłego połączonym z lokalnym zniszczeniem szeregu fragmentów calizny, nawet w bardzo odległych od siebie rejonach.

Parametry eksploatacji w polu XVII/1 charakteryzują:

− głębokość eksploatacji około 1050 m;

− miąższość złoża od 4 do 12 m;

− długość frontu w zasadniczej części pola około 750 m;

− systemy eksploatacji:

• komorowo-filarowy z upodatnieniem złoża i dodatkową ochroną stropu R-UO, dla złoża o miąższości do 7 m,

• komorowo-filarowy z podsadzką hydrauliczną dla warunków wystę po-wania zmiennej stateczności stropu (RG-8), w złożu o miąższości

powy-żej 7 m.

1.2. Sejsmiczność towarzysząca eksploatacji

W trakcie eksploatacji złoża w polu XVII/1, tj. od 04.10.2006 r. do 23.04.2012 r. zare-jestrowano ponad 1000 wstrząsów sejsmicznych o energii przekraczającej 103J. Ilość zjawisk sejsmicznych jest miernikiem zagrożenia sejsmicznego, natomiast duża wzajemna odległość ognisk wskazuje na istnienie w stropie rozległego obszaru nie-równowagi energetycznej w stosunku do wielkości obszaru robót eksploatacyjnych.

Analizując lokalizację ognisk i ich wzajemną ustępliwość czasową ze zbioru wszyst-kich wstrząsów sejsmicznych można wyodrębnić takie, które wskazują na ruch frag-mentów stropu w dużych odległościach od prowadzonych robót eksploatacyjnych. W tabeli 1 przedstawiono grupy wstrząsów sejsmicznych, które zarejestrowano w krótkich przedziałach czasu. Lokalizacja ich ognisk i czas rejestracji wskazują na krótkie w czasie zmiany odkształceń i przemieszczeń bardzo dużych objętości góro-tworu w stosunku do górogóro-tworu naruszanego prowadzonymi robotami eksploatacyj-nymi. Należy podkreślić, że w zbiorach tych znajdują się zarówno wstrząsy inicjujące wstrząsy wysokoenergetyczne, jak i wstrząsy zamykające kilkunastosekundową, bądź minutową aktywność górotworu.

Tabela 1 Zestawienie zbiorów wstrząsów charakteryzujących krótką w czasie aktywność

sejsmiczną górotworu w otoczeniu pola XVII/1 w latach 2007÷ 2012. Nr

obsz. Data godz. min. sek. Oddz.

Energia (J) X (m) Y (m) Z (m) 2007-01-05 14 15 18 XVII/1 1,80E+07 5709707 5577529 -796 1 2007-01-05 14 16 20 XVII/1 5,30E+04 5709742 5577397 -791 2007-01-05 14 19 45 XVII/1 2,50E+03 5709496 5577174 -418 2007-04-09 12 25 53 XVII/1 2,40E+04 5709602 5577420 -695 2 2007-04-09 12 25 58 XVII/1 1,30E+05 5709550 5577401 -811 2007-04-09 12 29 5 XVII/1 9,60E+04 5709574 5577417 -676 2007-06-07 22 42 36 XVII/1 2,10E+07 5709634 5577005 -725 3 2007-06-07 22 47 47 XVI/1 5,00E+03 5709721 5576954 -383 2007-06-07 22 48 58 XVII/1 4,30E+03 5709658 5576981 -676 2007-12-13 15 52 16 XVII/1 5,10E+07 5709097 5578064 -763 2007-12-13 15 54 16 XVII/1 1,30E+06 5709080 5578030 -777 4 2007-12-13 15 56 11 XVII/1 6,90E+03 5709186 5577992 -791 2007-12-13 16 19 9 XVII/1 6,70E+03 5709175 5578272 -798 2007-12-13 16 37 41 XVII/1 1,80E+03 5709418 5577193 -762 2008-06-13 6 13 33 XVI/1 1,10E+08 5709761 5576767 -774 5 2008-06-13 6 35 13 XVII/1 1,10E+04 5709528 5577147 -803 2008-06-13 6 37 48 XVII/1 1,40E+03 5709656 5577298 -579 2008-10-12 21 19 41 XVII/1 9,50E+05 5709346 5577521 -773 6 2008-10-12 21 20 29 XVII/1 3,80E+04 5709350 5577444 -707 2008-10-12 21 20 48 XVII/1 2,90E+05 5709310 5577443 -738 2009-02-12 2 1 20 XVII/1 4,10E+03 5709359 5577199 -787 7 2009-02-12 2 26 36 XVII/1 1,20E+07 5709235 5577961 -786 2009-02-12 2 38 16 XVII/1 1,50E+05 5709279 5577902 -769 2009-02-16 5 28 17 XVII/1 2,00E+04 5709436 5577473 -777 8 2009-02-16 5 28 20 XVII/1 4,10E+05 5709435 5577475 -777 2009-02-16 5 50 16 XVII/1 2,20E+05 5709196 5577872 -775 2009-05-28 5 54 9 XVII/1 3,50E+06 5709486 5577560 -752 9 2009-05-28 6 9 53 XVII/1 2,40E+05 5709335 5577347 -739 2009-05-28 21 1 41 XVII/1 4,90E+03 5709423 5577784 -798 2009-05-28 21 22 17 XVII/1 1,40E+05 5709643 5577434 -635 2009-10-15 6 30 13 XVII/1 4,20E+07 5709214 5577663 -718 2009-10-15 6 42 41 XVII/1 1,00E+03 5709802 5577648 -884 2009-10-15 6 55 7 XVII/1 2,50E+05 5709326 5577375 -737 2009-10-15 6 55 58 XVII/1 1,20E+03 5709316 5577370 -712

Tabela 1 c.d. Nr

obsz. Data godz. min. sek. Oddz.

Energia (J) X (m) Y (m) Z (m) 10 2009-10-15 7 9 35 XVII/1 1,40E+04 5709367 5577368 -733 2009-10-15 7 17 44 XVII/1 1,70E+04 5709333 5577377 -676 2009-10-15 7 23 36 XVII/1 1,70E+04 5709323 5577380 -452 2009-10-15 8 9 17 XVII/1 1,90E+04 5709427 5577430 -775 2009-10-15 8 9 40 XVII/1 1,10E+04 5709218 5577091 -549 2009-10-15 8 10 6 XVII/1 3,80E+03 5709164 5577055 -788 2010-06-04 14 28 54 XVII/1 1,70E+07 5709159 5577405 -788 2010-06-04 14 30 11 XVII/1 1,40E+04 5709365 5577119 -738 11 2010-06-04 14 34 36 XVII/1 4,20E+07 5709390 5577265 -799 2010-06-04 14 36 17 XVII/1 3,20E+05 5709421 5577495 -785 2010-06-04 14 40 29 XVII/1 1,80E+04 5709374 5577122 -766 2010-12-30 9 11 30 XVII/1 5,40E+03 5709155 5577374 -787 2010-12-30 9 56 43 XVII/1 1,50E+08 5709169 5577721 -769 2010-12-30 10 6 13 XVII/1 2,80E+03 5709414 5577113 -762 2010-12-30 10 10 59 XVII/1 1,80E+03 5709409 5577554 -736 2010-12-30 10 11 3 XVII/1 6,40E+04 5709532 5577384 -736 12 2010-12-30 10 17 26 XVII/1 4,40E+04 5709487 5577680 -790 2010-12-30 10 38 39 XVII/1 1,80E+03 5709462 5577908 -857 2010-12-30 10 41 13 XVII/1 9,10E+04 5708878 5577260 -763 2010-12-30 12 3 22 XVII/1 1,20E+03 5709181 5577063 -793 2010-12-30 12 7 1 XVII/1 2,30E+03 5709425 5577722 -761 2010-12-30 14 14 16 XVII/1 2,00E+05 5709063 5577566 -806 2010-12-30 14 47 22 XVII/1 1,40E+04 5709176 5577103 -797 2011-10-23 0 21 31 XVII/1 1,60E+06 5709002 5578007 -821 13 2011-10-23 0 24 18 XVII/1 3,60E+04 5709020 5577803 -789 2011-10-23 0 56 15 XVII/1 1,20E+07 5709007 5577752 -850 2011-10-23 0 57 31 XVII/1 4,00E+06 5709131 5577739 -849 14 2012-04-23 23 2 33 XVII/1 7,80E+06 5708891 5577860 -857 2012-04-23 23 3 52 XVII/1 2,70E+05 5708871 5577956 -822

2. Obszary akumulacji energii

Wybieranie złoża narusza pierwotny stan naprężeń w otoczeniu wyrobisk eksploata-cyjnych, czy wytworzonych pustek, górotwór ulega różnokierunkowym odkształce-niom. Im większa jest różnica sił ściskających i rozciągających na danym odcinku stropu, bądź spągu furty eksploatacyjnej, tym szybciej i na dłuższym obszarze na-stąpi zniszczenie struktury górotworu. Zakres robót górniczych decyduje o grubości obszaru zniszczonego, zarówno w kierunku stropu jak i spągu. Stopień naruszenia górotworu jest trudny do ilościowego określenia, można jedynie zakładać, że nie wszędzie następuje dezintegracja naturalnej struktury górotworu, szczególnie gdy skały stropowe charakteryzują wysokie wartości parametrów mechanicznych, co ma miejsce w warunkach górotworu w LGOM. Jak już wspomniano, miąższość serii węglanowo-łupkowej w rejonie pola XVII/1 wynosi 63-72 m, powyżej której występują

anhydryty o grubości około 160-204 m, natomiast spąg budują drobnoziarniste pia-skowce kwarcowe o spoiwie ilastym, których całkowita miąższość wynosi 8-14 m. Taka grubowarstwowa budowa górotworu, przy jednocześnie wysokich parametrach mechanicznych warstw skłania do stwierdzenia, że na dużych obszarach będą one doznawały małych odkształceń. Wskazuje ona także na jego trudną podzielność

podzielności wzdłuż naturalnych płaszczyzn sedymentacyjnych. Ta ostatnia podziel-ność jest równoznaczna z eksploatacyjnym rozwarstwieniem górotworu w obsza-rach, w których nastąpią przekroczenia naprężeń rozciągających na kontakcie warstw. Im gęstsza będzie podzielność górotworu w stropie furty eksploatacyjnej, tym większa będzie odkształcalność zespołu wzajemnie kontaktujących się, wydzie-lonych warstw. Zatem proces taki prowadzić będzie do niebezpiecznego zjawiska zawisania zespołu grubych warstw skalnych nad obszarem prowadzonych robót. Chwilowe przekroczenie sił spójności pierwotnej w strefie transwersalnej anizotropii warstw będzie miało charakter dynamiczny, stwarzając realne niebezpieczeństwo generowania wstrząsów, w tym również wysokoenergetycznych.

Uruchomienie takiego mechanizmu zjawisk dynamicznych generowanych prowadzo-ną eksploatacją jest równoznaczne z lokalnym odprężeniem górotworu w otoczeniu ognisk wstrząsów sejsmicznych, połączonym z lokalnym przyrostem naprężeń w innych rejonach. Zasięg obszarów, w których początkowo następuje jego spręż y-ste odkształcenie, a następnie rozwijają się procesy zniszczeniowe, wynika z

wielko-ści odkształceń warstw stropowych, ich własności mechanicznych i wielkości obcią

-żenia oraz powierzchni niecałkowicie obciążonych zrobów oraz powierzchni zgniata-nych filarów, spełniających rolę sprężystych podpór, utrzymujących cały nadkład w równowadze. Rozległość obszarów aktywności sejsmicznej dla 14 zbiorów wstrzą -sów przedstawionych w tabeli 1 zilustrowano na rysunku 2. Prezentuje on na tle wy-robisk górniczych obszary, w których zarejestrowano sekwencje czasowe wstrząsów wraz z lokalizacją ognisk. Na rysunku 3 przedstawiono czas i lokalizację ognisk wstrząsów zarejestrowanych w krótkoterminowej sekwencji w dniu 30.12.2010 r. Należy zwrócić uwagę na rozległość położenia ognisk wstrząsów dla tego podzbioru,

świadczącą o skali zasięgu ruchów stropu nad dokonaną i prowadzoną eksploatacją.

Rys. 2. Położenie obszarów aktywności sejsmicznej charakteryzujących krótką w czasie aktywność sejsmiczną górotworu w otoczeniu pola XVII/1, w latach 2007÷2012

Rys. 3. Czas i lokalizacja ognisk wstrząsów zarejestrowanych w krótkoterminowej sekwencji w dniu 30.12.2010 r.

3. Równowa

ż

nik energii sejsmicznej R

Eksploatacja złoża narusza w ograniczonej objętości górotworu pierwotny/naturalny rozkład mas, a w konsekwencji równowagę naprężeń, czy energii potencjalnej. Sta-teczność górotworu w takiej objętości, pomimo ubytku masy, zapewniają siły tarcia statycznego, których wartość zależy od sił spójności pierwotnej warstw, ich własności fizycznych i mechanicznych oraz jakości powierzchni kontaktowych. Analizując taką

objętość górotworu pod kątem akumulowanej w nim energii, należy zwrócić uwagę

na jej nierównomierny rozkład. Energia w niej zakumulowana zależy od wielkości odkształcenia fragmentu górotworu w następstwie prowadzonej działalności górni-czej. Jej wartość i rozkład przestrzenny są nierównomierne, co jest determinowane odkształceniami eksploatacyjnymi górotworu. Tak scharakteryzowany obszar góro-tworu można przybliżyć w postaci silnie zdeformowanej „bryły”, zbudowanej z szere-gu mas o zdefiniowanych współrzędnych środków, a zastępując masę energią

sej-smiczną, ze współrzędnych środków układu wstrząsów sejsmicznych, których wa-gami są ich energie sejsmiczne. Można zatem analizować zmianę współrzędnych

środka układu zbioru wstrząsów sejsmicznych, których wagami są ich energie sej-smiczne. Przedstawiając powyższe w postaci wektorowej dla każdego skończonego zbioru wstrząsów sejsmicznych, których wagami są ich energie, można określić ich współrzędne i znaleźć ich wektor wypadkowy o zwrocie przeciwnym definiowany jako

równoważnik energii sejsmicznej Res, wyrażony w jednostkach energii. Pod

względem ilości energii jest on równy sumie energii wstrząsów sejsmicznych anali-zowanego zbioru, a jego przeciwny zwrot utrzymuje „bryłę” w równowadze. Biorąc pod uwagę sejsmiczność indukowaną robotami górniczymi tego typu zbiór będzie zbiorem zamkniętym dla danego interwału czasowego, co jest równoznaczne z chwi-lowym poziomem rozwinięcia eksploatacji. Wystąpienie kolejnego wstrząsu sej-smicznego spowoduje powiększenie zbioru wstrząsów, a zarazem zmieni współ-rzędne wektora wypadkowego, czyli położenie Równoważnika energii sejsmicznej

Res o współrzędnych (xs, ys, zs, ΣEs), którego wagę na rysunku przedstawia długość odcinka.

Na rysunku 4 przedstawiono bryłę zbudowaną z wektorów „zaczepionych” w punk-tach definiujących współrzędne ich ognisk, których długości są wagami energii sej-smicznej zamkniętego zbioru wstrząsów sejsmicznych oraz równoważnik energii sejsmicznej Res. Dodatkowo na rysunku zaznaczono położenie wektora silnego

wstrząsu sejsmicznego o współrzędnych (xs, ys, zs, Es), jaki poprzedzały wstrząsy sejsmiczne, z których obliczono Res. Jego wagę/energię na rysunku przedstawia

długość odcinka. Tego typu analizy pozwalają, dla skończonych zbiorów wstrząsów sejsmicznych indukowanych eksploatacją złoża, śledzić, jaki jest rozkład energii emitowanej z danego obszaru prowadzonej eksploatacji oraz w jakich jej obszarach należy liczyć się z nadmiarem, bądź niedoborem energii.

Rys. 4. Graficzna prezentacja rozkładu energii sejsmicznej skończonego zbioru wstrząsów wyemitowanej z górotworu wraz z jej równoważnikiem Res oraz lokalizacją równoważnika

energii sejsmicznej silnego wstrząsu sejsmicznego, jaki wystąpił po serii wstrząsów objętych analizowanym zbiorem

Podsumowanie

W górotworze, w którym prowadzona jest eksploatacja, obszary o największych gra-dientach nadmiaru, bądź niedoboru energii, są potencjalnym dawcą, bądź odbiorcą

tej energii. Mając na uwadze zagrożenie sejsmiczne i wynikające z niego zagrożenie tąpaniami, zdefiniowanie ich chwilowego położenia w stosunku do prowadzonych robót górniczych decydować będzie o bezpieczeństwie robót. Należy podkreślić, że każdy wysokoenergetyczny wstrząs sejsmiczny jest wypadkową pracy, jaką wykonu-je górotwór w rozległym obszarze naruszonym robotami górniczymi. Obrazem wyko-nanej pracy są niskoenergetyczne wstrząsy sejsmiczne, których ogniska zlokalizo-wane są nierzadko w znacznych wzajemnych odległościach. Wynika to z faktu, ograniczonej w czasie oraz zmiennej w przestrzeni chwiejnej równowagi górotworu, spowodowanej istniejącymi i tworzonymi zrobami oraz reologią ośrodka. Wysoko-energetyczny wstrząs sejsmiczny zawsze skokowo zmieni położenie równoważnika energii sejsmicznej Res. Dotychczasowe analizy wstrząsów i lokalizacji ich ognisk,

według prezentowanej metodologii badań, na obecnym poziomie zaawansowania prac nie pozwalają jednoznacznie twierdzić, że silne wstrząsy sejsmiczne są lokali-zowane w bezpośrednim otoczeniu równoważnika energii sejsmicznej Res

obliczone-go z poprzedzających go wstrząsów sejsmicznych. W oparciu o tę metodologię

można określić/lokalizować obszary dużych gradientów energii akumulowanej w górotworze, co jest pierwszym krokiem do opracowania metody prognozy obsza-rów akumulacji energii. Aktualnie prowadzone prace zmierzają do zdefiniowania przedziału czasu eksploatacji/rejestracji wstrząsów niezbędnego dla zbudowania zbioru wstrząsów poprzedzających wstrząs wysokoenergetyczny, a w konsekwencji bardziej informatywnego oszacowania lokalizacji równoważnika energii sejsmicznej

Res.

Bibliografia

[1] Biliński A., 1985, Tąpania w świetle mechaniki górotworu odprężonego. Zeszyty Nauko-we AGH, nr 2.

[2] Burtan Z., 2012, Wpływ eksploatacji w rejonach zaburzeń tektonicznych o dużych zrzu-tach na kształtowanie się zagrożenia sejsmicznego w kopalniach Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego. Wydawnictwo AGH, Rozprawy Monografie, Kra-ków.

[3] Butra J., 2010, Eksploatacja złoża rud miedzi w warunkach zagrożenia tąpaniami i zawałami. Wydawnictwo KGHM CUPRUM sp. z o.o – CBR., Wrocław.

[4] Drzewiecki J., 2004, Wpływ postępu frontu ściany na dynamikę niszczenia górotworu karbońskiego” Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa nr 860, Katowice.

[5] Gibowicz S.J., Kijko A., 1994, Introduction to Mining Seismology, Academic Press, San Diego.

An attempt to define the areas of energy storage in the

subsurface on the basis of seismic outbreaks location

Location of high seismic events and for- and after-shocks indicates the area where the restoration of the energy balance often exceeds the area of mining operation. Number of registered short time seismic events and especially the location of outbreaks, indicate where the rock mass was involved in strain-destructive processes induced by mining activities. The location of foci of high seismic events and for- and after-shocks for determining the area of the energy storage was analyzed in the paper. This surface area far exceeds the size of the area of conducted mining operations. In other words, the area of the rock mass balance violations do not only refer to a mining operation, but a much larger area. Analysis of the location of the sequences of the rapid seismic events is an indication for the prediction of high seismic activity. Location fragments of rock in which sequences of the rapid seismic events are recorded in relation to the location of mining conducted, it may be indicated for the forecast location of high seismic events.