___________________________________________________________________________
Zmienność obszaru aktywności sejsmicznej
indukowanej eksploatacją oddziału wydobywczego
KGHM Polska Miedź S.A.
Jan Drzewiecki
Główny Instytut Górnictwa, Katowice Streszczenie
Prognoza rejonów aktywności sejsmicznej górotworu naruszanego eksploatacją będzie moż-liwa w przypadku, gdy uda się opracować zasady selekcji wstrząsów sejsmicznych decydują-cych o lokalnej nierównowadze energetycznej w obszarze prowadzonych robót górniczych. Zasięgi obszarów masywu skalnego biorącego udział w procesach odkształceniowo zniszcze-niowych, powodowanych działalnością górniczą, są zmienne zarówno w płaszczyźnie pozio-mej, jak i objętości górotworu. Wyznacznikiem tej zmienności może być przestrzenna lokali-zacja ognisk wysokoenergetycznych wstrząsów sejsmicznych. Wyznaczenie zbiorów wstrzą-sów w odniesieniu ich przestrzennej lokalizacji w stosunku do frontu prowadzonej eksploatacji i czasu ich wystąpienia może być pomocne w prognozie obszarów decydujących o zagrożeniu sejsmicznym rejonu prowadzonych robót górniczych. Dla wybranego oddziału wydobywczego, na bazie tak opracowanych podzbiorów położenia ognisk wstrząsów i ich energii dla odpowiadających im zakresów wykonanych robót wybierkowych, mogą być wska-zówką położenia obszarów górotworu, pozostających w granicznej równowadze energetycznej do momentu wyzwolenia kolejnej porcji energii sejsmicznej „stabilizującej” tego typu obszary górotworu. W artykule przedstawiono propozycję prowadzenia tego typu analiz dla zbiorów zjawisk sejsmicznych z wybranych okresów eksploatacji, co może stanowić podstawę dla opracowania algorytmu programu prognozowania rejonów aktywności sejsmicznej górotworu naruszanego eksploatacją w warunkach każdego z oddziałów wydobywczych KGHM Polska Miedź S.A.
Słowa kluczowe: eksploatacja miedzi, obszary akumulacji energii, wstrząsy sejsmiczne
The variability of the seismic activity area induced by the
exploitation of the mining division of KGHM Polska Miedz S.A.
Abstract
The forecast in the areas of seismic activity of the rock mass affected by the exploitation will be possible when the seismic tremor selection rules which decide about the local energy imbalances in the areas of the mining works are developed. The ranges of areas of the rock mass involved in the process of deformation and destruction – caused by the mining activi-ties – are different in both the horizontal plane and volume of the rock mass. The spatial location of high energy seismic tremors focuses may be determinant of this variability. Des-ignation of seismic tremors sets in respect to their spatial location, relative to the front of mining operation and time of their occurence can be helpful in forecasting the hazard ar-ea determining the seismic risk in the arar-ea of mining operations. For the mining division selected on the basis of the prepared subsets, the positions of seismic tremors focuses and their energy for the corresponding ranges of performed mining works may be the clue to determine the areas where the rock mass remains in the boundary energy balance until the release of another portion of seismic energy “stabilizing” this type of rock mass areas. The article presents a proposal of conducting this type of analysis for sets of seismic events from
the selected periods of operations which can be the foundation for developing the algorithm of forecasting program to monitor the activity of the seismic areas of the rock mass activity affected by exploitation in the conditions of each of the mining divisions of KGHM Polska Miedz S.A.
Key words: copper ore mining, areas of energy accumulation, seismic tremors Wprowadzenie
Eksploatacja złoża narusza pierwotny stan naprężenia w górotworze w obszarach wytworzonych pustek w górotworze. W takich obszarach jego fragmenty ulegają odkształceniom i przemieszczeniom, przy czym szczególnie istotne dla procesów ich destrukcji są przemieszczenia pionowe, decydujące o wielkości sił rozciągają-cych podbieranych warstw. W złożu nienaruszonym dominują odkształcenia piono-we wskutek sił ściskających/grawitacyjnych. Różnica tych sił w obszarze warstw stropu eksploatowanej furty decyduje o miejscu i intensywności ich niszczenia oraz energii, która zostaje emitowana w trakcie tego procesu. Należy podkreślić, że pro-ces przemieszczeń sukpro-cesywnie podbieranego masywu skalnego obejmuje coraz większe jego obszary, zatem także coraz wyższe partie górotworu, czego wyrazem jest sejsmiczność towarzysząca eksploatacji [7]. W warunkach górotworu LGOM-u stopień jego naruszenia, ze względu na grubowarstwową budowę oraz wysokie parametry mechaniczne budujących go warstw [6], skłania do stwierdzenia, że bę-dzie on miał zdolność do bardzo małego odkształcania na dużych obszarach. Wy-stępująca nad rejonem pola G23 seria węglanowo-łupkowa, powyżej której występu-ją anhydryty, wskazuje na ich trudną podzielność poprzeczną w obrębie zarówno dolomitu, jak i anhydrytu, przy stosunkowo łatwej podzielności wzdłuż naturalnych płaszczyzn sedymentacyjnych. Miejsca występowania takich stanów mogą genero-wać silne wstrząsy sejsmiczne [5], ponieważ o ich energii decydogenero-wać będzie ener-gia odkształcenia postaciowego, a nie tylko enerener-gia grawitacyjna uwolnionych warstw nadległych nad eksploatowaną furtą. Zatem przekroczenie sił spójności pierwotnej w strefie transwersalnej anizotropii warstw w wyniku przekroczenia sił spójności pierwotnej, spowodowanej przekroczeniem wytrzymałości na rozerwanie i/bądź ścinanie stref osłabienia, zawsze będzie miało charakter dynamiczny [4]. W konsekwencji prowadzić będzie do niekontrolowanego podziału górotworu i gene-rowania wysokoenergetycznych wstrząsów sejsmicznych, w bezpośrednim otocze-niu prowadzonych robót eksploatacyjnych. Wraz ze zwiększeniem zakresu i inten-sywności eksploatacji w polu G23 narastająco rejestrowano zjawiska sejsmiczne, w tym wysokoenergetyczne, przekraczające poziom energii 104 J.
W warunkach LGOM trudno jednoznacznie zdefiniować obszar emisji energii sejsmicznej indukowanej prowadzoną eksploatacją, co wynika z rozległości obszaru stropu furty eksploatacyjnej, który zostaje nią naruszony, czy głównych zaburzeń tektonicznych [1,2]. Jednocześnie nie można założyć, że proces dynamicznego podziału warstw stropowych, inicjowany wytwarzaniem zrobów, ma charakter chao-tyczny. Ilość, a szczególnie lokalizacja ich ognisk w stosunku do obszaru prowadzo-nej eksploatacji wskazuje, że obszar, z którego emitowane są silne zjawiska sej-smiczne, przekracza obszar prowadzonych robót górniczych. Mając powyższe na uwadze, podjęto próbę wyznaczenia zamkniętych obszarów w stropie furty miedzio-nośnej zbiorem ognisk wstrząsów sejsmicznych, charakteryzujących się odrębno-ścią lokalizacji. Innymi słowy, powyższe zadanie sprowadza się do poszukiwania grupy wstrząsów sejsmicznych, towarzyszących eksploatacji, mogących wskazać na rejonizację (odrębność) czasową i przestrzenną obszarów akumulacji energii.
1. Charakterystyka obszaru eksploatacji rejon PW pole G23 1.1. Charakterystyka geologiczno-górnicza
Obszar złoża rud miedzi w Obszarze Górniczym „Polkowice II” znajduje się w obrę-bie monokliny przedsudeckiej, którą tworzą utwory permu i triasu, podścielone utwo-rami krystalicznymi proterozoiku i starszego paleozoiku oraz piaskowcami wieku karbońskiego. W oddziale G-23 złoże występuje w skałach węglanowych cechszty-nu i obejmuje łupki, dolomity ilaste smugowane oraz wapniste. W stropowej części białych piaskowców czerwonego spągowca lokalnie stwierdzono jego okruszcowa-nie. Zaangażowanie tektoniczne wynika z licznych pionowych bądź prawie piono-wych spękań wtórnych wypełnionych gipsem i kalcytem o kierunku NW-SE oraz pojedynczymi płasko nachylonymi spękaniami i ślizgami o nachyleniu około 30). Złoże w przedmiotowym oddziale zalega na głębokości około 1150 m, a jego miąż-szość zmienia się od 0,6 m do 4,5 m. Eksploatacja prowadzona jest systemem ko-morowo-filarowym, z utrzymaniem wyrobisk eksploatacyjnych i transporotowo wen-tylacyjnych w obszarze upodatnionym pomiędzy filarami eksploatacyjnymi, znajdu-jącymi się w stanie pozniszczeniowym. Wymiary poprzeczne filarów technologicz-nych zależą od miąższości złoża i parametrów mechanicztechnologicz-nych furty. Złoże oddziału G-23 zaliczony jest do trzeciej kategorii zagrożenia tąpaniami, w związku z czym bieżąco wykonywana jest ocena tego zagrożenia oraz prowadzona jest profilaktyka tąpaniowa, zarówno technologiczna, jak i aktywna. Geomechaniczne własności skał furty eksploatacyjnej oraz warstw stropowych i spągowych przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1. Średnie wartości parametrów mechanicznych furty eksploatacyjnej oraz warstw stropowych i spągowych w oddziale G-23 O/ZG *[6]
Opis litologiczny Miąższość warstwy, m Wytrzymałość na ściskanie Rc, MPa Wytrzymałość na rozciąga-nie Rr, MPa Moduł sprę-żystości Es, GPa Współczynnik Poissona Dolomit wapnisty, spękany zwięzły 20,3 125 6,9 52,6 0,240 Dolomit wapnisty, silnie zwięzły 6,0 151,6 9,5 63,5 0,246 Dolomit smugo-wany drobnokry-staliczny 0,7 106,3 5,9 32,9 0,22 Łupek ilasto- -dolomityczny zwięzły 2,50 63,0 5,8 23,2 0,189 Piaskowiec kwar-cowy silnie zwię-zły 2,6 103,7 3,9 33.3 0,206 Piaskowiec kwar-cowy zwięzły 4,6 52,3 2,9 18,3 0,180 Piaskowiec kwar-cowy słabo zwię-zły, kruchy
3,8 23,0 1,4 3,7 0,131
Piaskowiec kwar-cowy słabo zwię-zły, kruchy
1.2. Sejsmiczność towarzysząca eksploatacji
W trakcie eksploatacji złoża w polu G-23, tj. od 08.11.2013 r. do 09.11.2014 r,. zare-jestrowano 535 wstrząsów sejsmicznych o energii przekraczającej 103J. Dominują-cymi pod względem energii sejsmicznej były wstrząsy nieprzekraczające wartości 104J. Okresowo rejestrowano wstrząsy o energiach wyższych, tj. 33 wstrząsy o energii większej od 105J i 3 wstrząsy o energii większej od 106J. Wstrząsy o ener-gii sejsmicznej większej od 105J (tabela 2) z reguły są miernikiem zagrożenia sej-smicznego, ponieważ dla tej grupy wstrząsów akumulacja energii dokonuje się w dużych objętościach górotworu. Można zatem wnioskować o istnieniu w stropie eksploatowanej furty rozległego niestabilnego obszaru, zachowującego „chwilową” stateczność dzięki siłom tarcia. Analizując lokalizację ognisk wstrząsów sejsmicz-nych w zbiorze wszystkich zarejestrowasejsmicz-nych w analizowanym okresie, można wyod-rębnić takie, które wyznaczają ograniczone obszary w stropie, w których proces gromadzenia energii można wiązać z obszarem prowadzonej eksploatacji. Obszary te przemieszczają się wraz z robotami górniczymi, a zachodzące w nich zmiany odkształceń i przemieszczeń górotworu są odpowiedzą na eksploatacyjnie narusze-nie panującej w nim równowagi energetycznej.
Tabela 2. Zestawienie wstrząsów e energii sejsmicznej większej od 105J zarejestrowanych w otoczeniu pola G23 w okresie od 2013.11 do 2014.11.
DATA GODZ MIN SEK ENG X Y Z
2013-11-16 13 12 38 5,90E+05 5703664 5576576 -592 2013-12-11 12 45 22 7,20E+05 5703773 5576498 -550 2013-12-11 22 28 6 5,50E+05 5703633 5576572 -562 2013-12-25 22 39 36 1,40E+05 5703384 5576520 -549 2013-12-28 20 43 53 8,00E+05 5703782 5576495 -569 2014-01-11 2 30 6 1,80E+05 5703593 5576542 -577 2014-01-18 13 3 27 3,20E+05 5703622 5576557 -574 2014-01-29 23 5 52 1,90E+05 5703601 5576562 -560 2014-02-24 12 36 31 1,10E+05 5703972 5576274 -582 2014-02-25 20 30 30 1,90E+05 5703756 5576460 -587 2014-04-15 1 38 57 1,30E+05 5703731 5576443 -593 2014-04-23 22 51 17 1,20E+05 5703685 5576377 -551 2014-04-27 5 3 46 1,10E+05 5703894 5576214 -607 2014-05-03 10 50 19 2,40E+05 5703940 5575822 -573 2014-05-10 1 25 27 5,50E+05 5703687 5576462 -591 2014-05-10 17 54 30 9,60E+06 5704161 5576135 -596 2014-05-28 7 13 57 2,70E+05 5703562 5576534 -606 2014-05-28 18 16 10 1,30E+05 5703748 5576407 -607 2014-06-01 2 10 7 1,50E+05 5703539 5576525 -619 2014-06-03 4 24 25 6,10E+05 5703714 5576418 -574 2014-06-09 10 25 24 5,80E+05 5704043 5576156 -572 2014-06-17 23 4 34 1,40E+05 5703656 5576396 -571 2014-06-19 7 4 3 6,40E+05 5703966 5576534 -598 2014-06-24 18 2 33 3,50E+05 5704086 5576112 -576
2014-06-26 4 25 27 2,60E+05 5704226 5576442 -592 2014-07-24 22 16 33 3,80E+05 5704397 5576514 -615 2014-08-09 9 49 50 1,40E+05 5703710 5576787 -590 2014-08-11 9 42 43 2,10E+07 5703482 5576350 -467 2014-08-11 18 51 08 1,40E+06 5703430 5576372 -591 2014-08-12 21 35 51 1,50E+05 5703541 5576500 -580 2014-09-10 21 33 50 5,70E+05 5704268 5576450 -650 2014-09-30 12 55 18 2,20E+05 5704222 5577080 -669 2014-10-03 20 45 23 1,30E+05 5703471 5576468 -538 2014-10-07 20 49 21 1,10E+05 5703979 5576709 -590 2014-10-09 2 49 54 2,30E+05 5703546 5576433 -561 2014-11-04 6 36 49 2,60E+05 5703572 5576428 -570
2. Obszary akumulacji energii
W warunkach LGOM eksploatacja furty miedzionośnej prowadzona jest na rozle-głym obszarze górotworu systemami komorowo-filarowymi. Poziom naruszenia warstw nadległych wynika z narusza pierwotnego stan naprężeń w nadkładzie w otoczeniu zespołu wyrobisk eksploatacyjnych wytwarzaną pustką (nad zrobami). Wymiary pustek są pochodną parametrów technicznych systemu eksploatacji i jej intensywności. W bezpośrednim obszarze prowadzonej eksploatacji, zarówno na linii frontu jak i obszarze obieranych/eksploatowanych filarów, górotwór ulega różno-kierunkowym odkształceniom, przy czym dominujące odkształcenie ma kierunek zgodny z kierunkiem składowej pionowej sił grawitacji. Różnica sił ściskających i rozciągających w otoczeniu furty eksploatacyjnej decyduje o szybkości i rozległości obszaru, w którym następuje dynamiczne zniszczenie jego struktury. Rozległość naruszenia stropu nad furtą eksploatacyjną, w następstwie którego następuje dezin-tegracja struktury górotworu, zależy także od wartości fizykomechanicznych para-metrów, charakteryzujących naruszane warstwy. W warunkach oddziału wydobyw-czego LGOM eksploatacja narusza grube sztywne warstwy dolomitu i anhydrytu, charakteryzujące się niską (małą) dopuszczalną odkształcalnością, przy której za-chowują one pierwotną ciągłość. Innymi słowy, dla tego typu skał naruszanych eks-ploatacją analizę procesów przemieszczeniowo-odkształceniowych należy rozpa-trywać na bardzo dużych obszarach [4], tj. obszarach przekraczających obszar pro-wadzonej eksploatacji, czyli obszar ograniczony linią frontu i linią zawału pełnego. Idąc tym tokiem rozumowania, można założyć, że w tak rozległym obszarze nad eksploatowana furtą zlokalizowane będą miejsca, w których akumulowana jest energia odkształcenia, natomiast ich położenie będzie zmieniać się w funkcji inten-sywności eksploatacji, jej aktualnego miejsca oraz swobody (łatwości) podzielności sedymentacyjnej i poprzecznej (uskoki) podbieranych zarówno dolomitu, jak i anhy-drytu. Szczególnie istotna jest podzielność sedymentacyjna, ponieważ jest ona rów-noznaczna z eksploatacyjnym rozwarstwieniem górotworu w obszarach, w których nastąpią przekroczenia naprężeń rozciągających na kontakcie warstw. Im łatwiejsza jest podzielność górotworu w stropie furty eksploatacyjnej, tym większa będzie od-kształcalność wydzielonych podwarstw z pierwotnie monolitycznych warstw. W ta-kim przypadku obszar górotworu naruszany eksploatacją może znacznie przekra-czać obszar prowadzonej eksploatacji, a indukowane nią silne zjawiska sejsmiczne
będą lokalizowane na jego obrzeżach, tj. w znacznych odległościach od prowadzo-nych robót górniczych. Każde przekroczenie sił spójności pierwotnej w strefie trans-wersalnej anizotropii monolitycznego stropu ma charakter dynamiczny. Może to doprowadzić także do „lawinowego” procesu niszczenia górotworu, w którym każda kolejna jego nowa nieciągłość zmienia warunki utwierdzenia warstw w obszarze ogniska (szczeliny), generując jednocześnie przyrosty naprężeń w innych rejonach. Taki proces towarzyszący eksploatacji stwarza realne niebezpieczeństwo genero-wania wstrząsów, w tym wstrząsów wysokoenergetycznych w nowych obszarach. Uruchomienie deterministycznego mechanizmu generowania zjawisk dynamicznych eksploatacją górniczą wskazuje na możliwość analiz prognostycznych miejsca wstrząsów towarzyszących eksploatacji. Rozległość obszarów aktywności sejsmicz-nej w okresie eksploatacji od 11.2013 r. do 11.2014 r., wyrażony 535 wstrząsami o energii sejsmicznej większej od 103 J nie pozwala w sposób bezpośredni, poprzez analizę położenia ich ognisk czy energii, określić prostych zależności prognostycz-nych. Biorąc pod uwagę zaproponowany mechanizm ich generowania poszukiwano takich zbiorów wstrząsów, które w obrazie ich energii wskazywałby na jej okresową zmienność. Pozwala to przybliżyć interpretację analizy do warunków realnych góro-tworu naruszonego, w którym każdemu wstrząsowi przyporządkowana jest relaksa-cja naprężeń w otoczeniu ogniska z jednoczesną koncentracją naprężeń w jego otoczeniu, tj. w obszarze zachowującym ciągłość. Dla tego typu analizy zbioru wstrząsów sejsmicznych poszukiwana jest wartość n okresów ich rejestracji, w któ-rych wstrząsy pod względem energetycznym wskazywałyby na ich periodyczność. Powyższe zrealizowano metodą średniej arytmetycznej wartości energii sejsmicznej wstrząsów dla różnych wartości n ze zbioru 535 wstrząsów zgodnie z formułą:
(1) gdzie:
SMA – prosta średnia krocząca (ang. simple moving average), p0 – ostatnia wartość energii sejsmicznej wstrząsu.
Analiza wykresów linii trendu dla rozpatrywanego zbioru 535 wstrząsów wskazu-je, że dla n w przedziale od 28 do 30 wstrząsów wykazuje taką periodyczność. Jed-nocześnie dla tego typu wykresów linii trendu można zdefiniować granice, w których następuje przyrost bądź spadek energii sejsmicznej towarzyszącej eksploatacji. Na rys. 1 zamieszczono wykres linii trendu dla wartości n = 29, stanowiącej postawę subiektywnego podziału zbioru wstrząsów na sześć okresów aktywności sejsmicznej towarzyszącej eksploatacji w oddziale G23 (tabela 3).
Tabela 3. Zestawienie okresów wstrząsów sejsmicznych wynikających z podziału 535 zarejestrowanych wstrząsów w Polu PW
Nr okresu aktywności sejsmicznej Nr pierwszego i ostatniego wstrząsu
I 1 do 58 II 59 do 140 III 141 do 203 IV 204 do 341 V 342 do 388 VI 389 do 535
Rys. 1. Wykres średniej kroczącej energii sejsmicznej wstrząsów zgodnie z kolejnością ich rejestracji dla n = 29
Kolejno analizując położenie ognisk wstrząsów na płaszczyźnie XY (rys. 2), określono wypadkowe zmian położenia ognisk wstrząsów w wybranych grupach (okresach) aktywności sejsmicznej. Ich podstawą były linie trendu funkcji liniowych, określonych na podstawie współrzędnych ognisk wstrząsów sejsmicznych w wyzna-czonych sześciu okresach aktywności sejsmicznej. Dla tych okresów linie te w du-żym uproszczeniu obrazują położenie linii frontu eksploatacyjnego całego oddziału G-23 na horyzoncie warstwy, będącego przyczyną wstrząsów sejsmicznych. Rze-czywiste położenie linii frontu eksploatacyjnego określają położenia przodków eks-ploatacyjnych, natomiast ich zasięgu w kierunku powierzchni nie można jedno-znacznie odwzorować na wyższych horyzontach w sposób geometryczny. Wynika to z anizotropii stropu, w którym można wyróżnić fragmenty słabsze, decydujące o odkształceniu budujących go warstw. W tym rozumieniu przemieszczenia stropu w obszarze obieranych (eksploatowanych) filarów będą zależeć nie tylko od jego ugięcia nad filarami technologicznymi w kolejnych pasach, ale także od odległości rozpatrywanego horyzontu od stropu furty. Należy zatem przyjąć, że na wyższych horyzontach nad eksploatowaną furtą można określić pozorną linię frontu, której przebieg będzie obejmował znacznie większe obszary górotworu niż linia frontu w rozumieniu tylko linii przodków eksploatacyjnych. Wyniki obliczeń linii trendu funk-cji liniowej określonej dla rozpatrywanych 6 grup (okresów) aktywności sejsmicznej przedstawiono na rys. 3.
Rys. 2. Położenie grup ognisk wstrząsów na płaszczyźnie XY w wybranych okresach aktywności sejsmicznej
Rys. 3. Linie trendu funkcji liniowej dla przyjętych 6 okresów aktywności sejsmicznej
3. Migracje obszaru aktywności sejsmicznej indukowane eksploatacją w oddziale G-23 rejon PW
Przedstawienie na jednej płaszczyźnie wszystkich linii trendu (rys. 4) obrazuje, jak zmieniały się położenia obszary górotworu w stropie eksploatowanej furty, w których należy rozważać procesy jego destabilizacji.
Zasięg obszarów, w których początkowo następuje jego sprężyste odkształcenie, a następnie rozwijają się procesy zniszczeniowe, wynika z wielkości odkształceń warstw stropowych, ich lokalnego odprężenia w otoczeniu ognisk wstrząsów sej-smicznych, z jednoczesnym lokalnym przyrostem naprężeń w innych rejonach.
Eksploatacja furty narusza ograniczoną objętość górotworu, czego konsekwencją jest naruszenie jego stateczności, którą zapewniają siły spójności pierwotnej i wza-jemne siły tarcia podwarstw, wyodrębnionych z warstwy monolitycznej w następstwie ich podbierania. Rozkład przestrzenny obszarów pozostających w równowadze, po-mimo różnego poziomu odkształcenia zawartych w nich warstw, jest nierównomierny. Analizując takie obszary górotworu pod kątem akumulowanej w nich energii, należy zwrócić uwagę na jej nierównomierny rozkład. Energia w nich akumulowana między innymi zależy od wielkości eksploatacyjnego odkształcenia i przemieszczenia budują-cych go warstw, których wymiary geometryczne mogą znacznie przekraczać rejon prowadzonej eksploatacji. Ten ostatni wraz z pozorną linią frontu w warstwach stro-powych dzieli górotwór na dwa obszary, tj. obszar nienaruszony, obejmujący góro-twór przed linią frontu eksploatacyjnego, oraz obszar drugi w rejonie zrobów. Zmiana położenia linii frontu skutkuje zmianą położenia pozornej linii frontu w warstwach stro-powych, a ich położenie dla kolejnych okresów eksploatacji wskazuje, że makrosko-powo obszar eksploatacji jest jednocześnie obszarem spełniającym rolę „osi” obrotu pozornych linii frontu w poszczególnych warstwach stropowych (rys. 4).
Rys. 4. Położenie linii trendów grup ognisk wstrząsów na płaszczyźnie XY w wybranych okresach aktywności sejsmicznej, obrazujących zmianę
Dla zdefiniowanych okresów eksploatacji w obszarze jej wpływów górotwór moż-na przedstawić w postaci migrujących obszarów o zdefiniowanych liniach jego po-zornego podziału. Można zatem analizować zmianę położenia tych linii jako wypad-kową zmian obszaru sejsmiczne aktywnego. Biorąc pod uwagę sejsmiczność indu-kowaną robotami górniczymi, można wyróżnić zbiory wstrząsów w odniesieniu do zamkniętego obszaru dla danego interwału czasowego rejestrowanych wstrząsów, co jest równoznaczne z chwilowym poziomem rozwinięcia eksploatacji. Tego typu analizy pozwalają dla zdefiniowanych skończonych zbiorów wstrząsów sejsmicz-nych indukowasejsmicz-nych eksploatacją złoża opracować prognozy obszarów aktywności sejsmicznej oraz określić fragmenty górotworu z nadmiarem energii, będących źró-dłem wstrząsów, bądź niedoborem energii zdolnych do odkształceń z zachowaniem ciągłości strukturalnej. W ujęciu makroskopowym, tj. np. dla zespołu sąsiadujących oddziałów wydobywczych przeprowadzenie podobnych analiz wskazałoby, czy i w jakim stopniu istnieje możliwość ewentualnego wzajemnego oddziaływania ta-kich obszarów oraz czy mogą one być źródłem wysokoenergetycznych wstrząsów sejsmicznych i lokalizacji ich ognisk w odniesieniu do miejsc prowadzonych robót górniczych. Jednocześnie tego typu analizy wskazałyby na deterministyczny charak-ter wstrząsów, które obecnie określane są jako wstrząsy o charakcharak-terze regionalnym.
Podsumowanie
W górotworze, w którym prowadzona jest eksploatacja, zawsze występują obszary, w których wielkość i natężenie akumulowanej energii jest zmienne zarówno co do wielkości obszaru, jak i jego lokalizacji w stosunku do miejsca eksploatacji. Z takich obszarów z reguły emitowana jest energia sejsmiczna w następstwie dynamicznego zjawiska zniszczenia jego fragmentu. To w dłuższej perspektywie czasowej eksploa-tacji prowadzi do niestabilności znacznego fragmentu górotworu, będącego poten-cjalnym źródłem silnych zjawisk sejsmicznych.
W warunkach LGOM-u grubowarstwowa budowa górotworu, w którym dominują bardzo mocne warstwy dolomitu i anhydrytu, decyduje o ich zdolności do bardzo małego odkształcania na dużych obszarach oraz zdolności do akumulowania w nich bardzo dużej energii. Będzie ona uwalniana z przemieszczających się wraz eksploa-tacja obszarów, w których gradient jej zmienności będzie graniczny dla ich granicz-nej wytrzymałości mechaniczgranicz-nej. Ich położenia dla realizowagranicz-nej eksploatacji spro-wadza się do poszukiwania obszarów akumulacji energii w oparciu o lokalizację i energię wysokoenergetycznych wstrząsów sejsmicznych indukowanych eksploata-cją. Mając na uwadze zagrożenie sejsmiczne i wynikające z niego zagrożenie tąpa-niami, zdefiniowanie położenia takich migrujących wraz ze zmiana położenia eks-ploatacji obszarów niestabilnych decydować będzie o bezpieczeństwie robót. Prze-stawiona próba definiowania tego typu obszarów na przykładzie 12-miesięcznej eksploatacji jednego oddziału wydobywczego wskazuje na możliwość prognozowa-nia ich mobilności. Wynika to z faktu, że dla danego poziomu rozwinięcia eksploata-cji, w ograniczonym czasie i przestrzeni, można wyróżnić fragment górotworu, za-chowujący chwilową równowagę. W oparciu o zaproponowaną metodologię wyzna-czania takich obszarów można zatem prognozować obszary akumulacji energii, będące źródłem wysokoenergetycznych zjawisk sejsmicznych. Rozległość położe-nia ognisk wstrząsów dla rozpatrywanych okresów ich rejestracji świadczy o skali zasięgu ruchów warstw stropu nad dokonaną i prowadzoną eksploatacją.
Bibliografia
[1] 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.
[2] Butra J., 2010, Eksploatacja złoża rud miedzi w warunkach zagrożenia tąpaniami i za-wałami, Wydawnictwo KGHM Cuprum CBR Sp. z o.o., Wrocław.
[3] Drzewiecki J., 2013, Próba zdefiniowania obszarów akumulacji energii w górotworze na podstawie lokalizacji ognisk wstrząsów sejsmicznych., Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud „CUPRUM”, nr 1 (66)/2013, Wrocław, s. 5-15.
[4] Drzewiecki J., 2004, Wpływ postępu frontu ściany na dynamikę niszczenia górotworu karbońskiego, Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa nr 860, Katowice.
[5] Dubiński J., Lurka A., Mutke G., 2013, Seismic hazard assessment using bend-ray and rectilinear passive tomography In the Polkowice-Sieroszowice cooper mine. *th Interna-tional Symposium, Rockbursts and seismicity in mines. Printed by Inter-YES ltd, Perm, Russia, s. 137-144.
[6] Gogolewska A., Bartlewska M., 2004, Profilaktyka tąpaniowa w wybranych oddziałach eksploatacyjnych O/ZG „Polkowice-Sieroszowice” KGHM Polska Miedź S.A w latach 2001-2003, Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, nr 106, s. 55-71.
[7] Machoń T., 2013, Aktywność sejsmiczna w kopalniach rud miedzi KGHM Polska Miedź S.A. w latach 1970-2011, Przegląd Górniczy, Tom 69, nr 12, s. 81-88.
