Energia emisji sejsmoakustycznej i energii wstrząsów jako podstawa liniowej prognozy zagrożenia sejsmicznego

Transkrypt

1 dr inż. JOANNA KURZEJA Główny Instytut Górnitwa Energia emisji sejsmoakustyznej i energii wstrząsów jako podstawa liniowej prognozy zagrożenia sejsmiznego Kilka lat temu przedstawiono Czytelnikom MiAG (Kornowski, Kurzeja 4) zwięzły opis tak zwanej liniowej prognozy zagrożenia sejsmiznego, na podstawie rutynowyh obserwaji AE i wstrząsów. Niniejszy artykuł opisuje dalszy rozwój tej metody i pomyślany został jako zahęta do jej stosowania. W kolejnyh rozdziałah przedstawiono definije ałkowitej energii sejsmiznej oraz zagrożenia sejsmiznego oraz (w zarysie) sposób szaowania energii bez lokalizaji źródeł AE z równozesną estymają tłumienia przed frontem śiany. Eksperymentalna eksploataja metody w bardzo zróżniowanyh warunkah górnizyh upoważnia do wniosku, że metoda hoć ozywiśie nie zmniejsza zagrożenia ani nie jest rozwiązaniem, które w pełni usatysfakjonować by mogło górników działa lepiej od metod obenie stosowanyh, przede wszystkim ogranizają lizbę fałszywyh alarmów. Istotną nowośią w porównaniu ze znanymi metodami jest oparie prognozy na mierzonej za pomoą aparatury ARES (produkji EMAG), energii AE (a nie na tak zwanej aktywnośi), o umożliwia uzyskanie jednoznaznyh prognoz. 1. WPROWADZENIE Od wielu dziesięiolei oena stanu zagrożenia tąpaniami jest przedmiotem zainteresowania górników i związanyh z górnitwem geofizyków. Równie długo badane i stosowane są różne metody oeny tego zagrożenia, lez wyniki wiąż są niezadowalająe. Kilka lat temu przedstawiono Czytelnikom MiAG (Kornowski, Kurzeja 4) zwięzły opis nowej metody prognozowania energii emisji sejsmiznej, rozumianej jako suma energii wstrząsów i zdarzeń sejsmoakustyznyh (AE), obserwowanyh za pomoą aparatury ARES (produkji EMAG), w danej śianie, w kolejnyh jednostkah zasu, którymi mogą być, na przykład godziny. Metoda jest prosta i wygodna w tym sensie, że wykorzystuje rutynowe obserwaje AE i wstrząsów, nie wymaga wię od służb tąpań nizego poza (prostą) obsługą programu komputerowego. Jest też bezpiezna, o oznaza, że w żaden sposób nie utrudnia działania metod już istniejąyh nie whodzi wię w kolizję z żadnymi przepisami zy zaleeniami nadzoru górnizego. W niniejszym artykule, pierwszym z dwuzęśiowego yklu (drugi to Kornowski 9), nawiązano do poprzedniego tytułu publikaji (Kornowski, Kurzeja, 4), opisują dalszy rozwój metody, której naukowe podstawy przedstawiono w książe (Kornowski, Kurzeja, 8). Ponieważ jednym z zasadnizyh wymogów metody jest sumowanie energii (AE i wstrząsów) ała kolejna publikaja (Kornowski, 9) stanowiąa faktyznie drugą zęść niniejszej, dotyzy zagadnienia estymaji energii AE, przede wszystkim za pomoą najpopularniejszej aparatury sejsmoakustyznej typu ARES. Przedmiotem zainteresowania jest nowa metoda prognozy zagrożenia sejsmiznego (i stanu tego zagrożenia: definije podano dalej), która z założenia, działać ma równolegle do metod już istniejąyh (by uszanować obowiązująe przepisy) i korzystać z informaji rutynowo dostarzanej przez istniejąe siei zujników sejsmologii górnizej i sejsmoakustyki. Przewiduje się znazną automatyzaję nowej metody tak, że operatorzy w kopalnianej staji tąpań nie powinni odzuć po uruhomieniu metody wzrostu praohłonnośi.

2 1 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA wstrząsy sejsmologia górniza estymaja energii nowa metoda prognozy zagrożenia sejsmiznego impulsy AE sejsmoakustyka Rys. 1. Szki ilustrująy związek nowej metody prognozy zagrożenia sejsmiznego z dotyhzasowymi metodami sejsmologii górnizej i sejsmoakustyki. Zauważ, że nowa metoda nie utrudnia działania metod dotyhzasowyh By łatwiej wskazać różnie między metodą nową a metodami sejsmologii górnizej i sejsmoakustyki, które dziś są stosowane, przypomnijmy, że: Przedmiotem zainteresowania metody kompleksowej i metod składowyh jest oena stanu zagrożenia tąpaniami. Ani w Instrukji z 199 r. ani w Instrukji z 7 r. słowo prognoza się nie pojawia. Oeniane jest zagrożenie minione i zakłada się, że w najbliższym zasie pozostanie ono bez zmian. Co ważniejsze, zagrożenie to nie jest w sposób jawny zdefiniowane, a z punktu widzenia fizyki nie jest wię ozywiste, o faktyznie podlega oenie. Metody sejsmologii i sejsmoakustyki działają niezależnie, dają osobne oeny. Co ważniejsze, gdy obserwuje się śianę za pomoą wielu zujników sejsmoakustyznyh to Instrukje (i z roku 199 i z roku 7) powiadają, że o wynikowej oenie deyduje geofon wskazująy największe zagrożenie. Powoduje to zbędny i dokuzliwy nadmiar fałszywyh alarmów. Badane przez metodę sejsmologii iągi wstrząsów górnizyh pozbawione są istotnej autokorelaji (o, w odniesieniu do silnyh wstrząsów stwierdził już Lasoki 199, 199 i o również wielokrotnie potwierdzali Kornowski i Kurzeja, np. Kornowski i Kurzeja 8) nie umożliwiają wię nietrywialnej ( * ) prognozy w dziedzinie zasu. Ciągi wstrząsów niosą jednak informaję o wysokoenergetyznym skrzydle rozkładu energii. Badane przez metodę sejsmoakustyki iągi zdarzeń AE (zyli sejsmoakustyznyh) ehuje istotna autokorelaja, zatem umożliwiają one nietrywialną prognozę zmian emisji w dziedzinie zasu, lez (niemal) nie zawierają informaji o energii wstrząsów. Tak wię każda z metod, działają osobno, jest ułomna. * Prognoza trywialna to prognoza losowa, subiektywna lub średnia z ostatnih N odstępów zasu. Prognoza nietrywialna to prognoza uzasadniona naukową teorią. Systemy sejsmoakustyki określają nie energię (fizyzną) AE, lez tak zwaną energię umowną, której nie można sumować z energią wstrząsów, a do oeny stanu zagrożenia wykorzystują zazwyzaj tak zwaną aktywność AE (która jest lizbą zdarzeń AE w ustalonej jednoste zasu). Aktywność sejsmoakustyzna jest jak wskazują badania laboratoryjne i teoretyzne słabiej niż energia AE związana z proesem niszzenia skały. Celem nowej metody jest usunięie lub istotne złagodzenie wymienionyh wyżej, niekorzystnyh aspektów rozpatrywanyh metod, a niniejsza publikaja przedstawia stan pra w tym zakresie. Równoześnie jednak nowa metoda w żaden sposób nie wykluza ani nie utrudnia pray metod dotyhzas stosowanyh. Metoda ta praować ma równolegle z metodami dotyhzasowymi, umożliwiają porównywanie wyników i oenę ih jakośi. Szki pokazująy związki metod pokazano na rys. 1.. DEFINICJA ZAGROŻENIA Rozpozynają kilka lat temu, prae związane z opraowaniem nowej metody prognozy zagrożenia sejsmiznego uznano, że podstawową usterką metod dotyhzasowyh, usterką która musi być w pierwszym rzędzie usunięta, jest brak jawnej definiji zagrożenia i jego stanu. Nawet, gdy intuiyjnie pojęia te są rozumiane, to brak jawnej ilośiowej i konstruktywnej definiji naraża na zarzut irrajonalnośi i subiektywizmu. Nie można też i zapewne nie będzie można ilośiowo oeniać/prognozować wielkośi, które nie posiadają ilośiowej, śisłej definiji. Ponieważ w wielu dziedzinah i zastosowaniah nauki przyjęto już (o potwierdza ogólnie znana literatura) definiję ryzyka:

3 Nr (4) CZERWIEC 9 1 ryzyko = prawdopodobieństwo zdarzenia strata wywołana zdarzeniem to, aby nawiązać do powszehnie akeptowanyh pojęć, a równoześnie ominąć problemy wyeny oraz prognozy strat (które zależeć mogą od zynników nieprognozowalnyh i nienaukowyh, jak np. lizba osób w zagrożonym wyrobisku w hwili realizaji zagrożenia), przyjęto (w największym skróie), że zagrożenie (sejsmizne) = prawdopodobieństwo zdarzenia sejsmiznego Zdarzenie sejsmizne nie jest jednak tożsame ze wstrząsem, gdyż jak przypomniano powyżej wstrząsy nie są dziś prognozowane. Zamiast tego zdarzenie zdefiniowano jako emisję ( istotnej ) energii sejsmiznej w określonym przedziale (Δt) zasu z ustalonego obszaru (S). Formalnie jasne jest, że gdy Δt to prognoza dotyzy zdarzenia krótkotrwałego (np. wstrząsu), lez warianja tej prognozy tak wzrasta, że staje się ona bezużytezna. Nieh symbol P{.} oznaza prawdopodobieństwo wystąpienia zdarzenia, przy zym z definiji P{.} 1. Wówzas definiuje się (np. Kornowski i Kurzeja 8) formalnie, że Definija Zagrożenie sejsmizne Z s lub uwzględniają zas i obszar Z s [(t,t+δt),s] jest to prawdopodobieństwo Z s =P{E [(t,t+δt),s] E g }, że ałkowita energia sejsmizna (E ) wyemitowana w okresie (t,t+δt) w obszarze S, przekrozy wartość granizną E g ( próg bezpiezeństwa ) ( * ). Zagrożenie Z s z definiji spełnia nierówność Z s 1, zatem przedział ( 1) możliwyh zagrożeń zawsze podzielić można na odinki (np.: ) i nazwać je stanami zagrożenia sejsmiznego (np. A, B, C, D). Ta ważna definija zasługuje na pewne wyjaśnienia i uzupełnienia: A. Definija ta jest konstruktywna i ilośiowa, a zdefiniowane przez nią zagrożenie (i jego stan) zawsze (np. o godzinę) może być dla danego wyrobiska łatwo oblizone. Metoda prognozy liniowej opisana w pray z 4 roku (Kornowski, Kurzeja 4) i będąa przedmiotem niniejszego artykułu umożliwia sekwenyjne (np. o godzinę, dla najbliższej godziny) oblizanie zarówno wartośi średniej ( log E ) jak i warianji ( loge ) rozkładu energii w najbliższej nadhodząej godzinie. Mają oblizoną wartość średnią i warianję, łatwo oblizyć można dowolne praw- * Próg ten definiują, np. Konopko, 1994, Dubiński i Konopko, Goszz 4 i inni dopodobieństwa przedziałowe, w tym P(E(t+1)>E g ), zyli zgodnie z definiją zagrożenie sejsmizne. B. Nie jest to definija zagrożenia tąpnięiem (brak bowiem w literaturze śisłej, ilośiowej, umożliwiająej komputerową prognozę definiji tąpnięia, które definiuje się zwykle po skutkah ), lez definija zagrożenia sejsmiznego, które jest prawdopodobieństwem, że E >E g, tzn. że energia ałkowita wyemitowana w okresie (t,t+δt) w obszarze S, przekrozy pewien próg, E g. Chwilowo przyjmuje się, że S to obserwowana śiana, Δt=1 godzina i że prognoza powtarzana będzie o Δt. C. Prognoza zagrożenia sejsmiznego nie jest tożsama z prognozą miejsa, zasu i energii : miejse jest z góry znane (obserwowana śiana S) i znany jest przedział zasu (t,t+δt). Prognozowana jest tylko energia jako ałkowita energia sejsmizna E, zdefiniowana w postai sumy AE w E [( t, t t), S] E [( t, t t), S] E [( t, t t), S] (1) gdzie: E w to energia wstrząsów, E AE to energia (w dżulah) AE. By sumowanie to było możliwe, energie muszą być addytywne i muszą pohodzić, obie, z [(t,t+δt),s]. D. Wartość E g może być ustalana lokalnie, przez kopalnie. Konopko (1994) pisze jak określać E g w różnyh warunkah. Do prób przyjęto E g =1 1 5 J. E. Wprowadzenie stanów zagrożenia nawiązuje do istniejąyh metod (i ma ułatwić podejmowanie deyzji o profilaktye, zależnie od stanu ). Podział przestrzeni zagrożeń (zyli odinka -1) na stany powinien być przedmiotem dyskusji spejalistów. Podana wyżej definija zagrożenia nadaje po raz pierwszy, śisły, fizyzny sens pojęiu stan zagrożenia (sejsmiznego). F. Wiadome jest, że użytkowniy w miejse prognozy (stanu) zagrożenia sejsmiznego woleliby otrzymać prognozę (stanu) zagrożenia tąpnięiem lub prognozę miejsa, zasu i energii nadhodząego silnego wstrząsu. Prognoza taka nie jest jednak dziś zdaniem autorki realna, nikomu się nie udała i świadomie z niej zrezygnowano, wierzą, że również zagrożenie sejsmizne jest wielkośią użytezną. G. Z matematyznego punktu widzenia, w definiji Z s zażądać można przejśia do graniy (Δt, s ) i stwierdzić, że zdefiniowano zagrożenie zdarzeniem punktowym w dziedzinie zasu i przestrzeni zyli wstrząsem. Definija utraiłaby jednak walor konstruktywnośi (definija konstruktywna umożliwia oblizenie, definija niekonstruktywna nie) wię jej nie wprowadzono i nie zalea się.

4 14 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA H. Co jednostkę Δt (np. o godzinę) estymowane, zgodnie z równaniem (1), wartośi E (t) arhiwizować można sekwenyjnie, tworzą szeregi zasowe ałkowitej energii sejsmiznej z obserwowanej śiany (S). Szeregi te mają istotną (hoć zazwyzaj mniejszą niż szeregi energii samej tylko AE) autokorelaję, mogą być wię (np. o Δt) w pewnym stopniu prognozowane (np.) metodami tak zwanej prognozy liniowej (np. Robinson 197, Kornowski, Kurzeja 5, Kornowski i Kurzeja 4, 8). Jakość prognozy zależy od wartośi autokorelaji szeregu zasowego E (t). I. Ponieważ badania wskazują, że energia emisji (AE) jest z zagrożeniem lepiej skorelowana niż aktywność, definija zagrożenia sejsmiznego i nowa metoda prognozy tego zagrożenia ałkowiie pomija aktywność (definiowaną jako lizba impulsów w jednoste zasu) i o zagrożeniu wnioskuje tylko na podstawie (ałkowitej) energii emisji W AE ( E ( t) E ( t) E ( t) ). Stosują energię AE (nie umowną) zapewniono jednoznazność oeny i prognozy zagrożenia sejsmiznego niezależnie od lizby (z założenia nie mniejszej od dwóh) geofonów obserwująyh śianę.. OSZACOWANIE ENERGII AE, BEZ LOKALIZACJI Przystępują do realizaji zadania uznano, że obenie warunkiem realizmu, od którego zależy możliwość zastosowania metody, jest uniknięie potrzeby lokalizowania źródeł AE i oparie metody na tyh danyh, które i dziś normalnie napływają do staji tąpań w kopalni. By oblizyć E zgodnie z (1) koniezne jest jednak, oblizenie fizyznej, wyrażonej w dżulah (J), energii AE. Zagadnienie to, obenie uważane za podstawowy problem sejsmoakustyki górnizej, jest przedmiotem pray (Kornowski, 9) którą potraktowano jako zęść drugą niniejszej publikaji tu wię krótko tylko wzmiankowane są speyfizne ehy tego zagadnienia. Zauważmy, że gdy jedno źródło obserwowane jest za pomoą N geofonów, to otrzymuje się N różnyh wartośi energii umownej. Energia umowna jest wię zmodyfikowanym strumieniem ( * ) e* energii fizyznej i śisła estymaja energii E emitowanej ze źródła wymaga uprzedniej lokalizaji tego źródła a wię rozwiązania problemu, którego * Strumieniem (e*) energii falowej nazywamy energię przepływająą przez 1m powierzhni prostopadłej do kierunku propagaji fali. Znają z pomiaru wartość e* oraz, z lokalizaji, odległość (r) od źródła, można oblizyć energię E emitowaną ze źródła: E=4πr e* (bez absorpji). Oszaowanie energii E bez lokalizaji źródeł, wymaga założenia rozkładu emisji z frontu śiany w okresie Δt. hemy uniknąć ( ** ). Jeżeli jednostka zasu (Δt) określająa zęstość prognozowania jest wystarzająo długa, na przykład gdy Δt to godzina, lub, jeszze lepiej, gdy Δt pokrywa się z okresem skrawu, to z zoła śiany emitowana jest wielka lizba impulsów AE, wielka na tyle, że możliwa jest w danej jednoste zasu aproksymaja przestrzennego rozkładu źródeł wzdłuż zoła śiany za pomoą zależnośi e( x, y) e, gdzie log xy ~ N(, ) () xy gdzie ξ xy jest zmienną losową nieujemną o wartośi średniej 1 (zatem, np. o rozkładzie logarytmiznonormalnym), natomiast e to wartość średnia energii emisji z 1 m oiosu w danej jednoste zasu. Uśredniają () i lizą dla ałego oiosu (zoła śiany) o długośi L i wysokośi h, otrzymuje się wyemitowaną w Δt energię E Lhe () łatwo oblizalną, gdy znana jest średnia intensywność ( e ) emisji energii (AE) z 1 m oiosu. Po uwzględnieniu absorpji energii falowej przez górotwór i po uwzględnieniu harakterystyki kierunkowej geofonów (Kornowski i Kurzeja 8) zagadnienie to przedstawić można albo jako: problem nieliniowej, równozesnej estymaji energii E oraz współzynnika γ absorpji (energii w pokładzie), gdy dane są wartośi EU, energii umownej z N>1 geofonów obserwująyh (śianę) w danej jednoste zasu N ( E, ) min { E[ C d( i) I( L, d( i), )( Lh) E, i 1 1 ] EU ( i)} (4) (gdzie i to numer geofonu, d(i) to odległość geofonu od skrzyżowania hodnika przyśianowego z frontem śiany, L, h to długość i wysokość śiany, C to wzmonienie ałego toru TSA, I(L,d,γ) harakteryzuje górotwór; dokładniejszy opis podano w Kornowski 9), w przybliżeniu zlinearyzowany problem równozesnej estymaji (E,γ) na podstawie energii umownyh (EU), który sprowadza się do rozwiązania układu (liniowyh) równań lne Dd ( i) H( i) i 1,..., N (5a) ** Trzeba tu dodać, że wśród wielkośi fizyznyh związanyh z energią emisji tylko unormowana wartość strumienia e* energii w otozeniu zujnika (geofonu) może być przedmiotem bezpośredniego pomiaru. Interesująa geofizyków górnizyh energia źródłowa (tzn. energia emitowana ze źródeł np. zdarzeń AE i wyrażona w dżulah, J) może być tylko estymowana (na podstawie e*), gdy założony zostanie odpowiedni model źródeł (lub pola emisji) i górotworu. Jakość takiej estymaji zależy wprost od jakośi założonyh modeli.

5 Nr (4) CZERWIEC 9 15 gdzie: H(i)=ln(h A EU(i)) BL Cd(i)) (5b) oraz A, B, C, D to parametry linearyzująe funkję I(L,d,γ). W przypadku (teoretyznym) dokładnyh danyh wejśiowyh, rozwiązanie problemu (4) daje dokładne wartośi (E,γ) pod warunkiem akeptaji założonego modelu emisji (). Rozwiązanie układu równań (5a), nawet dla dokładnyh danyh (i modelu ()) daje tylko przybliżone wartośi (E,γ), lez rozwiązanie to bardzo łatwo uzyskać. Zauważyć należy, że metoda w obu wersjah nie wymaga lokalizaji ognisk (odpowiednią informaję dostarza model ()) i korzysta wyłąznie z rutynowyh obserwaji AE, na przykład odzytów z systemu ARES. Równania (4) i/lub (5 a,b) umożliwiają wię w każdej kolejnej jednoste zasu estymaję energii E emitowanej ze śiany, na podstawie zaobserwowanej (w tej jednoste zasu) energii umownej oraz wielkośi (d i, L, h), które są znane i/lub stałe. Podstawowe znazenie ma właśiwa kalibraja toru AE, która musi być zawsze aktualna. W ten sposób po raz pierwszy oferowana jest metoda estymująa energię i tłumienie (α=γ/) równoześnie i w sposób spójny. Dotąd stosowane metody nieodmiennie zakładają/postulują wartość γ (zazwyzaj przyjmują γ=) i na tej podstawie lizą energię, o prowadzi do ogromnyh błędów. 4. SZEREGI CZASOWE ENERGII CAŁKOWITEJ I ICH PROGNOZA Energia AE, oblizona za pomoą równania (4) lub (5) jest addytywna względem energii wstrząsów, oraz dotyzy tego samego obszaru i tej samej jednostki zasu może wię być, zgodnie z (1), sumowana z energią wstrząsów, tworzą szeregi zasowe (godzinowej, emitowanej z ustalonego obszaru S) zlogarytmowanej sejsmiznej energii ałkowitej (E ), które są, w mniejszym lub większym stopniu prognozowalne. Umożliwia to także sekwenyjną (tzn. z godziny na godzinę) prognozę Z s, zagrożenia sejsmiznego oraz stanu (np. A, B, C, D) tego zagrożenia, bezpośrednio nawiązują do oen klasyfikująyh stosowanyh przez obowiązująe dziś metody oeny stanu zagrożenia tąpaniami. Wartośi r(τ), autokorelaji tyh szeregów zasowyh oblizane są zgodnie ze standardowymi równaniami (np. Bielińska,, s. 1, także Kurzeja 5, s. 4). Następnie układane są i rozwiązywane tzw. równania Yule-Walkera (np. Bielińska,, s. 17, także Kurzeja 5, rozdz...), które umożliwiają oblizenie parametrów a i predyktora liniowego (Kornowski, Kurzeja 4) ( 1 p p E t 1) a E ( t) a E ( t 1).. a E ( t ), () który, z końem każdej kolejnej jednostki zasu o numerze t umożliwia prognozę energii E (t+1), przy zym prognozowana jest zawsze (tzn. o godzinę) zarówno wartość średnia E ( t 1) jak i jej warianja. Gdy przedmiotem prognozy jest (nie energia, E ( t 1), lez logarytm energii (log E ( t 1) ) to błąd prognozy ma rozkład zbliżony do normalnego. Zatem po oblizeniu wartośi średniej i warianji łatwo też oblizyć przedziały ufnośi i prawdopodobieństwo P(E>E g ) przewyższenia progu E g zyli zagrożenie. Rzez jasna, wszystkie oblizenia wykonywane są przez odpowiedni program komputerowy, któremu w hwili obenej obsługa dostarzyć musi (raz na godzinę) wartośi energii wstrząsów i energii umownej AE w minionej godzinie i który przed dodaniem tyh energii metodą opisaną w poprzednim rozdziale przekształa zbiór N wartośi EU(i) i=1,, N w jednoznaznie określoną (fizyzną, wyrażoną w dżulah, J) energię emisji. Należy podkreślić, że wynik jest jednoznazny, obejmuje zarówno metodę sejsmologii jak i metodę sejsmoakustyki (ani ih nie eliminują ani nie zaburzają ih działania) i w optymalny sposób prognozują zagrożenie i jego stan, zgodnie z definiją podaną w rozdz.. Inżynierowie, odpowiedzialni za wynik prognozy (stanu) zagrożenia mogą (lez nie muszą), zależnie od lokalnyh warunków, ustalać progi (E g ) bezpiezeństwa (być może inne dla każdej śiany lub przodka hodnikowego) oraz wiązać stan (A, B, C, D) zagrożenia z prawdopodobieństwem przewyższenia progu bezpiezeństwa. Ih rola nie jest wię w żaden sposób ogranizana, a ih wiedza i doświadzenie są doeniane. Przykładowe wartośi progowe E g, uzasadnione dotyhzasową historią tąpań i zależne od lokalnyh warunków, podaje (np.) Konopko 1994 rozdz.7. nazywają tę wielkość elementarną energią sejsmizną tąpnięia, gdyż jest to minimalna energia, przy której w danyh warunkah kiedykolwiek zanotowano tąpnięie. Informaja o tej energii w takim stopniu, w jakim jest śisła jest lub może być niezwykle ważna w zastosowaniah gdyż potrafimy już (hoć tylko w przybliżeniu) prognozować energię. Zagadnienie określenia stanów (A, B, C, D) zagrożenia ważne w zastosowaniah, gdyż ułatwia podejmowanie deyzji, umożliwiają powiązanie stanów z deyzjami o profilaktye jest o tyle kłopotliwe, że wymaga przypisania nazwy (np. A lub B ) i związanyh z tym obowiązkowyh działań profilaktyznyh, pewnym przedziałom prawdopo-

6 1 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA dobieństwa (że wystąpi E >E g ), o nie musi być intuiyjnie ozywiste. Na pewno nie jest to zadanie dla geofizyka zy informatyka, lez razej dla właśiiela przedsiębiorstwa lub dla organów nadzoru. Podkreślić trzeba, że takie podejśie do zagadnienia, po raz pierwszy nadaje śisły, ilośiowy sens pojęiu stanu (A, B, C, D) zagrożenia, wiążą nazwę stanu z prawdopodobieństwem, że E >E g. W definiji, podanej w rozdz., jako przykład zaproponowano, by sytuaję, gdy w danej śianie i godzinie prawdopodobieństwo (P) (że energia ałkowita emisji przewyższy lokalną wartość E g ) mieśi się w przedziale <P(E >E g ) 1-5 nazwać stanem A, gdy 1-5 <P(E >E g ) 1-4 stanem B itd., lez są to tylko wartośi przykładowe. Przykłady prognozy (rzezywistyh, długotrwałyh obserwaji E ) pokazano na rysunkah i. Każdy z rysunków składa się z ztereh wykresów. Na rys. pokazano trzy tygodnie obserwaji i prognozy loge oraz zagrożenia (Z s ) i jego stanu (A, B, C, D) dla (silnie to stwierdzenie nieformalne) zagrożonej śiany 7 z kopalni Wesoła, natomiast na rys. pokazano to samo, lez dla słabo zagrożonej śiany 1 z kopalni Piekary. Rysunki te zbudowane są w sposób identyzny i poniższy opis odnosi się do obu tyh rysunków. Na pierwszym od góry wykresie (rys. a i rys. a) przedstawiono iąg wstrząsów. Poniżej (b) pokazano dwie krzywe: krzywa iągła to energie (loge (t)) obserwowane, krzywa kropkowana to energie prognozowane. Jeszze niżej, na trzeim wykresie (), na tle energii obserwowanyh pokazano prognozowaną wartość kwantyla G,95, zyli wartość (loge (t)), która z prawdopodobieństwem 95% nie będzie przekrozona i jest to tak zwana prognoza bezpiezna. Na najniżej położonym wykresie (d) przedstawiono znowu na tle energii obserwowanyh logarytm zagrożenia sejsmiznego (logz s ) zdefiniowanego w rozdz.. Wartośi logz s pokazane na rys. d najzęśiej pozostają na poziomie (-5) zatem prawdopodobieństwo przewyższenia progu E g =1 1 5 J najzęśiej jest rzędu 1-5, lez zagrożenie to potrafi się szybko zmieniać: jest to zapewne najważniejsza różnia między sekwenyjnie (tzn. na bieżąo, z godziny na godzinę) lizonym zagrożeniem sejsmiznym a zagrożeniem tąpaniami lizonym zgodnie z Instrukją metody kompleksowej. Na rys. d, dotyząym słabo zagrożonej śiany 1 w kopalni Piekary zagrożenie ały zas (pomijają moment rozruhu metody) pozostaje stałe, na poziomie 1-5. Rysunki te pozwalają stwierdzić, że prognoza zagrożenia i jego stan, hoć w przybliżeniu tylko, ale nieźle działa i projekt, w tym zakresie, dobrze rokuje. loge W a) loge C b) loge C ) loge C, stan Z S d) loge C, stan Z S Rys.. Przykładowe wyniki trzeh tygodni obserwaji emisji sejsmiznej oraz prognozy stanu zagrożenia sejsmiznego w ść. 7 kopalni Wesoła. a) logarytm energii wstrząsów, b) prognozowana wartość loge C (kropki) na tle obserwowanej wartośi loge C (linia iągła), ) wartość G 95 (kropki) na tle loge C, d) stan zagrożenia sejsmiznego (linia kropkowana, przyjmuje wartośi: A 1,5, B,5, C,75, D 5) na tle loge C

7 Nr (4) CZERWIEC 9 17 a) loge W loge C b) loge C ) loge C, stan Z S d) loge C, stan Z S Rys.. Przykładowe wyniki trzeh tygodni obserwaji emisji sejsmiznej oraz prognozy stanu zagrożenia sejsmiznego w ść. 1 kopalni Piekary. a) logarytm energii wstrząsów, b) prognozowana wartość loge C (kropki) na tle obserwowanej wartośi loge C (linia iągła), ) wartość G 95 (kropki) na tle loge C, d) stan zagrożenia sejsmiznego (linia kropkowana, przyjmuje wartośi: A 1,5, B,5, C,75, D 5) na tle loge C 5. WNIOSKI Teoria metody nie jest zagadnieniem objętym tą praą tym niemniej jest iekawa gdyż można, między innymi, wykazać optymalność zaproponowanej prognozy w określonyh warunkah. Opis teorii i podstaw metody znajdzie się (m.in.) w książe (Kornowski i Kurzeja, 8). Przedmiotem zaproponowanej prognozy nie są zdarzenia sejsmizne określone trzema parametrami, takimi jak: zas i miejse wystąpienia oraz energia, lez ałkowita energia sejsmizna E[(t,t+Δt), S], w ustalonym, z góry znanym obszarze (S) i okresie zasu (Δt). Jakość prognozy nigdy nie może być lepsza od jakośi obserwaji, zyli od jakośi lokalizaji i oeny energii zdarzeń minionyh. Kiepskie obserwaje w sposób koniezny skutkują kiepskimi prognozami. Prognoza dotyzy obszaru, z którego do zujników (AE) doiera wystarzająa jakośiowo i ilośiowo informaja o proesah niszzenia skały. Im mniej lub gorszej (zaszumionej) informaji doiera do zujników z jakiegoś obszaru, tym słabiej prognozowane są zdarzenia, któryh źródła leżą w tym obszarze. Nie ma żadnej graniy, poza którą nie ma prognozy: ze wzrostem odległośi od geofonów stopniowo pogarsza się jakość prognozy. Prognozowanie energii wymaga uprzedniej obserwaji energii ozywiśie energii wyrażonej w dżulah. Praa ta powstała w znaznym stopniu dzięki pomoy finansowej MNiSW udzielonej w formie grantu Metoda oeny stanu zagrożenia tąpaniami wyrobisk górnizyh w zakładah wydobywająyh węgiel kamienny (R9). Literatura 1. Bielińska E.: Metody prognozowania. Wyd. Śląsk, Katowie,.. Dubiński J., Konopko W.,: Tąpania: oena, prognoza, zwalzanie. Wyd. GIG, Katowie,.. Goszz A.: Wybrane problemy zagrożenia sejsmiznego i zagrożenia tąpaniami w kopalniah podziemnyh. Bibl. Szk. Ekspl. Podziemnej, Wyd. Nauka Tehnika, Kraków, Konopko W.: Doświadzalne podstawy kwalifikowania wyrobisk górnizyh w kopalniah węgla kamiennego do stopni zagrożenia tąpaniami. PN GIG, Nr 795, Katowie, Kornowski J.: Linear predition of aggregated seismi and seismoaousti energy, emitted from a mining longwall. Ata Montana, Ser. A, No. (19), s. 5-14,.. Kornowski J.: Energia umowna i energia emisji sejsmoakustyznej w przypadku obserwaji za pomoą aparatury ARES-5. Mehanizaja i Automatyzaja Górnitwa 9, nr Kornowski J., Kurzeja J.: Liniowa prognoza ałkowitej energii emisji sejsmiznej indukowanej eksploatają górnizą. Mehanizaja i Automatyzaja Górnitwa 4, nr Kornowski J., Kurzeja J.: Krótkookresowa prognoza zagrożenia sejsmiznego w górnitwie. Wyd. GIG, Katowie Kurzeja J.: Sekwenyjna prognoza energii sejsmiznej generowanej eksploatają pokładu węgla. PN GIG, No. 87, Katowie, Lasoki S.: Predykja silnyh wstrząsów górnizyh. ZN AGH, Seria: Geofizyka Stosowana, Z.7, Kraków, Lasoki S.: Predykja silnyh wstrząsów górnizyh postsriptum. ZN AGH, Seria: Geofizyka Stosowana, Z.9, Kraków, Robinson E.: Statistial ommuniation and detetion. Hafner Publ., New York, 197. Reenzent: dr hab. inż. Andrzej Leśniak