Mechanizmy ognisk wstrząsów górniczych zarejestrowanych w trakcie eksploatacji pokładu 209 ścianą 911 w bloku D KWK Ziemowit

Transkrypt

1 67 CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 1 (74) 2015, s Mechanizmy ognisk wstrząsów górniczych zarejestrowanych w trakcie eksploatacji pokładu 209 ścianą 911 w bloku D KWK Ziemowit Adrian Gołda 1), Grzegorz Śladkowski 1), Krzysztof Wieczorek 1) 1) KW S.A. Oddział KWK Ziemowit, a.golda@kwsa.pl, g.sladowski@kwsa.pl, krzysztof.wieczorek@kwsa.pl Streszczenie Rozwój systemów sejsmologicznych, który nastąpił na przestrzeni ostatnich lat, pozwala na budowę sieci obserwacyjnych, zapewniających dużą ilość danych pomiarowych, umożliwiających prowadzenie rzetelnych analiz procesów zachodzących w ogniskach wstrząsów. Niniejszy artykuł prezentuje wyniki analiz mechanizmów ognisk wstrząsów górniczych towarzyszących eksploatacji pokładu 209 ścianą 911 w KWK Ziemowit, które przeprowadzono w oparciu o rejestracje prowadzone za pomocą rozbudowanej oddziałowej sieci sejsmologicznej, dedykowanej specjalnie dla ściany 911. Eksploatacji pokładu 209 ścianą 911 towarzyszyła okresowo wysoka aktywność sejsmiczna, a w pobliżu pola ściany występowały liczne zaszłości eksploatacyjne pokładów nadległych (205/4, 206/1 i 207) oraz strefy dyslokacji tektonicznych. Integralną częścią artykułu jest porównanie uzyskanych wyników z wynikami wcześniej prowadzonych analiz, dotyczących mechanizmów ognisk wstrząsów górniczych, zawartych w poprzednich publikacjach autorów, oraz wstrząsów rejestrowanych w czasie eksploatacji pokładu 209 ścianą 913 (bliskie sąsiedztwo ściany 911), pokładu 207 (w rejonie zaszłości eksploatacyjnych), a także z rejonu stref uskokowych w sąsiedztwie eksploatacji pokładów 308 i 209 [5, 6, 8]. W artykule opisano również specyfikę górotworu, w obrębie którego KWK Ziemowit prowadzi eksploatację. Omówiono także aktywność sejsmiczną towarzyszącą eksploatacji pokładu 209 w bloku D. Do wyznaczenia mechanizmów ognisk wstrząsów sejsmicznych metodą inwersji tensora momentu sejsmicznego użyto programu FOCI. Słowa kluczowe: mechanizmy ognisk wstrząsów górniczych, tensor momentu sejsmicznego, wstrząsy górnicze Focal mechanisms of mine tremors based on seismic activity during the exploitation 209 seam by the longwall face no. 911 in block D Coal Mine Ziemowit Abstract Seismological systems development that occurred in recent years allows for the construction of observation networks provide a large amount of measurement data that enable a reliable analysis of the processes occurring in outbreaks mine tremors. This article presents the results of analyzes focal mechanisms of mining tremors based on seismic activity during the exploitation 209 seam by the longwall face no. 911 Coal Mine Ziemowit, which was based on registrations conducted through an extensive seismological network dedicated specifically for the longwall face no An integral part of the article is to compare the obtained results with the results of previously conducted studies on the mechanisms of mining tremors contained in previous publications of authors, on the mining tremors recorded during the exploitation 209 seam by the longwall face no. 911 (proximity to the longwall no. 911), the 207

2 68 seam (in the area of former exploitation of 206/1 seam) and the fault zone positioned adjacent the exploitation 308 and 209 seams. The article describes the specificity of the rock mass within which the Coal Mine Ziemowit leads the operation. Also discusses the operation of seismic activity associated exploitation 209 seam in block D. The focal mechanisms of mine tremors was determined by the seismic moment tensor inversion using FOCI software. Key words: focal mechanisms of mine tremors, seismic moment tensor, mine tremors Wstęp Kumulacja naprężeń, występujących w górotworze naruszonym robotami górniczymi, w wyniku której dochodzi do rozwoju procesów dynamicznych, skutkuje powstawaniem wstrząsów towarzyszących eksploatacji górniczej. Jak wykazują badania, warunki górniczo-geologiczne w rejonie objętym eksploatacją (tektonika, zaszłości eksploatacyjne) mają wyraźny wpływ na mechanizm tych wstrząsów, zdeterminowany układem sił działających w ich ognisku [1, 2, 13]. Układ ten odpowiada za wystąpienie ruchu przesuwnego mas wzdłuż płaszczyzny, zwanej płaszczyzną ogniskową lub płaszczyzną pękania. W ognisku wstrząsu występuje charakterystyczny rozkład emisji sejsmicznych fal przestrzennych P i S oraz powstają ściśle zdeterminowane przestrzennie obszary kompresji i dylatacji, których położenie wyznacza się w oparciu o kierunki wychylenia ( + lub - ) pierwszego wstąpienia fali podłużnej P na sejsmogramach wstrząsów. Obszary te rozdzielone są dwiema ortogonalnymi płaszczyznami nodalnymi, na których amplituda przemieszczeń jest równa zeru [2]. Rys. 1. Mechanizm ścinania dla fali P oraz fali S [10]

3 69 Najpowszechniejszą metodą wyznaczania ognisk wstrząsów jest obecnie metoda inwersji tensora momentu sejsmicznego, opisującego układ sił reprezentujących źródło sejsmiczne jako liniową kombinację par sił z momentem. Inwersja polega na obliczeniu składowych tensora, uzyskanych w wyniku jego dekompozycji. Poszczególne składowe tensora odpowiadają za zmiany objętościowe w źródle (EXPL), obrót w źródle w obrębie nieruchomego ośrodka (mechanizm niemający uzasadnienia fizycznego), jednoosiowe ściskanie lub rozciąganie (CLVD) oraz ruch przesuwaczy na jednej z płaszczyzn nodalnych (DBCP). Charakter ogniska wstrząsu określony jest procentowym udziałem poszczególnych składowych tensora, a ustalenie jego dominującego typu odbywa się w oparciu o wartość tzw. współczynnika dopasowania oraz błąd dopasowania tensora. W artykule zawarto wyniki kolejnej analizy mechanizmów ognisk wstrząsów górniczych towarzyszących eksploatacji w KWK Ziemowit. Tym razem skupiono się na wysokoenergetycznych wstrząsach, które rejestrowano w czasie eksploatacji pokładu 209 ścianą 911. Eksploatacja pokładu 209 była już przedmiotem badań autorów analizowano mechanizmy ognisk wstrząsów towarzyszących wybieraniu ściany 913, której pole znajdowało się w niedalekim sąsiedztwie pola ściany 911. Korelacja wyników tej analizy z wynikami uzyskanymi dla wstrząsów z rejonu ściany 911 stanowi element niniejszego artykułu. Ponadto odniesiono się do badań mechanizmów wstrząsów opisanych w innych publikacjach autorów, które skupiały się na wyznaczaniu mechanizmów ognisk wstrząsów lokalizowanych w rejonie eksploatacji pokładu 207, prowadzonej w otoczeniu zaszłości eksploatacyjnych pokładu 206/1 [8] oraz w rejonie stref silnych dyslokacji tektonicznych [5]. 1. Warunki geologiczno-górnicze w rejonie pokładu 209 blok D 1.1. Budowa geologiczna złoża Pokład 209, należący stratygraficznie do grupy łękowej i serii warstw łaziskich w rejonie ściany 911, zalega na głębokości od 585 m do 610 m i ma zmienne nachylenie w kierunku południowo-zachodnim w zakresie 1-4. Miąższość pokładu w polu ściany wynosi 4,01-4,36 m, z przerostem łupku laterytowego o miąższości do 0,12 m oraz z przerostem łupku ilastego zalegającego poniżej laterytu o miąższości 0,06-0,29 m. Spąg pokładu stanowi łupek ilasty o miąższości od 0,2 m do 2,0 m, poniżej zalega piaskowiec średnioziarnisty. W stropie bezpośrednim zalega łupek ilasty o miąższości od 0,0 do 3,0 m, powyżej znajdują się piaskowce różnoziarniste. Strop zasadniczy to piaskowiec różnoziarnisty o miąższości ok. 43,8 m, nad którym zalega nieeksploatowany pokład 208 o grubości od 0,0 do 1,7 m. Ponad pokładem 208 występuje około 74-metrowa ława różnoziarnistych piaskowców. Ponad tą ławą, w odległości pionowej ok. 120 m od pokładu 209, zalegał wybrany w latach pokład 207. Nad pokładem 207 zalega seria różnoziarnistych piaskowców z wiązkami pokładów węgla 206 i 205, z których eksploatowano pokłady 206/1 i 205/4, odległe odpowiednio około m i m od pokładu 209.

4 70 Rys. 2. Profil geologiczny pokładu 209 w bloku D w rejonie ściany Własności geomechaniczne skał Parametry wytrzymałościowe skał i pokładu są następujące: średnia wytrzymałość węgla pokładu 209 na jednoosiowe ściskanie Rc wynosi 23,8 MPa (od 22,3 do 30,3 MPa), wytrzymałość łupku ilastego i piaskowców stropu bezpośredniego (w przedziale 0-10 m) wynosi około 26,4 MPa (18,7 do 29,9 MPa), wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie Rc skał spągowych wynosi 24,6, wskaźnik W TG dla pokładu 209 wynosi 5,98.

5 Sytuacja górnicza w rejonie pokładu 209 w bloku D Eksploatacja pokładu 209 w bloku D prowadzona jest od 2011 roku, a ściany wybierane są kolejno od południa w kierunku północnym. Ściana 911 była piątą z kolei w tym rejonie, jednocześnie pierwszą prowadzoną z południowego wschodu na północny zachód. Poprzednio wybrane ściany 914a-912 prowadzono w kierunku przeciwnym. W bloku D prowadzono wcześniej eksploatację pokładów nadległych, w związku z czym nad polem eksploatacyjnym ściany 911 i w jego sąsiedztwie występują krawędzie eksploatacji oraz pozostawione fragmenty pokładów: 205/4 eksploatacja w latach na wysokość1,9-2,1 m, 206/1 eksploatacja w latach na wysokość około 2,3 m, 207 eksploatacja w latach na wysokość około 2,9-3,2 m. Ze względu na dużą odległość pomiędzy pokładami 205/4, 206/1 i 207 a pokładem 209 (odpowiednio około 270 m, 220 m i 120 m), zaszłości eksploatacji związane z wybieraniem tych pokładów nie miały znaczącego wpływu na stan naprężeń w pokładzie 209, co zostało wielokrotnie potwierdzone wynikami badań geofizycznych obejmujących pola ścian wybieranych w tym rejonie (aktywna tomografia sejsmiczna). W rejonie eksploatacji pokładu 209 ścianą 911 nie prowadzono eksploatacji pokładów niżej leżących. Pokład 206/ Aktywność sejsmiczna w rejonie ściany 911 Aktywność sejsmiczna w trakcie eksploatacji pokładu 206/1 kształtowała się na niskim lub umiarkowanym poziomie. Zarejestrowano 47 wstrząsów o energii rzędu 10 4 J oraz 290 wstrząsów o energii rządu J. W trakcie wybierania pokładu 206 w bloku D nie zarejestrowano wstrząsów wysokoenergetycznych. Zestawienie liczby wstrząsów i wyemitowanej energii zarejestrowanych w trakcie wybierania pokładu 206/1 w bloku D, przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1. Aktywność sejsmiczna towarzysząca eksploatacji pokładu 206 w bloku D w rejonie ściany 913 Ściana Lata Suma E02 E03 E04 E05 E06 eksploatacji energii ,41E ,96E+05 RAZEM ,00E+06 Pokład 207 Eksploatacja pokładu 207 w bloku D generowała wyższą aktywność sejsmiczną niż eksploatacja pokładu 206/1. Zarejestrowano 1 wstrząs o energii rzędu 10 5 J, 176 wstrząsów o energii rzędu 10 4 J oraz 3253 wstrząsów o energii rzędu J. Zestawienie ilościowe wstrząsów i wyemitowanej energii w trakcie wybierania pokładu 207 przedstawiono w tabeli 2.

6 72 Tabela 2. Aktywność sejsmiczna towarzysząca eksploatacji pokładu 207 w bloku D w rejonie ściany 913 Ściana Lata Suma E02 E03 E04 E05 E06 eksploatacji energii ,50E ,92E ,52E ,74E ,63E ,33E ,42E+06 RAZEM ,02E+07 Pokład 209 Eksploatacji pokładu 209 w bloku D towarzyszy zdecydowanie wyższa aktywność sejsmiczna, niż miało to miejsce w przypadku pokładów wyżej leżących. Decydujący o takim obrazie sejsmiczności był splot takich czynników, jak: głębokość zalegania pokładu (~600 m) oraz sąsiedztwo krawędzi pokładów nadległych, które zgodnie z doświadczeniami kopalni potwierdzonymi badaniami geofizycznymi nie mają znaczącego wpływu na stan naprężeń na horyzoncie pokładu 209, natomiast ich obecność powoduje wzrost aktywności sejsmicznej w rejonie. Ściany 914a i 914 wybierane jako pierwsze w tym rejonie, charakteryzowała stosunkowo niewysoka aktywność sejsmiczna, która gwałtownie wzrosła w czasie eksploatacji pokładu 209 kolejnymi ścianami 913, 912 i 911. Zaznaczyć należy, że począwszy od 2012 roku stacja geofizyki wyposażona została w aparaturę pomiarową typu SOS, której możliwości pozwalały na tworzenie oddziałowych sieci obserwacyjnych, umożliwiających detekcję zjawisk o niewielkich energiach, w wyniku czego wzrosła liczba rejestrowanych wstrząsów o najniższych energiach (rzędu E2 J) [11]. Zestawienie ilościowe wstrząsów i wyemitowanej energii w trakcie wybierania pokładu 209 przedstawiono w tabeli 3. Tabela 3. Aktywność sejsmiczna towarzysząca eksploatacji pokładu 209 w bloku D Ściana Lata Suma E02 E03 E04 E05 E06 E07 eksploatacji energii 914a ,61E ,60E ,77E ,74E ,01E+08 RAZEM ,94E+08

7 73 Aktywność sejsmiczna w rejonie ściany 911 od początku eksploatacji była okresowo wysoka. W początkowym okresie biegu wstrząsy wysokoenergetyczne lokalizowano zarówno w polu ściany, jak i na północ od niego, w rejonie krawędzi pokładów nadległych oraz strefy uskokowej. Na dalszym wybiegu dominowały wstrząsy lokalizowane w polu ściany oraz (w końcowym okresie eksploatacji) w słupie ściany w rejonie strefy uskokowej, gdzie dodatkowo ma miejsce nałożenie się krawędzi pokładów 205/4, 206/1 i 207. Zarejestrowaną aktywność sejsmiczną w trakcie eksploatacji pokładu 209 w bloku D, zaprezentowano na rys. 3. Rys. 3. Aktywność sejsmiczna rejestrowana w czasie eksploatacji pokładu 209 w bloku D (wstrząsy powyżej E4 J) Lokalizację ognisk wstrząsów wysokoenergetycznych z rejonu ściany 911 przedstawiono na rys. 4. Rysunek 5 przedstawia natomiast rozkład energii sejsmicznej wyemitowanej w czasie eksploatacji pokładu 209 ścianą 911, z uwzględnieniem wszystkich zarejestrowanych wstrząsów.

8 74 Rys. 4. Aktywność sejsmiczna rejestrowana w czasie eksploatacji pokładu 209 w bloku D (wstrząsy powyżej E5 J) Rys. 5. Rozkład energii sejsmicznej wyemitowanej w czasie eksploatacji pokładu 209 ścianą 911

9 75 2. Analiza mechanizmów ognisk wstrząsów Analiza mechanizmów wstrząsów, której wyniki przedstawiono w niniejszej pracy, została zrealizowana w oparciu o metodę inwersji amplitud w domenie czasu dla fali podłużnej P, z uwzględnieniem kierunków pierwszych wychyleń. Wykorzystano zapisy wstrząsów zarejestrowanych przez system obserwacji sejsmologicznej SOS [3], stanowiący podstawowy system monitoringu Stacji Geofizyki Górniczej KWK Ziemowit [11]. Z uwagi na to, że aparatura pozwala na obsługę maksymalnie 64 kanałów transmisyjnych, możliwe było stworzenie podsieci obserwacyjnej (sieci oddziałowej), dedykowanej specjalnie do obserwacji ściany 911. Konfiguracja sieci sejsmologicznej pozwoliła na wykorzystanie w prowadzonej analizie zapisów z 38 stanowisk pomiarowych. Średnio dla każdego wstrząsu wyznaczono 31 czasów wejścia fali P. Obliczenia przeprowadzono dla wszystkich 17 wstrząsów o energiach większych od J, zarejestrowanych w czasie eksploatacji pokładu 209 ścianą 911. Dane do analizy przygotowano z wykorzystaniem programu SEJSGRAM autorstwa GIG Katowice, który umożliwia między innymi zapis sejsmogramów do pliku w formacie ASCI, natomiast do lokalizacji ognisk wstrząsów użyto programu MUL- TILOK. Zarówno SEJSGRAM, jak i MULTILOK wykorzystywane są w stacji geofizyki górniczej do bieżącej analizy rejestrowanych wstrząsów. Zasadniczą część obliczeń wykonano programem FOCI wykorzystano moduł inwersji tensora momentu sejsmicznego, który umożliwia między innymi [9]: wyznaczenie położenia płaszczyzn uskoku (azymut Φ, kąt zapadania δ i bieg λ), wyznaczenie kierunków osi naprężeń, dekompozycję tensora na trzy składowe: eksplozyjną/implozyjną (charakteryzuje zmianę objętości w ognisku wstrząsu), jednoosiowe ściskanie/rozciąganie oraz składową ścinającą (opisującą poślizg na uskoku). Analiza przeprowadzona w programie FOCI, oparta na współczynnikach jakości rozwiązań i błędach wyznaczenia składowych tensora, wskazuje, że prawdopodobna głębokość wystąpienia ognisk wstrząsów zawiera się w wąskim przedziale od -170 m do -260 m p.p.m. (średnio -200 m około 130 m nad pokładem 209). Głębokość ta odpowiada warstwie grubego piaskowca z zlepieńcami, znajdującej się ponad wybranym pokładem 207 (Rc>35 MPa). Wyniki obliczeń dla rozwiązania pełnego tensora mechanizmu ognisk przedstawiono w tabeli 4.

10 76 Tabela 4. Wyniki obliczeń mechanizmów ognisk analizowanych wstrząsów górniczych Lp. Data Czas Energia, [J] Płaszczyzny nodalne A Φ o /δ o λ o B Φ o /δ o λ o Osie naprężeń P Φ o /δ o T Φ o /δ o Graficzny model ogniska Składowe tensora, [%] EXPL CLVD DBCP :07:33 2,0E / / /29 106/52-4,4 39,1 56, :59:41 3,0E / / /25 196/63 25,9 44,8 29, :25:26 2,0E / / /57 14/33-29,2-54,7 16, :33:25 1,0E+07 1/ / /42 110/42-17,2 10,6 72, :14:47 8,0E / / /10 112/61 12,0 62,9 25, :13:31 4,0E / /9 50 5/38 196/52 7,5-22,6 69,9

11 :29:58 2,0E / / /59 245/26-5,9-10,8 83, :39:46 8,0E / / /27 198/62 29,2 29,2 41, :37:40 5,0E / /24 6 7/38 232/43 17,5 16,8 65, :53:47 7,0E / / /25 202/61 23,4-23,0 53, :05:07 1,0E / / /48 239/33 7,9 0,9 91, :01:48 9,0E / / /31 227/49 22,3 4,6 73, :08:05 1,0E+06 21/ / /24 256/49 10,2 23,4 66, :07:39 2,0E / / /52 241/33 16,6 28,0 55,4

12 :03: :16:20 2,0E :49:11 141/ / /52 239/37 8,7 50,2 41,1 2,0E / / /35 233/44 20,2-3,5 76,3 2,0E+06 30/ / /49 116/41-14,0-23,1 62,9 gdzie: Φo azymut, δo kąt zapadania, λo kierunek wektora przemieszczenia określony kątem. Mechanizmy ognisk analizowanych wstrząsów pozostają w ścisłej korelacji z rozwijającą się eksploatacją pokładu 209 ścianą 911 i postępem frontu ściany. Dominującym typem mechanizmu ognisk analizowanych wstrząsów był mechanizm poślizgowy o udziale składowej ścinającej DBCP, zawierającym się w granicach od 42% do 91% (średnio 66%), jednak zmieniające się warunki górniczo-geologiczne w polu i sąsiedztwie ściany miały wyraźny wpływ na charakter mechanizmu ognisk wstrząsów. Rys. 6. Położenie i mechanizm analizowanych wstrząsów

13 79 Wstrząsy zlokalizowane w początkowym okresie biegu ściany charakteryzuje przewaga mechanizmu ścinającego, a azymut jednej z płaszczyzn nodalnych pokrywa się z występującymi w tym rejonie krawędziami eksploatacji pokładów nadległych. Podobne rozwiązania uzyskano we wcześniejszych analizach, dotyczących wstrząsów rejestrowanych w strefach uskokowych o znacznych zrzutach i w pobliżu niewielkich dyslokacji tektonicznych oraz krawędzi eksploatacji w rejonie pola ściany 913 [6]. Prawdopodobną przyczyną wysokoenergetycznych wstrząsów rejestrowanych w tym obszarze było nałożenie się naprężeń eksploatacyjnych oraz koncentracji naprężeń w caliźnie, występujących w obszarze styku zrobów i niewybranych części pokładu 206/1 zalegającego powyżej. Można założyć, że w rejonie krawędzi nadległego pokładu 206/1 występuje stan równowagi nietrwałej spowodowany siecią spękań i szczelin w sztywnych warstwach piaskowca zalegających nad tym pokładem, powstałych wskutek występowania dużego gradientu przemieszczeń pionowych. Oddziaływanie przesuwającego się frontu eksploatacyjnego ściany 911 doprowadziło do poślizgu warstw skalnych w strefie niestabilnej i wyzwolenia energii sejsmicznej. Na dalszym odcinku wybiegu ściany 911, gdzie nie występowały krawędzie pokładów wcześniej eksploatowanych, również notowano okresowo wysoką aktywność sejsmiczną. Typ mechanizmów ognisk wstrząsów, ich oszacowana głębokość oraz azymut płaszczyzn nodalnych, generalnie zgodny z linią eksploatacji, pozwalają założyć, że ich przyczyną były typowe procesy zniszczeniowe, będące wynikiem załamywania się i pękania sztywnej warstwy piaskowcowej zalegającej ponad zrobami pokładu 207, zainicjowane eksploatacją pokładu 209. Spośród analizowanych wstrząsów rejestrowanych w czasie biegu ściany 911 w trzech przypadkach stwierdzono, że dominującą składową tensora momentu sejsmicznego jest składowa odpowiadająca za jednoosiowe ściskanie (od około 45% do około 63%), a w jednym na rozciąganie (około 55%), przy stosunkowo niskim udziale składowej odpowiedzialnej za implozję i znaczącym udziale składowej ścinającej. Prawdopodobną przyczyną ich powstania było pogłębienie się procesu destrukcji w sąsiedztwie wybranego pokładu 207, powodującego powstanie rozwarstwienia pomiędzy zalegającymi bezpośrednio nad pokładem 207 skałami słabymi i podatnymi a niepodatnym piaskowcem zalegającym powyżej. Podobny charakter mechanizmu ogniska stwierdzono również dla pewnej grupy wstrząsów lokalizowanych w polu wcześniej eksploatowanej ściany 913 [6]. Wstrząsy zlokalizowane w końcowym okresie eksploatacji ściany charakteryzuje mechanizm ogniska o zdecydowanej przewadze składowej ścinającej (62,9-76,3%). Z uwagi na występującą w tym rejonie strefę uskoków o niewielkich zrzutach, dochodzących do 2,4 m, oraz liczne krawędzie eksploatacyjne, o przebiegu generalnie zgodnym z kierunkiem dyslokacji tektonicznych, istnieją dwie prawdopodobne przyczyny ich wystąpienia: nałożenie się naprężeń eksploatacyjnych i naprężeń tektonicznych, pochodzących od sieci uskoków przebiegających w sąsiedztwie rozcinki likwidacyjnej ściany 911. Analogiczne rozwiązanie uzyskano w przypadku wstrząsów zarejestrowanych w sąsiedztwie uskoków o znacznych zrzutach [5], a także dla wstrząsów towarzyszących eksploatacji pokładu 209 ścianą 913 [6] w rejonie uskoków o zrzutach rzędu miąższości pokładu, co potwierdziło hipotezę, że stosunkowo niewielkie uskoki również mogą być źródłem wysokiej aktywności sejsmicznej,

14 80 nałożenie się naprężeń eksploatacyjnych oraz koncentracji naprężeń w caliźnie, występujących w obszarze styku zrobów i niewybranych części pokładów zalegających powyżej podobnie jak w przypadku grupy analizowanych wstrząsów zarejestrowanych w początkowym okresie biegu ściany. Powyższy fakt potwierdza podobieństwo mechanizmów wstrząsów generowanych w obszarach zaszłości eksploatacyjnych i naturalnych dyslokacji tektonicznych. Podsumowanie Artykuł stanowi kontynuację prowadzonych od szeregu lat badań autorów nad procesami zachodzącymi w ogniskach wstrząsów górniczych, a zawarte w nim wyniki analizy dostarczyły kolejnych informacji na temat mechanizmów wstrząsów górniczych indukowanych eksploatacją górniczą, prowadzoną przez KWK Ziemowit. Przedmiotem badań były wysokoenergetyczne wstrząsy, zarejestrowane w aktywnym sejsmicznie rejonie, obejmującym eksploatację pokładu 209 ścianą 911. Kolejne etapy eksploatacji pokładu 209 ścianą 911 w powiązaniu z warunkami górniczo-geologicznymi skutkowały wystąpieniem wstrząsów wysokoenergetycznych o charakterystycznej dla każdego z tych etapów dominującej przyczynie aktywności sejsmicznej. W początkowym okresie biegu w polu ściany występowały krawędzie pokładów nadległych. Kolejnym etapem była eksploatacja poza strefami wpływu zaszłości eksploatacyjnych. W ostatnim etapie front ściany zbliżał się ponownie do krawędzi pokładów wyżej leżących oraz strefy niewielkich dyslokacji tektonicznych. Obliczenia przeprowadzono dla wszystkich 17 wstrząsów o energiach większych od J, zarejestrowanych w czasie biegu ściany. Wyniki przeprowadzonych obliczeń wskazują, że możliwą przyczyną zaistniałych wstrząsów było odblokowanie poślizgu w strefie równowagi nietrwałej w rejonie dyslokacji tektonicznych i rejonach prowadzenia eksploatacji górniczej w strefie zaszłości eksploatacyjnych występujących w początkowym i końcowym etapie eksploatacji pokładu 209 ścianą 911. Prawdopodobną przyczyną wstrząsów rejestrowanych w drugim etapie eksploatacji ściany (poza strefami wpływu krawędzi pokładów nadległych i z dala od stref uskokowych) było rozwarstwienie powstające pomiędzy skałami słabymi a mocnymi [4] oraz typowe procesy destrukcyjne, będące wynikiem załamywania się i pękania sztywnej warstwy piaskowcowej zalegającej ponad zrobami pokładu 207, zainicjowane eksploatacją pokładu 209. Uzyskane wyniki potwierdziły wnioski zawarte we wcześniejszych publikacjach autorów, zgodnie z którymi krawędzie pokładów nadległych, które nie mają bezpośredniego wpływu na wzrost naprężeń w eksploatowanym pokładzie, mogą być jednym z decydujących czynników stanowiących o obrazie sejsmiczności w rejonach objętych eksploatacją. Potwierdzenie znajduje również fakt o możliwym podobieństwie mechanizmów działających w ogniskach wstrząsów, których przyczyną są naturalne dyslokacje tektoniczne oraz krawędzie wcześniej prowadzonej eksploatacji Z uwagi na uzyskane wyniki analizy z dużym prawdopodobieństwem można stwierdzić, że rozwój procesów dynamicznych, będących przyczyną powstawania wstrząsów, nie zachodził w eksploatowanym pokładzie węgla ani jego bezpośrednim otoczeniu, lecz w dużo wyżej zalegających warstwach grubego i mocnego (niepodatnego) piaskowca [2]. Sytuacja taka, spowodowana specyfiką budowy geologicznej złoża, jest charakterystyczna dla sejsmiczności rejestrowanej w KWK Ziemowit [6, 7, 8].

15 81 Należy również zaznaczyć, że analizowane wstrząsy nie spowodowały żadnych skutków w wyrobiskach dołowych, a dotychczasowe doświadczenia kopalni wskazują, że tego typu zjawiska nie wywoływały zwiększonego zagrożenia tąpaniami. Można prognozować, że podobny obraz sejsmiczności będzie miał miejsce również w czasie dalszej eksploatacji pokładu 209 w bloku D. Wyniki przeprowadzonej analizy przyczyniają się do lepszego poznania natury dynamicznych procesów zachodzących w górotworze naruszonym eksploatacją górniczą i w stosunku do standardowych parametrów wyznaczanych w procesie obróbki danych sejsmologicznych (lokalizacja, energia) bardziej szczegółowo opisują sejsmiczność towarzyszącą eksploatacji górniczej. Zmienność charakteru zjawisk, zachodzących w ogniskach wstrząsów w korelacji z warunkami geologiczno-górniczymi w rejonie wystąpienia wstrząsów, może stanowić dodatkową informację w zakresie zmian stanu naprężeniowo-deformacyjnego w obrębie warstw wstrząsogennych oraz struktur tektonicznych, co w efekcie może przyczynić się do poprawy oceny stanu zagrożenia sejsmicznego. Bibliografia [1] Gibowicz S.J., Wiejacz P., 1994, A search for the source non-shearing components of seismic events induced in Polish coal mines, Acta Geophys. Pol. 42. [2] Stec K., 2005: Charakterystyka mechanizmu ognisk wstrząsów górniczych z Obszaru Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, Wiadomości Górnicze, nr 4. [3] Lurka A., Logiewa H., 2007, Sejsmologiczny system obserwacji SOS jako nowe narzędzie do obserwacji i interpretacji danych sejsmicznych w górnictwie zagrożonym tąpaniami, GIG, Katowice. [4] Goszcz A., 2004, Wybrane problemy zagrożenia sejsmicznego i zagrożenia tąpaniami w kopalniach podziemnych, Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Kraków. [5] Gołda A., Śladowski G., Wieczorek K., 2013, Analiza mechanizmów wstrząsów górotworu z rejonu stref uskokowych doświadczenia KWK Ziemowit, Wiadomości Górnicze, nr 4. [6] Gołda A., Śladowski G., Wieczorek K., 2014, Analiza mechanizmów ognisk wstrząsów górniczych zarejestrowanych w KWK Ziemowit w trakcie eksploatacji pokładu 209 ścianą 913 w rejonie zaszłości eksploatacyjnych, Górnicze Zagrożenia Naturalne 2014, materiały konferencyjne. [7] Setlak K., Gołda A., Moszko M., 2010, Zaszłości eksploatacyjne jako czynnik kształtowania aktywności sejsmicznej górotworu na przykładzie eksploatacji pokładu 207 w bloku E w OG Lędziny I, Górnicze zagrożenia naturalne 2010, materiały konferencyjne. [8] Gołda A., Śladowski G., Wieczorek K., 2012, Wpływ zaszłości eksploatacyjnych na mechanizm ognisk wstrząsów górniczych w trakcie eksploatacji dwóch sąsiednich ścian w pokładzie 207 w kopalni Ziemowit, Górnicze zagrożenia naturalne 2012, materiały konferencyjne GIG, Katowice. [9] Kwiatek G., 2009, FOCI Tensor momentu sejsmicznego opis programu (publikacja internetowa [10] Wiejacz P., 2009, Mechanizm zjawisk sejsmicznych, Materiały szkoleniowe, Warsztaty, Polkowice. [11] Gołda A., Śladowski G., Wieczorek K., 2012, Rozwój systemów obserwacji sejsmologicznej kopalnianej stacji geofizyki górniczej KWK Ziemowit, Górnictwo Zrównoważonego Rozwoju 2012 materiały konferencyjne, Politechnika Śląska, Gliwice.

16 82 [12] Praca zbiorowa pod red. Bukowskiej M., 2009, Kompleksowa ocena skłonności do tąpań górotworu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym, GIG, Katowice. [13] Gibowicz S.J., Kijko A., 1994, An introduction to mining seismology, Academic Press, International Geophisics Series, vol. 55.