Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych

WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Materiały Warsztatów str. 353 372 Renata PATYŃSKA Główny Instytut Górnictwa w Katowicach Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych Streszczenie Praca bazuje na pomiarach dołowych sejsmiczności indukowanej miejsc zaistniałych wstrząsów i tąpnięć w latach 1989 2006. Zestawienie pomiarów z geologiczno-górniczymi uwarunkowaniami eksploatacji wskazuje na możliwość ograniczenia zagrożenia tąpaniami poprzez właściwe usytuowanie kierunku biegu ścian względem płaszczyzn uskokowych. Przechodzenie frontem ścian przez strefy uskokowe w istotny sposób zaburza ich planowany bieg. Analiza szczegółowa tektoniki zwłaszcza stref uskokowych, pozwala na wyznaczenie miejsc o zróżnicowanym jednostkowym wydatku energetycznym wstrząsów sejsmicznych JWE [J/t]. Usytuowanie płaszczyzn uskoków w stosunku do struktury warstw otaczających eksploatowany pokład, pozwala na uściślenie warunków istnienia stref o różnej intensywności zjawisk sejsmicznych w każdym polu ścianowym. 1. Wprowadzenie Znajomość struktury górotworu w połączeniu z działalnością górniczą, umożliwiającą optymalne i bezpieczne rozcięcie i eksploatację złoża, jest ważna szczególnie w pobliżu stref uskokowych. Dokładne poznanie tektoniki, w połączeniu z odpowiednio zaprojektowaną profilaktyką, pozwalają na ograniczenie oraz zmniejszenie energii generowanych wstrząsów. Przy eksploatacji pokładów zalegających na dużych głębokościach, w warunkach wysokich naprężeń tektonicznych, pomocne jest formowanie odpowiedniej strefy spękań wokół wyrobisk górniczych, zwłaszcza z uwzględnieniem pierwotnej struktury górotworu, przy dochodzeniu frontów eksploatacji do uskoków. Profilaktyka tąpaniowa stosowana w polskich kopalniach węgla polega zawsze na destrukcji struktury pokładu i/lub skał otaczających, w szczególności stropowych, co sprowadza się do tworzenia w nich spękań i szczelin w wyniku eksploatacji odprężającej, strzelania wyprzedzającego, nawadniania lub ukierunkowanego hydroszczelinowania. Przyjmując takie postępowanie za słuszne, występowanie dużej liczby spękań pochodzenia naturalnego należy traktować jako czynnik korzystny, zaś strefy pokładu i górotworu silnie spękane jako strefy odprężone, niezagrożone tąpaniami. Szczególną rolę w tworzeniu tektoniki masywu odegrała struktura skał wzdłuż północno- -wschodniej granicy masywu Górnośląskiego. Obserwacje pozwoliły na określenie sposobów powstawania tej struktury oraz jej związków z deformacją górotworu w GZW. Nieodłącznym elementem dynamiki pola naprężeń jest przesuw międzyławicowy. Bada nia modelowe stanu naprężeń F. Oddonne a i P. Vialona (1983) wykazały, że przemie szczenie bloków podłoża pod pokrywą wzdłuż uskoku przesuwczego wywołało przesuw na 353

R. PATYŃSKA Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych powierzchniach międzyławicowych i na granicy między podłożem a pokrywą. W czasie ruchu podłoże pociągało za sobą dolne pokłady pokrywy z większą siłą niż górne. Nastąpił wówczas względny ruch między pokładami pokrywy wzdłuż poziomych płaszczyzn ścinania. Kierunek i zwrot ścinania był zgodny z kierunkiem i zwrotem transportu tektonicznego wzdłuż uskoku głównego, a względny przesuw obserwowany między pokładami pakietu pokrywy charakteryzował się zwrotem przeciwnym. Zjawisko poślizgu międzywarstwowego poprzedzało fazę stopniowego osłabienia górotworu, powodując jego spękanie i tworzenie się uskoków o określonym przebiegu (najczęściej NW-SE i N-S), lokalnie zaś następowały zmiany właściwości geomechanicznych skał (Teper 1988). Szczegółowe badania strukturalne doprowadziły do wyodrębnienia dwóch systemów struktur charakteryzujących się różnymi kierunkami fałdowania. Kierunek południkowy w tektonice fałdowej uznany został za główny, odchylił się jednak stopniowo ku wschodowi i osiągnął kierunek równoleżnikowy. Strefy fałdów o kierunkach osi zbliżonych do równoleżnikowych zostały na tej podstawie uznane za pierwotne, zaś wtórne strefy fałdów południkowych za ukształtowane w konsekwencji późniejszych nacisków. Wzdłuż uskoków systemu południkowego, odbywały się ponownie ruchy pionowe oraz poziome, przeważnie lewoskrętne. Zuskokowanie, powstanie rowów i zrębów tektonicznych łączy się właśnie z tymi ruchami. Przemieszczeniu horyzontalnemu towarzyszyła charakterystyczna deformacja o ściśle określonej orientacji w stosunku do ruchu przyczynowego oraz zorientowanej w sposób określony sieci uskokowej. Wyjaśnieniem zjawisk w fazach największej deformacji zajmował się W. Jaroszewski (1990), który stwierdził, że uskoki przesuwcze powstały przy dużej wartości ułamka 1/ 3, gdy naprężenie poziome prostopadłe do kompresji było mniejsze, niżby to wynikało z ciśnienia grawitacyjnego na danej głębokości. Deformacje pokładów i skał otaczających spowodował przesuw międzyławicowy, czyli pozioma orientacja wektora naprężenia głównego 1 i naprężenia pośredniego 3, równoleżnikowy kierunek wektora 3 przy południkowej orientacji wektora 1. Procesy te doprowadziły nie tylko do zróżnicowania tektoniki w górotworze karbońskim, ale również do zmian podstawowych parametrów geomechanicznych skał (Goszcz 1986). W okresie ruchów górotwórczych w skałach pojawiły się naprężenia tektoniczne tj. 1 maksymalne, 2 medialne, 3 minimalne, przy czym w warunkach geotechnicznych GZW, w których nastąpiło przemieszczanie skał, możliwe było powstanie dwóch różnych jakościowo stanów naprężeń. Występowanie różnych stanów naprężenia, ma doniosłe konsekwencje geomechaniczne. Długotrwałe ściskanie ośrodka skalnego prowadzi bowiem do jego kompakcji, wzrostu wytrzymałości i sprężystości, zaś poziome rozciąganie powoduje rozwój spękań, wzrost porowatości i osłabienie ośrodka. Według A. Goszcza (1986) w obszarach, w których występował w przeszłości geologicznej stan I naprężeń (rys. 1.1), należy oczekiwać zagrożeń tąpaniami i wstrząsami, w obszarach stanu II zagrożeń wodnych, zawałów, obwałów i tym podobnych. Ponadto w strefach, w których występuje stan II, powstają deformacje stałe w postaci spękań, szczelin, pęknięć kliważowych, mikrospękań i inne. Wytrzymałość i sprężystość masywu skalnego przez ten stan zostaje obniżona. W wyniku procesów tektonicznych pierwotne formy zalegania złóż skalnych uległy zakłóceniom (Reading 1982; Ryncarz 1993), wytworzyły się bowiem w nich sfałdowania, spękania, uskoki, intruzje. 354

WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Spękania powstały w wyniku działania dużych naprężeń rozciągających lub ścinających, które nie zawsze muszą ujawniać się w postaci szczelin. Mogą to być jedynie układy powierzchni osłabionej spójności, bez dostrzegalnego rozdzielenia materiału pierwotnego. Powierzchnie spękań grupują się przeważnie w różne układy w przybliżeniu równoległych płaszczyzn z określoną orientacją przestrzenną. Jeżeli spękanie jest rozwarte tworzą one szczelinę. W zasadzie każdy masyw skalny jest w mniejszym lub większym stopniu spękany. Rys. 1.1. Schemat dwóch stanów naprężeń tektonicznych (Goszcz 1986); Stan I wszystkie naprężenia ściskające; Stan II naprężenia 1 oraz 2 ściskanie, a naprężenie 3 rozciąganie Fig. 1.1. Schematic diagram of two states of tectonic stress (Goszcz 1986); State 1 all the stresses are compressive; State 2 1 and 2 denote compressive stresses, 3 denotes a tensile stress 2. Deformacje nieciągłe uskoki Uskok to struktura utworzona w wyniku przerwania ciągłości skał i przesunięcia rozspojonych części wzdłuż tak zwanej powierzchni uskokowej lub strefy uskokowej, powstających w procesie ścinania. Proces ten dokonuje się dwoma sposobami: przez rozspojenie ośrodka pierwotnie ciągłego wówczas mówi się o uskoku pierwotnym lub przez ślizg wzdłuż istniejącej powierzchni nieciągłości, którego rezultatem jest uskok wtórny. Warstwy skalne przesunięte wzdłuż płaszczyzny uskoku w dół noszą nazwę skrzydła zrzuconego, warstwy nienaruszone lub podniesione skrzydła wiszącego. Ilościowo uskok charakteryzują: kąt kierunkowy rozciągłości, kąt upadu powierzchni uskokowej oraz wysokość zrzutu uskoku, tzn. pionowa odległość skrzydeł. Uskoki występują przeważnie w zespołach, tworząc rozległe strefy uskokowe. 355

R. PATYŃSKA Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych Analiza mapy tektonicznej północnej części GZW, na której zaznaczono uskoki o zrzucie większym od 1 m, pozwoliła na wydzielenie czterech ich systemów (Goszcz 1986): system 1 o orientacji azymutalnej 2 182º; system 2 o orientacji azymutalnej 135 315º; system 3 o orientacji azymutalnej 50 230º; system 4 o orientacji azymutalnej 95 275º. Wyznaczone kierunki odpowiadają czterem różnym fazom górotwórczym (faza osłabienia, poślizgu, nacisku i deformacji; rys. 2.1). Południkowa orientacja szczelin uskoków wskazuje, że przyczyną ich powstawania były deformacje spowodowane naciskiem wywieranym na blok GZW od strony zachodniej. System 4 jest zgodny z kierunkiem głównych struktur fałdowych w północnej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (do których należą niecka bytomska i siodło główne). Orientacja uskoków systemu 2 oraz deformacja fałdowa w osiach zgodnych z nią powstała w wyniku nacisku wywieranego na blok GZW o kierunku zbliżonym do SWW. Ponieważ system 1 prawdopodobnie związany jest z fazą tworzenia głębokiego podłoża, pozostaje wyjaśnienie genezy systemu 3. Przypuszcza się, że uskoki z tego 3 systemu spowodowane zostały ruchami przesuwnymi (Kidybiński 1982, Teper 1988). Rys. 2.1. Orientacja systemów uskoków w północnej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (Goszcz 1986) Fig. 2.1. The fault system orientations in the northern part of the Upper Silesian Coal Basin (Goszcz 1986) 356

WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Przytoczona klasyfikacja czterech systemów uskoków wyklucza możliwość przypadkowej orientacji szczelin. Dla praktyki oznacza to, że jeżeli robotą górniczą napotka się na nieudokumentowany dotychczas uskok, można z dużym prawdopodobieństwem przewidzieć jego przebieg, przypisując go do jednego z wyżej wymienionych systemów. Dlatego też istnieje możliwość optymalnego zaprojektowania eksploatacji w stosunku do występującego kliważu. Dotychczasowe obserwacje uskoków, polegające na określaniu ich przestrzennego rozmieszczenia i położenia względem głównych struktur fałdowych, pozwalają na znalezienie zależności genetycznych między strukturami tektonicznymi w badanym górotworze. Sporządzenie charakterystyki powierzchni stref uskokowych umożliwia prześledzenie przebiegu dyslokacji w przekroju pionowym i w płaszczyźnie poziomej. Obserwowano i opisano (Teper 1988, 1992) cechy geometryczne uskoków we wszystkich badanych obszarach górniczych oraz pomierzono ich orientację przestrzenną. Pobieżna analiza wykazała, że zdecydowana większość z nich zapada pod bardzo stromymi kątami (powyżej 95% ogólnej liczby pomierzonych powierzchni uskoków ma kąt upadu nie mniejszy od 75 o ). Są to systemy uskoków o kierunkach: NW-SE, SW-NE, N-S i W-E. Uskoki regionalne i duże lokalne rozgraniczają obszary górnicze i dzielą dany obszar górniczy na bloki eksploatacyjne. Każdy z bloków zazwyczaj wymaga osobnego udostępnienia, wobec czego ilościowa charakterystyka intensywności występowania uskoków regionalnych i dużych lokalnych nabiera istotnego znaczenia w pracach projektowych. 3. Badania wpływu kierunku biegu ścian na generowaną aktywność sejsmiczną Wykazano (Dubiński 1989; Dubiński, Konopko 2000), że na sejsmiczność rejonu, a tym samym i na zagrożenie tąpaniami, poza warunkami geologicznymi, istotny wpływ wywierają uprzednio dokonane roboty górnicze zarówno w danym pokładzie, jak i pokładach wyżej lub niżej leżących. W szczególności istotne zakłócenia w sejsmiczności indukowanej mogą wywierać między innymi resztki, krawędzie, nierównomierne co do łącznej grubości wyeksploatowania złoża, nadmierne rozcięcie pokładu wyrobiskami korytarzowymi. Powyższe stwarza zasadnicze trudności w znalezieniu poligonu badawczego, na którym wymienione czynniki nie będą oddziaływały lub ich oddziaływanie będzie pomijalnie małe. Kopalnie GZW są bowiem stare, złoże w znacznym stopniu wyeksploatowane, skutki zaszłości eksploatacyjnych w większości pól wybierkowych spełniają istotną rolę odprężającą bądź koncentrują naprężenia, często na znacznych powierzchniach pól ścianowych. Dodatkowe wymogi stawiane poligonowi do badań szczegółowych to występowanie uskoków w polu ścianowym, możliwych do przejścia frontem ściany oraz duże prawdopodobieństwo generowania licznych wstrząsów, w tym wysokoenergetycznych. Ponadto wymagana jest zbliżona głębokość zalegania pokładu na całym wybiegu ściany (ścian) i względnie stała grubość pokładu. Wymienione kryteria spełnił pokład 620 w ZWSM Jadwiga obecnie SILTECH Sp. z o.o. (rys. 3.1). Eksploatacja tego pokładu w północno-zachodnim skrzydle niecki bytomskiej generowała wstrząsy o różnej energii. Każdy ze wstrząsów opisany współrzędnymi x i y lokalizował epicentrum ogniska wstrząsu w płaszczyźnie poziomej i dotyczył wyłącznie otoczenia pokładu 620 (Patyńska 2003b, 2004d). 357

R. PATYŃSKA Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych Pokład ma grubość 1,6 2,2 m. Chodnik podścianowy pola ściany 243 (chodnik do dna niecki) wydrążony jest na głębokości około 1200 m, z niewielkim odchyleniem od osi niecki. Równocześnie, ze względów technologicznych, pole ściany 243 było podzielone na dwie części, z których część południowo-zachodnia eksploatowana była ścianą 243a o kierunku przemieszczania się frontu z północnego wschodu na południowy zachód, a część północno- -wschodnia eksploatowana ścianą 243b o kierunku odwrotnym do przemieszczania frontu ściany 243a. Eksploatację ścianą 243b rozpoczęto po zakończeniu eksploatacji ścianą 243a. Szczególne znaczenie dla przedmiotu badań miał przeciwstawny bieg ścian 243a i 243b ze względu na zgodny kierunek nachylenia powierzchni uskokowych uskoków występujących w polu wybiegu obu ścian. Resztki i krawędzie występują w pokładzie 510 zalegającym w odległości h 320 m. Zgodnie z wynikami badań, przeprowadzonych przez J. Dubińskiego (1989), mierzalny wpływ resztek i krawędzi z pokładów wyżej zalegających obserwowano do odległości 90 110 m. Biorąc pod uwagę odległość pionową między pokładami 620 i 510 można z dużym prawdopodobieństwem przyjąć, że na horyzoncie pokładu 620 stan naprężenia wynikał z jego geologicznych uwarunkowań. Pokład 620, który poddano szczególnej analizie ma nachylenie 0 35º. Zalega na głębokości 825 1200 m. Na całym obszarze górniczym ZWSM Jadwiga zaliczony został do III stopnia zagrożenia tąpaniami. Nad pokładem 620 w odległości 160 180 m został czysto wyeksploatowany cienki; 1,0 1,5 m pokład 610. Pokład 620 wybrano w północno-zachodnim, południowym i północnym skrzydle niecki bytomskiej, systemem ścianowym z zawałem stropu na całą wysokość. Eksploatację tego pokładu w tym rejonie niecki bytomskiej rozpoczęto w 1969 r. i kontynuowano do roku 1999. W czasie eksploatacji prowadzono badania struktury górotworu w celu właściwej oceny stanu zagrożenia tąpaniami. Na bieżąco wykonywano pomiary spękań w postaci róż spękań, których lokalizację przedstawia rysunek 3.1 (Patyńska 2003b, 2004d). 3.1. Wpływ uskoków na zmianę aktywności sejsmicznej górotworu w otoczeniu pokładu 620, ZWSM Jadwiga (obecnie SILTECH) Badania przeprowadzone w ścianach 240, 243a i 243b w okresie ich eksploatacji (od maja 1989 do maja 1997 roku), jednoznacznie wskazały na zróżnicowanie jednostkowego wydatku energetycznego JWE w zależności od stanu pierwotnego i wtórnego naruszenia struktury górotworu. Dla ścian o kierunku biegu zgodnym z kierunkiem biegu ścian wyższego piętra, to jest dla ściany 243 b i 240 jednostkowy wydatek energetyczny wynosił: w ścianie 240 w polu bez zaburzeń 45 J/t, przy zbliżaniu się frontem do uskoku od strony skrzydła wiszącego 64 J/t, przy zbliżaniu się frontem do uskoku od strony skrzydła zrzuconego 85 J/t, w ścianie 243b odpowiednio: 26 J/t, 39 J/t, 58 J/t. Front ściany 243a przemieszczał się przeciwbieżnie w odniesieniu do frontu ściany 240 w wyższym piętrze. Stąd też JWE generowany biegiem ściany 243a był znacznie wyższy i wynosił: w polu bez zaburzeń 98 J/t, przy zbliżaniu się frontu ściany od strony skrzydła zrzuconego 170 J/t. Dla wymienionych pól ścianowych, przyjmując za 100% wartość jednostkowego wydatku energetycznego generowanego w polu bez zaburzeń uzyskano: przy zbliżaniu się frontu ściany od strony skrzydła wiszącego (łupność) 142%, przy zbliżaniu się frontu ściany od strony skrzydła zrzuconego (łupność) 189%, 358

WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie przy prowadzeniu ściany 243a przeciwbieżnie w odniesieniu do kierunku wybierania piętra wyższego notuje się zwiększenie JWE aż o 377% w czystym polu i o 293% w skrzydle zrzuconym w prowadzonej w identycznych warunkach ścianie 243b. Z powyższego niezbicie wynika, że zbliżanie się frontem robót eksploatacyjnych do strefy uskoku lokalnego od strony skrzydła zrzuconego jest zdecydowanie niekorzystne ze względu na wzrost aktywności sejsmicznej. Rys. 3.1. Schemat poligonu do badań szczegółowych (pokład 620, ZWSM Jadwiga, obecnie SILTECH) Fig. 3.1. Schematic diagram of a detailed testing site (coal seam no. 620, ZWSM Jadwiga, now SILTECH) 359

R. PATYŃSKA Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych 3.2. Oddziaływanie górotworu na wyrobiska górnicze w obrębie stref uskokowych W celu prawidłowego dobrania rodzaju i zakresu metod profilaktyki tąpaniowej istotne jest ustalenie odległości frontu eksploatacyjnego od powierzchni uskokowej, przy której zmienia się aktywność sejsmiczna górotworu, a tym samym i stan zagrożenia tąpaniami. Jednoznaczne informacje z tego zakresu można uzyskać konfrontując wartości jednostkowego wydatku energetycznego JWE w strefach zaburzonych i poza nimi. Przy czym pod pojęciem strefy zaburzonej rozumiemy taki wybieg ściany, w którym zlokalizowano uskok lub jego wiązkę. Wybieg pola ściany poza strefą uskoku jest czystym polem bez zaburzeń. A zatem mówimy, że front ściany wchodzi w strefę uskoku, jeżeli linia frontu zbliża się do płaszczyzny uskoku, a ten przecina chodnik przyścianowy i dalej biegnie w polu ściany. Z załączonych wykresów (rys. 3.2 3.6) wynika, że aktywność sejsmiczna generowana robotami górniczymi w odległościach 50 m od uskoku jest porównywalna. Należy również, zwrócić uwagę na większą intensywność spękań górotworu w strefach przyuskokowych i związane z tym zwiększone zagrożenia opadem skał (zagrożenie obwałami i/lub zawałami). W szczególności dotyczy to skrzyżowań ścian z chodnikami gdzie nawet niskoenergetyczny wstrząs górotworu może powodować zawał skał stropowych. Często zdarzenie takie traktowane jest jako tąpnięcie. W. Szuścik proponuje nawet wprowadzenie pojęcia tąpań nieeksplozyjnych ze stropu (Szuścik, Zastawny 1980). brak wpływu zaburzenia skrzydło wiszące skrzydło zrzucone Wydatek energetyczny JWE, J/t 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 300 350 Wybieg L pola ściany 240 w strefie uskoku, m Rys. 3.2. Wydatek energetyczny w obrębie stref uskokowych, ściana 240 uskok wisząco-zrzucający Fig. 3.2. Expenditure of energy within the fault zones, longwall face no. 240 a fault with the hanging wall in the downthrown side W celu zobrazowania oddziaływań górotworu, a więc generowanych w nim wstrząsów, sytuacje zbliżone i porównywalne przedstawiono na rysunkach 3.2 i 3.5 gdy front ściany wychodzi ze strefy uskoku w skrzydle zrzuconym, a wartości JWE wynoszą 40 60 J/t; na rysunkach 3.3 i 3.6 gdy front wychodzi ze strefy uskoku w jego skrzydle wiszącym, a wartości 360

WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie JWE wynoszą około 50 60 J/t. Kierunek przeciwny biegu frontu, który ilustruje rysunek 3.4, spowodował wzrost JWE do wartości 350 J/t. Rysunki 3.3 i 3.6 front ściany wchodzi w strefę uskoku od strony skrzydła zrzuconego, a wartość JWE wynosi 40 50 J/t. brak wpływu zaburzenia skrzydło zrzucone Wydatek energetyczny JWE, J/t 200 150 100 50 0 skrzydło wiszące 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 Wybieg L pola ściany 240 w strefie uskoku, m Rys. 3.3. Wydatek energetyczny w obrębie stref uskokowych, ściana 240 uskok zrzucająco-wiszący Fig. 3.3. Expenditure of energy within the fault zones, longwall face no. 240 a fault with the hanging wall in the upthrown side brak wpływu zaburzenia Wydatek energetyczny JWE, J/t 400 300 200 100 skrzydło zrzucone skrzydło wiszące 0 500 550 600 650 700 750 Wybieg L pola ściany 243a w strefie uskoku, m Rys. 3.4. Wydatek energetyczny w obrębie stref uskokowych, ściana 243a uskok zrzucająco-wiszący Fig. 3.4. Expenditure of energy within the fault zones, longwall face no. 243a a fault with the hanging wall in the upthrown side 361

R. PATYŃSKA Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych brak wpływu zaburzenia skrzydło wiszące uskok Wydatek energetyczny JWE, J/t skrzydło zrzucone 200 150 100 50 0 100 150 200 250 300 Wybieg L ściany 243b w strefie uskoku, m Rys. 3.5. Wydatek energetyczny w obrębie stref uskokowych, ściana 243b uskok wisząco-zrzucający Fig. 3.5. Expenditure of energy within the fault zones, longwall face no. 243b a fault with the hanging wall in the downthrown side uskok skrzydło zrzucone Wydatek energetyczny JWE, J/t skrzydło wiszące 200 150 100 50 0 250 300 350 400 450 500 Wybieg L ściany 243b w strefie uskoku, m Rys. 3.6. Wydatek energetyczny w obrębie stref uskokowych, ściana 243b uskok zrzucająco-wiszący Fig. 3.6. Expenditure of energy within the fault zones, longwall face no. 243b a fault with the hanging wall in the upthrown side 362

WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie 3.3. Aktywność sejsmiczna w strefie uskoku w zależności od kierunku eksploatacji pola ścianowego Najbardziej wiarygodnego porównania udziału aktywności w strefach tektonicznych można dokonać na bazie zestawień (tabela 3.1) parametrów wstrząsów stref uskoków ścian 240, 243a i 243b. Spośród pięciu zlokalizowanych uskoków lokalnych w polach ścianowych ścian 240 i 243 można przyjąć, że dwa z opisanych uskoków posiadają cechy zbliżone. Uskok I w polu ściany 240 posiada zasięg 270 m, a front ściany wchodził w jego zasięg w skrzydle wiszącym pod kątem 60º do linii uskoku. Analiza energii i liczby wstrząsów zarejestrowanych w czasie eksploatacji tej strefy pokazuje, że wzmożoną aktywność posiadała wisząca strefa wejścia. Uskok o podobnych własnościach to I uskok lokalny na rozbiegu pola ściany 243b. Front ściany wchodzi w strefę uskoku o zasięgu 180 m pod kątem 48 º do linii uskoku. Maksymalne energie i ich wartości zarejestrowano w strefie wejścia w rejon uskoku w skrzydle wiszącym. Należy nadmienić, że w obydwu przypadkach kierunek eksploatacji był ten sam północno-wschodni. Inne cechy pod względem aktywności sejsmicznej wykazuje uskok II w ścianie 240. Pomimo że front ściany wchodził w strefę uskoku o zasięgu 294 m w skrzydle wiszącym pod kątem 45º, maksymalna ilość i wielkość wstrząsów wystąpiła w całym polu ściany w strefie wyjścia tj. w skrzydle zrzuconym. Dwa pozostałe spośród zlokalizowanych uskoków w ścianach 243a i 243b posiadają odmienne cechy w stosunku do dotychczas wymienionych. Fronty tych ścian wchodzą w strefy uskoków od strony skrzydła zrzuconego, ale ściany wybierane w ich rejonie posiadają wzajemnie przeciwny kierunek eksploatacji. Ściana 243a to południowo-zachodni kierunek wybierania pola. Strefa uskoku posiada zasięg 174 m. Eksploatacja ścianą odbywała się w strefie uskoku od strony zrzuconej. Sprowokowała w niej, w porównaniu ze strefą wiszącą wyjścia, maksymalną ilość i wartość energii wstrząsów przeliczonych na metr bieżący wybiegu strefy. Ściana 243b prowadzona w kierunku północno-wschodnim posiadała jeden z uskoków o cechach zrzucającego dla wchodzącego frontu eksploatacyjnego. Podobnie jak dla wymienionego uskoku w ścianie 243a, aktywność indukowana eksploatacją była wysoka. 3.4. Współczynnik zaangażowania tektonicznego Przedstawione za pomocą liczb cechy frontu wchodzącego w strefę uskoku oraz aktywność stref można dodatkowo określić wg wskaźnika zaangażowania tektonicznego uskoku. Licząc stosunek pola powierzchni wiszącego do zrzuconego otrzymamy wskaźnik U w-z lub odwrotnie, stosunek pola zrzuconego do wiszącego jako wskaźnik U z-w. Ponieważ wartości wskaźnika U z-w wahają się od 0 do 15, a wartości wskaźnika U w-z od 0 do 3 do dalszych analiz przyjmujemy ten drugi wskaźnik U w-z. Ponadto przyjmujemy następujące zależności: U w-z < 1 jeżeli pole powierzchni ściany wiszące jest mniejsze niż pole powierzchni zrzucone w połowie pola wydzielonego strefą uskokową, U w-z > 1 jeżeli pole powierzchni ściany wiszące jest większe niż pole powierzchni zrzucone w strefie wyjścia frontem. 363

R. PATYŃSKA Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych Tabela 3.1. Zestawienie parametrów wstrząsów w strefach wejścia i wyjścia uskoków lokalnych ścian 240, 243a i 243b Table 3.1. Summary of the mine tremor parameters for the local fault entry and exit zones of longwall faces no. 240 and 243a and 243b Charakterystyka pól wybiegów stref uskokowych Długość stref wejścia/wyjścia, m Ściana 240 Ściana 243a Ściana 243b Uskok I Uskok II Uskok I Uskok I Uskok II 120 150 164 130 74 100 90 90 150 130 Kąt wejścia frontem względem linii uskoku W skrzydle wiszącym, 60º W skrzydle zrzuconym W skrzydle wiszącym, 45º W skrzydle zrzuconym W skrzydle zrzuconym W skrzydle wiszącym W skrzydle wiszącym, 48º W skrzydle zrzuconym W skrzydle zrzucony, 67º W skrzydle wiszącym Pole powierzchni całkowite połowy wybiegu strefy, 23750 28500 1280 1148.4 760 910 17100 17100 28500 24700 m 2 Pole powierzchni wiszące w połowie wybiegu strefy, m 2 Pole powierzchni zrzucone w połowie wybiegu strefy, m 2 Współczynnik zaangażowania tektonicznego pola wiszącego do zrzuconego P w-z Energia średnia w połowie wybiegu strefy, J Energia całkowita w połowie wybiegu strefy, J Energia całkowita w przeliczeniu na mb połowy wybiegu strefy, J Liczba całkowita wstrząsów w połowie wybiegu strefy Liczba całkowita wstrząsów w przeliczeniu na mb połowy wybiegu strefy Długość linii uskoku w strefie wejścia, m 17217 4588 746.6 75 284 626.2 11970 4320 3750 9100 6063 24456 533.3 1073.4 476 283.8 5130 12780 24750 15600 2,83 0,19 1,4 0,07 0,60 2,21 2,33 0,34 0,15 0,58 8,02 10 5 7 10 5 1,33 10 4 1,06 10 4 8 10 4 2 10 4 4,87 10 3 5,39 10 3 8,26 10 3 8,86 10 3 5,62 10 6 4,9 10 6 7,51 10 6 5,96 10 6 1 10 7 3 10 6 1,51 10 6 1,05 10 6 7,49 10 6 2,68 10 6 4,68 10 4 3,27 10 4 4,58 10 4 4,69 10 4 1,59 10 5 2,84 10 4 1,68 10 4 1,16 10 4 3,94 10 4 2,06 10 4 452 403 564 563 140 125 311 194 907 302 3,57 2,71 3,44 4,33 1,89 1,25 3,46 2,16 4,77 2,32 140 170 110 110 150 364

WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Aby zatem w sposób szczegółowy określić współczynnik zaangażowania tektonicznego U w-z w strefach uskokowych ścian, należy ich wartość odnieść do aktywności sejsmicznej każdego z wydzielonych rejonów robót górniczych w polach ścian. Zależność taką przedstawiono dla energii i liczby wstrząsów w strefach uskoków na wejściu, tj. do środka linii uskoku, i na wyjściu, tj. poza środkowym miejscem dzielącym linię uskoku (na bazie pomiarów wstrząsów w strefach uskokowych ścian 240, 243a i 243b tabela 3.1). Z danych (tabela 3.1) wynika, że jeżeli na wejściu w strefę uskoku lokalnego, front ściany znajdował się w polu wiszącym względem niego, to wartość generowanej aktywności była większa w polu wejścia aniżeli w polu zrzuconym wyjścia. Zatem jeśli wartość współczynnika zaangażowania tektonicznego pola wiszącego do zrzuconego wynosi U w-z < 1 aktywność sejsmiczna strefy uskokowej jest niższa, niż w przypadku U w-z > 1. Stąd sugestia, aby prognoza spodziewanych wstrząsów sejsmicznych uściślała wpływ stref lokalnych uskoków na wybiegu ścian w odniesieniu do skrzydeł wiszących i zrzuconych. 3.5. Wpływ kąta pomiędzy linią uskoku a linią frontu Określenie wpływu, jaki wzajemnie na siebie wywierają strefa uskokowa oraz przemieszczający się w niej front robót eksploatacyjnych, można uzyskać, analizując energie sejsmiczne generowane w trakcie eksploatacji, względem długości linii uskokowej przecinającej wybieg ściany. Im większa wartość długości uskoku w polu ściany, tym większy kąt zawarty między nią a linią frontu ściany i odwrotnie, im mniejsza długość uskoku w ścianie tym kąt front uskok jest mniejszy. Analizując strefy uskoków pod względem aktywności sejsmicznej przy przejściu frontem ściany, można określić wzajemny wpływ i zależność wymienionych parametrów (rys. 3.7). Energia na mb, J/mb 1,E+05 1,E+05 8,E+04 6,E+04 4,E+04 2,E+04 0,E+00 0 20 40 60 80 100 Kąt linia frontu a linia uskoku, stopnie Rys. 3.7. Zależność wartości energii od kąta front uskok Fig. 3.7. Dependency of energy values on the angle between face line and fault Ponieważ w polach ścian 240, 243 a i 243b, niektóre z uskoków, tworzyły strefy nieregularne lub wiązki kilku uskoków, zwłaszcza w strefach wyjścia, dalszy etap opracowania dotyczy stref wejścia oraz zawartych w nich długości linii pojedynczych uskoków. Taki liniowy udział uskoków stref wejścia dotyczy trzech uskoków. 365

R. PATYŃSKA Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych Z analiz aktywności sejsmicznej i kąta zawartego miedzy frontem a uskokiem wynika, że wraz ze wzrostem kąta maleje wartość generowanych wstrząsów (rys. 3.7), natomiast rośnie ich liczba (rys. 3.8). Wartością graniczną kąta, przy którym aktywność maleje, jest kąt ok. 45º. 8 Kąt linia frontu a linia uskoku, stopnie 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 Liczba wstrząsów na mb strefy Rys. 3.8. Zależność liczby wstrząsów od kąta front uskok Fig. 3.8. Dependency of the number of mine tremors on the angle between face line and fault 4. Przykłady tąpnięć wraz z parametrami strukturalnymi górotworu Analiza JWE [J/t] w warunkach rejestrowanej sejsmiczności oraz miejsc tąpnięć zaistniałych w kopalniach GZW w latach 1993 2003, wraz z analizą parametrów struktury górotworu, odnosi się do przypadków zestawionych w tabeli 4.1 (Patyńska 2004a, 2004b, 2005). W oparciu o dane zamieszczone w tabeli 4.1, stwierdzono, że jednostkowe wydatki energetyczne w poszczególnych fazach eksploatacji, w polach ścian zarówno o łupności leżącej jak wiszącej, są dość zróżnicowane. Zależność jednostkowego wydatku energetycznego od kierunku wybierania ścian, wydaje się słuszna w przypadku, w których ściany znajdowały się w czystych polach lub w polach zaburzeń tektonicznych. Jednostkowe wydatki w strefach czystych bez zaburzeń były porównywalne. Wzrost i spadek JWE wynikał z usytuowania frontu w strefie ewentualnego wpływu zaburzeń lokalnych lub usytuowania poza strefą. Badania szczegółowe wyselekcjonowanych poligonów w siedmiu kopalniach GZW, nad wpływem uskoków oraz wpływem płaszczyzn pomniejszonej spoistości, wykazały ich związek z zagrożeniem tąpaniami, a tym samym aktywnością sejsmiczną określaną za pomocą Jednostkowych Wydatków Energetycznych (J/t). Ustalenia te wykonano w oparciu o statystykę tąpnięć zaistniałych w kopalniach węgla kamiennego GZW w latach 1993 2003 (Patyńska 2004b, 2006a, 2006b). Przedmiotem badań jednostkowych wydatków energetycznych było 15 pól ścianowych kopalń węgla kamiennego, w których rejestrowano w trakcie robót górniczych sejsmiczność generowaną eksploatacją, i w których wystąpiły w trakcie eksploatacji tąpnięcia w ścianach. 366

WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Tabela 4.1. Zestawienie danych dotyczących struktury górotworu dla rejonów tąpnięć zaistniałych w otoczeniu ścian w kopalniach GZW w latach 1993 2003 Table 4.1. Summary of the data concerning the rock mass structure for the areas of rockburst occurrences around longwall faces of the Upper Silesian Coal Basin mines during a period from 1993 to 2003 Lp. Kopalnia Data tąpnięcia 1 Wieczorek 27.10.1994 2 Śląsk 25.01.2002 3 Wesoła 12.11.1998 4 14.09.2001 5 23.06.1994 Bielszowice 6 12.12.1996 7 04.08.1999 8 Polska Wirek 24.05.1995 9 29.09.1995 Front w polu w dniu tąpnięcia strefa bez zaburzeń w polu ścianowym strefa uskoku lokalnego tektoniki pierwotnej, skrzydło wiszące strefa uskoku lokalnego tektoniki pierwotnej, skrzydło wiszące czyste pole bez zaburzeń strefa uskoku lokalnego tektoniki pierwotnej, skrzydło zrzucone strefa uskoku lokalnego tektoniki pierwotnej, skrzydło wiszące czyste pole bez zaburzeń strefa uskoku lokalnego tektoniki pierwotnej, skrzydło zrzucone czyste pole bez zaburzeń Krotność tła sejsmicznego do JWE ostatnich 5 dni Łupność skał stropowych System osłabienia górotworu Charakter zaburzeń JWE ostatniego miesiąca, J/t 0,25 wzdłużna równoleżnikowy pierwotny 2,4 5,63 leżąca 0 leżąca równoleżnikowy i południkowy równoleżnikowy i południkowy pierwotny i wtórny pierwotny i wtórny 228,8 4,5 0,29 wisząca równoleżnikowy pierwotny 66,8 1,07 leżąca 1,94 wisząca równoleżnikowy i południkowy równoleżnikowy i południkowy pierwotny i wtórny pierwotny i wtórny 206,6 69,7 12,89 wisząca równoleżnikowy pierwotny 7819,7 1,95 leżąca równoleżnikowy pierwotny 62,5 6,07 leżąca równoleżnikowy pierwotny 42,2 10 Katowice- 15.02.2001 czyste pole bez zaburzeń 0,95 wisząca równoleżnikowy pierwotny 92,5 11 -Kleofas czyste pole bez 04.03.2003 zaburzeń 1,25 leżąca równoleżnikowy pierwotny 60 12 20.01.1993 czyste pole bez 60,6 2,01 leżąca równoleżnikowy pierwotny 13 25.05.1993 zaburzeń 161,5 strefa uskoku 14 lokalnego 03.06.1993 tektoniki równoleżnikowy pierwotny 0,006 leżąca Wujek pierwotnej, i południkowy i wtórny 108,4 skrzydło zrzucone 15 11.09.1993 strefa uskoku lokalnego tektoniki wtórnej, skrzydło zrzucone 0,40 wisząca równoleżnikowy i południkowy pierwotny i wtórny 149,64 367

R. PATYŃSKA Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych Szczegółowe analizy jednostkowego wydatku energetycznego JWE [J/t] w zależności od warunków zalegania pokładów wskazują na: zależność pomiędzy kierunkiem biegu ścian względem płaszczyzn osłabionej spoistości skał otaczających a aktywnością sejsmiczną generowaną daną eksploatacją. W oparciu o wykonane analizy należy stwierdzić, że: JWE w warunkach dwóch systemów tektoniki pierwotnej i wtórnej, jest dużo niższe (czterokrotnie) aniżeli w warunkach wyłącznie pierwotnej tektoniki. JWE w warunkach jednego systemu tektoniki pierwotnej, jest dużo niższe (od 2 do 3,5 raza) w strefach zaburzeń lokalnych aniżeli w strefach bez zaburzeń. Biorąc pod uwagę lokalizację frontów w stosunku do skrzydeł uskoków lokalnych w polach ścian, jednostkowy wydatek energii pod stropem o łupności leżącej w skrzydle wiszącym uskoku lokalnego był wielokrotnie (5 14 razy) niższy od jednostkowego wydatku energetycznego pod stropem o łupności wiszącej. brak zaburzeń na wybiegu pól ścianowych wpływa na wzrost wartości JWE w polach ścianowych. Zaburzenia tektoniką lokalną, ale związaną z wtórną tektoniką złoża, osłabiają sejsmiczność i powodują spadek JWE. Pojawienie się zaburzenia lokalnego w polu ściany, ale reprezentującego system głównych (pierwotnych) płaszczyzn osłabienia górotworu, może powodować wzrost JWE. Zazwyczaj jednak wzrost dotyczy udziału wstrząsów niskoenergetycznych. 5. Analiza warunków górniczo-geologicznych tąpnięć w GZW W latach 1989 2006, zgodnie ze statystyką tąpnięć (Patyńska 2006a), w kopalniach węgla kamiennego wydarzyło się 120 tąpnięć. W większości przypadków skutki tego zjawiska wystąpiły w wyrobiskach wykonywanych w pokładach grupy 500. Głębokość zalegania pokładów wynosiła 400 1120 m, a grubość 1,2 14.4 m. Tąpnięciom towarzyszyły wstrząsy górotworu o energii rzędu 10 4 10 8 J. Kąt upadu pokładów wynosił 3 20º, tylko w przypadku pokładu 620 ZWSM Jadwiga był większy i wynosił 20 31º. Analiza wpływu uskoków lokalnych znajdujących się najbliżej miejsc skutków tąpnięć pozwala na następujące stwierdzenia (Patyńska 2003a, 2003b, 2004b, 2004c, 2004d, 2006a): 98 tąpnięć zlokalizowano w strefach uskoków lokalnych (tektoniki pierwotnej i wtórnej górotworu) o zrzutach dochodzących do kilkunastu metrów, 14 tąpnięć zaistniało w otoczeniu dużych uskoków (charakterystycznych dla struktury tektoniki pierwotnej), o zrzutach dochodzących do 140 m, 8 tąpnięć nie dotyczyło otoczenia uskoków. Charakterystyka miejsc tąpnięć na podstawie zebranych materiałów opisowych i map górniczych, pozwala na usystematyzowanie usytuowania frontu robót (ścian lub chodników) względem najbliższego uskoku (Patyńska 2004b, 2005). Stąd jednoznaczna ocena dotycząca zaliczania frontów do skrzydeł wiszących lub zrzuconych, a określona na podstawie zalegania płaszczyzn uskokowych w ich bezpośrednim otoczeniu. Odnotowano 63 przypadki tąpnięć, w których front robót górniczych znajdował się w skrzydle zrzuconym oraz 48 tąpnięć w skrzydle wiszącym. W pozostałych przypadkach tąpnięcia nie były związane z uskokami. Trzy tąpnięcia spowodowały skutki w ścianach, w których front pól ścianowych znajdował się w otoczeniu, ale wzdłuż płaszczyzn uskokowych. 368

WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Analizowane tąpnięcia wystąpiły w następujących odległościach od płaszczyzny uskokowej (Patyńska 2003b, 2006a): do 25 m zaistniało 41 tąpnięć, 26 50 m zaistniało 13 tąpnięć, 51 100 m zaistniało 9 tąpnięć, 101 150 m zaistniało 10 tąpnięć, 151 200 m zaistniało 9 tąpnięć, od 201 m zaistniało 30 tąpnięć, w 9 przypadkach brak jest dokładnych danych odnoszących się do odległości miejsca położenia skutków tąpnięcia od uskoku. Z powyższego zastawienia wynika, że 54 tąpnięcia (co stanowi 45% rozpatrywanych) sprowokowało skutki w wyrobiskach w odległości do 50 m od płaszczyzny najbliższego uskoku. W odległości od uskoku wynoszącej od 51 do 150 m, było 19 tąpnięć oraz 30 tąpnięć w odległości powyżej 201 m. Ponieważ przeciętny wybieg ścian w kopalniach węgla kamiennego wynosi 600 700 m, z powyższego zestawienia wynika, że częstotliwość występowania tąpnięć przy odległości frontu ściany od uskoku do 50 m jest około 10-krotnie większa niż w pozostałym polu wybiegu ściany. W większości przypadków kąt upadu powierzchni tychże uskoków wynosi 30 60º, w nielicznych przypadkach 90º. Z map pokładów, w których wystąpiły tąpnięcia wynika, że uskoki w 89 przypadkach miały azymut rozciągłości południkowy, w pozostałych 23 azymut równoleżnikowy. Z zestawienia liczby tąpnięć w zależności od kąta pomiędzy linią frontu a rzutem płaszczyzny najbliższego uskoku (tabela 5.1) wynika, że najkorzystniejszym układem front uskok jest kąt 21 30º oraz kąt 61 80º. Tabela 5.1. Zależność liczby tąpnięć od wartości kąta układu front uskok w latach 1989 2006 Table 5.1. Dependency of the number of rockbursts on the values of an angle between face line and fault for the period 1989 2006 Wartość kąta front uskok (w stopniach) < 10 11 20 21 30 31 40 41 50 51 60 61 70 71 80 81 90 Liczba tąpnięć 17 13 9 19 11 14 7 4 18 Z rozkładu liczby tąpnięć (tabela 5.1) wynika również, że kąt zawarty między linią frontu ściany lub przodka a płaszczyzną uskoku lokalnego jest najbardziej niebezpieczny, gdy posiada wartość z przedziału 31 40º. Generalnie kąt powyżej 60º to udział tąpnięć 4 7%. Najmniejszą liczbę tąpnięć wykazuje przedział o kącie 71 80º, z czego można wnosić, że wraz ze wzrostem kąta front uskok maleje liczba tąpnięć. W strefie uskoku (do 100 m) (tabela 5.2) zaistniało 65 tąpnięć ze skutkami w postaci uszkodzeń i/lub zawałów przestrzeni roboczej wyrobisk górniczych. Duża jest liczba, aż 26, wstrząsów, które spowodowały skutki w odległości powyżej 200 m od najbliższego uskoku (tabela 5.2). 369

R. PATYŃSKA Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych Tabela 5.2. Zależność liczby tąpnięć od odległości ogniska wstrząsów i uskoku w latach 1989 2006 Table 5.2. Dependency of the number of rockbursts on the distance from mine tremor sources to fault for the period 1989 2006 Odległość ognisko uskok (m) < 50 51 100 101 150 151 200 > 200 Brak danych, bez uskoku Liczba tąpnięć 38 27 8 6 26 14 6. Podsumowanie Badania szczegółowe nad wpływem uskoków oraz płaszczyzn pomniejszonej spoistości, prowadzone w okresie 9 lat na poligonie badawczym o możliwie najmniej zakłóconych warunkach uprzednio dokonaną eksploatacją oraz w miejscach zaistniałych 15 przypadków tąpnięć w latach 1993 2002, wykazały ich związek ze zróżnicowanym zagrożeniem sejsmicznym i tąpaniami. Dodatkowo prawidłowość tych ustaleń potwierdzono w oparciu o statystykę tąpnięć odnotowanych w kopalniach węgla kamiennego w latach 1989 2006. Powyższe pozwoliło na ustalenie następujących prawidłowości: 1. W pokładach występują dwa systemy uskoków o kierunkach: równoleżnikowym charakterystycznym dla tektoniki pierwotnej oraz południkowym związanym z tektoniką wtórną. Dużą zgodność przestrzennego usytuowania z tymi systemami uskoków wykazują również pozostałe rejony GZW (Patyńska 2006a). Znajduje to potwierdzenie w klasyfikacji orientacji systemów uskoków (Goszcz 1986) i jest charakterystyczne dla Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. 2. Kąty upadu płaszczyzn uskokowych w rejonach poligonów badawczych wynoszą 45 90º. 3. Pomiary szczegółowe wykazały, że zbliżanie się frontu wyrobiska eksploatacyjnego do strefy lokalnego zaburzenia tektonicznego od strony skrzydła zrzuconego generowało aktywność sejsmiczną (około 47%) większą niż dochodzenie tym frontem do uskoku od strony skrzydła wiszącego. 4. Aktywność sejsmiczna, a także liczba tąpnięć, wskazuje na około 100-metrową strefę podwyższonego ryzyka w obu skrzydłach uskoków. W strefach tych zanotowano 65 tąpnięć spośród 120 odnotowanych w kopalniach węgla kamiennego w analizowanym okresie czasu. Biorąc pod uwagę przeciętne wybiegi ścian w przemyśle węglowym rzędu 600 700 m, oznacza to około 10-krotny wzrost stanu zagrożenia tąpaniami w odniesieniu do tego zagrożenia w czystym polu eksploatacyjnym. 5. W odniesieniu do pokładu najmniejsze zagrożenie tąpaniami występuje przy nachyleniu płaszczyzn uskokowych wynoszących 60 80º. 6. W poligonach badawczych stwierdzono, że w przypadku przeciwnego kierunku biegu ściany w odniesieniu do kierunku eksploatacji piętra wyższego, aktywność sejsmiczna wzrasta (około 3 4 razy). W zakresie tym prowadzone są dalsze badania dla uściślenia wielokrotności zmian stanu zagrożenia. 7. W oparciu analizę tąpnięć zaistniałych w kopalniach węgla kamiennego w latach 1989 2006, można stwierdzić prawidłowość, co do usytuowania linii frontu eksploatacji względem powierzchni uskokowych a aktywnością sejsmiczną eksploatowanych rejonów. Im kąt 370

WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie front uskok mniejszy lub zbliżony do prostopadłego tym większe prawdopodobieństwo wystąpienia tąpnięcia. 8. Statystyki podają, że aktywność rejonów w warunkach dwóch systemów tektoniki pierwotnej i wtórnej, jest dużo niższa aniżeli w warunkach wyłącznie pierwotnej tektoniki (Patyńska 2004d, 2005). Literatura [1] Dubiński J., Konopko W. 2000: Tąpania ocena prognoza zwalczanie. Wydawnictwo GIG, Katowice. [2] Dubiński J. 1989: Sejsmiczna metoda wyprzedzającej oceny stanu zagrożenia wstrząsami górniczymi w kopalniach węgla kamiennego. Prace GIG, seria dodatkowa, Katowice. [3] Goszcz A. 1986: Niektóre zagadnienia geodynamiki górotworu karbońskiego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego na tle nowych interpretacji prac badawczych z zakresu geofizyki i tektonofizyki. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria Górnictwo, z. 149, Gliwice. [4] Goszcz A. 1986: Tektonofizyczne przyczyny występowania wstrząsów górniczych. Publ. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sci., M, nr 8 (191). [5] Jaroszewski W. 1990: Tektonika uskoków i fałdów, Wyd. Geologiczne, Warszawa. [6] Kidybiński A. 1982: Podstawy Geotechniki Kopalnianej, Wydawnictwo Śląsk, Katowice. [7] Odonne F., Vialon P. 1983: Analogue models of folds above a wrench fault. Tectonophysics, vol. 99, issue 1, 31 46. [8] Patyńska R. 2006a: Katalog tąpań GZW w latach 1989 2006, Archiwum Zakładu Tąpań i Mechaniki Górotworu GIG, Katowice, (praca niepublikowana). [9] Patyńska R. 2006b: Zagrożenie tąpaniami. [W:] Raport roczny o stanie zagrożeń naturalnych i technicznych w przemyśle węglowym, ich ocena oraz kierunki ulepszania i profilaktyki, praca zbiorowa pod kierunkiem W. Konopko, GIG, Katowice. [10] Patyńska R. 2004a: Analiza tąpnięć zaistniałych w kopalniach GZW wraz z oceną stanów zagrożenia tąpaniami. [W:] Materiały Sympozjum Warsztaty Górnicze z cyklu,,zagrożenia naturalne w górnictwie, Bełchatów, 2 4 czerwca 2004, red. nauk. E. Pilecka, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków, 573 584. [11] Patyńska R. 2004b: Jednostkowy wydatek energetyczny w zależności od kierunków wybierania pokładów węgla, praca statutowa GIG o symbolu 11040804-141, Katowice, (praca niepublikowana). [12] Patyńska R. 2004c: Ocena stanu zagrożenia tąpaniami w rejonie tąpnięć zaistniałych w GZW w latach 1996 2003. Bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie, Miesięcznik WUG 5 (117), 35 37. [13] Patyńska R. 2004d: Tąpania a tektonika GZW. [W:] XXVII Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu, tom 2, Wyd. KGBiG AGH, Kraków, 741 753. [14] Patyńska R. 2003a: Tąpnięcia a kierunki osłabienia górotworu. Prace Naukowe GIG, Górnictwo i Środowisko, nr 1. [15] Patyńska R. 2003b: Wpływ kierunku eksploatacji pokładów węgla na zagrożenie tąpaniami. Prace Naukowe GIG, nr 854. [16] Patyńska R. 2005: Wpływ kierunku wybierania pokładu na jednostkowy wydatek energetyczny (JWE, J/t). [W:] XXVIII Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 437 450. [17] Reading H.G. 1982: Sedimentary basins and global tectonics. Proceeding of the Geologists Association, vol. 93, no. 4, 321 350. [18] Ryncarz T. 1993: Zarys fizyki górotworu, Śląskie Wydawnictwo Techniczne, Katowice. [19] Szuścik W., Zastawny E. 1980: Zjawisko tąpania materiału węglowego. Przegląd Górniczy, nr 11. [20] Teper L., Idziak A., Sagan., Zuberek W. 1992: Celowość badań nad wpływem tektoniki na występowanie wstrząsów górniczych w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. [W:] Materiały IV Konferencji Naukowo Technicznej nt. Postęp naukowy i techniczny w geologii górniczej węgla kamiennego, Szczyrk, GIG, Katowice. 371

R. PATYŃSKA Aktywność stref uskokowych w polach ścianowych [21] Teper L. 1988: Określenie charakteru deformacji górotworu karbońskiego na podstawie badań niektórych geomechanicznych cech skał w północno-wschodniej części GZW, GIG, Sosnowiec, (praca doktorska). Activity of the Fault Zones ahead of Longwall Faces The study is based on the underground mining induced seismicity measurements taken in the areas of mine tremors and rockbursts occurrences during a period from 1989 to 2006. From the juxtaposition of the measurement results and the mining and geological conditions, it follows that there is a possibility to reduce the rockburst hazard through the proper situation of the longwall face advance direction relative to the fault planes. Passing the fault zones by longwall faces may considerably disturb their planned progress. The detailed analysis of tectonics, particularly that of fault zones, allows locating places of the differentiated expenditure of energy JWE [J/t]. The position of fault planes with respect to the structure of the strate surrounding the seam being mined allows defining accurately the conditions of existence of the zones of different intensity of seismic events in each panel. Przekazano: 31 marca 2007 r. 372