WARSZTATY 25 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. Symp. str. 2 288 Adam MIREK, Wojciech MAGIERA Wyższy Urząd Górniczy, Katowice O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie w roku 24 Streszczenie W artykule scharakteryzowano stan zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami w górnictwie polskim w roku 24. Przedstawiono metody geofizyczne wykorzystywane do oceny stanu zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami oraz stosowane w kopalniach środki profilaktyki tąpaniowej. Sformułowano wnioski wynikające z przeprowadzonej analizy stanu zagrożenia. 1. Wstęp Wynikające z sejsmiczności górotworu zagrożenie tąpaniami jest, wśród występujących w kopalniach głębinowych zagrożeń naturalnych, w dalszym ciągu zagrożeniem najtrudniejszym zarówno do oceny jak też skutecznego zwalczania. W roku 24 występowało ono w 29 (spośród 4 czynnych) kopalniach węgla kamiennego oraz we wszystkich (3) kopalniach rud miedzi. Powyższą tezę potwierdzają zaistniałe w 24 roku zdarzenia 3 tąpnięcia w kopalniach węgla kamiennego (zwłaszcza dwa spośród nich zaistniałe w KWK Halemba : z dnia 22.1.24r. - sześć wypadków lekkich oraz z dnia 11.2.24r. jeden wypadek lekki, a także zaistniałe w kopalniach LGOM 8 tąpnięć i 11 odprężeń (odpowiednio: 3 i sprowokowanych) czyli zjawisk różniących się od tąpnięć jedynie mniejszą skalą wywołanych wstrząsem skutków w wyrobiskach dołowych. Wśród tych zdarzeń wymienić należy: odprężenie w O/ZG Rudna w dniu 15.8.24r. - jeden wypadek śmiertelny i jeden lekki oraz tąpnięcie w O/ZG Lubin z dnia 25.11.24r. - jeden wypadek śmiertelny, jeden ciężki i jeden lekki. Zagrożenie sejsmiczne, generowane eksploatacją węgla brunatnego w odsłanianych w wyrobisku odkrywki strefach uskokowych, występuje także w największej polskiej kopalni odkrywkowej - KWB Bełchatów, gdzie w roku 24 zarejestrowano 1 wstrząsów o energiach równych lub większych niż 1x1 5 J. Skalę zagrożenia tąpaniami występującego na przestrzeni lat 198-24 w polskim górnictwie obrazuje (rys. 1) zestawienie ilości zaistniałych tąpnięć i spowodowanych nimi wypadków. 2. Zagrożenie tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego Zagrożenie tąpaniami występuje różnym nasileniem w obszarze całego praktycznie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Ostatnie lata głównie z powodu wygasającej eksploatacji w niektórych rejonach GZW ukształtowały rozkład partii zagłębia najsilniej zagrożonych tąpaniami. Do zagrożonych najsilniej należą: południowe skrzydło siodła 2
A. MIREK, W. MAGIERA O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie... głównego (kopalnie Katowickiego Holdingu Węglowego i rudzkie kopalnie Kompanii Węglowej) oraz w mniejszym stopniu niecka bytomska (kopalnie bytomskie tej Kompanii). 12 1 8 6 4 2 114 93 85 69 8 63 53 52 53 5 48 45 44 2932 31 33 19 21 2118 22 16 2 18 31 2 14 11 1 14 6 1 14 1 8 9 9 12 9 11 9 4 6 6 2 6 1982 1983 1984 1985 1986 198 1988 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 199 33 26 24 1 5 6 9 12 13 5 2 4 2 2 6 1998 1999 2 tąpnięcia wypadki śmiertelne wypadki ogółem 21 22 23 Rys. 1. Tąpnięcia i związane z nimi wypadki w górnictwie polskim w latach 198 24 Fig. 1. Rock bursts and accidents in Polish underground mining in 198 24 46 24 26 11 1 Zjawiska zaistniałe w kopalniach rybnickich głównie w KWK Rydułtowy Anna potwierdzają występowanie zagrożenia tąpaniami w położonych w rejonie niecki jejkowickiej i nasunięcia michałkowickiego kopalniach należących do Kompani Węglowej oraz Jastrzębskiej Spółki Węglowej. Na niższym poziomie zagrożenie tąpaniami utrzymuje się w pozostałych częściach GZW głównie w kopalniach na północnym skłonie siodła głównego oraz w niecce kazimierzowskiej w kopalni Kazimierz Juliusz w Sosnowcu. Wysoką aktywnością sejsmiczną generowaną eksploatacją charakteryzują się także kopalnie niecki ziemowickiej: Piast i Ziemowit. Przejawy sejsmiczności generowanej prowadzoną eksploatacją, w postaci drgań na powierzchni obszarów górniczych, mogą i stwarzają określone zagrożenia (stwierdzane uszkodzenia) dla obiektów usytuowanych w rejonach wzmożonej aktywności sejsmicznej. Powodują także nierzadko silny dyskomfort psychiczny wśród użytkowników tych obiektów. Rejony najbardziej narażone na oddziaływanie wstrząsów to gminy: Rydułtowy, Pszów, Radlin i Rydułtowy wskutek oddziaływań związanych z eksploatacją KWK Rydułtowy Anna, gmina Mysłowice w związku z eksploatacją prowadzoną przez KWK Wesoła, gminy Zabrze i Ruda Śląska KWK Bielszowice i KWK Halemba oraz gmina Bieruń KWK Piast. W roku 24 funkcjonowało 4 kopalń węgla kamiennego, z których 29 czyli 3% eksploatowało pokłady zagrożone tąpaniami wydobywając z tych pokładów około 39,2 mln ton węgla, co stanowiło około 39,4% wydobycia ogólnego (99,5 mln ton). Nadal więc utrzymuje się tendencja wzrostu udziału wydobycia węgla z pokładów zagrożonych tąpaniami, co niewątpliwie można wiązać z lepszą jakością węgla pozyskiwanego z tych pokładów. Eksploatacja węgla wygenerowała znacznie (o 55 zjawisk) zmniejszoną, w porównaniu do roku 23, aktywność sejsmologiczną. W regionalnej sieci sejsmologicznej GIG zarejestrowano 94 wstrząsy o energiach równych lub większych niż 1x1 5 J. Charakterystykę zagrożenia tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego w ostatnich latach obrazują: tabela 1 oraz rysunki 2 i 3. 28
WARSZTATY 25 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Tabela 1. Zestawienie wydobycia, wstrząsów wysokoenergetycznych, tąpnięć i wypadków w kopalniach węgla kamiennego Table 1. Comparsion of output, high energy tremors, rock bursts and accidents in hard coal mining Rok Wydobycie z pokładów Wstrząsy 1 x 1 Wydobycie J Wypadki wskutek zagrożonych tąpaniami [według GIG] Liczba tąpnięć w mln ton tąpnięć w mln ton % liczba E [GJ] śmiertelne ogółem 198 192,8 5,1 29,6 3432 13,58 21 59 1981 162, 49,4 3,3 2336 11,3 29 4 3 1982 188,9 55,5 29,4 2545 4,39 2 29 15 1983 19,5 55,2 28,9 249 11,5 14 4 46 1984 191, 54,3 28,3 29 14,59 16 2 66 1985 191,1 51,9 2,1 248 14,4 16 9 54 1986 191,3 51,6 2, 266 9,66 2 22 83 198 192, 5,9 26,4 226 6,33 11 51 1988 192, 49,5 25, 1599 2,5 13 3 48 1989 1, 49,5 2,9 16 2,44 16 199 14,4 42,2 28,6 138 2,9 16 6 36 1991 14,1 41,9 29,9 863 1,25 9 2 1992 131,3 41,8 31,8 833 6, 1 9 45 1993 13,2 42,6 32, 932 12,6 16 11 3 1994 132, 43, 32,4 5 1,49 12 4 4 1995 135,3 45,4 33,6 465 1,94 39 1996 136,2 44,2 32,5 564 1, 2 3 21 199 13,1 46,2 3, 54,8 2-6 1998 115,9 41,9 36,2 663,68 5 2 1 1999 11,4 39,4 35, 1135 1,59 2-3 2 12,5 3,2 36,3 188 2,12 2 - - 21 12,6 3,4 36,5 113 1,85 4 2 21 22 12,1 41,8 4,9 1324 1,96 4 3 2 23 1,5 42,3 42,1 1524 2,82 4 2 18 24 99,5 39,2 39,4 94 1,3 3-11 12 1 8 6 4 2 3 59 15 66 83 46 54 51 45 4 48 39 29 29 2 36 2 3 21 2 14 16 16 22 2 11 13 16 16 16 9 9 1 11 12 4 4 6 9 3 4 Rys. 2. Tąpnięcia i wypadki nimi spowodowane w kopalniach węgla kamiennego w latach 198 24 Fig. 2. Rock bursts and accidents in hard coal mining in 198-24 Z przedstawionych wyżej zestawień wynika, że w perspektywie lat 198 24, w górnictwie węglowym znacząco zmniejszyła się ilość rejestrowanych wstrząsów wysokoenergetycznych, która spadła poniżej 1 rocznie w latach 1991 98 do minimalnej wielkości 465 w roku 1995. Lata 1999 23 to ponowny przyrost (aż do 1524 w roku 23) liczby rejestrowanych wstrząsów wysokoenergetycznych. 29 tąpnięcia wypadki śmiertelne wypadki ogółem 21 1 21 2 18 11 2 3 2 6 5 2 3 2 2 4 4 4 3 2 3 2 198 1981 1982 1983 1984 1985 1986 198 1988 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 199 1998 1999 2 21 22 23 24
A. MIREK, W. MAGIERA O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie... 25 2 wydobycie [w mln ton] wydobycie ogółem wydobycie z pokładów zagrożonych tąpaniami wstrząsy wstrząsy 35 3 25 15 2 1 15 1 5 5 198 1981 1982 1983 1984 1985 1986 198 1988 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 199 1998 1999 2 21 22 23 24 Rys. 3. Wstrząsy wysokoenergetyczne na tle wydobycia (w tym z pokładów zagrożonych tąpaniami) w kopalniach węgla kamiennego Fig. 3. Correlation of high energy tremors and output (including rock bursts dangered coal seams) in hard coal mining Rok 24 był pierwszym od pięciu lat kiedy ta tendencja uległa zachwianiu, gdyż ich liczba znacząco (o ponad jedną trzecią) spadła. Występujący wzrost rejestrowanej liczby wstrząsów w tym czasie można wiązać z tendencją wzrostu wydobycia z pokładów zagrożonych tąpaniami (około 36 42% ogólnego wydobycia węgla). Liczba tąpnięć zmniejszyła się wyraźnie po roku 1995 (w okresie tym mieściła się w przedziale 2 zdarzeń rocznie, podczas gdy przed rokiem 1995 liczba takich zdarzeń wahała się na poziomie 9 29 rocznie. Podobna tendencja występuje także w odnotowywanej ilości wypadków śmiertelnych spowodowanych tąpnięciami. Liczba tych wypadków spadła z poziomu 3 29 przed, do poziomu po roku 1995. W roku 24 tąpnięcia w górnictwie węglowym nie były przyczyną wypadków śmiertelnych. Przedstawione dane, a w szczególności zaistniałe tąpnięcia i wypadki, świadczą o realnie występującym w rejonie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego zagrożeniu tąpaniami przy niewielkim wzroście (w ostatnich sześciu latach) aktywności sejsmicznej. Od roku 199 w kopalniach węgla kamiennego nie zaistniały tąpnięcia o charakterze katastrof. Do najbardziej zagrożonych, w roku 24, zaliczyć należy skomplikowane geologicznie i górniczo rejony: pokładu 52 w partii J KWK Śląsk, pokładu 415 w KWK Halemba, pokładu 51 w KWK Wesoła oraz pokładu 13/1-2 i pokładu 3/1 w KWK Rydułtowy Anna. Analiza zaistniałych ostatnio tąpnięć i ich lokalizacji wskazuje na utrzymujący się w dalszym ciągu stan potencjalnie wysokiego zagrożenia tąpaniami niektórych rejonów GZW. W ostatnich latach z największym zagrożeniem spotykamy się w kopalniach Katowickiego Holdingu Węglowego oraz w należących do Kompani Węglowej kopalniach rudzkich. Główne przyczyny występującego w kopalniach GZW zagrożenia tąpaniami to nadal między innymi: duża głębokość prowadzonych robót górniczych - dochodząca już do 11 12 m, prowadzenie robót w resztkowych partiach pokładów, m.in. w filarach ochronnych szybów, czy głównych wyrobisk, 28
WARSZTATY 25 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie prowadzenie eksploatacji w partiach o skomplikowanej tektonice - w sąsiedztwie uskoków, wymyć i innych zaburzeń geologicznych, postępujący rozwój eksploatacji, nierównomierne zaawansowanie robót eksploatacyjnych w sąsiadujących ze sobą partiach złoża danej kopalni oraz w partiach przygranicznych sąsiednich kopalń. 3. Stan zagrożenia tąpaniami w kopalniach rud miedzi Zagrożenie tąpaniami - poza współwystępującym z nim z reguły zagrożeniem zawałowym - stanowi w kopalniach rud miedzi zagrożenie dominujące, zależne przede wszystkim od naturalnej skłonności górotworu do generowania wstrząsów sejsmicznych. Tąpnięcia w górnictwie podziemnym zawsze są skutkiem zaistniałych wstrząsów, a stan zagrożenia tąpaniami w danym rejonie jest ściśle powiązany z występującym w tym rejonie zagrożeniem sejsmicznym. W kopalniach LGOM skały budujące złoże oraz skały to złoże otaczające charakteryzują się wysokimi (dochodzącymi do 2 MPa) parametrami wytrzymałościowym oraz dużymi (nawet do ponad 2 m) miąższościami kompleksów warstw węglanowych (wapiennych, dolomitowych, anhydrytowych) i piaskowców (w tym również piaskowców kwarcytowych), które zdolne są do kumulowania energii sejsmicznej, a następnie w niekorzystnych warunkach geologiczno-górniczych do jej dynamicznego wyzwalania. W 24 roku całość wydobycia rud miedzi pochodziła ze złóż zagrożonych tąpaniami, przy czym ze złóż zaliczonych do III (najwyższego) stopnia tego zagrożenia pochodziło około dwóch trzecich sumarycznego wydobycia rudy. Utrzymująca się koniunktura na rynku surowcowym spowodowała, że w roku 24 wydobycie rud miedzi wzrosło do najwyższego w historii poziomu około 31,8 mln ton czyli o prawie 2 mln ton więcej niż w roku 23. Rozwój eksploatacji powoduje, że przenosi się ona w rejony usytuowane na coraz większych głębokościach (dotyczy to szczególnie kopalń Rudna i Polkowice-Sieroszowice ), a także do partii złoża położonych w sąsiedztwie powiększających się sukcesywnie partii zrobów i w rejony o skomplikowanej budowie geologicznej zwłaszcza w rejony silnie zaangażowane tektonicznie w sąsiedztwo aktywnych sejsmicznie stref uskokowych (uskoki: Rudna Główna, Biedrzychowa itp.). Eksploatowane są także w coraz większym zakresie partie likwidowanych filarów szybowych oraz filarów ochronnych dla zbędnych wyrobisk. Zwiększonej sejsmiczności (głównie wzrostowi energii wyzwalanych wstrząsów) sprzyja także stosowany powszechnie w kopalniach LGOM system eksploatacji z tzw. szerokim otwarciem stropu. Wszystkie powyższe uwarunkowania powodują dodatkowy wzrost zagrożenia tąpaniami występującego w kopalniach zgrupowanych w KGHM POLSKA MIEDŹ S.A. Prowadzona eksploatacja powoduję także zagrożenie sejsmiczne dla obiektów na powierzchni. Najsilniej zagrożenie to manifestuje się przy eksploatacji przez O/ZG Rudna grubego złoża w filarze ochronnym dla miasta Polkowice. Skala występującego tu zagrożenia spowodowała, że koniecznym się stało ograniczenie wydobycia w tym filarze opracowanie właściwej koordynacji przestrzenno-czasowej robót eksploatacyjnych prowadzonych w tym filarze. Przedstawione poniżej zestawienia (tabela 2 oraz rysunki 4 i 5) obrazują stan zagrożenia tąpaniami w kopalniach rud miedzi na przestrzeni lat 198 24. 281
A. MIREK, W. MAGIERA O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie... Tabela 2. Zestawienie wydobycia, wstrząsów wysokoenergetycznych, tąpnięć i wypadków w kopalniach rud miedzi Table 2. Comparsion of output, high energy tremors, rock bursts and accidents in copper ore mines Rok Wydobycie ze złóż Wypadki wskutek Wydobycie zagrożonych tąpaniami Wstrząsy 1 x 1 5 J Liczba tąpnięć w mln ton tąpnięć w mln ton % liczba E [GJ] śmiertelne ogółem 198 26,6 26,6 1 26 brak danych 6 3 4 1981 22,8 22,8 1 168 brak danych 6 26 1982 2, 2, 1 221 brak danych 9 3 9 1983 29, 29, 1 21 brak danych 5 2 1984 29,4 29,4 1 286 brak danych 5 1 3 1985 29,4 29,4 1 325 1,3 2 1 9 1986 29,6 29,6 1 446 1,2 4-1 198 29,8 29,8 1 484 1,2 5 2 1988 3, 3, 1 482 1,5 1 1 2 1989 26,5 26,5 1 4 2,82 4 3 8 199 24,4 24,4 1 44 1,29 2 2 12 1991 23, 23, 1 359,92 2 2 4 1992 24,1 24,1 1 499 1,22 - - - 1993 2,1 2,1 1 492 3,5 4 1 1994 26,1 26,1 1 433 2,84 2 5 6 1995 26,5 26,5 1 389 1,8 4 2 13 1996 2,4 2,4 1 644 1,82 4 3 12 199 24, 24, 1 56 2,6 - - - 1998 26,8 26,8 1 443 2,8 2 3 9 1999 2, 2, 1 414 3,96 3 2 14 2 28, 28, 1 514,11 4 2 4 21 3,9 3,9 1 29 6,22 5-3 22 29, 29, 1 694,36 8 3 15 23 3, 3, 1 5 3,39 9 5 28 24 31,8 31,8 1 621 6,56 8 1 15 3 25 2 tąpnięcia wypadki śmiertelne wypadki ogółem 28 2 15 1 5 14 12 13 12 13 9 1 9 9 8 9 8 9 6 5 5 5 5 4 4 4 4 4 2 2 2 2 3 4 5 5 3 2 2 3 2 4 2 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 2 4 3 3 1982 1983 1984 1985 1986 198 1988 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 199 1998 1999 2 21 22 23 Rys. 4. Tąpnięcia i wypadki nimi spowodowane w kopalniach rud miedzi w latach 198-24 Fig. 4. Rock bursts and accidents in copper ore mines in 198-24 W roku 24 zarejestrowano łącznie 621 wstrząsów o energiach równych lub większych niż 1x1 5 J, których sumaryczna energia wyniosła około 6,6x1 9 J. W tej liczbie 1 zjawisk (wszystkie z O/ZG Rudna ) to wstrząsy o energiach równych lub większych niż 1x1 8 J. 282 8 24 15 1
WARSZTATY 25 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie 4 3 wydobycie [w mln ton] wydobycie wstrząsy wstrząsy 6 2 4 1 2 198 1981 1982 1983 1984 1985 1986 198 1988 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 199 1998 1999 2 21 22 23 24 Rys. 5. Wstrząsy wysokoenergetyczne na tle wydobycia rud miedzi w latach 198-24 Fig. 5. Correlation of high energy tremors and output in copper ore mines W kopalniach LGOM, w latach 198 24, liczba rejestrowanych wysokoenergetycznych wstrząsów sejsmicznych kształtowała się na poziomie do ponad zjawisk rocznie, przy wydobyciu rudy miedzi wahającym się w przedziale 23 32 mln ton w skali roku. Zaistniałe wstrząsy powodowały w tym okresie do kilku tąpnięć rocznie. Jednocześnie, ponad 3% rejestrowanych zjawisk sejsmicznych to wstrząsy, które wystąpiły w czasie wyczekiwania po tzw. grupowych strzelaniach przodków (najbardziej powszechnym, aktywnym sposobie zwalczania zagrożenia tąpaniami) i w związku z tym zinterpretowano je jako wstrząsy sprowokowane. W roku 24 w kopalniach LGOM miało miejsce 8 tąpnięć: w tym trzy sprowokowane. W ostatnich latach, kopalniach rud miedzi wraz z rozwojem eksploatacji i z uwagi na prowadzenie jej w coraz trudniejszych warunkach geologiczno-górniczych zwiększa eksploatacja prowadzona jest w kierunku na zroby lub strefy upodatnione. Częstokroć taki właśnie kierunek rozcinki wymuszany jest wysokim zagrożeniem zawałowym w rejonie. Ograniczenie w taki sposób zagrożenia zawałowego powoduje jednocześnie wzrost zagrożenia tąpaniami. W ostatnich latach największe zagrożenie tąpaniami występuje w O/ZG Rudna, z której obszaru górniczego generowana jest także największa sumaryczna energia sejsmiczna. Można to wiązać przede wszystkim z wielkością wydobycia, dużym przestrzennym zaangażowaniem robót, głębokością zalegania oraz budową geologiczną złoża. Analiza powyższych danych pokazuje, że stan zagrożenia tąpaniami w kopalniach rud miedzi w dalszym ciągu utrzymuje się na wysokim poziomie. Do najważniejszych przyczyn zagrożenia występującego w kopalniach LGOM należą m.in.: znaczna głębokość tej eksploatacji - dochodząca do około 6 12 m, występowanie w stropie złoża grubych warstw dolomityczno anhydrytowych o dużej sztywności i wytrzymałości (R c>1mpa), prowadzenie eksploatacji zamykającej duże obszary zrobów oraz w rejonach aktywnych sejsmicznie dyslokacji tektonicznych, duże zaawansowanie eksploatacji (partie resztkowe, zroby, filary), prowadzenie robot upodatnianiających złoże w kierunku na zroby lub na strefy upodatnione. 4. Zagrożenie sejsmiczne w Kopalni Węgla Brunatnego Bełchatów S.A. W największej polskiej odkrywkowej kopalni węgla brunatnego - KWB Bełchatów S.A. od początku prowadzenia intensywnych robót związanych ze zdejmowaniem nadkładu znad 283
A. MIREK, W. MAGIERA O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie... złoża węgla brunatnego występuje zagrożenie sejsmiczne wiązane z procesami neotektonicznymi (uaktywnianiem się występujących w podłożu względnie młodych uskoków) spowodowanymi intensywnym odwadnianiem wyrobiska oraz zmianami warunków naprężeniowych podłoża wskutek przemieszczania podczas eksploatacji olbrzymich mas skalnych nadkładu i złoża węgla brunatnego. Początek pomiarów sejsmicznych ukierunkowanych na obserwację wyrobiska datuje się na rok 198, kiedy to wokół wyrobiska zainstalowano pierwsze stanowiska pomiarowe. W rejonie odkrywki Bełchatów rejestruje się do kilkudziesięciu rocznie wstrząsów o energiach równych lub większych niż 1x1 5 J. Tabela 3. Wstrząsy wysokoenergetyczne, wielkość zdejmowanego nadkładu, wydobycie węgla brunatnego oraz odwodnienie wyrobiska w KWB Bełchatów S.A. Table 3. Comparsion of high energy tremors and output of brown coal, overburden quantity and excavation drainage in KWB Bełchatów S.A. Rok Węgiel brunatny [w mln ton] Nadkład [w mln m 3 ] Odwodnienie wyrobiska [w mln m 3 ] Wstrząsy wysokoenergetyczne Energia sumaryczna [x1 8 J] 198,4 58,244 2, 8 46, 1981,8 6,192 22,9 14 3,8 1982 2,3 5,386 25,5,1 1983 5,2 8,13 28,,21 1984 11,2 18,12 212,1 45 1,5 1985 18,25 113,324 226,9 14 36, 1986 26,224 121,85 224,9 21 1,2 198 32,124 131,56 182, 12,98 1988 34,56 144,45 11,8 1,2 1989 3,581 125,35 169,2, 199 34,249 116,59 18,2 1,53 1991 35,1 111,562 196,3 4 1,4 1992 32,93 14,52 19,9 3 11, 1993 34,184 1,11 18,4 1 1,9 1994 33,65 99,4 193,8 9 4, 1995 33,82 11,62 192,8 3,13 1996 34,586 96,491 14,5 4 3,8 199 34,884 11,182 13,2 5, 1998 35,446 132,86 1,3 2, 1999 35,496 131,144 186,6 5,62 2 34,64 124,815 185,8 1, 21 34,662 126,538 194,9 16 8,42 22 34,8 139,226 33,1 9 12,6 23 34,564 156,859 26,5 1,3 24 35,233 145,12 23,4 1 31,4 Związek tej generowanej eksploatacją sejsmiczności z występującymi uskokami potwierdza fakt wzrostu energii wstrząsów oraz zwiększania się częstotliwości ich występowania w trakcie przechodzenia frontów eksploatacyjnych przez rejony złoża położone w sąsiedztwie uskoków. 284
WARSZTATY 25 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Zestawienie sejsmiczności rejonu odkrywki Bełchatów na tle wydobycia mas skalnych i węgla brunatnego oraz odpompowanej wody w latach 198 24 przedstawiają tabela 3 oraz rysunek 6. Należy podkreślić, że nawet najsilniejsze z dotychczas zarejestrowanych zjawisk sejsmicznych nie spowodowały nigdy zagrożenia dla ruchu zakładu górniczego. Wynika to wprost ze stosowanego tu odkrywkowego sposobu eksploatacji. Wstrząsy związane z procesami neotektonicznymi, a jedynie pośrednio z robotami górniczymi charakteryzują się jednak wysoką energią i w związku z tym były silnie, negatywnie odczuwane przez mieszkańców okolicznych miejscowości, a także skutkowały uszkodzeniami (niewielkimi) obiektów powierzchniowych. Zestawienie (za okres lat 1995 24) zgłoszonych przez mieszkańców uszkodzeń obiektów budowlanych, które zostały następnie przez służby KWB Bełchatów uznane jako spowodowane zaistniałymi wstrząsami przedstawia tabela 4. Tabela 4. Szkody spowodowane zaistniałymi wstrząsami w KWB Bełchatów S.A. w latach 1995 24 Table 4. Damages of buildings caused by high energy tremors in KWB Bełchatów S.A. Rok 1995 1996 199 1998 1999 2 21 22 23 24 Wnioski o szkody wskutek wstrząsów 9 54 13 21 1 255 41 12 18 Uznane szkody wskutek wstrząsów 2 3 48 1 131 9 2 5 3 25 45 4 odwodnienie [mln m3] nadkład [mln m3] węgiel brunatny [mln ton] wstrząsy 4 2 3 15 1 5 8 14 14 21 12 1 3 3 Rys. 6. Wstrząsy wysokoenergetyczne na tle wydobycie węgla brunatnego, wielkości zdejmowanego nadkładu, oraz odwodnienia wyrobiska w KWB Bełchatów S.A. Fig. 6. Correlation of high energy tremors and output of brown coal, overburden quantity and excavation drainage in KWB Bełchatów S.A. 5. Geofizyczne metody oceny zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami 1 198 1981 1982 1983 1984 1985 1986 198 1988 1989 199 1991 1992 1993 1994 1995 1996 199 1998 1999 2 21 22 23 24 Ocena zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami w górnictwie odkrywkowym i podziemnym prowadzona jest przy użyciu metod geofizycznych badania stanu górotworu. W roku 24 stacje geofizyki górniczej działały w prawie wszystkich (2 na 29 kopalń węgla kamiennego, trzy rud miedzi i jedna KWB Bełchatów ) kopalniach prowadzących eksploatację złoża w warunkach występowania tych zagrożeń. 1 9 4 5 2 5 16 9 1 2 1 285
A. MIREK, W. MAGIERA O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie... Najszerzej stosowaną metodą geofizyczną dla oceny stanu zagrożenia tąpaniami była metoda sejsmologiczna. Pomiary takie prowadzono we wszystkich kopalniach zagrożonych tąpaniami. W roku 24 nie zmieniła się sytuacja w zakresie wyposażenia aparaturowego dla potrzeb stosowania metody sejsmologicznej. Podobnie jak w roku poprzednim, w kopalniach węgla kamiennego badania sejsmologiczne prowadzono przy użyciu systemów sejsmologicznych: ARAMIS/SYLOK, AS/LKZ, a także aparatur PCMG-3 współpracujących z powyższymi systemami. Kopalnie rud miedzi wyposażone są w cyfrowe systemy ELOGOR-C. Do określania jednak energii najsilniejszych zjawisk sejsmicznych, utrzymywano aparatury ELOGOR-A z zapisem analogowym. W KWB Bełchatów dla prowadzenia obserwacji sejsmologicznych z uwagi na brak możliwości prowadzenia sieci teletechnicznej przez wyrobisko odkrywki sieć sejsmologiczną (osiem stanowisk pomiarowych) zbudowano w oparciu o niezależne stacje pomiarowe są to aparatury typu UMSS MK5 oraz BJ-1. Transmisja danych pomiędzy jednostkami centralnymi i terminalnymi odbywa się siecią teletechniczną, skąd, drogą radiową, sygnał przesyłany jest do centrali w stacji geofizycznej. Drugą z metod najczęściej stosowanych do oceny stanu zagrożenia tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego jest metoda sejsmoakustyczna. Używane w niej systemy to: SAK i ARES. Od kilku już lat obserwuje się tendencję spadku ilości stosowanych czujników sejsmoakustycznych. Można to wiązać z większą koncentracją wydobycia mniej czynnych wyrobisk ścianowych, dłuższe ich fronty, mniejsza ilość wyrobisk przygotowawczych. W dokonanej w roku 22 nowelizacji przepisów wykonawczych do ustawy Prawo geologiczne i górnicze zrezygnowano z wymogu obligatoryjnego stosowania powszechnie krytykowanej tzw. Metody kompleksowej oceny stanu zagrożenia tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego. Aktualnie obowiązujące przepisy nakazują jedynie dokonywać kompleksowej analizy wyników metod dotychczas wchodzących w jej skład. Niestety, mimo zaistnienia prawnych możliwości opracowania przez kopalnie własnych kryteriów dla wymienionych w przepisach metod, jak do tej pory rok 24 nic nie zmienił w tym zakresie żadna z kopań nie skorzystała z takiej możliwości. Nie skorzystano także z możliwości opracowania takich kryteriów przez jednostki naukowo badawcze. W dalszym ciągu powszechnie tym razem w oparciu o wewnętrzne zarządzenia kierowników ruchu zakładów górniczych stosuje się Metodę kompleksową.... Sytuacja ta skłania do rozważenia konieczności zweryfikowania kryteriów tej metody oraz zakresu i zasad jej stosowania do oceny stanu zagrożenia tąpaniami, tak aby poprawić efektywność oceny zagrożenia. Z uwagi na specyfikę ruchu zakładów, w kopalniach rud miedzi metoda sejsmoakustyczna była w dalszym ciągu stosowana eksperymentalnie jako metoda pomocnicza. Dalej prowadzone są badania mające określić ewentualne zależności uzyskiwanych wyników od faktycznego stanu zagrożenia tąpaniami. Badania takie związane są z określaniem tzw. funkcji ryzyka zaistnienia wstrząsów w oparciu o dane sejsmoakustyczne. Jako metodę dodatkową w kopalniach węgla kamiennego szeroko stosuje się (przy użyciu przenośnych aparatur pomiarowych typu WLIS) tzw. metoda wzbudzonej aktywności sejsmoakustycznej (WAS). Metoda powyższa stosowana jest głównie w razie konieczności zapewnienia obserwacji sejsmoakustycznych w rejonach, gdzie trudno jest stosować sejsmoakustykę stacjonarną oraz doraźnie dla kontroli skuteczności zabiegów profilaktycznych. 286
WARSZTATY 25 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie W kopalniach rud miedzi odpowiednikiem (w pewnym sensie) metody WAS jest, powszechnie tam stosowana, metoda oceny stanu zagrożenia tąpaniami na podstawie aktywności sejsmoakustycznej wzbudzonej strzelaniami technologicznymi w przodkach. Kopalnie te wyposażone są w stosowną do tego celu aparaturę liczniki trzasków MLT-3. W roku 24 w kopalniach podziemnych do oceny stanu zagrożenia tąpaniami i skuteczności stosowanej profilaktyki, w dalszym ciągu wykorzystywano metody sejsmiczne (profilowania lub geotomografię). W kopalniach węgla kamiennego od wielu już lat są to badania (przede wszystkim profilowania) rutynowe, zwykle wykonywane samodzielnie przez pracowników tych kopalń przy użyciu przenośnych aparatur sejsmicznych - głównie PASAT-12i. W coraz szerszym zakresie badania takie wykonywane były także w kopalniach rud miedzi. 6. Środki profilaktyki tąpaniowej Rok 24 nie przyniósł także wyraźnych zmian w zakresie stosowanych aktywnych metod zwalczania zagrożenia tąpaniami. Podobnie jak w roku poprzednim najczęściej stosowanym zabiegiem profilaktycznym były strzelania wstrząsowe w pokładzie. Niektóre z kopalń (głównie bytomskie i rudzkie) stosują tego typu strzelania jako rutynowy zabieg technologiczny. Dość powszechne były także strzelania torpedujące w skałach stropowych. Kolejnym zabiegiem profilaktycznym było nawadnianie - głównie wysokociśnieniowe oraz (rzadziej) niskociśnieniowe calizny pokładów. Szeroko stosowano także metody: USS szczelinowanie stropu techniką strzelniczą oraz UHS hydroszczelinowanie skał stropowych, które to zabiegi stały się rutynowymi zabiegami profilaktycznymi dla potrzeb zwalczania zagrożenia tąpaniami. W kopalniach rud miedzi różnego rodzaju strzelania odprężające w złożu wkomponowane są w technologię systemu z ugięciem stropu i stały się powszechnie stosowanym (zwłaszcza grupowe strzelania przodków) zabiegiem profilaktycznym.. Wnioski Rok 24 nie przyniósł znaczącego postępu w opracowaniu odpowiednio efektywnych metod oceny stanu zagrożenia tąpaniami, szczególnie w odniesieniu do wstrząsów, których źródła zlokalizowane są w wysokich warstwach stropowych. Fakt ten powoduje, że zagrożenie to w dalszym ciągu pozostaje jednym z najtrudniejszych do zwalczania wśród występujących w górnictwie zagrożeń naturalnych. Zaistniałe w roku 24 tąpnięcia oraz związane z nimi wypadki wskazują na ciągle ogromne znaczenie organizacji (głównie ograniczania) przebywania załogi w rejonach szczególnie narażonych na skutki tąpnięć. Przykładem może tu być znaczna ilość wypadków, którym ulegają pracownicy (np. górnicy strzałowi) nie przebywający w samojezdnych maszynach stosowanych w kopalniach rud miedzi. Ograniczanie zatrudnienia w strefach szczególnego zagrożenia tąpaniami może być niezwykle istotnym czynnikiem wpływającym na liczbę wypadków wskutek tąpnięć. Ogromne znaczenie ma także prawidłowa koordynacja robót górniczych przygotowawczych i eksploatacyjnych w celu minimalizacji niekorzystnego oddziaływania zlokalizowanych blisko siebie frontów wydobywczych. Wymagającym dalszych prac badawczych problemem pozostało także zwalczanie zagrożeń współwystępujących np. tąpaniami, zawałowego, metanowego i pożarami. Zazwyczaj zabiegi profilaktyczne stosowane do neutralizacji poszczególnych z tych zagrożeń pozostają 28
A. MIREK, W. MAGIERA O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie... we wzajemnej kolizji, a wybór któregoś z nich lub ich łączenie rzadko daje spodziewane efekty w postaci ograniczenia skali zagrożeń. Analiza przedstawionych wyżej danych oraz wnioski z inspekcji przeprowadzanych w kopalniach węgla kamiennego, rud miedzi oraz KWB Bełchatów S.A. upoważniają do stwierdzenia, że w dalszym ciągu wymagane są: 1) Weryfikacja Metody kompleksowej... i wchodzących w jej skład metod sejsmologicznej, sejsmoakustycznej, wierceń sondażowych i rozeznania górniczego, w celu zapewnienia poprawności oceny stanu zagrożenia tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego. 2) Kontynuacja działań zmierzających do poprawy określania energii wstrząsów w stacjach geofizycznych kopalń poprzez efektywną weryfikację tych obliczeń przez pomiarowe sieci wyższego rzędu Regionalną Sieć Sejsmologiczną GIG i niezależną sieć w zagłębiu miedziowym dla uwiarygodnienia obserwacji sejsmologicznych prowadzonych także w aspekcie ochrony powierzchni. 3) Zwiększenie zakresu pomiarów parametrów drgań powierzchni dla potrzeb prawidłowej oceny zagrożenia sejsmicznego. 4) Podjęcie pilnych działań dla poprawy skuteczności prowokowania silnych wstrząsów za pomocą technologicznych zabiegów (np. łączenie strzelań wstrząsowych z grupowymi strzelaniami przodków) w kopalniach rud miedzi. 5) Pełna realizacja wniosków Komisji powołanej przez Prezesa WUG dla zbadania przyczyn i okoliczności tąpnięcia oddziale G-8 w O/ZG Lubin z dnia 4.8.23r. 6) Upowszechnienie wdrażania w coraz większym zakresie dodatkowych metod geofizycznych rozpoznawania zagrożenia tąpaniami, w szczególności metody sejsmoakustycznej z wykorzystaniem tzw. funkcji ryzyka wystąpienia wstrząsów oraz metod sejsmicznych takich jak profilowania czy geotomografia. Literatura [1] Etryk W., Ochman G., 25: Sprawozdanie z działalności Komisji ds. Tąpań w Zakładach Górniczych Wydobywających Węgiel Kamienny w 24 roku. Katowice. [2] Kłeczek Z., Kuczmierczyk M., 25: Sprawozdanie z działalności w 24 roku Komisji ds. Tąpań, Obudowy i Kierowania Stropem w Zakładach Górniczych Wydobywających Rudy Miedzi przy Wyższym Urzędzie Górniczym. Wrocław. [3] Kuszneruk J., 2: Wstrząsy sejsmiczne. Artykuł w publikacji jubileuszowej KWB Bełchatów - 25 lat od przedsiębiorstwa państwowego do spółki akcyjnej. Bełchatów. [4] Mirek A., 25: Raport o zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w górnictwie polskim w roku 24. Materiały wewnętrzne WUG, niepublikowane. [5] Mirek A., Zorychta A., 24: Wpływ systemu z szerokim otwarciem stropu na zagrożenie wstrząsami wysokoenergetycznymi w kopalniach LGOM., Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej PAN, Seria z perlikiem nr 11, Kraków, [6] Raport roczny (24), 25: Biuletyn najsilniejszych wstrząsów górotworu na Górnym Śląsku. Praca zbiorowa pod kierunkiem G. Mutke i K. Stec. GIG, Katowice. Seismic and rock burst hazard in Polish mining in 24 The paper gives characteristic of seismic and rock burst hazard in Polish mining in 24. Presented are the methods of seismic and rock burst hazard estimation and prophylactic means used in mines. Described are some conclusions from this estimation. Przekazano: 3 marca 25 r. 288