Możliwości badania zagrożenia sejsmicznego powierzchni na podstawie pomiarów przyspieszeń drgań gruntu

Zygmunt GERLACH KHW S.A. KWK Katowice-Kleofas, Katowice Ewa WYROBEK-GOŁĄB KHW S.A. KWK Wesoła, Mysłowice-Wesoła Mat. Symp. Warsztaty 2000 str. 235-245 Możliwości badania zagrożenia sejsmicznego powierzchni na podstawie pomiarów przyspieszeń drgań gruntu Streszczenie Omówiono sposób i warunki prowadzenia obserwacji przyspieszeń dla rejonów aktywnych sejsmicznie i gęstej zabudowie. Podano metodykę prowadzenia pomiarów przyspieszeń drgań gruntu ze szczególnym uwzględnieniem stosowanej aparatury oraz sposobu komputerowego przetwarzania danych obserwacyjnych. Przeanalizowano najważniejsze czynniki wpływające na wielkość rejestrowanych wartości parametrów przyspieszeń drgań gruntu. Omówiono wyniki oceny zagrożenia sejsmicznego powierzchni w oparciu o dane sejsmologiczne i przyspieszeń. 1. Wstęp Prognoza zagrożenia sejsmicznego powierzchni oraz sposób i wielkość oddziaływania wstrząsów górotworu na obiekty budowlane i ludzi są aktualnie jednym z ważniejszych problemów towarzyszących eksploatacji górniczej. Wywołane działalnością górniczą wstrząsy wysokoenergetyczne oddziaływując w sposób dynamiczny na powierzchnię mogą stanowić zagrożenie dla istniejących obiektów budowlanych a niejednokrotnie są przyczyną ich uszkodzeń. Dla prawidłowej oceny wielkości zagrożenia sejsmicznego w obszarach górniczych kopalń aktywnych sejsmicznie wskazane jest prowadzenie niezależnie od obserwacji sejsmologicznych również ciągłych pomiarów przyspieszeń. Z tego względu dla uzyskania obiektywnej oceny szkodliwości wstrząsów górotworu na obiekty budowlane i ludzi podjęte zostały w szeregu kopalniach ciągłe obserwacje przyspieszeń drgań gruntu na powierzchniowych stanowiskach pomiarowych. Prowadzone obserwacje i pomiary w rejonach o zróżnicowanych warunkach górniczych, geologicznych i zabudowy powierzchni, pozwoliły na bieżącą ocenę wartości parametrów przyspieszeń w badanych rejonach oraz opracowanie rozwiązań metodycznych i aparaturowych w zakresie pomiarów i prognozy przyspieszeń drgań gruntu generowanych wstrząsami górotworu. 2. Charakterystyka sejsmiczna rejonów obserwacyjnych Obserwacje prowadzono w trzech niezależnych rejonach eksploatacyjnych zróżnicowanych 235

Z. GERLACH, E. WYROBEK-GOŁĄB - Możliwości badania zagrożenia sejsmicznego... pod względem warunków górniczych (system eksploatacji, czynniki zagrożenia: krawędzie, resztki, zbliżanie się do chodników, zrobów) i geologicznych (warstwy siodłowe, brzeżne, głębokość zalegania eksploatowanych pokładów, uskoki itp.) oraz rodzaju zabudowy powierzchni (obiekty wysokie i niskie o różnych rozwiązaniach konstrukcyjnych).w szczególności badaniami objęte były następujące rejony eksploatacyjne: A - Rejon eksploatacji pokładu 510/I pod Osiedlem Paderewskiego KWK Katowice-Kleofas, B - Rejon eksploatacji pokładu 703/1-2-703/1-2-705/1 w dzielnicach Niedobczce-Radlin KWK Marcel, C - Rejon eksploatacji pokładu 507 w filarze ochronnym szybu LOMPA KWK Rozbark. Przedmiotowe rejony charakteryzowały się zwiększoną emisją sejsmiczną, która w poszczególnych latach przedstawiała się następująco: A. Rejon Osiedla Paderewskiego W okresie prowadzonej od 1.08.1994-31.07.1999r. eksploatacji pokładu 510 zanotowano łącznie 6430 wstrząsów o energii w przedziale od 10 3-10 6 J. Uzyskany ilościowy i energetyczny rozkład wstrząsów górotworu w analizowanych latach przedstawiono w tabeli 2.1. Tabela 2.1 Ilościowy i energetyczny rozkład wstrząsów górotworu w KWK Katowice-Kleofas rejon Osiedla Paderewskiego w okresie 1.08.1994-31.07.1999 r. Rok Ilość wstrząsów w klasach N E E/N E max 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 2-10 6 x10 5 J x10 3 J od 01.08.1994 383 30 - - - 733 21,44 2,92 9x4 1995 1371 116 4 1-2690 108,99 4,05 3x6 1996 2335 196 4 1-4172 157,89 3,78 2x6 1997 1103 64 1 - - 2160 49,00 2,27 2x5 1998 425 14 - - - 961 19,36 2,01 8x4 do 31.07.1999 374 8 - - - 882 12,61 1,43 4x4 Razem 5991 428 9 2-11598 369,29 3,18 3x6 B. Rejon Dzielnicy Niedobczyce-Radlin W okresie prowadzonej od 1.01.1990-31.12.1999r. eksploatacji zanotowano łącznie 10266 wstrząsów o energii w przedziale od 10 3-10 6 J. Uzyskany ilościowy i energetyczny rozkład wstrząsów górotworu w analizowanych latach przedstawiono w tabeli 2.2. Tabela 2.2 Rozkład ilościowy i energetyczny wstrząsów w KWK "Marcel" w latach 1990 1999 Rok Ilość wstrząsów (N) N E [J] Emax 10 3 J 10 4 J 10 5 J 10 6 J 10 2-10 6 x 10 7 1990 713 101 20-2898 1.32 2,8x5 1991 310 27 1 1 1837 0.39 1,4x6 1992 273 45 11-1081 0.50 4,2x5 1993 314 98 4-944 0.59 8,2x5 1994 742 384 9-1970 1.90 5,2x5 1995 1028 420 10 1 2450 2.50 3,5x6 1996 802 168 22-1995 2.50 8,6x5 1997 741 361 37 10 2977 6.64 8,7x6 1998 1584 731 71 5 4892 8.82 6,4x6 1999 817 372 30 3 2171 4.08 4.4x6 7324 2707 215 20 23215 29.24 8.7x6 236

C. Rejon filara ochronnego szybu LOMPA W okresie prowadzonej od 1.10.1996-31.12.1999r. eksploatacji pokładu 507 zanotowano łącznie 2202 wstrząsy o energii w przedziale od 10 3-10 5 J. Uzyskany ilościowy i energetyczny rozkład wstrząsów górotworu w analizowanych latach przedstawiono w tabeli 2.3. Tabela 2.3 Rozkład ilościowy i energetyczny wstrząsów w KWK "Rozbark" rejon LOMPA w latach 1996 1999 Rok Ilość wstrząsów (N) N E [J] E/N Emax 10 3 J 10 4 J 10 5 J 10 6 J 10 2-10 6 x 10 5 x 10 3 J [J] 1996 84 - - - 89 2,19 2,46 8,4x3 1997 288 14 - - 499 9,26 1,86 2,8x4 1998 637 97 1-906 43,43 4,79 1,5x5 1999 438 137 - - 708 51,85 7,32 9,5x4 1447 248 1-2202 113,70 4,97 1,5x5 Z przedstawionych w tabelach 2.1, 2.2 i 2.3 danych wynika, że aktywność i intensywność sejsmiczna jest znacznie zróżnicowana w poszczególnych rejonach oraz okresach prowadzenia eksploatacji. Największą emisję sejsmiczną obserwowano: - w latach 1995 1996 r. w rejonie Osiedla Paderewskiego kiedy maksymalna energia wstrząsów wynosiła 3,0x10 6 J. Występujący model sejsmiczny dla przyjętych założeń eksploatacyjnych spowodował, że w latach 1994-1999 czyli w całym okresie wybierania pod Osiedlem Paderewskiego wygenerowanych zostało przez górotwór wyłącznie 11 wstrząsów o energiach rzędu 10 5-10 6 J, - w latach 1997 1999 r. w rejonie Dzielnicy Niedobczyce-Radlin kiedy maksymalna energia wstrząsów wynosiła 8,7x10 6 J. Łącznie w tym rejonie w latach 1997-1999 wystąpiło 156 wstrząsów o energiach rzędu 10 5-10 6 J, - w 1998 roku w rejonie szybu Lompa kiedy maksymalna energia wstrząsów wynosiła 1,5x10 5 J a łącznie wystąpił 1 wstrząs o energii 10 5 J oraz 97 wstrząsów o energii rzędu 10 4 J. 3. Czynniki wpływające na wartości parametrów przyspieszeń drgań gruntu na powierzchni Wpływ poszczególnych wstrząsów górotworu na powierzchnię w zakresie ich dynamicznego oddziaływania na obiekty powierzchniowe uzależniony jest głównie od trzech podstawowych czynników: a) budowy geologicznej warstwy przypowierzchniowej, b) parametrów sejsmologicznych wstrząsu górotworu, c) mechanizmu wstrząsu. Dodatkowym czynnikiem jest konstrukcja obiektu budowlanego i jego odporność na parametry sprężyste drgań spowodowanych wstrząsami górotworu. 3.1 Budowa geologiczna warstwy przypowierzchniowej Występowanie w strefie przypowierzchniowej warstw nadkładu, o niższej prędkości rozchodzenia się fal sejsmicznych powoduje specyficzne warunki odbicia i załamania się oraz 237

Z. GERLACH, E. WYROBEK-GOŁĄB - Możliwości badania zagrożenia sejsmicznego... zmianę parametrów fal. Własności filtracyjne tej warstwy w zależności od lokalnych warunków i określonych częstotliwościach mogą wpływać na amplitudę fal sejsmicznych. Przy stabilnych warunkach podłoża wpływ ten określony jest jako dynamiczne wzmocnienie. Zakres wartości współczynnika amplifikacji, który został określony dla typowych modeli sejsmologicznych GZW o miąższości warstw od 0-150 m jest bardzo szeroki i obejmuje zarówno wzmocnienie jak i osłabienie amplitudy drgań. Określenie wartości amplifikacji jest możliwe metodą pomiarów względnie na podstawie opracowanych wzorów (Mutke 1992). 3.2 Położenie ogniska wstrząsu i jego energia Podstawowymi parametrami sejsmologicznymi mającymi wpływ na wielkość i sposób dynamicznego oddziaływania wstrząsu górotworu są: - energia wstrząsu E, - głębokość ogniska wstrząsu H, - odległość hipocentralna (lub epicentralna). W zakresie parametrów przyspieszeń drgań gruntu: - maksymalna amplituda przyspieszenia A max lub prędkości cząstek gruntu v, - zakres częstotliwości drgań f, - czas trwania drgań t. Bardzo istotnym zagadnieniem w badaniach zagrożenia sejsmicznego jest wyznaczenie empirycznej zależności maksymalnych amplitud przyspieszeń drgań od energii oraz odległości epicentralnej wstrząsów. Dotychczasowymi badaniami Dubiński, Gerlach, Ledwoń, Marcak, Muszyński i Mutke określono szereg zależności wiążących energię wstrząsu E [J] przyspieszeniem w strefie epicentralnej wyrażonych w [mm/s 2 ]. Określone przez poszczególnych autorów zależności mają głównie znaczenie lokalne. Prowadzone od szeregu lat przez B. Cianciarę pomiary przyspieszeń oraz badania statystyczne wykazały, że przedmiotowa zależność charakteryzuje się dużym rozrzutem statystycznym między innymi ze względu na różne warunki geosejsmiczne i mechanizmy wstrząsów górotworu. 3.3 Mechanizm wstrząsu Prowadzone obserwacje sejsmologiczne i przyspieszeń wykazały istotny wpływ mechanizmu wstrząsu na wartości rejestrowanych przyspieszeń drgań gruntu i ich kierunkowość. Ważność tego czynnika powoduje, że wartości przyspieszeń drgań gruntu spowodowane wstrząsami o energii rzędu 10 4 J są w niektórych przypadkach wyraźnie większe od wartości obserwowanych przy wstrząsach o energiach rzędu 10 6 J. Dalsze badania i pomiary powinny pozwolić na dokładniejsze poznanie problemu oddziaływania wstrząsów górotworu na powierzchnię oraz określenie dodatkowych zależności. 4. Metodyka prowadzenia pomiarów przyspieszeń Potrzeby ochrony powierzchni powodują konieczność budowy niezależnie od sieci obserwacji sejsmologicznej stanowisk również sieci dla pomiaru przyspieszeń umożliwiających ocenę wielkości oddziaływania wstrząsów górotworu na obiekty i urządzenia powierzchniowe. Metodykę budowy sieci stanowisk pomiarowych oraz sposób rejestracji przyspieszeń drgań gruntu na powierzchni przedstawiono na przykładzie aktywnego sejsmicznie rejonu 238

eksploatacji pokładu 510 pod Osiedlem Paderewskiego. Analizowany obszar obejmuje pola eksploatacyjne Ruchu II Kopalni Katowice-Kleofas w filarze ochronnym Śródmieścia Katowic. Sieć powierzchniowych stanowisk pomiarowych dla rejestracji przyspieszeń drgań gruntu zbudowana została dla obserwacji oddziaływania wstrząsów górotworu na obiekty budowlane w rejonie zwartej zabudowy Osiedla Paderewskiego. Przyjęte założenia umożliwiły przeprowadzenie pomiarów pozwalających na określenie dla szerokiego przedziału energii od 10 3-10 9 J parametrów dynamicznego oddziaływania wstrząsów górniczych na powierzchnię w różnych warunkach ich występowania. Pomiary wykonywano na czterech stanowiskach obserwacyjnych w dowiązaniu do realizowanej aktualnie eksploatacji górniczej w filarze ochronnym Śródmieścia Katowic oraz na jego obrzeżu. W wyniku kilkuletnich pomiarów udokumentowano obszerny materiał obserwacyjny oddziaływania wstrząsów górotworu na powierzchnię przy położeniu ich ognisk na różnych głębokościach oraz w odległościach epicentralnych od zera do kilkunastu kilometrów. 4.1 Budowa sieci pomiarowej Duża aktywność sejsmiczna oraz wysoki poziom energetyczny zjawisk dynamicznych osiągający wartość 1x10 7 J w rejonie o gęstej i wysokiej zabudowie Osiedla Paderewskiego stanowiły podstawę prowadzenia stałej rejestracji przyspieszeń drgań wywołanych wstrząsami górotworu. Podjęcie pomiarów przyspieszeń w rejonach aktywnych sejsmicznie dla określenia parametrów dynamicznego oddziaływania wstrząsów górotworu na obiekty powierzchniowe wymaga budowy niezależnej dodatkowej sieci pomiarowej umożliwiającej rejestrację na powierzchni przyspieszeń drgań wywołanych wstrząsami indukowanymi eksploatacją górniczą. Dla optymalnego rozmieszczenia stanowisk sieci pomiarowej przyjęto następujące założenia: a) Zorganizowana sieć 1-3 stanowisk pomiarowych zlokalizowana będzie w rejonie obserwowanego obszaru powierzchni. Poszczególne stanowiska położone będą w rejonach aktywnych sejsmicznie w zróżnicowanych odległościach epicentralnych i zapewnią prowadzenie obserwacji w sposób ciągły. Przewidzieć należy również możliwość wykonywania specjalnych pomiarów doraźnych dla wytypowanych obiektów powierzchniowych. Dla tego typu badań wskazana jest aparatura wielokanałowa np. ARP-9 kanałowa. b) Każde stanowisko pomiarowe przetestowane powinno być w zakresie pomiaru zakłóceń, prawidłowej zabudowy czujników i poprawnej pracy systemu pomiarowego. c) Aparatura pomiarowa powinna mieć wyznaczoną dla każdego kanału charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową oraz czułość standardową. Zakres pomiarowy powinien zapewnić rejestrację przyspieszeń w przedziale od 0-1000 mm/s 2. d) Wyniki rejestracji przyspieszeń drgań wstrząsów górniczych na powierzchni korelowane będą z parametrami lokalizacyjnymi i energetycznymi badanych zjawisk sejsmicznych. e) Stanowiska sieci powinny umożliwić obserwację oddziaływania wstrząsów od energii E =1x10 4 J wzwyż. 4.2 Stosowana aparatura Dla wykonania prac pomiarowych i badawczych założono prowadzenie obserwacji na stanowiskach sieci pomiarowej początkowo aparaturą typu WORS a następnie aparaturą ARP. Aktualnie dostępna baza aparaturowa uległa rozszerzeniu o aparaturę CRP-97 stosowana w kopalniach od kilku lat oraz z aparaturą AMAX-99 wprowadzoną eksperymentalnie do 239

Z. GERLACH, E. WYROBEK-GOŁĄB - Możliwości badania zagrożenia sejsmicznego... pomiarów przyspieszeń. Dla każdego zestawu aparaturowego oraz stanowiska pomiarowego dobierane były optymalne parametry zapewniające odpowiednią jakość materiału badawczego oraz możliwie pełny zakres obserwacji oddziaływania nisko i wysokoenergetycznych wstrząsów górotworu. Przyjęte parametry pomiarowe zapewniły rejestrację wszystkich zjawisk sejsmicznych od energii minimum 10 4 J wzwyż. Obserwacje oddziaływania wstrząsów górotworu na powierzchnię prowadzono na 1-3 stacjonarnych stanowiskach pomiarowych, zlokalizowanych w obszarze górniczym kopalni. Szczegółowe rozmieszczenie stanowisk pomiarowych w rejonie Osiedla Paderewskiego przedstawiono na rys. 4.1. Rys. 4.1 Schemat pomiaru przyspieszeń drgań gruntu w rejonie Osiedla Paderewskiego. S - stanowiska pomiarowe Dla zapewnienia dobrej jakości wyników pomiarów przyspieszeń uważa się za uzasadnione wykonywanie prac polegających w szczególności na: a) zapewnieniu stabilności położenia czujników oraz właściwym doborze i utrzymaniu parametrów czułości kanałów pomiarowych, b) korelacji mierzonych wartości przyspieszeń z wartościami energii wstrząsów oraz ich położeniem, c) okresowej kontroli stabilności przyjętych parametrów aparatury (testy kontrolne), d) porównywanie wyników pomiarów różnymi typami aparatur na tym samym stanowisku obserwacyjnym. 4.3 Komputerowe przetwarzanie wyników pomiarów oraz ich korelacja z danymi sejsmologicznymi Na podstawie danych rejestracyjnych uzyskanych ze stanowisk pomiarowych określone zostały parametry dynamiczne wstrząsów górotworu zaistniałych w rejonie danych stanowisk 240

oraz z obszarów przyległych Kopalń. Odtworzone z wykorzystaniem komputerowego przetwarzania danych wyniki poszczególnych serii pomiarowych pozwoliły na określenie dla każdego zjawiska następujących parametrów: - czasu zaistnienia zjawiska, - wartości maksymalnego przyspieszenia a [mm/s 2 ], - częstotliwość drgań f [Hz], - przebieg parametrów drgań indukowanych wstrząsami górniczymi, - czas trwania rejestrowanych zjawisk. Dla ustalenia parametrów dynamicznych oraz dalszej interpretacji i korelacji materiału obserwacyjnego dokumentowano przebiegi przyspieszeń drgań wszystkich zarejestrowanych zjawisk. Przetworzone w oparciu o specjalnie opracowane programy komputerowe wyniki poszczególnych pomiarów pozwoliły na określenie dla każdego wstrząsu górotworu następujących dodatkowych podstawowych parametrów drgań gruntu na powierzchni: - wartości maksymalnej amplitudy skutecznej przyspieszeń składowych poziomych (NS i EW) i pionowych (Z) A1 sk, A2 sk, A3 sk [mm/s 2 ], - wartości maksymalnej wypadkowej amplitudy skutecznej przyspieszeń składowych poziomych A12 sk [mm/s 2 ], - częstotliwość środka pasma fo [Hz], - szerokość pasma widmowego f [Hz]. Wyznaczone parametry mogą stanowić podstawę dla oceny dynamicznego wpływu wstrząsów górotworu na obiekty budowlane. W ramach przeprowadzonej analizy w oparciu o zebrane informacje występujących wstrząsów górotworu w Kopalni Katowice-Kleofas oraz Kopalń sąsiednich dokonano korelacji prowadzonych pomiarów z zaistniałymi wstrząsami. Jak wykazała korelacja dokonanych rejestracji z notowaniami na stacji sejsmologicznej wstrząsami przyjęte parametry aparatury umożliwiają badanie przyspieszeń spowodowanych wstrząsami od energii 1x10 3 J oraz rejestrację odległych o kilkanaście kilometrów wysokoenergetycznych wstrząsów górotworu. Założona sieć stanowisk pomiarowych na powierzchni w oparciu o wyniki obserwacji umożliwiła wyznaczenie parametrów dynamicznego oddziaływania wstrzą-sów górotworu na obiekty powierzchniowe z uwzględnieniem własności rozchodzenia się drgań sprężystych w eksploatowanym górotworze. Przeprowadzone prace pomiarowe wykazały, że możliwa jest rejestracja silniejszych zjawisk na kilku stanowiskach pomiarowych. Pozwoliło to na udokładnienie charakterystyki kierunkowej rozchodzenia się drgań sprężystych w górotworze oraz wyznaczenie prognozy zagrożenia powierzchni dla większych obszarów. 5. Ocena zagrożenia sejsmicznego powierzchni na podstawie wyników obserwacji sejsmologicznych i przyspieszeń Ocena zagrożenia sejsmicznego powierzchni przeprowadzona może być na podstawie: a) analizy statystycznej wyników obserwacji sejsmologicznych i pomiarów przyspieszeń w obszarze górniczym kopalni i kopalń sąsiednich, b) analitycznych obliczeń maksymalnej energii wstrząsów górotworu dla projektowanej eksploatacji górniczej w powiązaniu z ustaloną zależnością energia sejsmicznaprzyspieszenia w funkcji odległości epicentralnej. 241

Z. GERLACH, E. WYROBEK-GOŁĄB - Możliwości badania zagrożenia sejsmicznego... Warunkiem obiektywnej oceny zagrożenia sejsmicznego badanego rejonu jest odpowiednio dokładny i właściwie udokumentowany statystyczny materiał pomiarowy z zakresu pomiarów sejsmologicznych i przyspieszeń. Dla oceny oddziaływania wstrząsów górotworu na obiekty powierzchniowe i ludzi wykorzystywane są dwie metody: a) makrosejsmiczna - wykorzystująca dla opisu efektu sejsmicznego odczucia wstrząsu (drgań) przez ludzi oraz skutki w obiektach budowlanych, b) pomiarowa - określająca efekt sejsmiczny na podstawie pomiaru parametrów drgań: przyspieszenia, prędkości, częstotliwości itp. W metodzie makrosejsmicznej podstawą oceny zagrożenia sejsmicznego są - skale makrosejsmiczne, natomiast w metodzie pomiarowej - skale pomiarowe ujęte w postaci norm. Ocena wpływu drgań na budynki W zastosowaniach praktycznych dla oceny zagrożenia sejsmicznego obiektów budowlanych najodpowiedniejsze jest wykorzystywanie skali MSK-64 lub zasad polskiej normy PN- 85/B-02170. W szczególnych sytuacjach dla obiektów obserwowanych pomiarowo przy ocenie szkodliwości drgań generowanych wstrząsami górotworu względnie pracami strzałowymi najlepsze wyniki uzyskuje się przy użyciu skal SWD I i SWD II przewidzianych w/w normie. W tych przypadkach konieczna jest obróbka danych pomiarowych metodą analizy tercjowej. Ocena wpływu drgań na ludzi Ocenę oddziaływania drgań na ludzi znajdujących się w budynkach powinno się wykonywać na podstawie Polskiej Normy PN-88/B-02171. Dodatkową ocenę porównawczą można prowadzić w oparciu o charakterystykę wrażliwości ludzi na drgania opracowaną przez Dawenporta w 1972 r. Wprowadzono również Instrukcją Nr 12-GIG w br kryteria oceny uciążliwości użytkowania budynków poddanych wpływom wstrząsów górniczych. Przedmiotowa ocena określa przedziały uciążliwości odpowiednio do maksymalnych wartości przyspieszeń drgań powierzchni w miejscu lokalizacji budynków. Przeprowadzone w analizowanych kopalniach prace pomiarowe i interpretacyjne pozwoliły na wyznaczenie parametrów dynamicznych przyspieszeń dla występujących wstrząsów w przedziale energii od 10 4-10 6 J. Przedmiotowe parametry umożliwiły ocenę dynamicznego oddziaływania wstrząsów górotworu na obiekty powierzchniowe. W szczególności dla poszczególnych rejonów i okresów badawczych uzyskano odpowiedni rozkład parametrów przyspieszeń i energii, który zestawiono w tabeli 5.1. Tabela 5.1 Parametrów przyspieszeń i energii dla poszczególnych rejonów i okresów badawczych Kopalnia Emax Parametry przyspieszeń Okres [J] a 1,2max [min/s 2 ] fo [Hz] f [Hz] Katowice-Kleofas 6x3-4x6 5,7-115,8 5,6-11,1 3,1-4,6 1994-1999 RUCH II Marcel 2,7x4-6,4x6 6,4-149 5,1-11,4 3,9-6,4 1998-1999 Rozbark 2,6x4-1,5x5 24,8-83,3 8,4-25,0 6,6-14 1998-1999 Uzyskane wyniki pomiarów w badanych kopalniach wykazały, że: - wartości maksymalnej amplitudy przyspieszeń wypadkowej składowych poziomych nie przekraczają 150 mm/s 2, - maksymalna energia wstrząsów wynosiła E = 6,4x10 6 J. 242

Szczegółowy rozkład maksymalnej energii sejsmicznej E max i maksymalnego przyspieszenia A 1,2max w badanych kopalniach przedstawiono na rysunkach 5.1, 5.2, 5.3. Podsumowując można stwierdzić, że uzyskane doświadczenia pomiarowe i badawcze pozwalają na dokonywanie oceny szkodliwości oddziaływania wstrząsów górotworu na obiekty powierzchniowe oraz ustalenie uciążliwości użytkowania budynków przez ludzi. Uważa się za właściwe, żeby ocenę szkodliwości i uciążliwości oddziaływania wstrząsów górotworu przeprowadzać na podstawie indywidualnej analizy obiektów budowlanych z uwzględnieniem rodzaju konstrukcji, stopnia zużycia i odporności budynku itp. Rys. 5.1 Rozkład maksymalnych wartości energii Emax i przyspieszeń A1,2max dla eksploatacji pokładu 510 pod Osiedlem Paderewskiego w latach 1994-1999 Rys. 5.2 Rozkład maksymalnych wartości energii Emax i przyspieszeń A1,2max w KWK Marcel w latach 1998-1999 243

Z. GERLACH, E. WYROBEK-GOŁĄB - Możliwości badania zagrożenia sejsmicznego... Rys. 5.3 Rozkład maksymalnych wartości energii Emax i przyspieszeń A1,2max w KWK Rozbark - Lompa - w kwartałach 1996-1999 6. Wnioski 1) Zwiększanie się głębokości eksploatacji, pogarszania się warunków złożowych i górniczych oraz konieczność rozszerzenia zakresu eksploatacji pokładów węgla w terenach silnie zabudowanych oraz w filarach ochronnych specjalnych obiektów powierzchniowych wskazuje na potrzebę dalszej rozbudowy sieci pomiarowych przyspieszeń w rejonach aktywnych sejsmicznie i wymagających ochrony powierzchni. 2) Uzyskane dotychczasowymi pomiarami zależności opisujące oddziaływanie wstrząsów górotworu na powierzchnię, w tym zależność przyspieszenia drgań gruntu powierzchni od energii wstrząsów E i odległości epicentralnej mają głównie znaczenie lokalne i charakteryzują się dużym rozrzutem statystycznym. 3) Przeprowadzone w ostatnich latach pomiary i obserwacje przyspieszeń drgań gruntu zapewniły obszerny materiał badawczy umożliwiający prawidłową ocenę sposobu i wielkości oddziaływania wstrząsów górotworu na powierzchnię z uwzględnieniem parametrów przyspieszenia i częstotliwości drgań. 4) Przyjęty sposób obserwacji interpretacji danych pomiarowych z zastosowaniem wartości skutecznej amplitudy przyspieszeń wykazał dobrą zgodność oceny zagrożenia sejsmicznego obiektów budowlanych z występującymi uszkodzeniami względnie ich brakiem. 5) Dla usprawnienia prowadzenia obserwacji dynamicznego oddziaływania wstrząsów górniczych na powierzchnię uważa się za właściwe: - prowadzenie ścisłej korelacji wartości energii sejsmicznej wyznaczonej w kopalniach z powierzchniowymi wzorcowymi stacjami sejsmologicznymi od energii minimum 5x10 4 J, 244

- rozszerzenie zakresu pomiarów przyspieszeń w aktywnych sejsmicznie obszarach górniczych kopalń dla uzyskania wyników w zróżnicowanych warunkach przenoszenia energii sejsmicznej i ochrony powierzchni, - dokonanie modernizacji aparatury oraz jej oprogramowania dla dalszego usprawnienia procesu obserwacyjnego poprzez zapewnienie możliwości pełnej obróbki przebiegów przyspieszeń drgań, lepszej selekcji zakłóceń, zwiększenie czasu trwania zapisu drgań oraz określenia ich częstotliwości, - przeprowadzenie weryfikacji obowiązujących skal i norm w oparciu o wyniki pomiarów i udokumentowane szkody w obiektach budowlanych. 6. Zbudowane w kopalniach sieci stanowisk pomiarowych dla określenia intensywności oddziaływania dynamicznego wstrząsów górniczych w miarę rozszerzania obserwacji powinny zapewnić możliwość dokonania dokładnej oceny szkodliwości wstrząsów górotworu dla różnych obiektów zabudowy powierzchni. Literatura [1] Dubiński J., Gerlach Z., 1983: Ocena oddziaływania górniczych wstrząsów górotworu na środowisko naturalne. Przegląd Górniczy nr 3. [2] Cianciara B., Marcak H, Bugno T, 1994: Pomiary przyspieszeń cząstek gruntu wywołanych wstrząsami górniczymi. Mat. Konf. AGH Ekologia w górnictwie a geofizyka. [3] Cianciara B., Cianciara A., 1997: Zastosowanie aproksymacji stochastycznej do oceny parametrów opisujących zależności oddziaływania wstrząsów górniczych na powierzchnię. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa 12/328 Katowice. [4] Gerlach Z., 1991: Empiryczne modele przewidywania stanów zwiększonego zagrożenia tąpaniami w oparciu o wyniki sejsmologii górniczej. Praca doktorska AGH, Kraków. [5] Gerlach Z., Wyrobek E., 1991: Ocena zagrożenia tąpaniami na podstawie przestrzennego rozkładu wstrząsów górotworu. Mat. Konf. AGH n.t. Eksploatacja złóż w warunkach występowania zagrożeń naturalnych. Kraków. [6] Cianciara B., Gerlach Z., Wyrobek-Gołąb E., Pawełczyk H., 1998: Doświadczenia z obserwacji przyspieszeń drgań gruntu wywołanych wstrząsami górotworu w rejonie eksploatacji pokładu 510 pod Osiedlem Paderewskiego w Katowicach. Mat. PAN Kraków, Warsztaty 98. [7] Mutke G., 1991: Metoda prognozowania parametrów drgań podłoża generowanych wstrząsami górniczymi w obszarze GZW. Praca doktorska, Katowice. The possibilities of examination of seismic danger on the surface on the basis of ground vibration acceleration The methodology of observation of ground vibration acceleration in seismic highurbanised region was introduced. Especially, the method of measurements, used equipment and data proccesing were described. The most important factor influencing on a value of registered ground vibration acceleration were analysed. Some results of seismic danger estimation on the surface based on seismological data were discused. 245