Inverse problems in modelling mining shocks
 
More details
Hide details
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2009;25(3):217–225
 
KEYWORDS
ABSTRACT
The polish mining industry confronts a number of obstacles. One of these is the necessity to reach deep layers in both coal and underground copper mines. One of the consequences of this deep mining activity is the need to cope with the high risk of rock bursts. Associated risks to the health and life of miners must be considered. Geophysical methods are used to identify deformation processes in rock masses prior to seismic events. Due to the complexity of the problem of analyzing the movements of rock masses that produce seismic shocks it is often concluded that predicting mining shocks is impossible. An analogy of the problem can be constructed by considering the movement of two masses, linked to a moving frame and each other by springs, on a surface with friction. The masses are analogous to rock masses and the surface to a discontinuity along which they are moving producing seismic shocks. Analysing this model leads to the conclusion that predicting mining shocks is impossible. However, by examining the conditions under which shocks occur, it turns out that geophysical measurements can be used to identify the inelastic deformation processes in rock masses that precede strong mining shocks. It can be shown that the deformations occurring before strong mining shocks have several stages, including splitting in the roof an exploited seam (the roof layer), the occurrence and development of sliding planes in the seismic zone (zone of seismic migration), the tightening of micro-fractures and cracks in the volume of the future seismic source and, the final stage, a seismic release of energy. The development of seismic inelastic deformations cause changes in the physical properties of rock-masses as well as changes in seismic emissions. Both of these can be recorded using geophysical measurement systems. The correct interpretation of geophysical measurements recorded in underground mines can lead to better identification of the stages of inelastic deformation that precede seismic shocks.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Zagadnienia odwrotne w modelowaniu wstrząsów górniczych
pomiary geofizyczne, sejsmiczna powierzchnia nieciągłości, zaciskanie mikropęknięć, migracja sejsmiczna
Współczesny przemysł górniczy w Polsce jest ograniczony wieloma przeszkodami. Jedną z nich jest konieczność eksploatacji urobku z dużych głębokości, zarówno w kopalnictwie węglowym jak i rudnym. Konsekwencją tej sytuacji jest między innymi konieczność podejmowania eksploatacji w warunkach zagrożenia tąpaniami. Tąpnięcia niosą ze sobą duże ryzyko utraty zdrowia, a nawet życia górników. Powodują jednocześnie istotne perturbacje w procesie wydobywczym i są związane z dużymi stratami ekonomicznymi. Istniejące metody geofizyczne pozwalają śledzić proces deformacji poprzedzającej tąpnięcie, a w konsekwencji oceniać ryzyko jego powstania. Nie jest to jednak zadanie proste. Analogia pomiędzy ruchem dwóch mas powiązanych z ramą poruszającą się za pomocą sprężyn oraz przesuwaniem mas na dwóch powierzchniach nieciągłości prowadzi do wniosku, że przewidywanie wstrząsów w konkretnej sytuacji górniczej jest niemożliwe. Jeżeli jednak zadamy pytanie, jakie warunki musiały być spełnione aby wstrząs powstał (zadanie odwrotne), to okazuje się, że pomiary geofizyczne mogą spełniać istotną rolę w identyfikacji procesów deformacji niesprężystej w górotworze, które muszą poprzedzać powstanie silnego wstrząsu górniczego. Można wykazać, że silny wstrząs górniczy musi być poprzedzony kilkoma etapami deformacji takimi jak: odspojenie warstwy stropowej, wytworzenie płaszczyzny nieciągłości, rozwój tej strefy i związana z nim migracja sejsmiczna, zaciskanie szczelin w przyszłym obszarze źródłowym wreszcie sejsmiczna relaksacja. Rozwojowi kolejnych etapów deformacji towarzyszą zmiany właściwości fizycznych i zmiany emisji fal sprężystych, które można rejestrować metodami geofizycznymi. Strategia interpretacji wyników pomiarów geofizycznych, której celem jest identyfikacja poszczególnych etapów deformacji poprzedzającej wstrząs sejsmiczny pozwoli lepiej wykorzystać wyniki pomiarów sejsmicznych w kopalniach.
 
REFERENCES (18)
1.
Alu K., Richards P.G., 1980 - Qualitative Seismology. W.H. Freeman and Company, San Francisco, 1-519.
 
2.
Dubiński J., 1989 - Sejsmiczna metoda wyprzedzającej oceny zagrożenia wstrząsami górniczymi w kopalniach węgla kamiennego. Prace GIG, seria dodatkowa, Katowice.
 
3.
Fajklewicz Z., 2007 - Grawimetria stosowana. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków, 424.
 
4.
Jeager J.C., Cook N.G.W., 1971 - Fundaments of rock mechanics Chapman and Hall L.T.D., 365.
 
5.
Marcak H., 1985 - Geofizyczne modele procesu destrukcji skał poprzedzające tąpnięcie i wstrząsy w kopalniach podziemnych. Publ. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sc. M-6, s. 149-173.
 
6.
Marcak H., 1992 - Zastosowanie modelu dylatacyjno-plastycznego do oceny stanu zagrożenia tąpaniami. Zesz. Nauk. AGH, s. Geod. Stosowana, z. 9, 39-57.
 
7.
Marcak H., 1997 - Teoretyczne podstawy badania zagrożeń naturalnych w kopalniach metodami geofizycznymi. Mat. Szk. Ekspl. Podz., CPPGSMiE.
 
8.
Marcak H., 2002 - The influence of strata and tectonics on the rockburst hisk In Polish mines. Seismogenic Process Monitoring (Ogasarava M.,Yanagidani T., Ando H. eds.). Balkema, Roterdam, 51-61.
 
9.
Marcak H., 2006 - A Geophysical model for the analysis of seismic emission in the area of rock beam splitting caused by mining operations. International Mining Forum 2006 Ed. Sobczyk and Kicki Taylor and Francis, 73-87.
 
10.
Marcak H., 2008 - Fizyczne podstawy użycia metod geofizycznych w badaniach naprężeń w skałce. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 24, z. 2/3, 177-199.
 
11.
Marcak H., Stopyra J., Damżal J., Wróbel J., 1977 - Zmiany parametrów strefy spękanej w stropie chodnika wykonanego w samodzielnej obudowie kotwiowej. Przegląd Górniczy 5, 7.
 
12.
Matwiejszyn A., Ptak M., 2002 - Measurements of borehole deformations for assessment of rockburst hazard. Seismogenic Process Monitoring (Ogasavara M., Yanagidani T., AndoMeds.). Balkema, Rotterdam, 30-39.
 
13.
Orzepowski S., 1998 - Próba określenia ryzyka powstania tąpnięć na podstawie pomiarów deformacji w pionowych otworach i ich związek z zarejestrowaną sejsmicznością. Materiały XXI Zimowej Szkoły Geomechaniki AGH, 349-367.
 
14.
Pilecka E., 2008 - Analiza kierunków lineametrów na obrazach satelitarnych w aspekcie występowania sesjsmiczności indukowanej na terenie LGOM. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 24, z. 2/3, 135-146.
 
15.
Szreder Z., Pilecki J., Kłosiński J., 2008 - Efektywność rozpoznania oddziaływań krawędzi eksploatacyjnych metodami tłumienia oraz prędkości fali sejsmicznej. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 24, z. 2/3, 215-227.
 
16.
Tarantale A., 1987 - Inverse problem theory. Elsevier, Amsterdam, 320.
 
17.
Turcotte D.L., Schubert G., 2002 - Geodynamics. Cambridge University Press, 456.
 
18.
Zorychta A., 2002 - Tąpnięcia jako zjawiska utraty stateczności skał otaczających wyrobisko. Geomechaniczne modele górotworu tąpiącego. Bibl. Szkol. Ekspl. Podz. IGSMiE PAN.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953