Dla geofizyków kluczowa jest identyfikacja bezpośrednich przyczyn zaistnienia wstrząsu

Pracownicy Działu Tąpań kopalni Bobrek-Piekary każdego dnia podsłuchują górotwór

Tąpnięcia należą do najbardziej niebezpiecznych zjawisk, jakie mają miejsce w podziemnych kopalniach różnych surowców mineralnych. W polskim górnictwie towarzyszą eksploatacji pokładów węgla kamiennego na Śląsku i rudy miedzi w rejonie Lubina i Polkowic. W zakładach górniczych, w których występuje zagrożenie tąpaniami, podejmuje się działania mające na celu zminimalizowanie tego zagrożenia. Duża w tym rola specjalistycznej aparatury i obsługującej ją kadry specjalistów.

– W 2007 r. zanotowaliśmy pierwszy wstrząs o charakterze regionalnym o energii sejsmicznej 1×10 do 9 J. W sumie od tego zdarzenia zarejestrowano 8 podobnych, najsilniejszy miał miejsce 23 kwietnia 2018 r. i wyniósł 2×10 do 9 J. Zjawiska te nie spowodowały żadnych skutków na dole kopalni. Natomiast na powierzchni odczuwalne były w promieniu kilkunastu kilometrów od epicentrum wstrząsu. A zatem do najsilniejszych wstrząsów wcale nie dochodzi tak często, natomiast tych niskoenergetycznych bywa sporo. Do połowy kwietnia br. nasze czujniki zanotowały ich ok. 700. Praktycznie nie są odczuwalne na powierzchni, a nawet na dole. Dla porównania tzw. wstrząsy wysokoenergetyczne o energiach rzędu 10 do 5 J w tym samym okresie wystąpiły trzy – wylicza Marek Gałczyński, nadsztygar ds. tąpań w kopalni Bobrek-Piekary w Bytomiu.

Według danych Głównego Instytutu Górnictwa rocznie w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym obecnie występuje ok. 1000-1500 wstrząsów wysokoenergetycznych. Jednak w latach 80. i 90. ub. stulecia takich wstrząsów występowało znacznie więcej, od 2000 do 3000 rocznie. Mniejsza liczba wstrząsów to w opinii dr. hab. Grzegorza Matke, kierownika Zakładu Geologii i Geofizyki, efekt mniejszego wydobycia węgla i bardziej racjonalnej gospodarki złożami oraz skuteczniejszej profilaktyki górniczej.

– Profilaktyka jest niezwykle istotna i na tym polu odnosimy sukcesy. Mamy do dyspozycji nowoczesne narzędzia informatyczne. Z pomocą przychodzi nam sejsmologia, system obserwacji sejsmologicznej SOS służący do transmisji rejestracji i analizy zjawisk sejsmicznych zaistniałych w podziemnych wyrobiskach górniczych. Rejestrowane zjawiska są przesyłane do komputera, gdzie poddawane są obróbce i analizie – opisuje Wojciech Tetla, kierownik Działu Tąpań w bytomskiej kopalni.

Metoda sejsmoakustyczna służy do rejestracji pękań w węglu, któremu towarzyszą drgania akustyczne w postaci trzasków i stuków. Są one odbierane przez zainstalowane pod ziemią geofony i przekazywane do rejestratorów zainstalowanych na powierzchni. Geofizycy nadsłuchują, jak zachowuje się górotwór w trakcie eksploatacji.

Kierowana przez Wojciecha Tetlę grupa pracowników szykuje się właśnie do zjazdu na dół celem wykonania otworów sondażowych w planowanej do eksploatacji ścianie. To kolejna metoda monitorowania bieżącego stanu zagrożenia tąpaniami.

– Jest bardzo przydatna. Daje obraz naprężeń w górotworze. Trzeba wywiercić otwory o średnicy 42 mm. Wychód zwiercin daje nam informację, czy w danym momencie strefa zagrożenia tąpaniami jest przed nami, czy nie. Jeśli w danym miejscu ciśnienie okaże się większe, to nacisk na ścianki otworu będzie powodował, że tych wiercin z węgla wyjdzie więcej. Ile? To szczegółowo reguluje instrukcja, a nie żadne widzimisię. Wierciny dają precyzyjny obraz tego, co dzieje się w górotworze – wyjaśnia Tetla.

Na tym jednak nie koniec, bowiem geofizycy mają w rękach kolejną metodę, tym razem wzbudzonej aktywności sejsmoakustycznej. Badanie górotworu przebiega drogą wzbudzenia fali akustycznej małymi ładunkami wybuchowymi. Zwykle jest to 1 kg materiału wybuchowego na jeden otwór. Po odpaleniu ładunku powstają mikropęknięcia (impulsy) będące efektem rozładowania energii górotworu. Impulsy są zliczane przez aparaturę i na tej podstawie określone zostaje zagrożenie tąpaniowe dla danego rejonu kopalni.

Jest jeszcze jeden sposób oceny tego zagrożenia, zwany metodą rozeznania górniczego. Polega na określeniu potencjalnego zagrożenia wynikającego z warunków geologiczno-górniczych: głębokości eksploatacji, występowania krawędzi eksploatacyjnych pokładów wcześniej wybranych, występowania uskoków, czy też naturalnej skłonności do tąpań.

Dla geofizyków kluczowa jest identyfikacja bezpośrednich przyczyn zaistnienia wstrząsu. Wówczas można prowadzić bardziej skuteczne działania profilaktyczne.

Stacja sejsmiczna w bytomskiej kopalni została wyposażona w najnowszy sprzęt techniczny. 32-kanałowa aparatura sejsmoakustyczna i 80-kanałowa aparatura sejsmologiczna prowadzą non stop obserwację górotworu. Aktualnie w podziemnych wyrobiskach Bobrka zabudowanych jest 19 sond sejsmologicznych i 18 geofonów do obserwacji sejsmoakustycznych. Dane odświeżane są przez aparaturę co 17 sekund. Takie możliwości to m.in. plon uczestnictwa zakładu w pierwszym etapie największego europejskiego projektu EPOS w zakresie infrastruktury badawczej, obejmującego sieci sejsmologiczne i geodezyjne. Zebrane doświadczenia pozwalają uczestnikom projektu na lepsze rozpoznawanie zagrożeń geodynamicznych na terenach górniczych, zwiększenie bezpieczeństwa pracy w polskich kopalniach węgla i ograniczenie negatywnych skutków środowiskowych i społecznych.

 

Wstrząs górniczy to gwałtowne rozładowanie naprężeń w skorupie ziemskiej połączone z ruchem warstw skalnych i związane z działalnością człowieka w litosferze. Tąpnięcie to z kolei rozładowanie energii sejsmicznej (potencjalnej) nagromadzonej w górotworze, powodujące skutki w wyrobisku górniczym: utratę funkcjonalności wyrobisk górniczych (wyrzucenie materiału skalnego do wyrobiska górniczego, wypiętrzenie spągu, uszkodzenie lub zniszczenie obudowy itp.) i wypadki.

Tąpnięcie zaliczane jest do zagrożeń naturalnych w górnictwie i błędnie utożsamiane z każdym wstrząsem pochodzenia górniczego.