fot: Jarosław Galusek/ARC
Trzy z sześciu szybów Ziemowita górują nad zabudowaniami kopalni
fot: Jarosław Galusek/ARC
W ruchu Ziemowit kopalni Piast-Ziemowit wdrożono system PPV oparty o trójskładowe sondy pomiarowe produkcji Głównego Instytutu Górnictwa o parametrach gwarantujących nieprzesterowane rejestracje wstrząsów wysokoenergetycznych.
Sondy utrzymywane są bliskiej odległości frontu ściany do 200 m i przebudowywane wraz z jej postępem i umożliwiają ciągły monitoring wpływu wstrząsów górniczych towarzyszących zbliżającemu się frontowi ścianowemu na utrzymywane wyrobisko oraz obserwację aktywności sejsmicznej w sąsiedztwie prowadzonej ściany w tzw. bliskim polu falowym. Uzyskane wyniki pomiarów pozwalają śledzić zmiany wartości PPV w zależności od energii rejestrowanych wstrząsów oraz odległości ich ognisk od stanowiska pomiarowego.
Oddział KWK Piast-Ziemowit ruch Ziemowit prowadzi eksploatację pokładów węgla stratygraficznie należących do warstw łaziskich i orzeskich górnośląskiego karbonu produktywnego. Obecnie wydobycie kopalni koncentruje się w dwóch pokładach 206 i 209. Eksploatacji pokładu 209 z uwagi na warunki geologiczno-górnicze, w tym znaczną głębokość zalegania i obecność zaszłości eksploatacyjnych wcześniej wybieranych pokładów nadległych, towarzyszy aktywność sejsmiczna.
Jej poziom jest okresowo wysoki. Rejestrowane wstrząsy wysokoenergetyczne osiągają energie rzędu 107J, a nawet 108J. Wstrząsy górotworu o wysokich energiach są wnikliwie analizowane przez Stację Geofizyki Górniczej celem poznania ich genezy, właściwości, wpływu na stateczność wyrobisk górniczych oraz ewentualnej konieczności stosowania środków profilaktyki tąpaniowej.
Przy tego typu analizach niezbędna jest znajomość dokładnej lokalizacji hipocentrów wstrząsów oraz dynamicznych obciążeń w górotworze.
System obserwacji
- Problem dokładnego wyznaczenia hipocentrum wstrząsu stanowi wyzwanie dla większości stacji geofizyki górniczej. Geneza tego zagadnienia związana jest głównie z możliwym do wykorzystania w celu zabudowy sond geofonowych bądź sejsmometrów układem wyrobisk górniczych, a co za tym idzie stosunkowo niewielkimi odległościami pionowymi między czujnikami sejsmicznymi.
Wymuszony w ten sposób układ sieci sejsmologicznej pozwalał Stacji Geofizyki Górniczej ruchu Ziemowit na lokalizację epicentrum wstrząsów górniczych z średnim całkowitym błędem około 22 m. Natomiast średni błąd wyznaczenia głębokości był często większy niż 100 m – zwraca uwagę Krzysztof Wieczorek, kierownik kopalnianej stacji geofizyki górniczej w ruchu Ziemowit.
Stacja Geofizyki Górniczej KWK Piast-Ziemowit Ruch Ziemowit wyposażona jest w system obserwacji obejmujący 64-kanałową aparaturę dołową typu SOS, oraz rozbudowywaną na przestrzeni lat sieć rejestratorów powierzchniowych AMAX-GSI. Zarówno aparatura dołowa jak i rejestratory powierzchniowe zostały wyprodukowane i dostarczone przez GIG.
Pojemność aparatury w połączeniu z mobilnością sond pomiarowych pozwala na tworzenie tzw. podsieci lub inaczej sieci oddziałowych, obejmujących poszczególne rejony kopalni.
Czujniki pomiarowe rozmieszczone wokół monitorowanego obszaru, w stosunkowo niewielkich odległościach od siebie zwiększają możliwości rejestracji wstrząsów o niskich energiach, co pozwala na prowadzenie dokładniejszych analiz stanu zagrożenia tąpaniami oraz lokalizację epicentrum wstrząsów górniczych z średnim całkowitym błędem około 10 m.
Sieć tego typu funkcjonuje obecnie w najbardziej aktywnych sejsmicznie rejonach obejmujących ściany 105 i 106 w pokładzie 209 w bloku E i ścianę 922 w pokładzie 209 w bloku D. Rejestratory AMAX-GSI umożliwiają pomiar rzeczywistych parametrów drgań gruntu wywołanych wstrząsami górniczymi i ocenę intensywności ich oddziaływania na powierzchnię.
Ogniska wstrząsów
Celem zmniejszenia błędu lokalizacji współrzędnej pionowej ognisk wstrząsów górniczych, a co za tym idzie lepszego poznania genezy ich wystąpienia kopalnia podjęła działania zmierzające do poszerzenia zakresu wykorzystania posiadanego zaplecza aparaturowego i wykorzystania rejestratorów powierzchniowych do lokalizacji ognisk wstrząsów.
W tym celu dokonano czasowej synchronizacji zapisów wstrząsów zarejestrowanych na aparaturze dołowej z rejestracjami prędkości drgań gruntu zapisanymi na stanowiskach znajdujących się na powierzchni terenu górniczego. Zadanie realizowano dwuetapowo: w 2016 r. dokonano synchronizacji z aparaturą dołową trzech stanowisk powierzchniowych, a w 2019 r. kolejnych dwóch.
Można szacować, że zastosowanie tych zabiegów pozwoliło zmniejszyć średni błąd wyznaczenia głębokości do około 20 -30 m i umożliwiło uzyskanie miarodajnych danych na temat głębokości wstrząsów z najbardziej aktywnych sejsmicznie rejonów kopalni.
Do całościowej analizy wstrząsu sejsmicznego oprócz możliwie dokładnego wyznaczenia położenia jego hipocentrum potrzebna jeszcze jest znajomość statycznych i dynamicznych obciążeń w górotworze. Rozwijane na przestrzeni lat metody obliczeniowe pozwalają na wiarygodne wyznaczanie obciążeń statycznych, natomiast jednym z podstawowych parametrów pozwalających na określenie obciążeń dynamicznych jest wartość pikowa maksymalnej amplitudy prędkości drgań cząstek górotworu (PPV).
- Takie szersze podejście do problemu genezy wstrząsów przez Kopalnianą Stację Geofizyki Ruchu Ziemowit wykazało, że występujące wstrząsy nie stwarzały zagrożenia dla obudowy wyrobisk górniczych i załogi zatrudnionej w tych wyrobiskach oraz że ich ogniska umiejscowione są w znacznej odległości od wyrobisk i wysoko ponad pokładem, a co za tym idzie nie występuje konieczność prowadzenia aktywnej profilaktyki tąpaniowej. Fakty te znajdują odzwierciedlenie w niskich wartościach PPV rejestrowanych po wstrząsach wysokoenergetycznych oraz silnych odczuciach tych wstrząsów zgłaszanych przez mieszkańców terenu górniczego – wskazuje Krzysztof Wieczorek.
Opisane przedsięwzięcia kopalnia realizuje przy współpracy z Głównym Instytutem Górnictwa w Katowicach. Wykorzystanie posiadanej aparatury sejsmologicznej, potencjału kadry inżynieryjno-technicznej, w tym wykwalifikowanych geofizyków górniczych oraz doświadczenia i zaplecza naukowo-badawczego Zakładu Geologii i Geofizyki GIG, pozwoliło na osiągnięcie bardzo dobrych rezultatów przy minimalnych nakładach finansowych, bez ponoszenia kosztów zakupu specjalistycznej aparatury sięgających 1 mln zł.
