fot: Sylwia Jarosławska-Sobór
- W ciągu roku prowadzonej eksploatacji w rejonie danej ściany może być nawet kilka tysięcy wstrząsów - podkreśla prof. Grzegorz Mutke
fot: Sylwia Jarosławska-Sobór
- Jeśli wybieramy pokład węgla o jakiejś miąższości, to naturalną rzeczą jest, że naruszamy równowagę panującą w górotworze. Wstrząs jest właśnie reakcją na dokonujące się zmiany w strukturze - wyjaśnia prof. GRZEGORZ MUTKE, kierownik Zakładu Geologii, Geofizyki i Ochrony Powierzchni w Głównym Instytucie Górnictwa
W poniedziałek wieczorem zakołysało Śląskiem. Zatrzęsło w kopalni Mysłowice-Wesoła.
To był wysokoenergetyczny wstrząs. Jego energię określono na 2x10^8 J. Sprawdziliśmy to w oparciu o dane z Górnośląskiej Regionalnej Sieci Sejsmologicznej, która należy do Głównego Instytutu Górnictwa. Ta weryfikacja była konieczna, bo aparatura działająca przy kopalnianych stacjach nie zawsze daje sobie radę z tymi najsilniejszymi wstrząsami. GRSS ma stacje sejsmiczne rozmieszczone na całym obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego i sprzęt specjalnie skonfigurowany do analizy najsilniejszych wstrząsów.
Ta weryfikacja nastąpiła bardzo szybko. Pierwsza wartość, która była podawana zaraz po wstrząsie, wynosiła 4x10^7. Kilkadziesiąt minut później okazało się, że wstrząs był mocniejszy.
W tym przypadku nastąpiło to rzeczywiście szybko. Czasem jednak potrzeba nawet kilku godzin. Ta weryfikacja poza dokładnym określeniem energii ma także znaczenie na przyszłość. W ten sposób bowiem otrzymujemy cenne dane do prowadzonych badań czy do oceny oddziaływania wstrząsów i ich skutków na powierzchni. Ten poniedziałkowy wstrząs był mocno odczuwalny. Sygnały na ten temat wpływały do GRSS z wielu miast regionu, m.in. z Mysłowic, Katowic czy Sosnowca. Pojawiały się m.in. informacje o bujających się blokach.
Zestawiając tę energię z magnitudą Richtera, to przy wstrząsie o energii 2x10^8 J możemy mówić o 3,4 stopnia w tej właśnie skali. To się pokrywa mniej więcej z doniesieniami z innych serwisów, które w swoim założeniu zajmują się głównie trzęsieniami ziemi.
Jaka jest różnica pomiędzy trzęsieniem ziemi a wstrząsem górniczym?
Te pierwsze występują na większych głębokościach. Najpłytsze trzęsienia ziemi występują na poziomie kilkunastu kilometrów. Jeśli mówimy o różnicach, to muszę tu zwrócić uwagę na fakt, że ludzie często wymiennie używają terminów wstrząs i tąpnięcie. Nie każdy wstrząs jest tąpnięciem. Tąpnięcie to bowiem zjawisko dynamiczne, spowodowane wstrząsem górotworu, w wyniku którego wyrobisko lub jego odcinek uległo gwałtownemu zniszczeniu lub uszkodzeniu, w następstwie czego nastąpiła całkowita lub częściowa utrata jego funkcjonalności lub bezpieczeństwa jego użytkowania. Z takim właśnie zdarzeniem mieliśmy do czynienia w Mysłowicach-Wesołej.
Zagraniczne serwisy pokazywały, że epicentrum wstrząsu w Wesołej miało miejsce na głębokości 10 km. Czy to możliwe?
Pod względem długości i szerokości geograficznej w miarę dobrze zlokalizowały ten wstrząs, ale co do głębokości, to należy traktować ją jako niewiarygodną. To może wynikać z obliczeń, które dla ich stacji sejsmicznych – oddalonych od kilkudziesięciu do nawet kilkuset kilometrów od tych naszych zdarzeń – skutkują tak dużymi błędami. Z naszych obliczeń wynika, że to zdarzenie było w pobliżu tej ściany, czyli w okolicy głębokości 700-900 m. Czasami silne wstrząsy mogą być oddalone 1-2 km od frontu ściany eksploatacyjnej, ale to już jest związane z konkretnymi mechanizmami działającymi w górotworze. Może mieć na to wpływ oddziaływanie górniczej działalności człowieka na pobliskie strefy tektoniczne. Nie zapominajmy o tym, że to nasza obecność w górotworze zmienia układ naprężeń.
Górotwór zatem daje nam znać.
Źródłem powstania wstrząsów jest oczywiście postępująca eksploatacja. Jeśli wybieramy pokład węgla o jakiejś miąższości, to naturalną rzeczą jest, że naruszamy równowagę panującą w górotworze. Wstrząs jest właśnie reakcją na dokonujące się zmiany w strukturze. Na Górnym Śląsku skały, które najczęściej otaczają pokłady węgla, to piaskowce, które są mocne i sprężyste. To w nich co jakiś czas, wskutek eksploatacji, dochodzi do pęknięć i to one dają znać o sobie w postaci wstrząsów. Te naprężenia muszą się wyrównywać i wstrząsy do tego mają właśnie doprowadzić. Są także wstrząsy, których źródła trzeba szukać w tektonice i są one związane z uskokami. To są najczęściej te najsilniejsze zjawiska o energii 10^9 J. Mechanizm ich powstawania jest zbliżony do tych znanych z trzęsień ziemi. Te wstrząsy zdecydowanie częściej powodują skutki na powierzchni.
Ile dziennie wstrząsów górniczych notujemy na Śląsku?
Wszystko zależy od tego, o jakich wstrząsach mówimy. Mam tu na myśli ich energię. Liczba wstrząsów i wyzwalana przez nie energia to jedna z podstawowych zależności w sejsmologii. Można to opisać w ten sposób, że wstrząsów o małej magnitudzie jest dużo, a tych o dużej jest mniej. Dlatego wstrząsy o energii 10^9 J występują raz na rok czy raz na dwa lata, ale takich o energii 10^6 J możemy już mieć w skali roku od 200 do 400, a takich ocenionych na 10^5 J może już być w ciągu 12 miesięcy nawet 1000 i więcej.
To tylko w pewnym stopniu pokazuje, o jak częstym zjawisku mówimy. Warto dodać, że wokół ściany, gdzie prowadzone jest wydobycie, takie małe wstrząsy mają miejsce w zasadzie cały czas i nie są one odczuwane ani na dole, ani tym bardziej na powierzchni.
W ciągu roku prowadzonej eksploatacji w rejonie danej ściany może ich być nawet kilka tysięcy.
Informacje o tych wstrząsach dużych i małych są na wagę złota?
Tak. To one pozwalają na wybór odpowiedniej profilaktyki, np. wykonywanie strzelań odprężających i torpedujących, czy zastosowanie odpowiedniej obudowy. Te obecnie wykorzystywane wytrzymują dużo większe obciążenia dynamiczne niż te sprzed trzech czy czterech dekad.
Który rejon w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym jest najbardziej aktywny pod względem wstrząsów górniczych?
Wszystko zależy od tego, czy w danym miejscu jest prowadzona eksploatacja, bo to z nią są związane wstrząsy. Wiadomo, że to się jednak zmienia. Silne wstrząsy odnotowywaliśmy i odnotowujemy w rejonie Niecki Bytomskiej i Uskoku Kłodnickiego. To po wstrząsie w tym rejonie prowadzono akcję ratowniczą w ruchu Śląsk, która trwała 67 dni. Musimy też pamiętać, że są takie rejony, gdzie eksploatacja jest prowadzona od wielu, wielu lat. Te zaszłości znacząco wpływają na aktywność górotworu i układ naprężeń w nim występujących. Poza tymi rejonami trzeba też wspomnieć o kopalniach nadwiślańskich oraz jastrzębskich. Tu można podać przykład wstrząsu w Zofiówce w maju 2018 r.
Wstrząsów nie da się przewidzieć co do miejsca, dnia i godziny, ale jednak z jakimś prawdopodobieństwem możemy chyba przewidzieć potencjalną aktywność górotworu.
Takie dokładne wskazanie miejsca i czasu nie jest możliwe, podobnie jak ma to miejsce w przypadku trzęsień ziemi. Obracamy się tu wręcz na poziomie dynamiki odkształceń o charakterze chaosu zdeterminowanego, z możliwością różnych scenariuszy rozwoju emisji sejsmicznej. W przypadku trzęsień ziemi stosuje się jednak ujęcie statystyczne. W kopalniach nie wiemy, kiedy wstrząs może wystąpić, ale za to przed eksploatacją możemy dokonać obliczeń geomechanicznych w zakresie tego, jaką energię sejsmiczną może wygenerować otoczenie ściany oraz stosujemy monitoring sejsmiczny do bieżącej predykcji stanu zagrożenia.
Pod to dobieramy profilaktykę, czyli sposób eksploatacji, odpowiednie obudowy, strzelanie odprężające i inne. Tyle możemy zrobić, tym bardziej że mamy do czynienia z przyrodą i nigdy do końca nie będziemy wiedzieć, co jest w górotworze.
