docZygmunt GERLACH Ewa WYROBEK-GOŁĄB Możliwości badania
download 
Reklamacja Transkrypt
Zygmunt GERLACH Ewa WYROBEK-GOŁĄB Możliwości badania
WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie ____________________________________________________________________________ Mat. Symp. Warsztaty 2000 str. 235-245 Zygmunt GERLACH KHW S.A. KWK „Katowice-Kleofas”, Katowice Ewa WYROBEK-GOŁĄB KHW S.A. KWK „Wesoła”, Mysłowice-Wesoła 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 3-106 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 od 01.08.1994 1995 1996 1997 1998 do 31.07.1999 Razem 103 383 1371 2335 1103 425 374 5991 Ilość wstrząsów w klasach 104 105 106 30 116 4 1 196 4 1 64 1 14 8 428 9 2 107 - N 102-106 733 2690 4172 2160 961 882 11598 E x105 J 21,44 108,99 157,89 49,00 19,36 12,61 369,29 E/N x103 J 2,92 4,05 3,78 2,27 2,01 1,43 3,18 Emax 9x4 3x6 2x6 2x5 8x4 4x4 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 103-106 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 19901999 Rok 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 103 J 713 310 273 314 742 1028 802 741 1584 817 7324 Ilość wstrząsów (N) 104 J 105 J 101 20 27 1 45 11 98 4 384 9 420 10 168 22 361 37 731 71 372 30 2707 215 106 J 1 1 10 5 3 20 N 102-106 2898 1837 1081 944 1970 2450 1995 2977 4892 2171 23215 E [J] x 107 1.32 0.39 0.50 0.59 1.90 2.50 2.50 6.64 8.82 4.08 29.24 Emax 2,8x5 1,4x6 4,2x5 8,2x5 5,2x5 3,5x6 8,6x5 8,7x6 6,4x6 4.4x6 8.7x6 _______________________________________________________________ 236 WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie ____________________________________________________________________________ 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 3-105 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 19961999 Ilość wstrząsów (N) Rok 1996 1997 1998 1999 N E [J] E/N Emax 103 J 104 J 105 J 106 J 102-106 x 105 x 103 J [J] 84 288 637 438 1447 14 97 137 248 1 1 - 89 499 906 708 2202 2,19 9,26 43,43 51,85 113,70 2,46 1,86 4,79 7,32 4,97 8,4x3 2,8x4 1,5x5 9,5x4 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 19951996 r. w rejonie Osiedla Paderewskiego kiedy maksymalna energia wstrząsów wynosiła 3,0x106 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 105-106 J, - w latach 19971999 r. w rejonie Dzielnicy Niedobczyce-Radlin kiedy maksymalna energia wstrząsów wynosiła 8,7x106 J. Łącznie w tym rejonie w latach 1997-1999 wystąpiło 156 wstrząsów o energiach rzędu 10 5-106 J, - w 1998 roku w rejonie szybu Lompa kiedy maksymalna energia wstrząsów wynosiła 1,5x105 J a łącznie wystąpił 1 wstrząs o energii 10 5 J oraz 97 wstrząsów o energii rzędu 104 J. 3. Czynniki wpływające na wartości powierzchni parametrów przyspieszeń drgań gruntu na 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 Amax 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] przyspiesze2 niem w strefie epicentralnej wyrażonych w [mm/s ]. 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 104 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 WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie ____________________________________________________________________________ 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 3 9 10 -10 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 7 osiągający wartość 1x10 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/s2. 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 4 E =1x10 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 4 sejsmicznych od energii minimum 10 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 WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie ____________________________________________________________________________ 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, 2 - wartości maksymalnego przyspieszenia a [mm/s ], - 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) A1sk , A2sk , A3sk [mm/s2], - wartości maksymalnej wypadkowej amplitudy skutecznej przyspieszeń składowych poziomych A12sk [mm/s2], - 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 3 od energii 1x10 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 PN85/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 4-106 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 Katowice-Kleofas RUCH II Marcel Rozbark Emax [J] 6x3 - 4x6 2,7x4-6,4x6 2,6x4-1,5x5 Parametry przyspieszeń a1,2max fo [min/s2] [Hz] 5,7-115,8 5,6 - 11,1 f [Hz] 3,1-4,6 1994-1999 6,4-149 24,8-83,3 3,9-6,4 6,6-14 1998-1999 1998-1999 5,1-11,4 8,4-25,0 Okres Uzyskane wyniki pomiarów w badanych kopalniach wykazały, że: - wartości maksymalnej amplitudy przyspieszeń wypadkowej składowych poziomych nie przekraczają 150 mm/s2, - maksymalna energia wstrząsów wynosiła E = 6,4x10 6 J. _______________________________________________________________ 242 WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie ____________________________________________________________________________ Szczegółowy rozkład maksymalnej energii sejsmicznej Emax i maksymalnego przyspieszenia A1,2max 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 WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie ____________________________________________________________________________ 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
