mgr inż - Warsztaty Górnicze

WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie
Mat. Symp. str. 277 – 288
Adam MIREK, Wojciech MAGIERA
Wyższy Urząd Górniczy, Katowice
O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie w roku 2004
Streszczenie
W artykule scharakteryzowano stan zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami w górnictwie
polskim w roku 2004. Przedstawiono metody geofizyczne wykorzystywane do oceny stanu
zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami oraz stosowane w kopalniach środki profilaktyki
tąpaniowej. Sformułowano wnioski wynikające z przeprowadzonej analizy stanu zagrożenia.
1. Wstęp
Wynikające z sejsmiczności górotworu zagrożenie tąpaniami jest, wśród występujących
w kopalniach głębinowych zagrożeń naturalnych, w dalszym ciągu zagrożeniem
najtrudniejszym zarówno do oceny jak też skutecznego zwalczania. W roku 2004 występowało
ono w 29 (spośród 40 czynnych) kopalniach węgla kamiennego oraz we wszystkich (3)
kopalniach rud miedzi. Powyższą tezę potwierdzają zaistniałe w 2004 roku zdarzenia – 3
tąpnięcia w kopalniach węgla kamiennego (zwłaszcza dwa spośród nich zaistniałe w KWK
„Halemba”: z dnia 22.01.2004r. - sześć wypadków lekkich oraz z dnia 11.02.2004r. – jeden
wypadek lekki, a także zaistniałe w kopalniach LGOM 8 tąpnięć i 11 odprężeń (odpowiednio:
3 i 7 sprowokowanych) czyli zjawisk różniących się od tąpnięć jedynie mniejszą skalą
wywołanych wstrząsem skutków w wyrobiskach dołowych. Wśród tych zdarzeń wymienić
należy: odprężenie w O/ZG „Rudna” w dniu 15.08.2004r. - jeden wypadek śmiertelny i jeden
lekki oraz tąpnięcie w O/ZG „Lubin” z dnia 25.11.2004r. - jeden wypadek śmiertelny, jeden
ciężki i jeden lekki.
Zagrożenie sejsmiczne, generowane eksploatacją węgla brunatnego w odsłanianych w wyrobisku odkrywki strefach uskokowych, występuje także w największej polskiej kopalni
odkrywkowej - KWB „Bełchatów”, gdzie w roku 2004 zarejestrowano 17 wstrząsów o energiach równych lub większych niż 1x105J.
Skalę zagrożenia tąpaniami występującego na przestrzeni lat 1980-2004 w polskim
górnictwie obrazuje (rys. 1) zestawienie ilości zaistniałych tąpnięć i spowodowanych nimi
wypadków.
2. Zagrożenie tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego
Zagrożenie tąpaniami występuje – różnym nasileniem – w obszarze całego praktycznie
Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Ostatnie lata – głównie z powodu wygasającej
eksploatacji w niektórych rejonach GZW – ukształtowały rozkład partii zagłębia najsilniej
zagrożonych tąpaniami. Do zagrożonych najsilniej należą: południowe skrzydło siodła
277
A. MIREK, W. MAGIERA – O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie...
____________________________________________________________________________
głównego (kopalnie Katowickiego Holdingu Węglowego i rudzkie kopalnie Kompanii
Węglowej) oraz w mniejszym stopniu niecka bytomska (kopalnie bytomskie tej Kompanii).
120
114
78
63
19
90
19
89
19
88
19
87
19
86
19
85
19
84
19
83
20
04
10
26
24
26
31
20
17
11
14
13
12
12
9
7
9 11 9 6 6 6 7 5
8 11 9 10 9
5 2 6 42
6
1
2
2 0
20
00
4
18
33
19
99
20
14 14
0
19
82
46
33
19
98
10
52
19
97
6
22 16
53
19
96
21 2118
19
44
19
94
20
31
45
19
93
2932
48
50
19
92
53
19
91
60
40
tąpnięcia
wypadki śmiertelne
wypadki ogółem
85
20
03
69
19
95
80
20
02
93
20
01
100
Rys. 1. Tąpnięcia i związane z nimi wypadki w górnictwie polskim w latach 1980 – 2004
Fig. 1. Rock bursts and accidents in Polish underground mining in 1980 – 2004
Zjawiska zaistniałe w kopalniach rybnickich – głównie w KWK „Rydułtowy – Anna” –
potwierdzają występowanie zagrożenia tąpaniami w położonych w rejonie niecki jejkowickiej i
nasunięcia michałkowickiego kopalniach należących do Kompani Węglowej oraz Jastrzębskiej
Spółki Węglowej. Na niższym poziomie zagrożenie tąpaniami utrzymuje się w pozostałych
częściach GZW – głównie w kopalniach na północnym skłonie siodła głównego oraz w niecce
kazimierzowskiej – w kopalni „Kazimierz – Juliusz” w Sosnowcu. Wysoką aktywnością
sejsmiczną generowaną eksploatacją charakteryzują się także kopalnie niecki ziemowickiej:
„Piast” i „Ziemowit”.
Przejawy sejsmiczności generowanej prowadzoną eksploatacją, w postaci drgań na
powierzchni obszarów górniczych, mogą – i stwarzają – określone zagrożenia (stwierdzane
uszkodzenia) dla obiektów usytuowanych w rejonach wzmożonej aktywności sejsmicznej.
Powodują także – nierzadko silny – dyskomfort psychiczny wśród użytkowników tych
obiektów. Rejony najbardziej narażone na oddziaływanie wstrząsów to gminy: Rydułtowy,
Pszów, Radlin i Rydułtowy – wskutek oddziaływań związanych z eksploatacją KWK
„Rydułtowy – Anna”, gmina Mysłowice w związku z eksploatacją prowadzoną przez KWK
„Wesoła”, gminy Zabrze i Ruda Śląska – KWK „Bielszowice” i KWK „Halemba” oraz gmina
Bieruń – KWK „Piast”.
W roku 2004 funkcjonowało 40 kopalń węgla kamiennego, z których 29 – czyli 73% –
eksploatowało pokłady zagrożone tąpaniami wydobywając z tych pokładów około 39,2 mln
ton węgla, co stanowiło około 39,4% wydobycia ogólnego (99,5 mln ton). Nadal więc
utrzymuje się tendencja wzrostu udziału wydobycia węgla z pokładów zagrożonych tąpaniami,
co niewątpliwie można wiązać z lepszą jakością węgla pozyskiwanego z tych pokładów.
Eksploatacja węgla wygenerowała znacznie (o 550 zjawisk) zmniejszoną, w porównaniu do
roku 2003, aktywność sejsmologiczną. W regionalnej sieci sejsmologicznej GIG zarejestrowano 974 wstrząsy o energiach równych lub większych niż 1x10 5 J.
Charakterystykę zagrożenia tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego w ostatnich latach
obrazują: tabela 1 oraz rysunki 2 i 3.
_______________________________________________________________
278
WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie
Tabela 1.
Zestawienie wydobycia, wstrząsów wysokoenergetycznych, tąpnięć i wypadków w kopalniach węgla
kamiennego
Table 1.
Comparsion of output, high energy tremors, rock bursts and accidents in hard coal mining
Rok
Wydobycie
w mln ton
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
192,8
162,7
188,9
190,5
191,0
191,1
191,3
192,7
192,7
177,7
147,4
140,1
131,3
130,2
132,7
135,3
136,2
137,1
115,9
110,4
102,5
102,6
102,1
100,5
99,5
Wydobycie z pokładów
zagrożonych tąpaniami
w mln ton
%
57,1
29,6
49,4
30,3
55,5
29,4
55,2
28,9
54,3
28,3
51,9
27,1
51,6
27,0
50,9
26,4
49,5
25,7
49,5
27,9
42,2
28,6
41,9
29,9
41,8
31,8
42,6
32,7
43,0
32,4
45,4
33,6
44,2
32,5
46,2
37,7
41,9
36,2
39,4
35,7
37,2
36,3
37,4
36,5
41,8
40,9
42,3
42,1
39,2
39,4
Wstrząsy  1 x 105J
[według GIG]
liczba
 E [GJ]
3432
13,58
2336
11,03
2545
4,39
2749
11,05
2970
14,59
2480
14,04
2606
9,66
2260
6,33
1599
2,05
1076
2,44
1038
2,09
863
1,25
833
6,00
932
12,60
750
1,49
465
1,94
564
1,07
547
0,87
663
0,68
1135
1,59
1088
2,12
1137
1,85
1324
1,96
1524
2,82
974
1,30
Liczba
tąpnięć
21
29
20
14
16
16
27
11
13
16
16
9
10
16
12
7
2
2
5
2
2
4
4
4
3
Wypadki wskutek
tąpnięć
śmiertelne ogółem
7
59
4
73
29
105
4
46
20
66
9
54
22
83
7
51
3
48
7
77
6
36
7
27
9
45
11
37
4
47
7
39
3
21
6
2
17
3
2
21
3
20
2
18
11
120
105
100
83
80
60
73
20
0
66
59
40
tąpnięcia
wypadki śmiertelne
wypadki ogółem
77
47
54
45
51
46
39
48
29
36
37
27
27
22
20
21
21 20 18
16 20 16
16 16
16
17
14
117 13
11
9
9 7 10 9 1112 7 7
4
7
4
6
6
52 3 2
4
3
23 2
2 0 004 2 4 3 4 2 3 0
0
29
21
7
1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Rys. 2. Tąpnięcia i wypadki nimi spowodowane w kopalniach węgla kamiennego w latach 1980 – 2004
Fig. 2. Rock bursts and accidents in hard coal mining in 1980-2004
Z przedstawionych wyżej zestawień wynika, że w perspektywie lat 1980 – 2004, w górnictwie węglowym znacząco zmniejszyła się ilość rejestrowanych wstrząsów wysokoenergetycznych, która spadła poniżej 1000 rocznie w latach 1991 – 98 do minimalnej wielkości
465 w roku 1995. Lata 1999 – 2003 to ponowny przyrost (aż do 1524 w roku 2003) liczby
rejestrowanych wstrząsów wysokoenergetycznych.
279
A. MIREK, W. MAGIERA – O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie...
____________________________________________________________________________
wydobycie [w mln ton]
wstrząsy
3500
250
200
wydobycie ogółem
wydobycie z pokładów zagrożonych tąpaniami
wstrząsy
3000
2500
2000
150
1500
100
1000
50
500
0
0
1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Rys. 3. Wstrząsy wysokoenergetyczne na tle wydobycia (w tym z pokładów zagrożonych tąpaniami) w
kopalniach węgla kamiennego
Fig. 3. Correlation of high energy tremors and output (including rock bursts dangered coal seams) in hard
coal mining
Rok 2004 był pierwszym od pięciu lat kiedy ta tendencja uległa zachwianiu, gdyż ich
liczba znacząco (o ponad jedną trzecią) spadła. Występujący wzrost rejestrowanej liczby
wstrząsów w tym czasie można wiązać z tendencją wzrostu wydobycia z pokładów
zagrożonych tąpaniami (około 36 – 42% ogólnego wydobycia węgla). Liczba tąpnięć
zmniejszyła się wyraźnie po roku 1995 (w okresie tym mieściła się w przedziale 2 – 7 zdarzeń
rocznie, podczas gdy przed rokiem 1995 liczba takich zdarzeń wahała się na poziomie 9 – 29
rocznie. Podobna tendencja występuje także w odnotowywanej ilości wypadków śmiertelnych
spowodowanych tąpnięciami. Liczba tych wypadków spadła z poziomu 3 – 29 przed, do
poziomu 0 – 7 po roku 1995. W roku 2004 tąpnięcia w górnictwie węglowym nie były
przyczyną wypadków śmiertelnych. Przedstawione dane, a w szczególności zaistniałe tąpnięcia
i wypadki, świadczą o realnie występującym w rejonie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego
zagrożeniu tąpaniami przy niewielkim wzroście (w ostatnich sześciu latach) aktywności
sejsmicznej.
Od roku 1997 w kopalniach węgla kamiennego nie zaistniały tąpnięcia o charakterze
katastrof. Do najbardziej zagrożonych, w roku 2004, zaliczyć należy skomplikowane
geologicznie i górniczo rejony: pokładu 502 w partii J KWK „Śląsk”, pokładu 415 w KWK
„Halemba”, pokładu 510 w KWK „Wesoła” oraz pokładu 713/1-2 i pokładu 703/1 w KWK
„Rydułtowy – Anna”.
Analiza zaistniałych ostatnio tąpnięć i ich lokalizacji wskazuje na utrzymujący się
w dalszym ciągu stan potencjalnie wysokiego zagrożenia tąpaniami niektórych rejonów GZW.
W ostatnich latach z największym zagrożeniem spotykamy się w kopalniach Katowickiego
Holdingu Węglowego oraz w należących do Kompani Węglowej kopalniach rudzkich.
Główne przyczyny występującego w kopalniach GZW zagrożenia tąpaniami to nadal
między innymi:
– duża głębokość prowadzonych robót górniczych - dochodząca już do 1100 – 1200 m,
– prowadzenie robót w resztkowych partiach pokładów, m.in. w filarach ochronnych szybów,
czy głównych wyrobisk,
_______________________________________________________________
280
WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie
– prowadzenie eksploatacji w partiach o skomplikowanej tektonice - w sąsiedztwie uskoków,
wymyć i innych zaburzeń geologicznych,
– postępujący rozwój eksploatacji,
– nierównomierne zaawansowanie robót eksploatacyjnych w sąsiadujących ze sobą partiach
złoża danej kopalni oraz w partiach przygranicznych sąsiednich kopalń.
3. Stan zagrożenia tąpaniami w kopalniach rud miedzi
Zagrożenie tąpaniami - poza współwystępującym z nim z reguły zagrożeniem zawałowym
- stanowi w kopalniach rud miedzi zagrożenie dominujące, zależne przede wszystkim od
naturalnej skłonności górotworu do generowania wstrząsów sejsmicznych. Tąpnięcia w górnictwie podziemnym zawsze są skutkiem zaistniałych wstrząsów, a stan zagrożenia tąpaniami
w danym rejonie jest ściśle powiązany z występującym w tym rejonie zagrożeniem
sejsmicznym.
W kopalniach LGOM skały budujące złoże oraz skały to złoże otaczające charakteryzują
się wysokimi (dochodzącymi do 200 MPa) parametrami wytrzymałościowym oraz dużymi
(nawet do ponad 200 m) miąższościami kompleksów warstw węglanowych (wapiennych,
dolomitowych, anhydrytowych) i piaskowców (w tym również piaskowców kwarcytowych),
które zdolne są do kumulowania energii sejsmicznej, a następnie – w niekorzystnych
warunkach geologiczno-górniczych – do jej dynamicznego wyzwalania.
W 2004 roku całość wydobycia rud miedzi pochodziła ze złóż zagrożonych tąpaniami, przy
czym ze złóż zaliczonych do III (najwyższego) stopnia tego zagrożenia pochodziło około
dwóch trzecich sumarycznego wydobycia rudy. Utrzymująca się koniunktura na rynku
surowcowym spowodowała, że w roku 2004 wydobycie rud miedzi wzrosło do najwyższego
w historii poziomu około 31,8 mln ton – czyli o prawie 2 mln ton więcej niż w roku 2003.
Rozwój eksploatacji powoduje, że przenosi się ona w rejony usytuowane na coraz większych
głębokościach (dotyczy to szczególnie kopalń „Rudna” i „Polkowice-Sieroszowice”), a także
do partii złoża położonych w sąsiedztwie powiększających się sukcesywnie partii zrobów
i w rejony o skomplikowanej budowie geologicznej – zwłaszcza w rejony silnie zaangażowane
tektonicznie w sąsiedztwo aktywnych sejsmicznie stref uskokowych (uskoki: Rudna Główna,
Biedrzychowa itp.). Eksploatowane są także w coraz większym zakresie partie likwidowanych
filarów szybowych oraz filarów ochronnych dla zbędnych wyrobisk. Zwiększonej
sejsmiczności (głównie wzrostowi energii wyzwalanych wstrząsów) sprzyja także stosowany
powszechnie w kopalniach LGOM system eksploatacji – z tzw. szerokim otwarciem stropu.
Wszystkie powyższe uwarunkowania powodują dodatkowy wzrost zagrożenia tąpaniami
występującego w kopalniach zgrupowanych w KGHM POLSKA MIEDŹ S.A.
Prowadzona eksploatacja powoduję także zagrożenie sejsmiczne dla obiektów na
powierzchni. Najsilniej zagrożenie to manifestuje się przy eksploatacji przez O/ZG „Rudna”
grubego złoża w filarze ochronnym dla miasta Polkowice. Skala występującego tu zagrożenia
spowodowała, że koniecznym się stało ograniczenie wydobycia w tym filarze opracowanie
właściwej koordynacji przestrzenno-czasowej robót eksploatacyjnych prowadzonych w tym
filarze.
Przedstawione poniżej zestawienia (tabela 2 oraz rysunki 4 i 5) obrazują stan zagrożenia
tąpaniami w kopalniach rud miedzi na przestrzeni lat 1980 – 2004.
281
A. MIREK, W. MAGIERA – O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie...
____________________________________________________________________________
Tabela 2.
Zestawienie wydobycia, wstrząsów wysokoenergetycznych, tąpnięć i wypadków w kopalniach rud
miedzi
Table 2.
Comparsion of output, high energy tremors, rock bursts and accidents in copper ore mines
Rok
Wydobycie
w mln ton
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
26,6
22,8
27,0
29,0
29,4
29,4
29,6
29,8
30,0
26,5
24,4
23,7
24,1
27,1
26,1
26,5
27,4
24,0
26,8
27,0
28,0
30,9
29,7
30,0
31,8
Wydobycie ze złóż
zagrożonych tąpaniami
w mln ton
%
26,6
100
22,8
100
27,0
100
29,0
100
29,4
100
29,4
100
29,6
100
29,8
100
30,0
100
26,5
100
24,4
100
23,7
100
24,1
100
27,1
100
26,1
100
26,5
100
27,4
100
24,0
100
26,8
100
27,0
100
28,0
100
30,9
100
29,7
100
30,0
100
31,8
100
30
Wstrząsy  1 x 105J
 E [GJ]
brak danych
brak danych
brak danych
brak danych
brak danych
1,73
1,72
1,72
1,75
2,82
1,29
0,92
1,22
3,05
2,84
1,87
1,82
2,76
2,80
3,96
7,11
6,22
7,36
3,39
6,56
liczba
206
168
221
217
286
325
446
484
482
407
447
359
499
492
433
389
644
567
443
414
514
729
694
570
621
Liczba
tąpnięć
6
7
9
5
5
2
4
5
1
4
2
2
4
2
4
4
2
3
4
5
8
9
8
Wypadki wskutek
tąpnięć
śmiertelne ogółem
3
4
6
26
3
9
2
7
1
3
1
9
10
7
27
1
2
3
8
2
12
2
4
1
7
5
6
2
13
3
12
3
9
2
14
2
4
3
3
15
5
28
1
15
28
tąpnięcia
wypadki śmiertelne
wypadki ogółem
27
25
20
15
10
5
9
3
10
7
5
2
9
5
5
4
32
1 1
8
7
0
2
1 1
4 3
2 2 2 24
7
4
0 00
1
6
2
13
12
5
4
4
2
3
0 00
4 4
2 3 32
2
9
8
9
8
5
5
3
0
3
1
19
82
19
83
19
84
19
85
19
86
19
87
19
88
19
89
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
0
9
15
14
13
12
Rys. 4. Tąpnięcia i wypadki nimi spowodowane w kopalniach rud miedzi w latach 1980-2004
Fig. 4. Rock bursts and accidents in copper ore mines in 1980-2004
W roku 2004 zarejestrowano łącznie 621 wstrząsów o energiach równych lub większych
niż 1x105J, których sumaryczna energia wyniosła około 6,6x109J. W tej liczbie 10 zjawisk
(wszystkie z O/ZG „Rudna”) to wstrząsy o energiach równych lub większych niż 1x10 8J.
_______________________________________________________________
282
WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie
40
wydobycie [w mln
ton]
wstrząsy
wydobycie
wstrząsy
30
600
20
400
10
200
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1985
1984
1983
1982
1981
0
1980
0
Rys. 5. Wstrząsy wysokoenergetyczne na tle wydobycia rud miedzi w latach 1980-2004
Fig. 5. Correlation of high energy tremors and output in copper ore mines
W kopalniach LGOM, w latach 1980 – 2004, liczba rejestrowanych wysokoenergetycznych
wstrząsów sejsmicznych kształtowała się na poziomie do ponad 700 zjawisk rocznie, przy
wydobyciu rudy miedzi wahającym się w przedziale 23 – 32 mln ton w skali roku. Zaistniałe
wstrząsy powodowały w tym okresie do kilku tąpnięć rocznie. Jednocześnie, ponad 30% rejestrowanych zjawisk sejsmicznych to wstrząsy, które wystąpiły w czasie wyczekiwania po tzw.
grupowych strzelaniach przodków (najbardziej powszechnym, aktywnym sposobie zwalczania
zagrożenia tąpaniami) i w związku z tym zinterpretowano je jako wstrząsy sprowokowane.
W roku 2004 w kopalniach LGOM miało miejsce 8 tąpnięć: w tym trzy sprowokowane.
W ostatnich latach, kopalniach rud miedzi wraz z rozwojem eksploatacji i z uwagi na
prowadzenie jej w coraz trudniejszych warunkach geologiczno-górniczych zwiększa eksploatacja prowadzona jest w kierunku na zroby lub strefy upodatnione. Częstokroć taki właśnie
kierunek rozcinki wymuszany jest wysokim zagrożeniem zawałowym w rejonie. Ograniczenie
w taki sposób zagrożenia zawałowego powoduje jednocześnie wzrost zagrożenia tąpaniami.
W ostatnich latach największe zagrożenie tąpaniami występuje w O/ZG „Rudna”, z której
obszaru górniczego generowana jest także największa sumaryczna energia sejsmiczna. Można
to wiązać przede wszystkim z wielkością wydobycia, dużym przestrzennym zaangażowaniem
robót, głębokością zalegania oraz budową geologiczną złoża.
Analiza powyższych danych pokazuje, że stan zagrożenia tąpaniami w kopalniach rud
miedzi w dalszym ciągu utrzymuje się na wysokim poziomie. Do najważniejszych przyczyn
zagrożenia występującego w kopalniach LGOM należą m.in.:
– znaczna głębokość tej eksploatacji - dochodząca do około 600 – 1200 m,
– występowanie w stropie złoża grubych warstw dolomityczno – anhydrytowych o dużej
sztywności i wytrzymałości (Rc>100MPa),
– prowadzenie eksploatacji zamykającej duże obszary zrobów oraz w rejonach aktywnych
sejsmicznie dyslokacji tektonicznych,
– duże zaawansowanie eksploatacji (partie resztkowe, zroby, filary),
– prowadzenie robot upodatnianiających złoże w kierunku „na zroby” lub na strefy
upodatnione.
4. Zagrożenie sejsmiczne w Kopalni Węgla Brunatnego „Bełchatów” S.A.
W największej polskiej odkrywkowej kopalni węgla brunatnego - KWB „Bełchatów” S.A.
od początku prowadzenia intensywnych robót związanych ze zdejmowaniem nadkładu znad
283
A. MIREK, W. MAGIERA – O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie...
____________________________________________________________________________
złoża węgla brunatnego występuje zagrożenie sejsmiczne wiązane z procesami neotektonicznymi (uaktywnianiem się występujących w podłożu względnie młodych uskoków)
spowodowanymi intensywnym odwadnianiem wyrobiska oraz zmianami warunków naprężeniowych podłoża wskutek przemieszczania podczas eksploatacji olbrzymich mas skalnych
nadkładu i złoża węgla brunatnego. Początek pomiarów sejsmicznych ukierunkowanych na
obserwację wyrobiska datuje się na rok 1980, kiedy to wokół wyrobiska zainstalowano
pierwsze stanowiska pomiarowe. W rejonie odkrywki „Bełchatów” rejestruje się do kilkudziesięciu rocznie wstrząsów o energiach równych lub większych niż 1x105 J.
Tabela 3.
Wstrząsy wysokoenergetyczne, wielkość zdejmowanego nadkładu, wydobycie węgla brunatnego oraz
odwodnienie wyrobiska w KWB „Bełchatów” S.A.
Table 3.
Comparsion of high energy tremors and output of brown coal, overburden quantity and excavation
drainage in KWB „Bełchatów” S.A.
Rok
Węgiel brunatny
[w mln ton]
Nadkład
[w mln m3]
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
0,004
0,078
2,307
5,207
11,020
18,025
26,224
32,124
34,756
37,581
34,249
35,017
32,937
34,184
33,650
33,082
34,586
34,884
35,446
35,496
34,764
34,662
34,008
34,564
35,233
58,244
60,192
75,386
87,713
108,012
113,324
121,850
131,056
144,745
125,035
116,597
111,562
104,752
100,011
99,740
110,602
96,491
117,182
132,086
131,144
124,815
126,538
139,226
156,859
145,127
Odwodnienie
wyrobiska
[w mln m3]
207,7
202,9
205,5
208,7
212,1
226,9
224,9
182,7
171,8
169,2
180,2
196,3
190,9
187,4
193,8
192,8
174,5
173,2
170,3
186,6
185,8
194,9
303,1
260,5
273,4
Wstrząsy
wysokoenergetyczne
8
14
7
7
45
14
21
12
1
0
10
40
3
17
9
3
4
5
2
5
7
16
9
7
17
Energia
sumaryczna
[x108J]
460,000
3,800
7,100
0,210
1,500
360,000
1,200
0,980
0,002
0,000
0,530
1,400
110,000
1,900
4,000
0,130
3,800
0,070
0,070
0,620
1,000
8,420
12,600
1,030
31,400
Związek tej – generowanej eksploatacją – sejsmiczności z występującymi uskokami
potwierdza fakt wzrostu energii wstrząsów oraz zwiększania się częstotliwości ich
występowania w trakcie przechodzenia frontów eksploatacyjnych przez rejony złoża położone
w sąsiedztwie uskoków.
_______________________________________________________________
284
WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie
Zestawienie sejsmiczności rejonu odkrywki „Bełchatów” na tle wydobycia mas skalnych
i węgla brunatnego oraz odpompowanej wody w latach 1980 – 2004 przedstawiają tabela 3
oraz rysunek 6. Należy podkreślić, że nawet najsilniejsze z dotychczas zarejestrowanych
zjawisk sejsmicznych nie spowodowały nigdy zagrożenia dla ruchu zakładu górniczego.
Wynika to wprost ze stosowanego tu – odkrywkowego – sposobu eksploatacji. Wstrząsy
związane z procesami neotektonicznymi, a jedynie pośrednio z robotami górniczymi
charakteryzują się jednak wysoką energią i w związku z tym były silnie, negatywnie
odczuwane przez mieszkańców okolicznych miejscowości, a także skutkowały uszkodzeniami
(niewielkimi) obiektów powierzchniowych. Zestawienie (za okres lat 1995 – 2004)
zgłoszonych przez mieszkańców uszkodzeń obiektów budowlanych, które zostały następnie
przez służby KWB „Bełchatów” uznane jako spowodowane zaistniałymi wstrząsami
przedstawia tabela 4.
Tabela 4.
Szkody spowodowane zaistniałymi wstrząsami w KWB „Bełchatów” S.A. w latach 1995 – 2004
Table 4.
Damages of buildings caused by high energy tremors in KWB „Bełchatów” S.A.
Rok
Wnioski o szkody
wskutek wstrząsów
Uznane szkody
wskutek wstrząsów
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
9
54
103
21
7
1
255
41
12
18
2
37
48
1
0
0
131
9
2
5
45
300
odwodnienie [mln m3]
nadkład [mln m3]
węgiel brunatny [mln ton]
wstrząsy
40
40
250
30
200
150
21
20
17
16
14
100
14
8
50
12
7
10
9
9
7
7
5
1
0
1980 1981
17
1982 1983 1984
1985 1986
1987 1988 1989
3
0
3
10
7
5
4
2
0
1990 1991
1992 1993 1994
1995 1996
1997 1998 1999
2000 2001
2002 2003 2004
Rys. 6. Wstrząsy wysokoenergetyczne na tle wydobycie węgla brunatnego, wielkości zdejmowanego
nadkładu, oraz odwodnienia wyrobiska w KWB „Bełchatów” S.A.
Fig. 6. Correlation of high energy tremors and output of brown coal, overburden quantity and excavation
drainage in KWB „Bełchatów” S.A.
5. Geofizyczne metody oceny zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami
Ocena zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami w górnictwie odkrywkowym i podziemnym
prowadzona jest przy użyciu metod geofizycznych badania stanu górotworu. W roku 2004
stacje geofizyki górniczej działały w prawie wszystkich (27 na 29 kopalń węgla kamiennego,
trzy – rud miedzi i jedna – KWB „Bełchatów”) kopalniach prowadzących eksploatację złoża w
warunkach występowania tych zagrożeń.
285
A. MIREK, W. MAGIERA – O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie...
____________________________________________________________________________
Najszerzej stosowaną metodą geofizyczną dla oceny stanu zagrożenia tąpaniami była
metoda sejsmologiczna. Pomiary takie prowadzono we wszystkich kopalniach zagrożonych
tąpaniami.
W roku 2004 nie zmieniła się sytuacja w zakresie wyposażenia aparaturowego dla potrzeb
stosowania metody sejsmologicznej. Podobnie jak w roku poprzednim, w kopalniach węgla
kamiennego badania sejsmologiczne prowadzono przy użyciu systemów sejsmologicznych:
ARAMIS/SYLOK, AS/LKZ, a także aparatur PCMG-3 współpracujących z powyższymi
systemami.
Kopalnie rud miedzi wyposażone są w cyfrowe systemy ELOGOR-C. Do określania jednak
energii najsilniejszych zjawisk sejsmicznych, utrzymywano aparatury ELOGOR-A – z zapisem analogowym.
W KWB „Bełchatów” dla prowadzenia obserwacji sejsmologicznych – z uwagi na brak
możliwości prowadzenia sieci teletechnicznej przez wyrobisko odkrywki – sieć sejsmologiczną
(osiem stanowisk pomiarowych) zbudowano w oparciu o niezależne stacje pomiarowe – są to
aparatury typu UMSS MK5 oraz BJ-1. Transmisja danych pomiędzy jednostkami centralnymi
i terminalnymi odbywa się siecią teletechniczną, skąd, drogą radiową, sygnał przesyłany jest
do centrali w stacji geofizycznej.
Drugą z metod najczęściej stosowanych do oceny stanu zagrożenia tąpaniami w kopalniach
węgla kamiennego jest metoda sejsmoakustyczna. Używane w niej systemy to: SAK i ARES.
Od kilku już lat obserwuje się tendencję spadku ilości stosowanych czujników
sejsmoakustycznych. Można to wiązać z większą koncentracją wydobycia – mniej czynnych
wyrobisk ścianowych, dłuższe ich fronty, mniejsza ilość wyrobisk przygotowawczych.
W dokonanej w roku 2002 nowelizacji przepisów wykonawczych do ustawy Prawo
geologiczne i górnicze zrezygnowano z wymogu obligatoryjnego stosowania powszechnie
krytykowanej tzw. Metody kompleksowej oceny stanu zagrożenia tąpaniami w kopalniach
węgla kamiennego. Aktualnie obowiązujące przepisy nakazują jedynie dokonywać
kompleksowej analizy wyników metod dotychczas wchodzących w jej skład. Niestety, mimo
zaistnienia prawnych możliwości opracowania przez kopalnie własnych kryteriów dla
wymienionych w przepisach metod, jak do tej pory – rok 2004 nic nie zmienił w tym zakresie
– żadna z kopań nie skorzystała z takiej możliwości. Nie skorzystano także z możliwości
opracowania takich kryteriów przez jednostki naukowo – badawcze. W dalszym ciągu
powszechnie – tym razem w oparciu o wewnętrzne zarządzenia kierowników ruchu zakładów
górniczych – stosuje się „Metodę kompleksową ...”. Sytuacja ta skłania do rozważenia
konieczności zweryfikowania kryteriów tej metody oraz zakresu i zasad jej stosowania do
oceny stanu zagrożenia tąpaniami, tak aby poprawić efektywność oceny zagrożenia.
Z uwagi na specyfikę ruchu zakładów, w kopalniach rud miedzi metoda sejsmoakustyczna
była w dalszym ciągu stosowana eksperymentalnie – jako metoda pomocnicza. Dalej
prowadzone są badania mające określić ewentualne zależności uzyskiwanych wyników od
faktycznego stanu zagrożenia tąpaniami. Badania takie związane są z określaniem tzw. funkcji
ryzyka zaistnienia wstrząsów w oparciu o dane sejsmoakustyczne.
Jako metodę dodatkową w kopalniach węgla kamiennego szeroko stosuje się (przy użyciu
przenośnych aparatur pomiarowych typu WLIS) tzw. metoda wzbudzonej aktywności
sejsmoakustycznej (WAS). Metoda powyższa stosowana jest głównie w razie konieczności
zapewnienia obserwacji sejsmoakustycznych w rejonach, gdzie trudno jest stosować
sejsmoakustykę stacjonarną oraz doraźnie – dla kontroli skuteczności zabiegów
profilaktycznych.
_______________________________________________________________
286
WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie
W kopalniach rud miedzi odpowiednikiem (w pewnym sensie) metody WAS jest,
powszechnie tam stosowana, metoda oceny stanu zagrożenia tąpaniami na podstawie
aktywności sejsmoakustycznej wzbudzonej strzelaniami technologicznymi w przodkach.
Kopalnie te wyposażone są w stosowną do tego celu aparaturę – liczniki trzasków MLT-3.
W roku 2004 w kopalniach podziemnych do oceny stanu zagrożenia tąpaniami i skuteczności stosowanej profilaktyki, w dalszym ciągu wykorzystywano metody sejsmiczne (profilowania lub geotomografię). W kopalniach węgla kamiennego od wielu już lat są to badania
(przede wszystkim profilowania) rutynowe, zwykle wykonywane samodzielnie przez pracowników tych kopalń przy użyciu przenośnych aparatur sejsmicznych - głównie PASAT-12i.
W coraz szerszym zakresie badania takie wykonywane były także w kopalniach rud miedzi.
6. Środki profilaktyki tąpaniowej
Rok 2004 nie przyniósł także wyraźnych zmian w zakresie stosowanych aktywnych metod
zwalczania zagrożenia tąpaniami. Podobnie jak w roku poprzednim najczęściej stosowanym
zabiegiem profilaktycznym były strzelania wstrząsowe w pokładzie. Niektóre z kopalń
(głównie bytomskie i rudzkie) stosują tego typu strzelania jako rutynowy zabieg technologiczny. Dość powszechne były także strzelania torpedujące w skałach stropowych. Kolejnym
zabiegiem profilaktycznym było nawadnianie - głównie wysokociśnieniowe oraz (rzadziej)
niskociśnieniowe – calizny pokładów. Szeroko stosowano także metody: USS –
szczelinowanie stropu techniką strzelniczą oraz UHS – hydroszczelinowanie skał stropowych,
które to zabiegi stały się rutynowymi zabiegami profilaktycznymi dla potrzeb zwalczania
zagrożenia tąpaniami.
W kopalniach rud miedzi różnego rodzaju strzelania odprężające w złożu wkomponowane
są w technologię systemu z ugięciem stropu i stały się powszechnie stosowanym (zwłaszcza
grupowe strzelania przodków) zabiegiem profilaktycznym.
7. Wnioski
Rok 2004 nie przyniósł znaczącego postępu w opracowaniu odpowiednio efektywnych
metod oceny stanu zagrożenia tąpaniami, szczególnie w odniesieniu do wstrząsów, których
źródła zlokalizowane są w wysokich warstwach stropowych. Fakt ten powoduje, że zagrożenie
to w dalszym ciągu pozostaje jednym z najtrudniejszych do zwalczania wśród występujących
w górnictwie zagrożeń naturalnych.
Zaistniałe w roku 2004 tąpnięcia oraz związane z nimi wypadki wskazują na ciągle ogromne
znaczenie organizacji (głównie ograniczania) przebywania załogi w rejonach szczególnie
narażonych na skutki tąpnięć. Przykładem może tu być znaczna ilość wypadków, którym
ulegają pracownicy (np. górnicy strzałowi) nie przebywający w samojezdnych maszynach
stosowanych w kopalniach rud miedzi. Ograniczanie zatrudnienia w strefach szczególnego
zagrożenia tąpaniami może być niezwykle istotnym czynnikiem wpływającym na liczbę
wypadków wskutek tąpnięć. Ogromne znaczenie ma także prawidłowa koordynacja robót
górniczych – przygotowawczych i eksploatacyjnych – w celu minimalizacji niekorzystnego
oddziaływania zlokalizowanych blisko siebie frontów wydobywczych.
Wymagającym dalszych prac badawczych problemem pozostało także zwalczanie zagrożeń
współwystępujących – np. tąpaniami, zawałowego, metanowego i pożarami. Zazwyczaj
zabiegi profilaktyczne stosowane do neutralizacji poszczególnych z tych zagrożeń pozostają
287
A. MIREK, W. MAGIERA – O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie...
____________________________________________________________________________
we wzajemnej kolizji, a wybór któregoś z nich lub ich łączenie rzadko daje spodziewane efekty
w postaci ograniczenia skali zagrożeń.
Analiza przedstawionych wyżej danych oraz wnioski z inspekcji przeprowadzanych
w kopalniach węgla kamiennego, rud miedzi oraz KWB „Bełchatów” S.A. upoważniają do
stwierdzenia, że w dalszym ciągu wymagane są:
1) Weryfikacja „Metody kompleksowej ...” i wchodzących w jej skład metod sejsmologicznej, sejsmoakustycznej, wierceń sondażowych i rozeznania górniczego, w celu zapewnienia poprawności oceny stanu zagrożenia tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego.
2) Kontynuacja działań zmierzających do poprawy określania energii wstrząsów w stacjach
geofizycznych kopalń poprzez efektywną weryfikację tych obliczeń przez pomiarowe sieci
wyższego rzędu – Regionalną Sieć Sejsmologiczną GIG i niezależną sieć w zagłębiu
miedziowym – dla uwiarygodnienia obserwacji sejsmologicznych prowadzonych także
w aspekcie ochrony powierzchni.
3) Zwiększenie zakresu pomiarów parametrów drgań powierzchni dla potrzeb prawidłowej
oceny zagrożenia sejsmicznego.
4) Podjęcie pilnych działań dla poprawy skuteczności prowokowania silnych wstrząsów za
pomocą technologicznych zabiegów (np. łączenie strzelań wstrząsowych z grupowymi
strzelaniami przodków) w kopalniach rud miedzi.
5) Pełna realizacja wniosków Komisji powołanej przez Prezesa WUG dla zbadania przyczyn
i okoliczności tąpnięcia oddziale G-8 w O/ZG „Lubin” z dnia 4.08.2003r.
6) Upowszechnienie wdrażania w coraz większym zakresie dodatkowych metod geofizycznych rozpoznawania zagrożenia tąpaniami, w szczególności metody sejsmoakustycznej z wykorzystaniem tzw. funkcji ryzyka wystąpienia wstrząsów oraz metod sejsmicznych takich jak profilowania czy geotomografia.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Etryk W., Ochman G., 2005: Sprawozdanie z działalności Komisji ds. Tąpań w Zakładach
Górniczych Wydobywających Węgiel Kamienny w 2004 roku. Katowice.
Kłeczek Z., Kuczmierczyk M., 2005: Sprawozdanie z działalności w 2004 roku Komisji ds. Tąpań,
Obudowy i Kierowania Stropem w Zakładach Górniczych Wydobywających Rudy Miedzi przy
Wyższym Urzędzie Górniczym. Wrocław.
Kuszneruk J., 2000: Wstrząsy sejsmiczne. Artykuł w publikacji jubileuszowej KWB „Bełchatów” 25 lat – od przedsiębiorstwa państwowego do spółki akcyjnej. Bełchatów.
Mirek A., 2005: Raport o zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w górnictwie polskim w roku 2004.
Materiały wewnętrzne WUG, niepublikowane.
Mirek A., Zorychta A., 2004: Wpływ systemu z szerokim otwarciem stropu na zagrożenie
wstrząsami wysokoenergetycznymi w kopalniach LGOM., Biblioteka Szkoły Eksploatacji
Podziemnej PAN, Seria z perlikiem nr 11, Kraków,
Raport roczny (2004), 2005: Biuletyn najsilniejszych wstrząsów górotworu na Górnym Śląsku.
Praca zbiorowa pod kierunkiem G. Mutke i K. Stec. GIG, Katowice.
Seismic and rock burst hazard in Polish mining in 2004
The paper gives characteristic of seismic and rock burst hazard in Polish mining in 2004.
Presented are the methods of seismic and rock burst hazard estimation and prophylactic means
used in mines. Described are some conclusions from this estimation.
Przekazano: 30 marca 2005 r.
_______________________________________________________________
288