Biuletyn SEP 2019

XXVII SZKOŁA EKSPLOATACJI PODZIEMNEJ 6 SEP 2018 Sejsmiczność jako zagrożenie towarzyszące eksploatacji pokładów węgla od dziesięcioleci Sejsmiczność towarzyszyła eksploatacji pokładówwęgla w Górnośląskim ZagłębiuWęglowym (GZW) od dziesięcioleci i jeszcze dłużej, jeżeli weźmiemy pod uwagę, że dawniej nie było właściwych przyrządów, aby rejestrować wstrząsy górotworu. Pierwszy sejsmometr został zainstalowany przez Prof. K. Mainkę w 1929 roku w Raciborzu. Miał on możliwość rejestracji jedynie silniejszych wstrząsów sejsmicznych pochodzenia górniczego oraz naturalnych trzęsień ziemi. W tamtym czasie Profesor Mainka założył kolejne stacje sejsmologiczne w Pyskowicach, Gliwicach, Zabrzu, Biskupicach, Bytomiu oraz w kopalni Rozbark. Stacje te pracowały niemal bez przerwy do 1944 roku. TEKST: ZENON PILECKI Po zakończeniu wojny częściowo zniszczone sejsmografy naprawio- no i w 1948 roku wznowiono ciągłą rejestrację zjawisk. W latach pięć- dziesiątych XXw. Prof. E. Janczewski, założyciel Katedry Geofizyki na AGH, badając obszerny zbiór wstrząsów towarzyszących eksploatacji w GZW dopatrzył się ich związków z tektoniką głębokiego podłoża. Późniejsze badania Docent Z. Wierzchowskiej uściśliły, że sejsmicz- ność tego rodzaju jest indukowana przez działalność górniczą. Dal- sze prace Profesorów S. Gibowicza, B. Drzęźli, A. Kijki, A. Goszcza, H. Marcaka, W. Zuberka, J. Dubińskiego i K. Stec pozwoliły na wy- różnienie i scharakteryzowanie wstrząsów eksploatacyjnych, zwią- zanych bezpośrednio z lokalną eksploatacją, oraz wstrząsów regio- nalnych związanych z regionalną tektoniką i wpływem eksploatacji dokonanej na większym obszarze. Na początku XXI wieku wrócono również do hipotezy o wpływie tzw. tektoniki blokowej GZW na wy- stępowanie najsilniejszych wstrząsów o energii powyżej 1x10 8 J na podstawie analizy lineamentów na obrazach satelitarnych (Prof. St. Graniczny i Prof. E. Pilecka). Obecnie, każda kopalnia węgla kamien- nego w GZW „aktywna sejsmicznie” jest obserwowana w różnych sieciach czujników od lokalnych kopalnianych do regionalnych pro- wadzonych przez Główny Instytut Górnictwa i Instytut Geofizyki PAN. Należy również zaznaczyć, że w potocznym znaczeniu wstrząsy sejsmiczne zostały nazwane górniczymi, lecz w opracowaniach na- ukowych występują jako sejsmiczne, lub jako wstrząsy indukowane eksploatacją górniczą. Pan prof. H. Filcek, wybitny autorytet z zakre- su geomechaniki, badając wstrząsy od strony procesów mechanicz- nych, zazwyczaj podkreślał, że nie ma takiego pojęcia jak wstrząsy górnicze, bo górnicza może być np. orkiestra, a nie wstrząs sejsmicz- ny. Sejsmiczność jest charakteryzowana przez intensywność liczby wstrząsów i ich energii. Często podaje się różnego rodzaju współ- czynniki charakteryzujące sejsmiczność, ale do najbardziej miaro- dajnych należą te opracowane przez dra Z. Gerlacha w odniesieniu do tony węgla wydobytej ze ścian eksploatacyjnych zagrożonych sejsmicznie. W ostatnich latach tego rodzaju współczynniki średnie mają tendencję rosnącą i niewątpliwe mają na to wpływ ciągle pogar- szające się warunki geologiczne i górnicze. W środkach masowego przekazu wstrząs sejsmiczny jest często mylony z tąpnięciem. W ogólnym ujęciu, przez tąpnięcie należy ro- zumieć gwałtowne, o charakterze eksplozywnym przemieszczenie się fragmentów skał do wyrobiska górniczego, które w efekcie ule- gło zniszczeniu lub uszkodzeniu, powodując całkowitą lub częścio- wą utratę jego funkcjonalności. Przyczyną tąpnięcia jest redukcja naprężenia w ośrodku skalnym otaczającym wyrobisko. Oczywiście ta redukcja naprężenia wywołana jest najczęściej tzw. obciążeniem dynamicznym w postaci wstrząsu sejsmicznego, lecz znane są rów- nież tzw. tąpnięcia pokładowe wywołane nadmiernym, statycznym obciążeniem górotworu w sąsiedztwie wyrobiska. W warunkach GZW geneza wstrząsów sejsmicznych wynika z tzw. mechanizmu poślizgowego, związanego z przemieszczeniem się warstw skalnych względem siebie na istniejących spękaniach o charakterze tektonicznym, lub spękaniach wtórnych wytworzo- nych w wyniku prowadzonych prac górniczych. Wstrząsy mogą też występować w wyniku pęknięcia, lub odspojenia warstw skalnych w konsekwencji skomplikowanego stanu naprężenia. W najwięk- szym przybliżeniu długość „aktywnego sejsmicznie” pęknięcia może wynosić trzeci pierwiastek z jego energii. W związku z tym należy pamiętać, że ognisko wstrząsu z udziałem sił ścinających nie jest punktem, lecz ma charakter linearny i np. wstrząs o energii 1x10 6 J może mieć ognisko o długości około 100 m. Zaznaczane na mapach górniczych ogniska wstrząsów w postaci okręgów pokazują jedynie miejsce początku wstrząsu sejsmicznego obliczonego metodą mate- matyczną na podstawie sejsmogramu (zapisu wstrząsu). Nie każdy wstrząs powoduje tąpnięcie, a wręcz jest to efekt bar- dzo sporadyczny, jeśli wziąć pod uwagę liczbę tąpnięć do liczby występujących wstrząsów w tym samym przedziale czasu. W latach sześćdziesiątych XX w. Cook z zespołem prowadząc badania w ko- palniach południowoafrykańskich, pokazali, że każdemu tąpnięciu towarzyszywstrząs. Współwystępowanie wstrząsów i tąpnięć do dzi-