Renata PATYŃSKA Analiza tąpnięć zaistniałych w kopalniach GZW

WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Mat. Symp. str. 573 – 584
Renata PATYŃSKA
Główny Instytut Górnictwa, Katowice
Analiza tąpnięć zaistniałych w kopalniach GZW wraz z oceną stanów
zagrożenia tąpaniami
Streszczenie
W celu zwiększenia bezpieczeństwa pracy załóg górniczych, w kopalniach wykonuje się na
bieżąco kontrolę stanu zagrożenia wstrząsami w oparciu o kompleksową metodę oceny stanu
zagrożenia tąpaniami. Takie działania dają możliwość przeciwdziałaniu niebezpiecznych
w skutkach zjawiskach związanych nie tylko z tąpaniami, ale także obwałami i to zarówno
w fazie projektowania jak i eksploatacji. W tym kontekście zachodzi potrzeba sprawdzania
niezawodności i w miarę potrzeb weryfikacji dotychczas stosowanej metody rozeznania
górniczego i metod szczegółowych. W rezultacie analizy skuteczności metody oceny stanu
zagrożenia tąpaniami stwierdzono, że stosowana metoda kompleksowa posiada niską
efektywność.
1. Wprowadzenie
Praktyka pokazuje, że niezależnie od zakwalifikowania złoża do odpowiedniego stopnia
zagrożenia tąpaniami – stan zagrożenia tąpaniami poszczególnych wyrobisk lub ich odcinków
jest zróżnicowany. Nawet w złożu (pokładzie) zaliczonym do III stopnia ZT poszczególne
wyrobiska lub ich odcinki mogą być niezagrożone i odwrotnie – w złożu niezagrożonym mogą
być miejsca stwarzające wysokie stany zagrożenia.
Kwalifikowanie wyrobisk lub ich odcinków do odpowiednich stanów zagrożenia tąpaniami
dokonuje się metodą kompleksową, w skład której wchodzą cztery metody szczegółowe,
a mianowicie:
 metoda rozeznania górniczego w oparciu o poznanie budowy i własności złoża i skał
otaczających oraz całokształtu zaszłości eksploatacyjnych;
 metoda sejsmologiczna, umożliwiająca określenie stanu zagrożenia na bazie wstrząsów
górotworu generowanych prowadzonymi robotami;
 metoda sejsmoakustyczna oparta na obserwacjach zmian emisji sejsmoakustycznej
w górotworze,
 metoda wierceń sondażowych (wierceń małośrednicowych) umożliwiająca określenie
miejsc niebezpiecznego stanu naprężenia w pokładzie.
Dokładność oceny stanu zagrożenia tąpaniami dokonywanego metodą kompleksową
wynika zarówno z trafności prognoz metodami szczegółowymi jak też i przyjętymi kryteriami
ich zbiorczej interpretacji w metodzie kompleksowej. Praktyka górnicza wskazuje na potrzebę
udoskonalenia tych metod. Uściślenie wskazań posiada bowiem kapitalne znaczenie zarówno
dla poprawy bezpieczeństwa pracy jak też i dla obniżenia kosztów produkcji w rezultacie
____________________________________________________________________________
573
R. PATYŃSKA – Analiza tąpnięć zaistniałych w kopalniach GZW wraz z oceną stanów...
____________________________________________________________________________
elastycznego stosowania metod profilaktyki tąpaniowej, adekwatnych do stwierdzonego stanu
zagrożenia tąpaniami określonego wyrobiska, bądź też odcinka tego wyrobiska.
2. Skala zagrożenia tąpaniami
W polskich kopalniach węgla kamiennego, wraz ze wzrostem głębokości eksploatacji,
zaznacza się trend wzrostu zagrożeń naturalnych. Coroczny przyrost średniej głębokości
eksploatacji o 8 metrów rzutuje bezpośrednio na sukcesywny wzrost zagrożeń: metanowego,
pożarowego, klimatycznego, tąpaniami oraz wybuchem pyłu węglowego.
Schodzenie z eksploatacją na większą głębokość wymuszają niżej zalegające zasoby
w obszarach górniczych kopalń węgla kamiennego, a wpływ powyższego czynnika na
kształtowanie się poziomu zagrożeń jest naturalną konsekwencją realizowanej działalności
górniczej i powinien być uwzględniany przy prognozowaniu poziomu ich występowania.
Uwarunkowania ekonomiczne, związane z prowadzoną restrukturyzacją polskiego
górnictwa, pociągnęły za sobą między innymi konieczność prowadzenia ścian o wysokiej
koncentracji wydobycia, w wyniku czego nastąpił wzrost zagrożeń głównie: tąpaniowego,
metanowego oraz w mniejszym stopniu klimatycznego i wybuchem pyłu węglowego.
Zagrożenie sejsmiczne i tąpaniami występuje w większości kopalń węgla kamiennego.
Istotne ograniczenie liczby tąpnięć w ostatnich latach uzyskano dzięki rozwojowi metod
rozpoznania źródeł zagrożenia, co pozwoliło na właściwe projektowanie eksploatacji pokładów
węgla zalegających w warunkach zagrożenia tąpaniami. Postęp w zakresie aktywnych metod
zwalczania tąpań, w szczególności metody ukierunkowanego szczelinowania techniką
hydrauliczną (UHS) i strzelniczą (USS), jak również zmniejszenie natężenia wydobycia
spowodowały istotne ograniczenie zarówno liczby jak i skutków tąpnięć.
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Wydobycie, mln t
Wydobycie, mln ton
14
12
10
8
6
4
2
0
1994
Liczba tąpnięć w roku
Liczba tąpnięć
Rok
Rys. 2.1. Wydobycie i tąpnięcia w latach 1994 – 2003 w kopalniach węgla kamiennego GZW
Fig. 2.1. Output and rockburst from the Upper Silesian Coal Basin hard coal mines
in the years 1994 – 2003
Zgodnie ze statystyką tąpnięć [2] można stwierdzić, że w latach 1994 – 2003, aż 96,5%
wszystkich tych zdarzeń wystąpiło w wyrobiskach wykonywanych w pokładach węgla.
Rzeczywisty stan zagrożenia tąpaniami w górnictwie węglowym w skali GZW obrazują
____________________________________________________________________________
574
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
między innymi: ilość kopalń zagrożonych tąpaniami, aktywność sejsmiczna górotworu
w GZW [4] oraz liczba tąpań (tab. 2.1) i ich skutki.
Rozmiar skutków w wyrobiskach górniczych na przestrzeni analizowanego okresu uległ
znacznemu ograniczeniu. Wraz z malejącą liczbą tąpnięć maleje również wielkość skutków jak
też i ilość wypadków śmiertelnych spowodowanych tąpnięciami.
JWE, J/t oraz ilość tąpnięć
60
50
40
30
energia sumaryczna/
wydobycie
20
ilość tąpnięć w roku
10
0
Rok
Rys. 2.2. Jednostkowy wydatek energetyczny
JWE dla GZW na tle ilości tąpnięć zaistniałych
Rok
w latach 1994 – 2003
Fig. 2.2. The unit energy budget of mine tremors, JWE, imposed on the number of rockbursts from the
Upper Silesian Coal Basin that occurent in the years 1994 – 2003
Jednostkowy wydatek
energetyczny sumarycznej energii
wstrząsów w roku, J/t
Z zestawienia ilości tąpnięć oraz wartości jednostkowego wydatku energetycznego (JWE)
(rys. 2.2) wynika, że tąpnięcia które wystąpiły w roku 1994 i po roku 1998 prowokowane były
wstrząsami o energiach wyższego rzędu niż w okresie poprzednich lat. Podobny trend
wykazuje analiza odnosząca się do zestawienia sumarycznej energii wstrząsów na tle
wydobycia liczby tąpnięć z lat 1994 – 2003 (rys. 2.3). Prezentowana na tym rysunku krzywa
wskazuje na większe prawdopodobieństwo zaistnienia tąpnięcia prowokowanego wstrząsem
o energii wyższego rzędu.
60
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
12
Ilość tąpnięć
Rys. 2.3. Zależność JWE (sumaryczna energia wstrząsów/wydobycie w roku, J/t) od ilości tąpnięć
zaistniałych w latach 1994 – 2003
Fig. 2.3. Dependence of the JWE – which represents the ratio of the total amount of mine tremor energy
to the annual output, J/t, – on the number of rockbursts that occurred in the years 1994 – 2003
____________________________________________________________________________
575
R. PATYŃSKA – Analiza tąpnięć zaistniałych w kopalniach GZW wraz z oceną stanów...
____________________________________________________________________________
Tabela 2.1.
Zestawienie tąpnięć według kopalń i pokładów w latach 1970 – 2003
Table 2.1.
Summary of the rockbursts categorised according to coal mines and seams for the period 1970 – 2003
Lp. Kopalnie/ Grupa
pokładów
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Anna
Bielszowice
Halemba
Katowice-Kleofas
Kazimierz Juliusz
Makoszowy
Marcel
Mysłowice
Piast
Pokój
Polska Wirek
Rydułtowy
Sośnica
Staszic
Śląsk
Wesoła
Wieczorek
Wujek
ZG Bytom I
ZG Bytom II
ZG Bytom III
ZG Centrum
ZG Piekary
300
209
400
500
 405 414/1 436

1
501 502 503
i 504
504
3
1
1 4
13
503 506
i 504
2
2
600
507 504 506 507/ 50 509
i 507 i 507 510 8
509/ 510
510
11
12
3
16
29
6
2

21
17
35
29
2

703
1
3
1
1
2
1
1
707 708
i 708
711
712

1
1
2
2
1
1
4
2
1
1
12
1
9
6
1
1
1
11
8
36
23
2
1
1
1
5
2
2
2
2
6
8
8
19
1
2
1
1
3
2
1
1
4
1 1
16
24 2
1
2
1
10
9
11
32
7
1
21
2
5
2
6
21 20
1
1
1
1

700
620 629 630
1
2
Halemba i Nowy
Wirek
25 Kopalnie
zlikwidowane
Tąpnięcia razem
501
1
2
2
2
6
64
1
1 14
1
17
1
17 90 3
1
1
2
26
29
3
5
1 29 26 187 454 8
____________________________________________________________________________
576
1
1
15
19
8
19
55
14
8
46
73
1
1
5
2
2
12
1
1
1
4
23
17
35
29
2
2
2
1
36
23
3
2
15
21
8
19
57
14
8
46
73
1
1
1
2
3
37
1
2
6
479
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
W latach 1994 – 2003, zgodnie ze statystyką tąpnięć [6], w kopalniach węgla kamiennego
wydarzyły się 44 tąpnięcia. W większości przypadków skutki tego zjawiska wystąpiły
w wyrobiskach wykonywanych w pokładach grupy 500. Głębokość zalegania pokładów
wynosiła 400 – 1120 m, a grubość 1,2 – 14,4 m. Tąpnięciom towarzyszyły wstrząsy górotworu
o energii rzędu 104 – 108 J. Kąt upadu pokładów wynosił 3 – 20o.
Charakterystyczna dla tąpnięć wysokość wyrobisk wynosiła 1,5 – 3,6 m, przy czym
w większości przypadków, skutki stwierdzono w otoczeniu ścian (tj. w chodnikach przyścianowych oraz przecinkach ścianowych). Pozostałe tąpnięcia wystąpiły w wyrobiskach chodnikowych drążonych lub istniejących, nie związanych bezpośrednio z robotami eksploatacyjnymi.
Z zestawienia tąpnięć [2,7] wynika, że skutki w postaci uszkodzonych wyrobisk lub ich
zniszczenia wystąpiły w ścianach zawałowych.
Charakterystyka miejsc tąpnięć na podstawie zebranych materiałów opisowych i map
górniczych gromadzonych w archiwum katalogu tąpań Zakładu Tąpań i Mechaniki Górotworu
GIG [2], pozwala na usystematyzowanie usytuowania frontu robót (ścian lub chodników)
względem nieciągłości górotworu związanej z istnieniem uskoków lokalnych. Stąd możliwa
również ocena dotycząca zaliczania frontów eksploatacyjnych do skrzydeł wiszących lub
zrzuconych, a określona na podstawie zalegania płaszczyzn uskokowych w ich bezpośrednim
otoczeniu. Najwięcej (ponad 60%) przypadków odnotowano, w których front robót górniczych
znajdował się w skrzydle zrzuconym, a strop wykazywał własności stropu leżącego w stosunku
do kierunków prowadzonej eksploatacji. W nielicznych przypadkach, tąpnięcia nie były
związane z uskokami.
Tąpnięcia powodowały skutki w ścianach, w których front pól ścianowych znajdował się
w niewielkiej odległości od płaszczyzn uskokowych (< 25 m). Z katalogu tąpnięć wynika, że
47% spośród rozpatrywanych przypadków tąpnięć sprowokowało skutki w wyrobiskach
w odległości do 50 m od płaszczyzny najbliższego uskoku.
Warunki w jakich zaistniały tąpnięcia w ostatnich dziesięciu latach w GZW to przypadki,
w których strop cechowała łupność o azymucie rozciągłości zbliżonej lub pokrywającej się
z kierunkiem południkowym.
Z oceny wielkości kąta zawartego między linią frontu a najbliższym uskokiem wynika, że
kąt zawarty między linią frontu ściany lub przodka a płaszczyzną uskoku lokalnego jest
najbardziej niebezpieczny gdy ma wartość 0 – 40o. Generalnie kąt powyżej 60o to udział
zaledwie 4 – 7% tąpnięć, z czego można wnosić, że im kąt front-uskok mniejszy tym większe
prawdopodobieństwo wystąpienia tąpnięcia.
Ocena wpływu odległości skutków tąpnięć oraz ognisk wstrząsów, prowadzi do wniosku,
że im odległość mniejsza tym więcej tąpnięć. Spośród wszystkich analizowanych tąpnięć aż
80% zaistniało w odległości do 100 m zawartej między epicentrum ogniska wstrząsu i jego
skutkiem.
W tabeli 2.1 podano zestawienie tąpnięć według kopalń i pokładów za lata 1970 – 2003. Na
ogólną liczbę 479 tąpnięć w 29 kopalniach, aż 454 przypadki miały miejsce w pokładach
siodłowych (grupa 500). W 2003 roku 4 zaistniałe tąpnięcia dopełniają niniejszą statystykę,
3 tąpnięcia zaistniały w pokładzie 510 a tylko jedno w pokładzie 501.
Warunki zaistniałych tąpnięć w roku 2003 scharakteryzowano szczegółowo w „Banku
danych o tąpaniach w roku 2003” [7].
____________________________________________________________________________
577
R. PATYŃSKA – Analiza tąpnięć zaistniałych w kopalniach GZW wraz z oceną stanów...
____________________________________________________________________________
3. Analiza zmian stanu zagrożenia tąpaniami w kopalniach tworzących obecnie
Kompanię Węglową S.A.
Od 1 lutego 2003 r. z 19 kopalń wchodzących w skład czterech spółek węglowych tj.: GSW
SA, RŚl. SW SA, NSW SA, RSW SA oraz 4 zakładów górniczych Bytomskiej Grupy
Kapitałowej utworzono Kompanię Węglową S.A. Należy nadmienić, że większość kopalń
wchodzących w skład Kompanii Węglowej S.A. posiada pokłady o wysokim stopniu
zagrożenia tąpaniami.
Rozmiar zagrożenia tąpaniami w polskim górnictwie węgla kamiennego i jego zmiany
w ostatnich dziesięciu latach zestawiono w tabeli 3.1 [1], w której podano udział kopalń które
tworzą obecnie Kompanię Węglową na tle kopalń GZW, a w tym liczbę tąpnięć i spowodowanych nimi wypadków, wielkości wydobycia (z wyszczególnieniem pokładów zagrożonych
tąpaniami), indukowanych eksploatacją wstrząsów górotworu i rozmiarów szkód spowodowanych zaistniałymi tąpnięciami.
Tabela 3.1.
Wydobycie węgla, wstrząsy wysokoenergetyczne oraz skutki tąpnięć w kopalniach GZW
w latach 1994 – 2003 [1]
Table 3.1.
Coal production, high energy mine tremors and the rockburst consequences in mines of the Upper
Silesian Coal Basin for the period 1994 – 2003 [1]
Rok Wydobycie Wydobycie z pokładów
ogółem
zagrożonych tąpaniami
Ilość wstrząsów o
energii równej lub
większej od 105 J
%
wg
do ogółem wg GRSS kopalń
mln ton
PW
KW
PW
KW
Liczba
tąpnięć
Wypadki
Skutki w wyrobiskach
spowodowane
tąpnięciami
śmier- pozostałe zniszczone uszkotelne (ciężkie i zawalone, dzone,
i lekkie)
m
m
PW KW PW KW PW KW PW KW PW KW PW KW PW KW PW KW
1994 132,7 69,2 43,0 24,5 32,4 35,4 740 495 787 517 12 6
4
1
43 22 199
1995 135,3 69,9 45,4 23,4 33,6 33,5 465 339 466 330 7
6
7
6
32 24 240 240 649 500
1996 136,3 71,0 43,9 22,2 32,2 31,3 564 437 471 367 2
1
3
0
18
7 140 140 168 130
1997 137,1 72,0 46,6 24,5 34,0 34,0 547 452 417 363 2
0
0
0
6
0
1998 116,0 60,4 42,2 22,4 36,4 37,2 663 422 463 349 5
1
2
0
14
0 239 140 184
0
1999 109,2 59,6 38,2 24,6 35,0 41,2 1134 764 596 504 2
1
0
0
3
2
0
0
119
80
2000 102,2 59,0 37,0 22,5 36,2 38,1 1088 747 483 349 2
1
0
0
0
0
0
0
120 100
2001 102,8 60,6 37,6 24,4 36,6 40,4 1137 792 612 417 4
2
2
2
19
5
0
0
668 287
2002 102,1 60,6 42,2 27,7 41,3 45,8 1325 1001 621 426 4
2
3
1
17
7
0
0
590 370
2003 100,4 60,1 41,8 18,3 40,9 43,7 1524 1224 684 520 4
0
2
0
16
0 110
0
145
0
96
0
903 488
169
0
0
Pomimo małej ilości tąpnięć i ich skutków na stosunkowo niskim, w porównaniu do
okresów poprzednich poziomie, wielkości te nie wykazują już tendencji spadkowej, a wręcz
przeciwnie, można zaobserwować pewną tendencję wzrostu. Prawdopodobnie można to
wiązać z mierzalnym parametrem, jakim jest wielkość wydobycia ogółem i wielkość
wydobycia z wyszczególnieniem grup pokładów (rys. 3.1) i ich wydobycia z wyszczególnieniem głębokości eksploatacji (rys. 3.2).
Wbrew ogólnie przyjętym opiniom, że najbardziej eksploatowana to grupa pokładów 500,
statystyki wykazują, że największy udział wydobycia uzyskano z pokładów grupy 300.
Co do głębokości eksploatacji, okazuje się że największy udział wydobycia uzyskano
z pokładów zalegających na głębokości od 500 do 800 m. Do roku 1999 zestawienie
____________________________________________________________________________
578
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
sporządzone na rysunku 3.2, dotyczące wydobycia na poszczególnych głębokościach,
wykazało wzrost udziału wydobycia z pokładów zalegających na głębokości poniżej 800 m.
150
Wydobycie ogółem, mln t
Grupa pokładów 100
Wydobycie, mln t
100
Grupa pokładów 200
Grupa pokładów 300
Grupa pokładów 400
50
Grupa pokładów 500
Grupa pokładów 600
Grupa pokładów 700
1999
1998
1997
1996
1995
1994
0
Grupa pokładów 800
Rok
Rys. 3.1. Wydobycie w GZW w latach 1994 – 1999 z wyszczególnieniem grup pokładów
Fig. 3.1. Annual output from the Upper Silesian Coal Basin mines in the years 1994 – 1999
and the summary of coal seam groups
140
Wydobycie na głębokości
do 100m, mln t
Wydobycie na głębokości
od 100m do 200m, mln t
120
Wydobycie na głębokości
od 200m do 300m, mln t
100
Wydobycie,mln t
Wydobycie na głębokości
od 300m do 400m, mln t
Wydobycie na głębokości
od 400m do 500m, mln t
80
Wydobycie na głębokości
od 500m do 600m, mln t
60
Wydobycie na głębokości
od 600m do 700m, mln t
40
Wydobycie na głębokości
od 700m do 800m, mln t
Wydobycie na głębokości
od 800m do 900m, mln t
20
0
1994
Wydobycie na głębokości
powyżej 900m, mln t
1995
1996
1997
1998
1999
Wydobycie ogółem, mln t
Rok
Rys. 3.2. Wydobycie w GZW w latach 1994 – 1999 z wyszczególnieniem głębokości eksploatacji
Fig. 3.2. Annual output from the Upper Silesian Coal Basin mines in the years 1994 – 1999
and the summary of mining depths
____________________________________________________________________________
579
R. PATYŃSKA – Analiza tąpnięć zaistniałych w kopalniach GZW wraz z oceną stanów...
____________________________________________________________________________
Wydobycie, mln t
Zarówno w odniesieniu do kopalń KW S.A. jak i całego górnictwa stwierdza się (rys. 3.3), że
pomimo znacznego spadku wydobycia ogółem, w KW z 69 – 72 mln t i PW z 130 – 110 mln
t w latach 1994 – 97 do 60,6 mln t w KW i 100,4 mln t w PW w roku 2003, procentowy udział
wydobycia z pokładów zaliczonych do zagrożonych tąpaniami wzrósł w tym okresie z 31,3 do
45,8 %, a z najwyższego III stopnia zagrożenia wzrósł z 10 do 21 % (w latach 1994 – 2003).
Również liczba rejestrowanych wstrząsów silnych, rzędu powyżej 10 5 J, zaczyna wykazywać
tendencję wzrostową poczynając od połowy lat dziewięćdziesiątych (tab. 3.1).
150
Wydobycie ogółem, mln t
100
Wydobycie z pokładów w I
Stopniu Zagrożenia
Tąpaniami, mln t
Wydobycie z pokładów w II
Stopniu Zagrożenia
Tąpaniami, mln t
50
Wydobycie z pokładów w III
Stopniu Zagrożenia
Tąpaniami, mln t
Rok
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
0
Wydobycie z pokładów
razem w I, II i III Stopniu
Zagrożenia Tąpaniami, mln
t
Rys. 3.3. Wydobycie w GZW w latach 1994 – 2003 z wyszczególnieniem pokładów zaliczonych
do odpowiednich stopni zagrożenia tąpaniami
Fig. 3.2. Annual output from the Upper Silesian Coal Basin mines in the years 1994 – 2003 and a list
of the coal seams categorised according to particular degrees of rockburst hazard
Pomimo obowiązujących zasad zaliczania pokładów do III stopnia zagrożenia tąpaniami od
wielu lat wzrost wielkości wydobycia z rejonów zaliczonych do tego stopnia na poziomie
z około 10 do ponad 20 % ogólnego wydobycia, skłania do stwierdzenia, że dla kontynuowania
i utrzymania wydobycia węgla o dobrej jakości koniecznym jest prowadzenie eksploatacji
odprężającej, głównie w III stopniu zagrożenia tąpaniami. Prowadzenie eksploatacji odprężającej umożliwia wybieranie pokładów sąsiednich zarówno wyżej jak i niżej zalegających –
w warunkach mniejszego zagrożenia tąpaniami [3].
Należy również nadmienić, że w pracy [4] przedstawiono nowy sposób prognozowania
sejsmiczności indukowanej eksploatacją pokładu węgla, w ramach poszukiwania nowych
rozwiązań i prognoz aktywności i określania ewentualnych miejsc dynamicznego niszczenia
struktury górotworu.
4. Wykorzystywanie metod stosowanych w profilaktyce tąpaniowej
Wszystkie wyrobiska ścianowe i korytarzowe prowadzone od 1996 roku tj. obowiązywania
metody kompleksowej oceny stanu ZT [10], w III stopniu zagrożenia tąpaniami objęte były
oceną rozeznania górniczego, bieżącymi obserwacjami sejsmologicznymi i stacjonarnymi
____________________________________________________________________________
580
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Punktacja metod
sejsmoakustycznymi. We wszystkich wykonywano również sondaż małośrednicowy. Metody
sejsmiczne w różnych odmianach (profilowanie, geotomografia wzbudzona i pasywna,
prześwietlanie, sondowanie w otworach) stosowane były w ostatnich dziesięciu latach w około
60 % ścian i w około 30 % wyrobisk korytarzowych. Metody dodatkowe, w tym analityczne,
stosowano w około 40 % ścian oraz w około 30 % wyrobisk korytarzowych prowadzonych
w III stopniu zagrożenia tąpaniami. Trzeba zaznaczyć, że dla ścian w 80%, a dla wyrobisk
korytarzowych w 99 % były to pomiary wzbudzonej aktywności sejsmoakustycznej. Metoda ta
znalazła szerokie zastosowanie jako metoda dodatkowa i uzupełniająca dla oceny stanu
zagrożenia tąpaniami [1].
Ocena stanu zagrożenia tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego, dokonywana zgodnie
z aktualnie obowiązującymi zasadami [9,10] w wielu przypadkach znacznie odbiega od
rzeczywistego stanu zagrożenia tąpaniami wyrobisk górniczych. Powyższe dotyczy wszystkich
czterech metod wchodzących w skład metody kompleksowej, to jest metody rozeznania
górniczego, sejsmologicznej, sejsmoakustycznej i wierceń sondażowych (rys. 4.1).
rozpoznanie górnicze
sejsmologia
sejsmoakustyka
sondaż małośrednicowy
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Tąpnięcia w latach 1996-2003
Rys. 4.1. Ocena metodami szczegółowymi stanu zagrożenia tąpaniami miejsc tąpnięć zaistniałych
w latach 1996 – 2003 [5]
Fig. 4.1. The assessment of the state of rockburst hazard for the regions affected by rockbursts in the
years 1996 – 2003 using the detailed methods of hazard identification [5]
Na rysunku 4.1 przedstawiono ocenę stanu zagrożenia tąpaniami dokonaną poszczególnymi
metodami szczegółowymi wchodzącymi w skład metody kompleksowej w okresie jej
obowiązywania. Różnice są tak istotne, że nie można pozytywnie ocenić miarodajności ich
wskazań. W szczególności dotyczy to metody sondażu małośrednicowego i metody
sejsmoakustycznej. Równocześnie z praktyki wiadomo, że obie te metody powszechnie są
wykorzystywane do bieżącej kontroli stanu zagrożenia, wycofywania załogi z miejsc
zagrożonych czy też do podejmowania określonych działań profilaktycznych, przeprowadzenie
których prowokowało liczące się odprężenia górotworu. W przypadkach tąpnięć wskazania
tych metod były odległe od stanu zagrożenia, który miały wskazywać. Z rysunku 4.1 wynika
między innymi, że metoda sondażu małośrednicowego na 21 tąpnięć zaistniałych
w latach 1996 – 2003 wyłącznie w jednym przypadku wskazała na podwyższony stan zagrożenia, a metoda sejsmoakustyczna – w czterech przypadkach.
____________________________________________________________________________
581
R. PATYŃSKA – Analiza tąpnięć zaistniałych w kopalniach GZW wraz z oceną stanów...
____________________________________________________________________________
Punktowa ocena stanu zagrożenia tąpaniami wg metody rozeznania góniczego
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
18
b
16
14
12
10
8
a
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Tąpnięcia w GZW w latach 1988-2003
Rys. 4.2. Ocena metodą rozeznania górniczego stanu zagrożenia tąpaniami miejsc tąpnięć zaistniałych
w latach 1988 – 2003 [8]
Fig. 4.2. The assessment of the state of rockburst hazard for the regions affected by rockbursts in the
years 1988 – 2003 using the mining method of hazard identification [8]
Metoda rozeznania górniczego jest uniwersalna, w takim stopniu, że pozwala na analizę
wybranych rejonów zarówno w fazie ich projektowania jak i po zakończeniu eksploatacji.
W tym znaczeniu możliwa jest analiza miejsc tąpnięć zaistniałych nawet od roku 1988.
W latach 1988 – 2003 w GZW zarejestrowano 125 wstrząsów, które spowodowały tąpnięcia
(rys. 4.2). Metoda rozeznania górni-czego dała następujące wyniki [5,8]:
 stan zagrożenia „a” – wyrobisko niezagrożone tąpaniami – 25 przypadków – 20,8%;
 stan zagrożenia „b” – wyrobisko słabo zagrożone tąpaniami – 68 przypadków – 54,2%;
 stan zagrożenia „c” – wyrobisko średnio zagrożone tąpaniami – 31 przypadków –
24,2%;
 stan zagrożenia „d” – wyrobisko silnie zagrożone tąpaniami – wyłącznie jeden przypadek – 0,8%.
____________________________________________________________________________
582
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Wynika stąd zbyt niedoszacowany stan prognozowaniu stanu zagrożenia tąpaniami wymienioną metodą. Zasadne jest zweryfikowanie nie tylko metody rozeznania górniczego, lecz
również szczegółowych metod wchodzących w skład metody kompleksowej określających
stan zagrożenia tąpaniami.
Celem weryfikacji metody kompleksowej, opracowano i zaproponowano do testowania
dwa warianty metody rozeznania górniczego oraz znowelizowaną metodę sejsmologiczną
i sondaż małośrednicowy. W znowelizowanych wersjach metod oceny stanu zagrożenia
tąpaniami uwzględniono niektóre z dotychczas obowiązujących czynników wpływających na
stan zagrożenia oraz włączono dodatkowe czynniki - w tym jednostkowe wydatki energetyczne
i ich dobowe zmiany na tle aktywności sejsmicznej analizowanego rejonu (JWE – dla
otoczenia ścian oraz WE dla otoczenia wyrobisk chodnikowych) i wskaźnik tąpliwości układu
strop-pokład-spąg WTG [5].
5. Podsumowanie
Pomimo osiągnięć w zakresie zwalczania zagrożenia tąpaniami w kopalniach nadal
występują nieprawidłowości w stosowaniu metod oceny stanu zagrożenia tąpaniami głównie
metody kompleksowej. Do najistotniejszych wad w zakresie bieżącej oceny stanu zagrożenia
wstrząsami a tym samym tąpaniami należą:
 zaniżanie energii wstrząsów wysokoenergetycznych,
 niewłaściwa lokalizacja ognisk wstrząsów względem czynnych frontów eksploatacyjnych,
 brak analiz w zakresie „ciszy sejsmicznej” aktywnego górotworu,
 ograniczona rejestracja i analiza wstrząsów niskoenergetycznych (< 103 J),
 brak sukcesywnej weryfikacji niewłaściwych wyników metod oceny stanu zagrożenia
tąpaniami i prognoz analitycznych pomimo przejawów zagrożenia w trakcie
wykonywania rutynowych robót górniczych.
Należy stwierdzić, że możliwości stosowanych powszechnie metod oceny i prognoz stanu
zagrożenia wykorzystywane są w niewystarczającym zakresie. Wydaje się, że dalszy postęp
w zakresie zwalczania zagrożenia tąpaniami możliwy będzie, nie tylko poprzez szukanie
nowych rozwiązań w zakresie metod oceny stanu zagrożenia, prognoz i metod profilaktyki, ale
przede wszystkim poprzez ulepszenie wykorzystywanych dotychczas i istnie-jących metod
obserwacji i pomiarów, a co za tym idzie właściwe stosowanie dostępnych metod zwalczania
zagrożenia.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Barański A. 2003: Analiza zmian stanu zagrożenia tąpaniami w latach 1994 – 2003 w kopalniach
tworzących obecnie Kompanię Węglową. X Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna,
Tąpania 2003 nt.: Problemy koncentracji eksploatacji w warunkach zagrożenia tąpaniami i metanem, Katowice.
Bank danych o tąpaniach. Dokumentacje prac planowych GIG z lat 1988 – 2003. Materiały nie
publikowane. Archiwum Zakładu tąpań i Mechaniki Górotworu GIG, Katowice.
Dubiński J., Konopko W. 2000: Tąpania – ocena, prognoza, zwalczanie. GIG, Katowice.
Konopko W, Patyńska R. 2003: Sposób prognozowania sejsmiczności indukowanej eksploatacją
pokładu węgla. X Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Tąpania 2003 nt.: Problemy
koncentracji eksploatacji w warunkach zagrożenia tąpaniami i metanem, Katowice.
Konopko W. 2003: Weryfikacja znowelizowanej kompleksowej metody oceny stanu zagrożenia
tąpaniami wyrobisk górniczych. Dokumentacja prac wykonanych w ramach działalności statutowej.
Symbol komputerowy 11050102-140. GIG, Katowice, (praca niepublikowana).
____________________________________________________________________________
583
R. PATYŃSKA – Analiza tąpnięć zaistniałych w kopalniach GZW wraz z oceną stanów...
____________________________________________________________________________
Patyńska R. 1996 – 2002: Raport roczny o stanie podstawowych zagrożeń naturalnych i technicznych w górnictwie węgla kamiennego. Zagrożenie tąpaniami. Praca pod kierunkiem prof.
W. Konopko, Katowice.
[7] Patyńska R. 1996 – 2003: Bank danych o tąpaniach. Dokumentacje prac planowych GIG z lat 1996
– 2003. Archiwum Zakładu Tąpań i Mechaniki Górotworu GIG, Katowice.
[8] Patyńska R. 1999: Zweryfikowana metoda rozeznania górniczego. Międzynarodowa Konferencja
Górnictwo 2000, Gliwice.
[9] Zarządzenie Prezesa WUG z dnia 3 sierpnia 1994 roku w sprawie określania kryteriów oceny
zagrożeń naturalnych oraz trybu zaliczania złóż kopalin, ich części lub wyrobisk górniczych do
poszczególnych stopni zagrożenia. Monitor Polski Nr 45, poz. 368 z dnia 19.08.1994.
[10] Zasady i zakres stosowania Kompleksowej metody oceny stanu zagrożenia tąpaniami w Zakładach
Górniczych Wydobywających Węgiel Kamienny. Seria Instrukcje, Katowice, 1995.
[6]
Analysis of the rockburst from the upper Silesian Coal Basin mines
and the assessment of the state of rockburst hazard
To improve miners work safety, the routine tremor hazard state monitoring based on the
integrated rockburst hazard state assessment approach is being used in mines. Such measures
are aimed to prevent the occurrence of dangerous effects related not only to rockbursts but also
to rock falls during both the mineral substance development and mining phases. The aim to
recognise the hazard could be reached by using, among others, the mining method. Therefore,
the existing mining method and the detailed methods of hazard identification should be
assessed with respect to their reliability and, if need be, to their verification. From the results of
analyses of the rockburst hazard state assessment methods, it has been found that the integrated
method being used up to the present shows low effectiveness.
Przekazano: 25 marca 2004 r
____________________________________________________________________________
584