SEJSMOLOGIA

• 2 podstawowe zadania

Najważniejsze zagadnienia Sejsmologi Górnicznej (SG):

1. Dokładne wyznaczenie hipo- i epi-centrum ognisk wstrząsów oraz ich energii

2. Określenie związku pomiędzy rozkładem aktywności sejsmicznej, a warunkami górniczo-geologicznymi eksploatowanego górotworu (w postaci krawędzi, resztek, chodników, zrębów itp.)

• 2 podstawowe zadania

1) podać współrzędne przestrzenne hipocentrum

2) podać energię wstrząsu

• Lokalizacja wstrząsów (hipo-, epicentrum)

• HIPOCENTRUM - punkt pod pow. Ziemi, ognisko wstrząsu

• EPICENTRUM - punkt na pow. Ziemi prostopadły do hipocentrum

• Określenie energii (jakie do tego metody)

Pojęcie Energii Sejmicznej (ES)

• ES charakteryzuje procesy niszczenia struktury górotworu oraz przemian energetycznych, jakie mają miejsce w ognisku wstrząsu. Pozwala również oszacować objętość mas skalnych, które zostały zaangażowane w te procesy.

• ES wyjaśnia Równianie Bliansu Energetycznego. W przypadku, gdy ograniczona objętość górotworu jest poddana zewnętrznym obciążeniom, które prowadzą do dynamicznego zniczczenia struktur ośrodka (pęknięcia) to równanie blinasu ma postać: W= Q₀ = U+E_k+S+Q₁

W - praca wykonana przez obciążenie zewn;

Q₀ - energia cieplna przechodząca przez górotwór,

U - odkształcenia sprężyste,

E_k - energia kinetyczna związana z procesem niszczenia,

S - energia rozproszona nieodwracalnie w czasie procesu

Q₁ - energia akumulowana w górotworze

E = (W+Q_o) - (U+S+Q₁)

• Z powyższej zależności wynika, że energia sejmiczna jest jedyną mierzalną formą e. związanej z procesem niszczenia ośrodka skalnego.

• Wartość ES jest bardzo mała w stosunku do całości e. wyzwolonej w procesie wstrząsu i wynosi od 0,001 do 0,01 tej energii.

Metody obliczania ES

• Gutenberga-Richtera

• Oparta na parametrze strumienia energii określonym w punkcie pomiarowym

• Pomiaru czasu trwania wstrząsu

• Numerycznego całkowania sejsmogramu

Metoda Pomiaru Czasu Trwania Wstrząsu

Plusy: prosta, szybka

Minusy: mała dokładość, indywidualna interpretacja

Wykorzystuje istnienie zależności pomiędzy wartościoscią ES zjawiska, a czasem jego trwania. Ogólnie można zapisać ją w postaci:

LogE = ALogt + BLogr + C + DLogH

E - ES [J]

r - odległość epicentralna [m]

H - gł. Ogniska [m]

t- czas trwania wstrząsu [s]

A, B, C, D - wsp. Stałe

• Najważniejszym parametrem jest czas trwania wstrząsu t = (F-G), przy czym G oznacza czas występienia fali sejm. na sejmogramie, a F oznacza koniec trwania sygnału sejm.

• W praktyce do wyznaczania czasu t stosuje się kryterium przekroczenia założonych progów amplitudowych na sejmogramie, aby wartość tego parametru była wyznaczana identycznie przez różnych interpretatorów.

• Współczynniki B i D są zwykle b. małe i w skali lokalnych sieci kopalnianych można je pominąć. Można więc zapisać: LogE = ALogt + C

• Wartości wsp. A i C wyznacza się dla odpowiednio licznych i peprezentatywnych zbiorów E i t.

1. metoda pomiaru czasu trwania wstrząsu - wykorzystuje istnienie zależności pomiędzy wartością energii sesjmciznej zjawiska a czasem jego trwania; uproszczony wzór: logE = A logt + C (wartości współcz. A i C wyznacza się dla odpowiednio licznych i reprezentatywnych zbiorów Ei t)

2. metoda Gutenberga - Richtera - wyznacza wartość zagorżenia (może ktoś tutaj coś dopisze?)

3. metody oparte na parametrze gęstości strumienia energii określonym w punkcie pomiarowym

4. )metoda numerycznego całkowania

• Na czym polega interpretacja ilościowa i jakościowa

Jakościowe kryteria sejmologiczne

Przy ustalaniu kryteriów sejm. oceny zagrożenia tąpaniami należy uwzglednić następujące elementy:

• Rodzaj wyrobiska i sposób kierowania stropem

• Poziom aktywności sejm. w rejonie wyrobiska

• Wielkości i character zmian poziomu aktywności sejsu

• Występowanie skutków dynamicznych przejawów aktywności w wyrobisku

Z uwagi na uwarunkowania sejm. prognozy zagrożenia tąpaniami wprowadza następujący podział wyrobisk górnicznych:

• Ściana w rozruchu (pierwsze 30-50m)

• Ściana w ruchu

• Chodnik w początkowej fazie drążenia

• Chodnik w dalszej fazie drążenia

• Wyrobiska i resztki pokładów położone z dala od czynnych robot górnicznych (filary przekopów, szybów, osadniki, pola przeciwpożarowe itp.)

Skala aktywności sejsmologicznej dla wyrobisk ścianowych (dla GZW):

Stopień aktywności	Ilość energi wstrząsów przy systematycznym postępie ściany
I Słaba	Kilka wstrząsów o energii poniżej 10^4J; sporadycznie, raz na kilka dni wstrząs o energii 10^4J
II Średnia	Kilkanaście lub kilkadziesiąt wstrząsów o enegii poniżej 10^4J; pojedyczne wstrząsy o energii 10^4J; raz na kilkanaście dni wstrząs o energii 10^5J
III Duża	Kilka lub kilkadziesiąt wstrząsów o energii 10^4-10^5J; pojedyczne wstrząsy o energii 10^5J; sporatycznie, raz na kilka dni wstrząsy o energii 10^5-10^6J
IV Bardzo Duża	Kilka lub kilkadziesiąt wstrząsów o energii 10^5-10^6J; sporatycznie, raz na kilka dni wstrząsy o energii 10^7J i więcej

Podsumowując - jakościowa intepretacja -> lokalizacja i energia

Jakościowa:

- określenie aktywności sejsmologicznej dla konkretnego wyrobiska (podział wyrobisk: ściana w rozruchu, ściana w ruchu, chodnik w początkowej fazie drążenia, wyrobiska i resztki pokładów położone z dala od czynnych robót górniczych)

- skala aktywności sejsm. Dla wyrobisk ścianowych dla GZW: I - słaba, II - średnia, III - duża, IV - bardzo duża

Ilościowe kryteria sejmologiczne

IK oceny zagrożenia tąpaniami ścian i chodników dla kopalń w GZW oparta na następujących parametrach:

• Poziom aktywności sejm. w obs. Wyrobisku

• Znormalizowana Suma ES wydzielana w okresie postępu wyrobiska o określony odcinek lub wykonania cyklu produkcyjnego

• Odchyłka znormalizowanej Sumy ES w stosunku do wartości średniej tego parametru

• Energii zjawisk wywoływanych strzelaniami wstrząsowo-odprężającymi

• Obserowowane skutki wstrząsów w wyrobiskach

Ilościowa skala sejm. oceny stanu zagrożenia ma cztery stopnie:

A - brak zagrożenia B - zagrożenie duże C - z. średnie D - z. duże

Jako rejon związany z wyrobiskiem przyjmuje się:

• Dla ścian: pas o wymiarach 100m w kierunku wybiegu, 100m w kierunku zrobów i po 50m nab ok poza polem ściany

• Dla chodników o strefę o promieniu 100m od jego czoła.

Zasada ustala wyjściowego stanu zagrożenia dla ścian i chodników w fazie rozruchu

Rodzaj wyrobiska	E pojawiających się wstrząsów [J]	Ocena zagrożenia
Rozruch ściany	< 10^3	słabe
		10^3 - 10^4	średnie
		> 10^4	duże
Początek drążenia chodnika	< 10^3	średnie
		10^3 - 10^4	duże
		> 10^4	bardzo duże

Podsumowując - ilościowa intepretacja -> predykcja możliwości występienia rozładowań dynamicznych

Ilościowa:

- ocenia stan zagrożenia tąpaniami

- ilościowa skala sejsmologiczna oceny stanu zagrożenia ma 4 stopnie: A - brak zagrożenia, B - słabe zagrożenie, C - średnie zagrożenie, D - duże zagrożenie

• Wybrane parametry służące do predykcji wstrząsu

*parametr Gutenberga Richtera (relacje z aktywnością akustyczną, czym skutkuje)

Parametr b rozkładu Gutenberga-Richtera

LogN = a-bLogE

N - liczna zjawiski o E>E₀ (energia progowa)

E - ES

a, b - parametry rozkładu

Stała a jest wielkością zależną od max. amplitudy w analizowanej grupie i charakterycznym średnim poziomie sejm. danego rejonu. Wsp. b zależy od proporcji wstrząsów wysoko- do nisko-energetycznych.

Wysokie wartości b wskazują, że dominują wstrząsy słabe i na odwrót, niskie wartości b świadczą o skłonności górotworu do generacji silnych zjawisk sejm.

Małe b - groźny, duże b - niegroźny

Parametr b zależy również od cech. str. ośrodka i najogólniej można stwierdzić, że odzwierciedla on stopień jej przygotowania do wyzwolenia energi sejm. Udokumentowane są liczne fałdy zmian wsp.b w okresie poprzedzającym występienie zjawisk sejm. Obserwuje się prawidłowości:

• średnie lub duże zagrożenie sejm. występuje, gdy wartość b maleje, a równocześnie wzrasta aktywność sejm.

• słabe zagrożenie sejm. występuje, gdy niskim wartościom b towarzyszy słaba lub malejąca aktywność sejm, bądź w przypadku równoczesnej wysokiej wartości b i wysokiej aktywności sejm.

*parametr EER (ilośc energii na 1 tone węgla…)

Parametr E.R.R.

Charakteryzuje wyzwalanie energi sejm. z jednostkowej powierzchni odsłoniętego stropu: E.R.R. = Suma E/S

Fizycznie parametr E.R.R. jest funkcją modułu sztywności µ i pewnego wsp. proporcjonalności θ wyrażającego stopień naruszenia górotworu (spękania) i dlatego bardzo dobrze odzwierciedla poziom aktywności sejm. i jego zmiany w czasie.

Ogólnie można stwierdzić, że wzrost E.R.R. jest przejawem narastającego zagrożenia sejmicznego.

Przydatne w interpretacji są również inf. o zmianie typu mechanizmu ogniska.

Zmiany takie są wyraźnie powiązane są ze zmianami lokalnego i regionalnego stanu naprężeniowo-deformacyjnego i mogą być prekursorem wzrostu lub spadku zagrożenia sejmicznego.

• I tak wstrząsy o dominacji ruchu w ognisku w kierunku POZIOMYM świadczą o rozwijajającym się procesie rozwastwiania kompleksów skalnych, charakteryzującymi się niższymi wartościami energii I mniejszym zagrożeniem wystąpienia tapań.

• Natomiast wstrząsy o dominacji ruchu w ognisku w kierunku PIONOWYM świadczą o dalszej fazie procesu niszczenia skał.

*parametr Gutenberga Richtera (relacje z aktywnością akustyczną, czym skutkuje)

Parametr „b”:

- związany z rozkładem energetyczno - ilościowym: logN = a - b logE (N - liczba zjawisk o energii większej od pewnej energii progowej E₀)

- współcz. „b” zależy od proporcji wstrząsów wysoko- do niskoenergetycznych

- wysokie wart. b wstrząsy słabe, niskie wartości „b” silne zjawiska sejsm.

- średnie lub duże zagrożenie sejsm. Występuje, gdy wartość „b” maleje, a równocześnie rośnie aktywność sejsm.

- słabe zagrożenie sejsm. gdy niskie wartości „b” i mała lub malejąca aktywność sejsm., lub gdy zarówno „b” jak i aktywność sejsm. są wysokie

*parametr EER (ilośc energii na 1 tone węgla…)

ERR:

- charakteryzuje wyzwolenie energii sejsmicznej z jednostkowej powierzchni odsłoniętego stropu

- wzrost ERR jest przejawem narastającego zagrożenia sejsm.

• Skale ocen zagrożenia w stosunku do wyrobisk (poziom zagrożenia w jednym wyrobisku znaczy co innego w innym)

• Skale ocen zagrożenia w stosunku do wyrobisk (poziom zagrożenia w jednym wyrobisku znaczy co innego w innym)

Skala aktywności sejsmologicznej dla wyrobisk ścianowych (dla GZW):

Stopień aktywności	Ilość energi wstrząsów przy systematycznym postępie ściany
I Słaba	Kilka wstrząsów o energii poniżej 10^4J; sporadycznie, raz na kilka dni wstrząs o energii 10^4J
II Średnia	Kilkanaście lub kilkadziesiąt wstrząsów o enegii poniżej 10^4J; pojedyczne wstrząsy o energii 10^4J; raz na kilkanaście dni wstrząs o energii 10^5J
III Duża	Kilka lub kilkadziesiąt wstrząsów o energii 10^4-10^5J; pojedyczne wstrząsy o energii 10^5J; sporatycznie, raz na kilka dni wstrząsy o energii 10^5-10^6J
IV Bardzo Duża	Kilka lub kilkadziesiąt wstrząsów o energii 10^5-10^6J; sporatycznie, raz na kilka dni wstrząsy o energii 10^7J i więcej

Zasada ustala wyjściowego stanu zagrożenia dla ścian i chodników w fazie rozruchu

Rodzaj wyrobiska	E pojawiających się wstrząsów [J]	Ocena zagrożenia
Rozruch ściany	< 10^3	słabe
		10^3 - 10^4	średnie
		> 10^4	duże
Początek drążenia chodnika	< 10^3	średnie
		10^3 - 10^4	duże
		> 10^4	bardzo duże

METODA SEJSMICZNA

a) badanie powierzchniowe

• Wykrywanie złóż węgla, rozpoznanie górotworu - z czym mamy do czynienia, czy nie ma uskoków, zaburzeń….

Górotwór jest trudnym ośrodkiem, bardzo cienko warstwowanym, duże kontrasty twardości akustycznej.

Zastosowania sejsmiki powierzchniowej:

• Rozpoznanie układu str. basenów górnicznych

• Rozpoznanie budowy w-w C-nośnych (kartowanie pokładów C, lokalizacja stref uskokowych I stref bezpokładowych)

• Rozpoznanie budowy utworów nadkładu

• Ocena zmian zachodzących w górotworze pod wpływem eksploatacji

• Impedancja akustyczna (ρV)

• Kąt graniczny “i”, gdy V2>V1 -> powstanie fali refrakcyjnej

• Vρ - prędkość graniczna (fala refrakcyjna) -> daje info.

• Decydujący wpływ na pole falowe rejestrowane w zagłębieniach węglowych ma, z punktu widzenia sejmiki cienko wartwowa budowa ośrodka oraz występowanie dużych kontrastów prędkości i gęstości, a tym samym dużych wsp. odbicia na kontaktach węgiel-skała płona. Obecność cienkich kontrastowych warstw powoduje, że fale odbite, a także fale przechodzące są falami interferencyjnymi.

• Gdy pole falowe jest polem interferencyjnym to NIE obserwuje się prostej zależności pomiędzy budowa sejmogeologiczną, a otrzymanym zapisem, który jest wynikiem interferencji fal odbitych, a któtkookresowych refleksów wielokrotnych między I wewnątrz pokładowych.

• Rolę fal jedno-i wielokrotnych w formowaniu pola falowego można rozwiązać analizując Teoretyczne Pole Falowe, obliczone dla modeli sejmogeologicznych, odwzorowujących budowę złozą.

• Parametry sejmogeologiczne modelu: miąższość, gęstość, prędkość warstwowa, współczynniki odbicia.

• Wsp. odbicia i przechodzenia są funkcjami CZĘSTOTLIWOŚCI rozchodzenia się fal, a ona warunkuje rozdzielczość metody.

• Rozdzielczość PIONOWA określa min. miąższości w-w, od których można uzyskać oddzielne odbicia.

Rozdzielczość PIOZIOMA określa min. możliwy zasięg stref zanurzonych.

70-100 Hz - wysokoczęstotliwościowe

• Wykrywanie złóż węgla, rozpoznanie górotworu - z czym mamy do czynienia, czy nie ma uskoków, zaburzeń….

Górotwór jest trudnym ośrodkiem, bardzo cienko warstwowanym, duże kontrasty twardości akustycznej. (węgiel daje bardzo wyraźne refleksy)

• Modyfikacje do metody sejsmicznej

• Sejsmika wysokoczęstotliwościowa (wysokorozdzielcza) - zwiększenie rozdzielczości obrazu przez tę wysoką częstotliwość

• Różne gęstości oraz prędkości warstw

• Modyfikacje do metody sejsmicznej

Dwa warianty metod:

1. Refleksyjna - fala odbita - napotkanie na granicę sejsmiczną

2. Refrakcyjna - fala “ze ślizgania”

b) pomiary wykonane pod ziemią

1. Profilowanie w wyrobisku górniczym - profilowanie sejsmiczne(na profilu pkty wzbudzania i odbioru; ważna długośc profilu - nie może być za długi, ani za krótki, zwykle 200m)

• Profil sejsmiczny, kanał sejsmiczny i elementy, rozstaw sejsmiczny - def

• Profile w badaniach podziemnych są bardzo któtkie: 100-200m.

• Rodzaje profili: podłużny, niepodłużny, innego typu np. półkulisty (wg lokalizacji względem siebie ptk. Wzbudzania i odbioru)

• Kanał sejmiczny: Geofon + Wzmacniacz + Analizator

• Rozstaw - odległość między geofonami. Gęstość geofonów musi być tak rozdysponowana, aby móc śledzić całość granicy sejsmicznej.

Rozstaw: (x-1)y, gdzie x - ilość geofonów, y - odl. między nimi

• Geofony powinny być usadowione w specjalnych warunkach, najlepiej w połowie warstwy, co najmniej 3m pod chodnikiem (w otwórze/odwiercie).

• Podstawowym parametrem jest Prędkość propagacji fal różnych typów (najczęściej Vp w pokładzie węgla lub stropie/spągu).

• Wyniki przedstawia się zwykle jako:

• Punktowe określenie V

• Krzywa zmian V wzdłuż profilu

• Mapę izolinii V

• Zbiór lub mapa różnic V

• Zbiór V pomierzonych

• Wymagana dokładność określenia wartości V: 2-5%.

• Warunek ten wynika z faktu, że procesy geodynamizne prowadzące do akuulacji naprężeń lub zaburzenia str. generują anomalię V rzędu 30-40%.

WAŻNE - dobór optymalnych parametrów profilu sejmicznego, obejmują one:

• Długość profilu pomiarowego L

• Długość rozstawu sejsmicznego l_i

• Odległość „di” między kolejnymi kanałami rozstawu

• Odsunięcie punktu wzbudzenia lub odbioru d₀

• Krok profilowania r.

Jakość danych pomierzonych zależy również od czynników takich jak:

• Lokalizacja profilu

• Sposobu wzbudzania drgań

• Sposobu odbioru fal sejmicznych

1. Profilowanie w wyrobisku górniczym - profilowanie sejsmiczne(na profilu pkty wzbudzania i odbioru; ważna długośc profilu - nie może być za długi, ani za krótki, zwykle 100-200m)

• Profil sejsmiczny, kanał sejsmiczny i elementy, rozstaw sejsmiczny - def

Kanał sejsmiczny - składa się z: Geofonu Wzmacniacza Aparatury

Profil - w wyrobiskach zazwyczaj 100 do 200 m,:

podłużny - punkt wzbudzenia i punkty odbioru na tej samej linii, lub

niepodłużny

Rozstaw - (n - 1)d, gdzie n - ilość geofonów, d - odległość między geofonami

Punkt wzbudzania - sztuczny, generowany przez człowieka, ładunek wybuchowy lub udar

Punkty odbioru - geofony, słaby sygnał na geofonie musi być wzmocniony wzmacniaczem

2. Pomiary w otworze wiertniczym

• Sonda wpuszczana do otworu; u wyjścia otworu - pkt wzbudzenia fali

• Jak odsunięty jest pkt odbioru od osi otworu

• Jak wyglądają pomiary

• Technika zbliżona jest do tej stosowanej w profilowaniu w wyrobiskach. Stosowanie elemenentów bazy pomiarowej jest ograniczone i utrudnione, stąd tego typu badania są prowadzone w przypadku konieczności rozwiązania specyficznych problemów, oraz gdy nie są dostępne wyrobiska.

• Kierunek linii profilu wyznacza oś otworu. Sondę geofonową instaluje się na dnie otworu za pomocą zestawu żerdzi, a po ich usunięciu, sondę przesuwa się każdorazowo o określony interwał „di” w kierunku ujścia otworu (zazwyczaj, co 0.5m ku górze). Przy każdym położeniu sondy generuje się fale w ptk. Wzbudzania (lub punktach) położonych w pobliżu ujścia otworu i prowadzi się rejestrację.

• Inna metodyka polega na stosowaniu sond zawierających w jednej obudowie nadajnik i odbiornik. Stosuje się krótkie bazy, co ogranicza uzyskiwaną informację do strefy w bezpośrednim sąsiedztwie otworu.

• Parametry profilowania:

• Długość profilu pomiarowego L

• Odległość między kolejnymi położeniami sondy w otworze „di”

• Odległość punktu wzbudzenia od ujścia otworu d₀ (0.5-2m, przeważnie 1m).

• Sposób wzbudzania i odbioru fal

Wzbudzanie - udarowe, odbiorniki - sondy geofonowe

• Stosowane gdy brak dostępnych wyrobisk lub szczególne przypadki wymagające specyficznych rozwiązań

• Kierunek linii profilu wyznacza oś otworu

• Sondę geofonowi instaluje się na dnie otworu

• Sondę przesuwa się każdorazowo o określony interwał d_i w kierunku ujścia otworu

• Przy każdym położeniu sondy generuje się falę w punkcie wzbudzenia (lub punktach) położonych w pobliżu ujścia otworu i prowadzi się rejestrację obrazu falowego

• Inna metodyka polega na zastosowaniu sond zawierających w jednej obudowie nadajnik i odbiornik

• Stosuje się krótkie sondy co ogranicza uzyskiwaną informację do strefy w bezpośrednim sąsiedztwie otworu

• Interwał podnoszenia sondy: najczęściej 1m

• Odległośc pktu wzbudzenia od otworu: zwykle 1m

• Odbiorniki - sondy geofonowe

• Sonda wpuszczana do otworu; u wyjścia otworu - pkt wzbudzenia fali

3. Prześwietlenia sejsmiczne

• Między pokładem, a powierzchnią ziemi lub miedzy1 poziomem, a drugim

Prześwietlanie pomiędzy dwoma punktami pomiarowymi - niezbędne w pewnych przypadkach, gdy chcemy zbadać daną nieciągłość. Przypadki:

1. Dwa otwory wiertnicze

2. Powierzchnia-pokład

3. Dwa pokłady

• Tomografia sejsmiczna (następstwa prześwietleń) mierzymy rozkład prędkości fali

Metoda określania rozkładów prędkości na podstawie znajomości czasów propagacji fal sejsmicznych.

*prostoliniowa

Opiera się na założeniu prostoliniowego przebiegu promienia sejsmicznego. Algorytmy komputerowe cechuje duża prostota oraz łatwość uogólnionego przypadku 2D na 3D.

*krzywoliniowa

Opiera się na zbliżonym do rzeczywistego krzywoliniowym przebiegu pr. Sejsm. Algorytmy są bardziej złożone oraz dłuższe są czasy realizacji komputerowej.

Oba wymienione rodzaje tomografii noszą nazwę Tomografii Promieniowej. W zależności od wariantu, interpretowane są zarówno fale P i S. Estymuje się rozkłady V i/lub rozkłady tłumienia.

*dyfrakcyjna

W przypadku występowania niejednorodności prędkościowych ośrodka porównywalnych z długością fali sejm. tomografia promieniowa zawodzi. Konieczne jest wówczas zastosowanie najbardziej złożonego wariantu tzw. Tomografii Dyfrakcyjnej.

Wykorzystuje ona pełny zarejestrowany obraz falowy obejmujący zarówno fale padające, jak i rozproszone (odbite, refrakcyjne, dyfrakcyjne).

SEJSMIKA

• Anomalie prędkości

*dodatnie (wzór)

Dodatnia A_n =
x 100%

*ujemne (wzór)

Ujemna A_od =
x 100%

Resztkowa A_r =
x 100%

V_o - prędkość bazowa (odniesienia) po za strefę anomalii

V_p⁽¹⁾ - prędkość dla 1-go cyklu pomiarowego

V_p⁽²⁾ - prędkość dla 2-go cyklu pomiarowego

• Gradient fali P (wzór) gradient względnych zmian prędkości:

G_r = [ (v₀ - v_min / v₀) ] * W * 100%

V₀ - wartość prędkości odniesienia (poza strefą anomalną)

W - średnia odległośc od punktu, w którym v = v_min do punktu, gdzie v = v₀

• Wzrost wartości anomalii prędkości jest związany ze zmianą naprężeń (im głębiej, tym niebezpieczniej)

• Pomiary powierzchniowe i podziemne

SEJSMOAKUSTYKA

• Podstawa metody - zjawiska emisji akustycznej (w skałach, gdzie źródłem jest pęknięcie górotworu)

Zjawisko emisji akustycznej - objawia się powstaniem i propagacją fal sprężystych wygenerowanych w ośrodku skalarnym podczas zachodzących w nim procesów dynamicznych.

Źródłem emisji akustycznej jest pękanie. Każde pęknięcie powoduje generowanie fali sejsmicznej. Bodźce:

• Pękanie

• Wzrost pęknięcia

• Deformacja plastyczna

• Temperatura

• Przejścia fazowe

• Sorpcja gazów i par

Każdy wstrząs zarejestrowany to pęknięcie.

• Czynniki: max amplituda, czas trwania impulsu, częstotliwośc

• Rozkłady parametrów: aktywnośc akustyczna (ilośc sygnałów w jednostce czasu), skumulowana aktywnośc akustyczna, intensywnośc energii, skumulowana intensywnośc energii, interwały -> rozkłady parametrów służą jako zwiastuny mogącego wystąpic zjawiska akustycznego

• Aktywność akustyczna - liczba impulsów w jednostce czasu (wybranej arbitralnie). W zależności od sposobów zliczania impulsów, będzie to albo liczba przekroczeń progu dyskryminacji w jednostce czasu, albo liczba zdarzeń.

• Gwałtowny wzrost AA może wskazywać na nagłe zjawisko dynamiczne np. wyrzut gazu, tąpnięcie.

• Skumulowana aktywność akustyczna - całkowita liczba sygnałów zarejestrowanych od pewnego czasu t0 do określonego czasu ti.

• Intensywność energii - ilość energii emitowanej z danej objętości skały w jednostce czasu. Umowna intensywność energii to suma energii umownych sygnałów zarejestrowanych w jednostce czasu.

• Intensywność skumulowana - całkowita ilość energii wyzwolonej z danej objętości skały od pewnego czasu t0 do określonego czasu ti.

• Elementy pomiarowe w urządzeniach akustycznych

Odbiornik pod ziemią, kabel i aparatura rejestrująca na powierzchni

• Aparatury sejsmoakustyczne

*przenośne

*stacjonarne

*przenośne

Służą do doraźnych pomiarów. W kopalniach GZW używa się WAS, WAS-3, WLIS, WLIS96, RMS. W LGOM - mikroprocesorowy licznik trzasków MLT3. Nie wykrywa małych spękań.

*stacjonarne

Służy do całodobowego monitoringu zmian. Stosowane urządzenia to: PRS-4a, ARES. Tworzy sieć monitoringu. Sieć musi być tak rozłożona, żeby zapewniała dokładność lokalizacji pęknięć (czyli źródeł emisji akustycznej).

Codziennie sprawdza się kable od sieci. Wykrywa nawet małe spękania.

• Nie można tą metodą odkryc uskoku, złóż rud -> jest ona tylko do predykcji (przewidywania)

• Pojedynczy sygnał traktujemy jako

*pojedyncze zdarzenie lub

*ilośc przekroczeń

• Służy TYLKO do predykcji ! ! !

• Podstawa metody - zjawiska emisji akustycznej (w skałach, gdzie źródłem jest pęknięcie górotworu)

• Parametry pojedynczego sygnału

- max amplituda sygnału

- czas trwania sygnału

- częstotliwość sygnału (lub okres)

- widmo częstotliwościowe sygnału

- współrz. Źródła sygnału

- czas narastania sygnału

- energia umowna impulsu

- odstępy czasu między kolejnymi impulsami

• Parametry dla grupy sygnałów

- aktywność akustyczna (ilość sygnałów w jednostce czasu),

- skumulowana aktywność akustyczna - ilość sygnałów zarejestrowanych od pewnego czasu t=0 do określonego czasu t

- intensywność wyzwalanej energii - ilość energii emitowanej z danej obj. skały w jednostce czasu

- skumulowana intensywność wyzwalanej energii- całkowita ilość energii od pewnego czasu t=0 do określonego czasu t

- średnia energia sygnału

interwały -> rozkłady parametrów służą jako zwiastuny mogącego wystąpic zjawiska akustycznego

gwałtowny wzrost - jakieś wydarzenie

gwałtowny wzrost i następujący po nim gwałtowny spadek

„schodek” - może być wyrzut

• Sekwestracja - odizolowanie CO₂ z atmosfery

- składowanie CO₂ w formacjach geolog. (pozabilansowe pokłady węgla, kawerny solne, wyeksploatowane zbiorniki gazu/ropy)

- składowanie w oceanach

- karbonizacja CO₂ (trwałe związanie do postaci węglanów)

Sekwestracja geologiczna: zatłaczanie do mórz i oceanów, do kawern, do wyeksploatowanych pokładów; wydobywanie CH₄ z pokładów węgla jako źródła energii, poprzez wtłaczanie CO₂, które wypiera CH₄)

• Elementy pomiarowe w urządzeniach akustycznych

- Mocowanie czujników - maksymalnie dobry kontakt ze stropem, spągiem, ścianą

- prawidłowe umieszczenie geofonów - dobry kontakt ze stropem, ale nie może być na ociosie bo tam jest strefa spękań, która pochłania emisję

Sposoby montowania czujników AE:

- na kotwi

- na dnie wywierconego otworu i dno przytkać

- pojemnik (jakiś tam) w spągu

- w spągu na dnie otworu

• Aparatury sejsmoakustyczne

*przenośne

*stacjonarne

• Pojedynczy sygnał traktujemy jako

*pojedyncze zdarzenie lub

*ilość przekroczeń

GRAWIMETRIA

• Do predykcji, wykrywania

• Anomalie siły ciężkości

• Poprawki redukcji anomalii siły ciężkości

• Pojecie geoidy

• Jednostki (siły ciężkości i gradientu siły ciężkości)

• Pionowy gradient siły ciężkości (co to i jak się mierzy)

• Zastępowanie mikrograwimetrycznych pomiarów

• Zastosowanie metody predykcji

• Trend, anomalia trendu i związek z energią sejsmiczną

• Do predykcji, wykrywania, określania budowy (spękania, uskoki, rowy, niecki, sprawdzanie stropów, stateczności hałd, zmiany gęstości)

• Anomalia siły ciężkości - różnica między wartością pomierzoną i zredukowaną poprzez poprawkę Bouguera a wartością normalną siły ciężkości

• Poprawki redukcji anomalii siły ciężkości

- poprawka topograficzna - niweluje wpływ topografii

- poprawka wolnopowietrzna - niweluje wpływ wysokości

- poprawka Bouguera - na przyciąganie warstwy równoległej

te 3 poprawki składają się na redukcję Bouguera (eliminujemy wpływ topografii, wysokości i przyciągania)

• Pojecie geoidy

Geoida - powierzchnia ekwipotencjalna mórz i oceanów - jest poziomem odniesienia, wszystkie pomiary redukujemy do tego poziomu)

• Jednostki (siły ciężkości i gradientu siły ciężkości)

> 1 Gal = 1 cm/s² układ cgs

> 1 m/s² układ SI

• Pionowy gradient siły ciężkości (co to i jak się mierzy)

- zmiany siły ciężkości z wysokości

- dolne stanowisko pomiarowe i górne stanowisko pomiarowe, stawiamy wieżę i robimy pomiary, górne stanowisko pomiarowe 3m nad dolnym, wieża służy do pomiaru na pow. Ziemi, pod ziemią stosuje się wieże 1m, wykonujemy 5-6 odczytów i robimy średnią

Niech ktoś coś o tym napisze, bo ja tutaj za cholerę nie wiem co i jak

• Zastępowanie mikrograwimetrycznych pomiarów (???)

• Zastosowanie metody predykcji (???)

• Trend, anomalia trendu i związek z energią sejsmiczną (???)

• Ważnym (z szeregu) zadaniem mikroGrawimetrii była predykcja występienia zjawiski dynamicznych. Ogólnie jednak uG służy zarówno do rozpoznania, jak i predykcji.

• W przypadku prowadzenia pomiarów w działającym chodniku nie możliwe jest predykcja zawalenia stropu (mimo ujawienia różnic w gęstości) [POJEDYNCZE BADANIE]. Należy bezwzględnie pamiętać, aby wykonywać pomiary w tych samych miejscach.

• Po szeregu powtórnych badań kiedy może poznać różnice -> wyznaczyć trend (sumaryczna krzywa) -> której interesuje nas ogólny charakter.

• Amplituda trendu krzywej „wprost” mówi nam o energii anomalii (ilość energii wyzwolonej w czasie).

• Często po wzroście amplitudy trendu następuje wstrząs.

• Czasowe pomiary siły ciężkości (???)podstawą prognozowania są zmiany zachodzące w czasie?

Pomiary: względne, absolutne (???)Pomiary względne-stosowane w grawimetrii poszukiwawczej. Są to metody łatwe i szybkie. Wykonywanie pomiarów ciężkości na dużych obszarach. Polega ona na wyznaczaniu różnicy siły ciężkości g między

dwoma punktami pomiarowymi, których [położenie geograficzne i wysokość npm. wyznacza się z dokładnością do kilku mm. Pomiary grawimetrem polowym- dokładność 0,01mGal-bardzo dobre wyniki! Pomiary otworowe w mikrograwimetrii- dokładność wynosi minimum 5μGal. Pomiary bezwzględne(absolutne) dokładność 1mGal.Określa się wartość przyspieszenie ziemskiego g -nateżenie siły ciężkości. Gorsze od względnych.

• Rodzaje wykonywanych pomiarów (???)w wyrobisku, na powierzchni?pomiary gradientu i pomiary siły cieżkości?

• Czasowe pomiary siły ciężkości (???)pomiary muszą być rozciągnięte w czasie, wymagają długiego czasu a punkty pomiarowe nie mogą się zmieniac

• Pomiary w szybach (???)nad pustym wyraźne minimum,nad podsadzonym maleńkie maxima, nad nie całkiem podsadzonym niewielkie minimum, nad szybem wentylacyjnym silnie ujemna anomalnia. Wykorzystuje się pionowe profilowania grawimetryczne PPGP w szybie górniczym wykonane przy wykorzystaniu ruchomego pomostu pomiarowego, dzieki tej metodzie można wykryć np.pustki.

• Co to jest grawimetr?

Grawimetr - przyrząd do pomiaru siły ciężkości; zamieszczony na sprężynce + dryft (płynięcie skali), ze względu na to, że nić jest kwarcowa, rozciąga się, nie jest idealnie plastyczna; dokładność grawimetru: 0,01µGal

METODA ELEKTRYCZNA

Zasadniczym założeniem obrazowania elektrooporowego jest fakt, że różne materiały geologiczne posiadają różne właściwości elektryczne. Warstwy zalegające pod powierzchnią mogą być identyfikowane/rozpoznane na podstawie tych właściwości. Wykorzystywanym parametrem jest tu rezystywność wyrażona w Ohmach albo jej odwrotność czyli przewodność wyrażona w Siemensach na metr. Rezystywność zależy głównie od zawartości wody oraz minerałów ilastych. Metoda bazuje na pomiarach pola potencjałowego stymulowanego bezpośrednio przez prąd albo bardzo niskiej częstotliwości zmienny prąd płynący w umieszczonych w gruncie metalowych elektrodach. Prąd elektryczny jest wprowadzany do ziemi przez parę elektrod prądowych i różnica potencjałów mierzona jest przy pomocy pary elektrod potencjałowych. Anomalie w rozkładzie wyników pomiarów geoelektrycznych w górotworze mogą być wywołane zróżnicowaniem własności elektrycznych ośrodka, przede wszystkim jego przewodności. Zróżnicowanie to może mieć charakter stały, związany z geologiczną budową ośrodka, jak również może być wynikiem zmian wywołanych naprężeniem. A przekroczenie granicznego naprężenia (teoria perkolacji) może prowadzić do zmian rezystancji ośrodka skalnego. Jeden i drugi rodzaj anomalii może być mierzony za pomocą prądu stałego i badania fal elektromagnetycznych rozchodzących się w górotworze.

W badaniach geofizycznych przyjmuje się, że większość skał (szkielet skalny) do dielektryki, z pominięciem złóż metalicznych (przewodniki).

Do ośrodka wpuszczany jest prąd stały, który napotyka skały o różnej oporności. Oporność właściwa jest głównym parametrem geoelektrycznym, zmienia się w zależnosci od panujących warunków. Czynnikami mogą być:

• spękania

• stopień nasycenia mediami

Metoda elektroporowa słuzy do możliwości przewidywania (predykcji) nagłego wystapienia zjawiska np. wstrzasu górniczego. Pomiary prowadzone na pow. Ziemi są tak samo prowadzone jak w wyrobisku.

Typ ukladu pomiarowego stosowany w metodzie elektropoprowej:

I Typ : symetryczny(na taki też wyglada, tak miałam w notatkach) czteroelektrodowy Schlumbergera

uklad charakteryzuje się tym, że odległość pomiedzy elektrodami A i B jest wieksza niż M i N ale sa symetryczne względem punktu pomiarowego AB >> MN

• pomiary w wersji profilowanie oporności pozornej

• Pionowe sondowanie oporności pozornej

II Typ : Uklad Wennera

Zalety i wady metody elektrooporowej

- Możliwość prowadzenia badań w pomieszczeniach zamkniętych.

- Jest to metoda pracochłonna, wymaga dużej ilości pomiarów.

- Zmniejszanie się wiarygodności wyników wraz ze wzrostem wilgotności badanego stanowiska.

- W przypadku natrafienia na warstwę o dużej oporności blisko powierzchni ziemi, nie jest możliwe uzyskanie wyników dotyczących warstw znajdujących się głębiej.

- Uzyskiwane wyniki mogą być zakłócane przez kable sieci elektrycznej, telefonicznej, kanalizacje itp.

• różnice między układem Wennera i Schlumbergera

- układ Schlumbergera:

Symetryczny, czteroelektrodowy, układ pomiarowy wokół P (punkt pomiarowy), elektrody pomiarowe M i N, elektrody prądowe A i B, mierzymy spadek potencjału, w ukłądize Schlumbergera AB >> MN

- układ Wennera:

Odległości między wszystkimi elektrodami są takie same!

• Krzywa pionowych sondowań (???) chodzi o te cztery typy krzywych różniących się w zależności od gęstości warstwowego ośrodka. (4wykresy dla ośrodka trójwarstwowego, 2 wykresy dla ośrodka dwu warstwowego)

• Opór pozorny a rzeczywisty

- oporność pozorna - ponieważ wynik pomiaru jest zależny od użytego układy pomiarowego

* penetracyjne profilowania oporności

- pomiar oporu pozornego z głębokością, sonda z układem 1 lub 2 elektrod, wciskana o bardzo mały interwał - 10cm; iły - bardzo mały opór

* oporność skał zawodnionych, suchych

- oporność skał zawodnionych jest niższa niż skał suchych

- jeśli wody są skażone (wysoka mineralizacja) oporność maleje, a oporność pozorna iłu rośnie

- jeśli wody nieskażone (niższa mineralizacja) oporność rośnie, a oporność pozorna iłu maleje

Skały suche i zawodnione(wykres), co się dzieje w trakcie elkspolatacji

- skały suche- na początku oporność nie zmienia się, potem oporność zaczyna rosnąć bo skała pęka(wewnątrz jest np. powietrze, gaz które mają wysoką oporność), potem opornośc gwałtownie maleje(do szczelin napływa woda a ona ma niską oporność)

-skały zawodnione-na początku nic się nie dzieje, potem oporność zaczyna gwałtownie maleć(rozszerzają się szczeliny pełne wody) a następnie gwałtowny wzrost opornośći(woda ucieka szczeliny `puste')

---