Drgania w naukowych cuglach

Bezpieczeństwu pracy w kopalniach i ochronie obiektów na powierzchni służy Górnicza Skala Intensywności Sejsmicznej.

Mieszkańcy Górnośląskiego Zagłębia Węglowego co-raz  częściej  domagają  się  systemu powiadamiania  ich o wstrząsach wysokoenergetycznych związanych z eksploatacją złóż węgla kamiennego. Powołują się przy tym na alarmy smogowe. Naukowcy twierdzą, że byłaby to sztuką dla sztuki. Przedsięwzięcie drogie, organizacyjnie trudne i bez praktycznego znaczenia. Bo, co może zrobić człowiek z wiedzą, że być może za kilka godzin wystąpią drgania gruntów w jego miejscowości? Uciekać z domów nie ma powodu.

– Sejsmiczność górnicza jest na pewno dyskomfortem dla mieszkańców, którzy z reguły odczuwają, szczególnie w strefie epicentrum wstrząsu, drgania przez niego wywoływane.

Działalność polskich kopalń węgla kamiennego nie indukuje jednak wstrząsów o magnitudach przekraczających 4,5 w skali Richtera. A parametry drgań wstrząsów górniczych wyraźnie różnią się od tych, jakie  mają  miejsce w przypadku trzęsień Ziemi, nawet tych słabych.

Z pewnością poziom tych drgań nie stanowi zagrożenia dla konstrukcji obiektów budowlanych. Absolutnie należy wykluczyć możliwość zaistnienia katastrofy budowlanej, a więc zagrożenia dla życia mieszkańców – zapewnia prof. Józef Dubiński z Głównego Instytutu Górnictwa.

Najbardziej aktywny rejon górniczy

1100 km kwadratowych – taki jest obecnie obszar prowadzonej  eksploatacji  w  Górnośląskim  Zagłębiu  Węglowym.  Koncentracja wydobycia na tak niewielkim terenie sprawia, że nie ma dnia w górniczych gminach na Górnym Śląsku bez wstrząsów wywoływanych działalnością kopalni. Bywa ich nawet kilka jednej doby. GZW jest jednym z najbardziej aktywnych sejsmicznie rejonów górniczych w świecie. A sąsiedztwo kopalni jest dzisiaj coraz trudniej akceptowane społecznie. Niestety, nie ma takiej cudownej  metody  eksploatacji  górniczej,  która  nie  wpływa  na powierzchnię terenu. Jeśli podejmuje  się  podziemną  eksploatację złoża węgla, to narusza ona równowagę istniejącą w ośrodku skalnym. Dlatego dużym wciąż wyzwaniem dla naukowców jest zmniejszanie niekorzystnego     oddziaływania górnictwa na środowisko. Od kilku lat bezpieczeństwu pracy w kopalniach i jednocześnie obiektów na powierzchni służy nowa Górnicza Skala Intensywności Sejsmicznej. Opracował ją zespół naukowców GIG pod przewodnictwem prof. Józefa Dubińskiego.

– Pracowaliśmy nad tą skalą wiele lat, analizując dane sejsmometryczne zarejestrowane przez sieć powierzchniowych stanowisk pomiarowych w powiązaniu z informacjami o odczuciach drgań przez ludzi i zaobserwowanych przez mieszkańców uszkodzeniach, jakie wystąpiły na powierzchni, szczególnie w obiektach budowlanych. Korzystaliśmy z danych kopalń węgla kamiennego i rud miedzi na terenie Polski oraz kopalń niemieckich i czeskich. Ustaliliśmy, że istotne dla obiektywnej oceny intensywności drgań są zawsze dwa rejestrowane parametry: przyspieszenie lub prędkość drgań oraz czas ich trwania. Na tej podstawie zostały opracowane dwa rodzaje skali – przyspieszeniowa GSI-A i prędkościowa GSI-V. W każdej z nich na podstawie wspomnianej korelacji wyróżniono pięć stopni intensywności drgań i przypisano im określone symptomy odczuwania drgań przez ludzi oraz możliwych uszkodzeń w obiektach budowlanych. Skutki wstrząsu nie są prostą funkcją jego energii sejsmicznej i odległości hipocentralnej, czyli odległości obiektu budowlanego na powierzchni od ogniska wstrząsu – mówi prof. J. Dubiński.

Pomocna przy projektowaniu

GSI umożliwia ocenę potencjalnych skutków bieżącej oraz projektowanej eksploatacji na powierzchnię. Uwzględnia stan techniczny budynków. Opisuje efekty oddziaływania wstrząsów na powierzchnię, budynki, infrastrukturę techniczną oraz na ludzi. I co istotne – GSI jest pomocna przy projektowaniu obiektów budowlanych narażonych na wpływy sejsmiczne i ich zabezpieczeń.

W ub. r. w ścianie 2bS w kopalni Staszic po wysokoenergetycznym wstrząsie doszło do zawału, ale nie było wypadku. Kiedyś takie zdarzenie było katastrofą. Polskie górnictwo coraz lepiej sobie radzi z zagrożeniem sejsmicznym. W latach 70. i 80. XX wieku wysokoenergetycznych wstrząsów (o magnitudzie ponad 1,5) było ponad trzy tys. rocznie. Obecnie jest ich o połowę mniej i nie powodują tak licznych uszkodzeń w obiektach budowlanych na powierzchni, jak dawniej. Diametralnie poprawiło się bezpieczeństwo górników, ponieważ tąpnięcia bardzo groźne dla podziemnych wyrobisk, zdarzają się w ostatnich latach sporadycznie, jedno-dwa rocznie. W minionym wieku były one najpoważniejszą przyczyną wypadków śmiertelnych.

Prof. Dubiński uważa, że obiektywnie ciągle wysoka aktywność sejsmiczna w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym wynika przede wszystkim z budowy geologicznej górotworu, w tym jego tektoniki, a przede wszystkim ze stale rosnącej głębokości prowadzenia eksploatacji. W latach 80. średnia głębokość eksploatacji była ok. 500 m, a dzisiaj jest to już blisko 750 m, a najgłębsze kopalnie  w  GZW  eksploatują  obecnie  na  głębokości  1000  m, a nawet 1250 m. Ponadto, wiele kopalń prowadzi działalność od kilkudziesięciu a nawet 100 i więcej lat, co wynika z wielopokładowej budowy złoża węgla. W związku z tym występują liczne krawędzie zatrzymanej eksploatacji, resztki węglowe, filary, które tworzą strefy koncentracji naprężeń, w otoczeniu których generują się ogniska wstrząsów. Dążenie do koncentracji wydobycia jest także czynnikiem generującym sejsmiczność.

W porównaniu do XX wieku bardzo jednak zmieniło się podejście do zagrożenia sejsmicznego w kopalniach. Obecnie pra- wie wszystkie mają swoje sieci pomiarowe – sejsmologiczną i sejsmometryczną ze stanowiskami zainstalowanymi na powierzchni. Służą one do opracowywania kopalnianej profilaktyki zagrożenia tąpaniami i ograniczania oddziaływania eksploatacji na powierzchnię.  Specjalistów  kopalnianych  wspiera  Główny  Instytut Górnictwa, który od blisko 50 lat prowadzi ciągłe monitorowanie sejsmiczności górniczej z wykorzystaniem Górnośląskiej Regionalnej Sieci Sejsmologicznej. Aktualnie ma ona 20 stacji pomiarowych dostosowanych do położenia rejonów i poziomu aktywności sejsmicznej kopalń.

Prognozowanie zagrożeń

– Zwalczanie zagrożenia sejsmicznego jest dziś jednym z priorytetów już na etapie projektowania eksploatacji górniczej w nowym  rejonie.  Kopalnie  muszą  spełnić  wiele  wymogów  formalnych, przygotować m.in. prognozę zagrożenia sejsmicznego oraz przeprowadzić inwentaryzację wszystkich obiektów powierzchniowych, które będą objęte oddziaływaniem eksploatacji pod kątem ich odporności na drgania. Każdy przedsiębiorca górniczy jest zobowiązany do opracowania w oparciu o wyniki rozpoznania geologicznego wieloletniego planu ruchu zakładu, zawierającego projekty eksploatacji poszczególnych partii pokładów węgla z uwzględnieniem intensywności wydobycia, systemu wybierania, gabarytów wyrobisk, itp. Bez takiej dokumentacji, zaopiniowanej przez specjalistyczną komisję i zaakceptowaną przez okręgowy urząd górniczy, nie może rozpocząć wydobycia – zapewnia prof. Dubiński.

Eksperci  twierdzą,  że  dla zmniejszenia  skutków  wstrząsów indukowanych działalnością górniczą pozytywne znaczenie ma  obecny  system  eksploatacji. A zwłaszcza takie czynniki jak: dobór parametrów ścian do konkretnych warunków geologicznych i naprężeniowych, ciągły  monitoring geofizyczny i rozwinięte techniki aktywnej profilaktyki. Wiele w tym zakresie jest jeszcze do zrobienia, bo ludzie nie chcą górnictwa niszczącego budynki, ulice, drogi, kanalizację. I nie zadowalają ich zapewnienia, że katastrofy budowlane czy uszkodzenia konstrukcyjne budynków im nie grożą.

Jolanta Talarczyk