Grawimetryczna skala intensywności wstrząsów górniczych

Współczesne metody obserwacji wstrząsów górotworu w kopalniach podziemnych i szacowania ich odczuwalności przez ludzi zamieszkujących tereny górnicze są zdominowane przez systemy sejsmologiczne. W systemach tych wykorzystuje się tradycyjne czujniki ruchu (drgań) takie jak sejsmometry, geofony i akcelerometry.

Czujniki te mierzą odpowiednio przemieszczenie, prędkość i przyspieszenie drgań w szerokim paśmie częstotliwości od kilku do kilkuset Hz. Ich zaletą jest możliwość pomiaru drgań w przestrzeni w rozłożeniu na składowe poziome i pionowe. Ze względu na fakt iż szkodliwość oddziaływania drgań na budowle zależna jest od amplitudy drgań poziomych czujniki je mierzące okazały się najbardziej przydatne w pomiarach intensywności drgań i systemach je monitorujących. Na podstawie wartości amplitudy składowych poziomych prędkości drgań opracowano obowiązującą w polskim górnictwie skalę intensywności drgań generowanych wstrząsami górniczymi w kopalniach GSIZ2017 [Mutke et al. 2018].

Grawimetr gPhoneX z platformą samopoziomującą mierzy zmiany wartości składowej pionowej przyspieszenia siły ciężkości w punkcie obserwacyjnym w paśmie częstotliwości 0-0.5 Hz. Platforma tłumi nieregularny ruch podłoża generowany jego początkowym wychyleniem który ma charakter wstrząsu i następnie przez okres czasu ok. 2 minuty tłumi drgania podłoża powodowane propagacją fal sejsmicznych. Jej zadaniem jest utrzymanie systemu pomiarowego grawimetru w pionie w trakcie ruchu podłoża, gdyż odchylenie to ma bardzo duży wpływ na mierzoną wartość składowej pionowej przyspieszenia siły ciężkości. Kształt i amplituda sygnałów grawimetrycznych genezy sejsmicznej bardzo różni się od sygnałów rejestrowanych przez czujniki prędkościowe i przyśpieszeniowe, których zadaniem jest rejestracja drgań w szerokim paśmie częstotliwości charakterystycznym dla fal sesjmicznych.

W tabeli 1 przedstawiona jest wstępna wersja grawimetrycznej skali intensywności wstrząsów górniczych opracowana na podstawie rejestracji zebranych w latach 2018-2020. Kwantyfikacji odczuwalności dokonano w nawiązaniu do górniczej skali intensywności GSIZ2017 opracowanej na podstawie danych sejsmologicznych. Skala grawimetryczna pozwala na szacunkową ocenę intensywności wstrząsu górniczego na podstawie maksymalnej amplitudy zmian sygnału grawimetrycznego [PGAgrav].

Tabela 1. Grawimetryczna skala intensywności wstrząsów górniczych  * 100 000 m/s2 = 1 mm/s2

Stopień

intensywności

PGAgrav

[μ/s2]*

Odczuwalność

0

<100

Nieodczuwalne

I

100-500

Słabo odczuwalne

II

500-1000

Odczuwalne

III

1000-10000

Średnio odczuwalne

IV

10000-50000

Silnie odczuwalne

V

50000-100000

Bardzo silnie odczuwalne

VI

>100000

Szkodliwe