نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی دانشکده مهندسی معدن ،دانشگاه صنعتی همدان

2 عضو هیئت علمی

3 دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

پدیده شکست سنگ در محدوده کارگاه‌های جبهه‌کار طولانی که در اثر تمرکز تنش رخ می‌دهد، یکی از مهم‌ترین عواملی است که سبب اختلال در عملیات استخراج، تأخیرهای طولانی مدت، کاهش بهره‌وری و کاهش ایمنی می‌شود. با افزایش عمق و وسعت معادن جبهه‌کار طولانی، مشکلات ناشی از شکست سنگ به­ویژه در لایه‌های سقف بلافاصله کارگاه و محدوده جبهه‌کار به­شدت افزایش خواهد یافت. از سوی دیگر امکان پیش‌بینی این پدیده با استفاده از ابزارهای رفتارنگاری سنتی وجود ندارد؛ به­طوری که فاقد توجیه اقتصادی یا دقت کافی می‌باشند. در این تحقیق مکانیزم شکست، شدت ناپایداری و جهت‌یافتگی شکست‌های قریب‌الوقوع که در حین پیشروی جبهه‌کار رخ می‌دهند، از طریق تجزیه و تحلیل امواج لرزه‌ای القایی ارزیابی شده است. برای این منظور معدن زغال‌سنگ طبس به­عنوان مطالعه موردی انتخاب شده است. به­منظور ارزیابی مکانیزم شکست سنگ، مکانیزم کانونی امواج لرزه‌ای القایی با استفاده از روش وارونه‌سازی تانسور گشتاور لرزه‌ای تعیین شده است. به این ترتیب که تانسور گشتاور لرزه‌ای بر اساس شکل موج امواج لرزه‌ای محاسبه می‌شود و در مرحله بعد با تجزیه تانسور گشتاور لرزه‌ای، مکانیزم شکست سنگ تعیین می‌شود. همچنین جهت‌یافتگی ناپایداری‌ها از طریق ترسیم الگوی پراش امواج لرزه‌ای به­صورت سه بعدی مشخص شده است. طبق نتایج، مکانیزم کانونی غالب در این معدن به­صورت نیروی دوقطبی برداری خطی بوده که متناظر با مکانیزم شکست فشاری/کششی است. همچنین مکانیزم شکست برشی در محدوده ناپیوستگی‌های زمین‌شناسی به ویژه گسل‌ها رخ داده است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که پایش و تجزیه و تحلیل امواج لرزه‌ای القایی معیار مناسبی برای شناخت بهتر شرایط شکست سنگ می‌باشد؛ به­طوری که با شناسایی نواحی ناپایدار، نوع مکانیزم شکست و جهت‌یافتگی ناپایداری‌ها کمک شایانی به اتخاذ اقدامات پیشگیرانه از جمله اصلاح طرح استخراج، تغییر نرخ پیشروی، انتخاب سیستم نگهداری مناسب و نصب به موقع آن خواهد کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Assessment of roof failure mechanisms in longwall faces with analysis of mining–induced seismicity

نویسندگان [English]

  • satar mahdevari 1
  • Mostafa Sharifzadeh 3

1 department of mining engineerng/hamedan university of technology (hut)/hamedan/iran

چکیده [English]

Abstract

کلیدواژه‌ها [English]

  • Longwall mining method
  • Failure mechanism
  • Mining-induced seismicity
  • Seismic moment tensor
  • 3D radiation patterns

منابع

[1] Bieniawski ZT. 1987. Strata control in mineral engineering. John Wiley & Sons, ISBN: 9780470203293.

[2] Mahdevari S, Shahriar K, Esfahanipour A. 2014. Human health and safety risks management in underground coal mines using fuzzy TOPSIS. Sci Total Environ 488–489:85–99. doi: 10.1016/j.scitotenv.2014.04.076.

[3] Gibowicz SJ, Lasocki S. 2001. Seismicity induced by mining: ten years later, In: Dmowska R, Saltzman B. (Eds.), Adv Geophys 44:39–181. ISBN: 0-12-018844-9.

[4] Peng SS. 2006. Longwall mining, 2nd edn. Morgantown, West Virginia, ISBN: 0-9789383-0-5.

[5] Whittaker BN. 1974. An appraisal of strata control practice. The Min Eng 1302-1309.

[6] Whittaker BN. 1982. A review of progress with longwall mine design and layout. In: Proc. of State-of-the-Art of Ground Control in Longwall Mining and Mining Subsidence (AIME, New York): 77-84.

[7] Everling G, Jacobi O. 1977. Longwall mining in Germany: rock pressure and design of mine layouts. In: Proc. of 6th Int. Strata Control Conf. (Banff): paper I-2.

[8] Kisslinger C. 1976. A review of theories of mechanisms of induced seismicity. Eng Geol 10 85-98.

[9] Cook NGW. 1976. Seismicity associated with mining. Eng Geol 10(2-4):99-122. doi: 10.1016/0013-7952(76)90015-6.

[10] Gibowicz SJ, Kijko A. 1994. An introduction to mining seismology. Academic Press Inc. ISBN: 0-12-282120-3.

[11] Pan YS, Li ZH, Zhang MT. 2003. Distribution, type, mechanism and prevention on rockburst in China. Chin J Rock Mech Rock Eng 22(11):1844–1851.

[12] Mintrop L. 1909. Die Erdbebenstation der Westf¨alischen Berggewerkschaftskasse in Bochum. Glueckauf 45:357–365.

[13] Hardy Jr. HR. 2003. Acoustic Emission/Microseismic Activity. Vol I, principles, techniques, and geotechnical applications. CRC Press. ISBN: 9789058091932.

[14] Cronin VS. 2010. A primer on focal mechanism solutions for geologists. https://serc.carleton.edu/files/NAGTWorkshops/structure04.../Focal_mechanism_primer.pdf

[15] Bischoff M, Cete A, Fritschen R, Meier T. 2010. Coal mining induced seismicity in the Ruhr area, Germany. Pure Appl Geophys 167(1-2):63-75. doi: 10.1007/s00024-009-0001-8.

[16] Alber M, Fritschen R. 2011. Rock mechanical analysis of a Ml = 4.0 seismic event induced by mining in the Saar District, Germany. Geophys J Int 186:359–372. doi: 10.1111/j.1365-246X.2011.05047.x.

[17] Driad–Lebeau L, Lahaie F, Al Heib MA, Josien JP, Bigarre´ P, Noirel JF. 2005. Seismic and geotechnical investigations following a rockburst in a complex French mining district. Int J Coal Geol 64:66–78.

[18] Al Heib M. 2012. Numerical and geophysical tools applied for the prediction of mine induced seismicity in French coalmines. Int J Geosci 3:834-846. doi: 10.4236/ijg.2012.324084.

[19] Cesca S, Rohr A, Dahm T. 2013. Discrimination of induced seismicity by full moment tensor inversion and decomposition. J Seismol 17:147–163. doi: 10.1007/s10950-012-9305-8.

[20] Sen AT, Cesca S, Bischoff M, Meier T, Dahm T. 2013. Automated full moment tensor inversion of coal mining-induced seismicity. Geophys J Int 195(2):1267-1281. doi: 10.1093/gji/ggt300.

[21] Boltz MS, Pankow KL, McCarter MK. 2014. Fine details of mining-induced seismicity at the Trail Mountain coal mine using modified hypocentral relocation techniques. Bull Seismol Soc Am 104(1):193–203. doi: 10.1785/0120130011.

[22] Chambers DJA, Koper KD, Pankow KL, McCarter MK. 2015. Detecting and characterizing coal mine related seismicity in the Western US using subspace methods. Geophys J Int 203(2):1388–1399. doi: 10.1093/gji/ggv383.

[23] Calleja J, Nemcik J. 2016. Coalburst causes and mechanisms. In: Aziz N, Kininmonth B. (eds.), Proc 16th Coal Operators’ Conference, Mining Engineering, University of Wollongong, 10-12 February 2016, pp. 310-320.

[24] Czarny R, Marcak H, Nakata N, Pilecki Z, Isakow Z. 2016. Monitoring velocity changes caused by underground coal mining using seismic noise. Pure Appl Geophys 173(6):1907-1916. doi: 10.1007/s00024-015-1234-3.

[25] Kozłowska M, Orlecka-Sikora B, Rudziński Ł, Cielesta S, Mutke G. 2016. Atypical evolution of seismicity patterns resulting from the coupled natural, human-induced and coseismic stresses in a longwall coal mining environment. Int J Rock Mech Min Sci 86:5-15. doi: 10.1016/j.ijrmms.2016.03.024.

[26] Rudziński Ł, Cesca S, Lizurek G. 2016. Complex rupture process of the 19 March 2013, Rudna Mine (Poland) induced seismic event and collapse in the light of local and regional moment tensor inversion. Seismol Res Lett 87(2A). doi: 10.1785/0220150150.

[27] Mendecki AJ. 2016. Mine seismology reference book: seismic hazard. Institute of Mine Seismology. ISBN: 978-0-9942943-0-2.

[28] Glazer SN. 2016. Mine Seismology: Data Analysis and Interpretation. Springer, Switzerland. ISBN: 978-3-319-32612-2.

[29] Gilbert F. 1971. Excitation of the normal modes of the earth by earthquake sources. Geophys J Roy Astron Soc 22(2):223–226. doi: 10.1111/j.1365-246X.1971.tb03593.x.

[30] Udiás A. 1999. Principles of seismology. Cambridge University Press, Cambridge. ISBN: 0-521-62478-9.

[31] Aki K, Richards PG. 2002. Quantitative seismology. 2nd edn. University Science Books, Sausalito, CA. ISBN: 978-1891389634.

 [32] Jost ML, Herrmann RB. 1989. A student’s guide to and review of moment tensors. Seismol Res Lett 60:37-57. doi: 10.1785/gssrl.60.2.37.

[33] Shearer PM. 2009. Introduction to Seismology. 2nd edn. Cambridge University Press. ISBN: 9780521708425.

[34] Knopoff L, Randall MJ. 1970. The compensated linear vector dipole: A possible mechanism for deep earthquakes. J Geophys Res Solid Earth 75(26):4957-4963. doi: 10.1029/JB075i026p04957.

[35] Vavryčuk V. 2015. Moment tensor decompositions revisited. J Seismol 19:231–252. doi: 10.1007/s10950-014-9463-y.

[36] Vavryčuk V. 2001. Inversion for parameters of tensile earthquakes. J Geophys Res 106(B8):16339–16355. doi: 10.1029/2001JB000372.

[37] IRITEC. 2003. Tabas Coal Mine Project, detailed design report, vol 1, underground mine revision B. Iran International Engineering Company (IRITEC), p 464.

[38] Kwiatek G, Martínez-Garzón P, Bohnhoff M. 2016. HybridMT: A MATLAB/shell environment package for seismic moment tensor inversion and refinement. Seismol Res Lett 87(4):964–976. doi: 10.1785/0220150251.

[39] Stierle E, Vavryčuk V, Šílený J, Bohnhoff M. 2014. Resolution of non-double-couple components in the seismic moment tensor using regional networks—I: a synthetic case study. Geophys J Int 196(3):1869-1877. doi: 10.1093/gji/ggt502.

[40] Fritschen R. 2010. Mining-induced seismicity in the Saarland, Germany. Pure Appl Geophys 167(1-2):77-89. doi: 10.1007/s00024-009-0002-7.

[41] Hudson J, Pearce R, Rogers R. 1989. Source type plot for inversion of the moment tensor. J Geophys Res Solid Earth 94(B1):765–774. doi: 10.1029/JB094iB01p00765.