Determination of Elastic Parameters of Near-Surface Layers Over Subsidence Trough Development During Longwall Exploitation

Abstract

Seismic and geodetic studies were carried out before, during, and after underground exploitation of a coal bed in Katowice -Kleofas Coal Mine, located in the Upper Silesia Coal Basin, Poland. Development of a subsidence trough was completed approximately 3 months after passage of a longwall exploitation in the coal seam. This was the time required for the subsidence trough to appear on the surface, which was confirmed by levelling measurements. Sharp changes in the elastic parameters were observed on each profile during subsidence trough development. This observation can result from changing tension and compression forces caused by increase and/or decrease of the elastic parameters of the rock mass. After completion of subsidence trough development, the rock mass appeared to return to its isotropic state and the observed changes ceased. Some minor fluctuations were noted, but they probably resulted from changes in groundwater levels, which might have affected the measured parameters.Keywords: shallow seismics, wave velocity anisotropy, shear modulus, attenuation, subsidence trough, underground coal mining.Podziemna eksploatacja górnicza wywołuje niebezpieczne deformacje powierzchni terenu. W rejonie prowadzonej ścianowej eksploatacji górniczej przez KWK Katowice -Kleofas wykonano dwuletnie, cykliczne pomiary sejsmiczne oraz geodezyjne. Największe wartości składowych pionowych przemieszczeń punktów osnowy geodezyjnej zaobserwowano 3 miesiące po przejściu frontu eksploatacji ścianowej w pokładzie węgla kamiennego na głębokości ponad 600 metrów poniżej poziomu terenu. Podczas procesu wykształcania się niecki obniżeniowej stwierdzono występowanie gwałtownych zmian parametrów sprężystych płytkiego ośrodka geologicznego. Zmiana tych parametrów wynika ze zmiennego w czasie stanu naprężeń ściskających i rozciągających w skałach. Po zakończeniu procesu wykształcania się niecki obniżeniowej mierzone parametry generalnie ustabilizowały się, co świadczy o powrocie środowiska