ZADANIE 9
MUSE - Multidisciplinary Upper Silesian Episodes
Podmiot odpowiedzialny - Główny Instytut Górnictwa Podmioty realizujące - IGF PAN, GIG, IGiK, UPWr, WAT, PGG

Celem zdania jest budowa sp[ecjalistycznych poligonów pomiarowych zintegrowanych obserwacji procesów geodynamicznych na terenach górniczych i pogórniczych w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym (GZW) tzw. MUSE.

W ramach zadania na terenach GZW zostanie przeprowadzony różnego rodzaju monitoring ciągły i pomiary doraźne w skali regionalnej i lokalnej, mające na celu praktyczne zintegrowanie obserwacji dokumentujących związki pomiędzy geodynamiką GZW, podziemną eksploatacją górniczą i sejsmicznością. Głównym rdzeniem zintegrowanego systemu obserwacji będą stacje naziemne (GRSS) oraz podziemne sieci sejsmologiczne (lokalne). Będą one dostarczać informacji o miejscach i czasie zdarzeń dynamicznych w górotworze generujących fale sejsmiczne. W ramach tej części infrastruktury sejsmologicznej GIG zrealizuje bardzo ważne zadania związane z zaprojektowaniem i wytworzeniem podziemnego systemu ciągłej obserwacji sejsmicznej SOS 64 -128 do rejestrowania strzelań torpedujących MW i wstrząsów górniczych w kopalniach oraz zaprojektowanie i wytworzenie systemu SOS-Stress 16, prototypowej aparatury do pomiarów zmian naprężenia w ośrodku skalnym podziemnej kopalni.  Dla poligonów pomiarowych „MUSE” opracowane zostaną również numeryczne modele geologiczne 3D. Budowa Lokalnego Centrum Danych Geofizycznych GIG (LCDG GZW) pozwoli na przesyłanie danych z infrastruktury pomiarowej MUSE na platformę komputerową, w celu integracji danych pomiarowych i ich udostępniania.

W ramach zadania zespół Wydziału Inżynierii Lądowej i Geodezji (WAT) zaprojektuje oraz wybuduje infrastrukturę badawczą do pomiaru zmian położenia naziemnej infrastruktury technicznej z wykorzystaniem pomiarów GNSS. Przewiduje się budowę systemu dystrybucji danych pomiarowych jak również wyników ich opracowania on-line. Planowana jest także budowa systemu identyfikacji i dokumentacji punktów pomiarowych z wykorzystaniem aplikacji mobilnej.

Podstawowym zadaniem zespołu Wydziału Mechanicznego WAT realizującego projekt EPOS jest numeryczna analiza efektów podziemnych strzelań torpedujących w górotworze otaczającym rejon strzelań. Jednym z najistotniejszych czynników warunkujących poprawność numerycznego modelowania górotworu jest dokładne wyznaczenie parametrów mechanicznych materiału górotworu. Parametry te muszą uwzględniać fakt, że obciążenie oddziałujące na górotwór ma charakter impulsowy (silnie dynamiczny). Jak wykazały wcześniejsze badania autorów niezbędnym będzie uwzględnienie dualnego charakteru właściwości wytrzymałościowych materiałów w warunkach statycznego lub alternatywnie w warunkach dynamicznego obciążenia (między innymi z użyciem tzw. dzielonego pręta Hopkinsona). Dodatkowo podjęte analizy numeryczne dotyczyć będą opisu matematycznego procesu spalania materiału wybuchowego w górotworze i analizę zjawiska rozchodzenia się fali. Z doświadczenia wynika, że rezultaty tego rodzaju symulacji komputerowych są wystarczająco dokładne aby móc porównywać np. wpływ geometrii otworów strzałowych na sposób niszczenia skał. Zaletą przeprowadzonych analiz będzie także możliwość prześledzenia zmian parametrów, które nie są możliwe do zmierzenia w trakcie strzelań eksperymentalnych. Poza tym raz pozyskane dane materiałowe i charakterystyka spalania ładunku umożliwiają przeprowadzenie dowolnej liczby symulacji strzelań przy różnych konfiguracjach otworów strzałowych, łącznie z możliwością przeprowadzenia ich optymalizacji z uwagi na potencjalne skutki na otoczenie.

Rys.Schemat stanowiska dzielonego pręta Hopkinsona wraz z przykładem badania wycinka skały.

Rys. Symulacja numeryczna rozchodzenia się fali ciśnienia w materiale skalnym i szacowanie procesu zniszczenia.

Zespół Wydziału Nowych Technologii i Chemii w ramach zadania rozbuduje co najmniej 3 układy światłowodowego systemu monitorowania zdarzeń lub/i zjawisk rotacyjnych FOSREM (ang. Fiber-Optic System for Rotational Events&Phenomena Monitoring). W zakresie wykorzystania układów FOSREM do monitoringu ruchów rotacyjnych w obiektach inżynieryjnych w tym do ruchu górotworów, obecne doświadczenia pokazują na ich bezpośrednie zastosowanie w zakładanym szerokim zakresie amplitud aż do 10 rad/s. Tym samym układy klasy FOSREM dedykowane są w pierwszej kolejności do badań tzw. sejsmologii inżynieryjnej jako sejsmologiczne rejestratory ruchy górotworów, bezpośrednio wpływające na wytrzymałość konstrukcyjną szybów wraz z ich infrastrukturą jak i bezpieczeństwo ludzi.

Rys. 5. Światłowodowe sejsmografy rotacyjne typu FOSREM.