Geodetic and seismological observations applied for investigation of subsidence formation in the CSM Mine (Czech Republic)

Abstract

Purpose. Undermined areas are affected by the creation of subsidence depressions due to long-term underground mining. In general, different geodetic methods are applied to obtain further information needed to determine the spatial development of the formation of a subsidence depression. Methods. Application of these surveying methods enables us to investigate spatio-temporal changes of landscape relief in detail. Although the development of surveying technologies is in progress at present, conventional geodetic methods are still in use. Nowadays Global Navigation Satellite System (GNSS) surveying is mostly used for obtaining the actual degree of relief affection in undermined areas. Considering that during coal extraction induced seismic events are observed underground and on the surface, some seismological methods for their parameters determination were applied, e.g. foci location of induced seismic events, their classification by units of magnitude and by released seismic energy, frequency energy distribution, construction of Benioff graph and its derivation for assessment of adjacent working endangerment. Findings. The results of the assessment and analyses of spatial data demonstrate the real development of the sub-sidence depression under study and the relief changes of the landscape during the investigated period, respectively. Originality. It was recognized that all methods applied in this study represent very helpful tools for surveying subsidence depression and simultaneous monitoring of seismic activity development on an undermined area. Practical implications. Based on obtained results it is possible to perform a comparison of current subsidence dimensions with the original rate of affection.

Мета. Дослідження причин утворення просідань земної поверхні в околиці шахти CSM (Чеська Республіка) за допомогою геодезичних і сейсмологічних методів спостереження. Методика. В роботі використано сейсмічні методи для визначення локалізації місць явищ техногенної сейсмічності, їх класифікації за магнітудами і кількістю виділеної сейсмічної енергії та її частотного розподілу; побудову графіка Беньофа та його модифікацію для оцінки безпеки суміжних до шахти територій; моделювання просторово-часового розвитку опускання поверхні за допомогою GPS-вимірювань. Результати. У результаті оцінки та аналізу просторових даних була визначена реальна область просідань і зміни навколишнього рельєфу протягом всього часу проведення досліджень. Ґрунтуючись на аналізі наявних сейсмічних даних та наземних GPS-вимірювань, встановлено, що протягом досліджуваного періоду ніякого виразного впливу розвитку зсувів і деформацій поверхні через сейсмічну активність не спостерігалося. Виконано моделювання просторово-часового розвитку опускання поверхні у досліджуваній області, що дозволило визначити швидкість осідання поверхні з часом. Визначено горизонтальні переміщення окремих точок і встановлено, що великі тектонічні розломи створюють природний бар’єр зсувам у масиві. Наукова новизна. Використання унікального комплексу методів дослідження та моніторингу, застосовані у даній роботі, дозволили точно виявити область просідання поверхні й причини її утворення, а також здійснити моніторинг сейсмічної активності в районі, порушеному гірничими роботами. Практична значимість. Отримані результати дозволяють порівняти сучасний стан утворених просідань з їх початковими параметрами, а також прогнозувати інтенсивність їх розвитку у часі.

Цель. Исследование причин образования проседания земной поверхности в окрестности шахты CSM (Чешская Республика) при помощи геодезических и сейсмологических методов наблюдения. Методика. В работе использовано сейсмические методы для определения локализации очагов явлений техногенной сейсмичности, их классификации по магнитудам и количеству выделенной сейсмической энергии и ее частотного распределения; построение графика Беньофа и его модификацию для оценки безопасности прилегающих к шахте территорий; моделирование пространственно-временного развития опускания поверхности при помощи GPS-измерений. Результаты. В результате оценки и анализа пространственных данных была определена реальная область проседаний и изменения окружающего рельефа в течение всего времени проведения исследований. Основываясь на анализе имеющихся сейсмических данных и наземных GPS-измерений, установлено, что в течение исследуемого периода никакого выразительного влияния развития смещений и деформаций поверхности из-за сейсмической активности не наблюдалось. Выполнено моделирование пространственно-временного развития опускания поверхности в исследуемой области, позволившее определить скорость оседания поверхности с течением времени. Определены горизонтальные перемещения отдельных точек и установлено, что крупные тектонические разломы создают естественный барьер смещениям в массиве. Научная новизна. Использование уникального комплекса методов исследования и мониторинга, примененные в данной работе, позволили точно выявить область проседания поверхности и причины ее образования, а также осуществить мониторинг сейсмической активности в районе, затронутом горными работами. Практическая значимость. Полученные результаты позволяют сравнить современное состояние образовавшейся впадины с ее первоначальными параметрами, а также прогнозировать интенсивность ее развития со временем.