Opracowywany przez polskich naukowców algorytm pozwoli przewidzieć wstrząsy sejsmiczne w kopalniach. Na podstawie zachowania skał oceni ryzyko i zagrożenia

Roboty wodne, ultraprecyzyjne sygnały sonarowe i systemy GPS pozwalają naukowcom lepiej przewidywać wstrząsy sejsmiczne. Znacznie trudniej jednak przewidzieć wstrząsy w kopalniach. Te zaś mogą prowadzić do poważnych uszkodzeń podziemnych instalacji oraz stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa i życia ludzi. Tylko w 2018 roku w kopalniach w Polsce zginęło ponad 20 górników. Dzięki algorytmowi, który opracowują polscy naukowcy, będzie można prognozować wystąpienia zjawisk sejsmicznych o określonej energii i kontrolować czas trzęsień ziemi, których uniknąć się nie da.

– Wstrząsy się zdarzają, nie zawsze daje się im zapobiec, pytanie, czy można je przewidzieć. Bo gdyby je można było przewidzieć, to z zagrożonego obszaru można by było usunąć ludzi, sprzęt i co najmniej istotnie ograniczyć straty. Jesteśmy w stanie mierzyć wstrząsy poprzedzające i to, co się próbuje robić, to szukać wzorców – mówi agencji informacyjnej Newseria Innowacje dr Kamil Kulesza z Instytutu Matematycznego Polskiej Akademii Nauk.

W marcu w Warszawie wystartował hackathon ESGI144, którego celem jest rozwiązanie problemów przedsiębiorstw. Jednym z nich jest ten zgłoszony przez KGHM, czyli możliwość prognozowania wstrząsów sejsmicznych w oparciu o dane na temat zachowania mas skalnych.

Zagrożenie tąpnięciami w kopalniach rud miedzi systematycznie rośnie. Coraz większa eksploatacja, głębsze wybieranie złoża czy powiększanie się powierzchni zrobów powodują, że wstrząsów jest coraz więcej. Aktywność sejsmiczna i tąpnięcia są powszechne wszędzie tam, gdzie wysokie naprężenia w skorupie ziemskiej i znaczna wytrzymałość skał prowadzą do ich dynamicznego niszczenia. Niesie to ze sobą katastrofalne skutki, może prowadzić do zniszczeń otoczenia, wpływa na bezpieczeństwo i życie ludzi.

– Sprawa jest dość ważna, bo ma znaczenie ekonomiczne, w sensie zniszczenie w kopalni, zniszczenie sprzętu. Chodzi o ludzkie życie, bo jesteśmy w stanie usunąć ludzi z zagrożonego obszaru, natomiast mimo kilkudziesięciu lat prac nikt tego problemu nie rozwiązał, i to nie jest kwestia nieudolności tych, którzy się tymi problemami zajmowali, ale dlatego, że to jest bardzo trudne. Tak więc to, co się może wydarzyć, to może powstanie lepszy model, który pozwoli lepiej prognozować wystąpienie tych wstrząsów – ocenia dr Kamil Kulesza.

Ludzie próbowali od wieków przewidywać trzęsienia ziemi. Starożytni Grecy sądzili, że węże i szczury uciekały ze swoich nor, gdy zbliżał się kataklizm. Inni szukali niezwykłych formacji chmur lub próbowali obliczyć, kiedy inne planety mogą się zrównać z ziemskimi płytami tektonicznymi. Obecnie metody są znacznie dokładniejsze.

Grupa badawcza ds. geofizyki stosowanej i środowiskowej na Uniwersytecie Keele zastosowała np. monitorowanie mikrosejsmiczne do prognoz wybuchów w kopalniach węgla w Wielkiej Brytanii i Australii. Dzięki temu można rejestrować, analizować i interpretować mniejsze wstrząsy w przypadku pękania i awarii materiałów geologicznych. Może to mieć miejsce w podziemnych wyrobiskach, np. kopalniach węgla kamiennego. Analiza trzech składowych danych mikrosejsmicznych może zapewnić lokalizację awarii.

Przydatna jest też sztuczna inteligencja – w Indiach naukowcy z Instytutu Technologii i Nauki Sinhgad w Pune badają, w jaki sposób uczenie maszynowe może pomóc pracownikom przewidzieć i przygotować się na trzęsienia ziemi w otoczeniu kopalni węgla.

– Matematycy czasami patrząc z zewnątrz, nie będąc specjalistami w dziedzinie, to znaczy nie badając np. przez 30 lat tego, jak zachowuje się górotwór i skąd wstrząsy się biorą, są w stanie spojrzeć na sprawy bardziej oryginalnie w stosunku do tego, co wiemy dzisiaj i znaleźć rozwiązania, o których inni wcześniej nie pomyśleli – ocenia ekspert Instytutu Matematycznego PAN.

Polscy naukowcy pracują nad algorytmem, który pozwoli prognozować dokładny czas wystąpienia wstrząsów, a także sprowokować w określonym czasie nieuniknione zjawiska sejsmiczne. Może to pozwolić uniknąć ogromnych kosztów, jakie niosą ze sobą wysokoenergetyczne wstrząsy sejsmiczne. Tylko w 2017 roku do kopalń Polskiej Grupy Górniczej wpłynęło prawie 5 tys. wniosków o naprawę szkód. W 2019 roku na naprawianie szkód firma przeznaczyła blisko 155 mln zł.

Wstrząsy stanowią też zagrożenia dla bezpieczeństwa i życia ludzi, także dla obiektów znajdujących się na powierzchni ziemi. Łącznie w ciągu 45 lat w polskim górnictwie węgla kamiennego doszło do ponad 20 poważnych katastrof i wypadków, w każdym z nich zginęło od kilku do ok. 30 osób, a w sumie życie straciło ponad 200 górników. Do największej katastrofy doszło w 1954 roku w kopalni Barbara-Wyzwolenie w Chorzowie, kiedy zginęło ponad 100 osób. Części ofiar można byłoby uniknąć, gdyby wcześniej udałoby się przewidzieć wstrząsy i przeprowadzić je w kontrolowany sposób.

– Świat coraz bardziej polega na matematyce. Można zaryzykować twierdzenie, że tak jak ostatnie 30 lat świat zmieniała rewolucja informatyczna, to powoli informatyka staje się standardem. Zaczynamy te wszystkie techniki cyfrowe i urządzenia traktować tak jak prąd elektryczny, który 100 lat temu też był przełomem. I coraz częściej trzeba zacząć myśleć nie tylko o tym, jakie urządzenia to zmierzą, jakie to policzą, lecz także o tym, w jaki sposób to policzymy, za pomocą jakiego modelu – przekonuje dr Kamil Kulesza.