Rock Mechanics 6, 91--100 (1974)

© by Springer-Verlag 1974

Gibt es Zusammenhfinge zwischen Erdbeben und Gebirgsschlaghfiufungen im Bergbau Bleiberg?*

Von

H . R a i n e r

Mit 7 Abbildungen

(Eingegangen am 12. Dezember 1973)

Z u s a m m e n f a s s u n g - - Summary - - R6sum6

Gibt es Zusammenhdnge zwischen Erdbeben und Gebirgsschlaghdu[ungen im Bergbau Bleiberg? Langjfihrige Beobachtungen beim Bergbau Bleiberg lassen den Schluf~ zu, dal~ dieselben Spannungen in der Erdkruste, welche Erdbeben ausl6sen, auch Gebirgsschlagh~iufungen hervorrufen, hn besonderen wirkt sich auf Bleiberg offenbar die durch den Mittelmeerraum ffihrende Erdbebenzone aus. Aber auch Unruhen anderer Teile der Erdkruste, so jene des Karibischen Raumes, scheinen Einfluf~ zu haben. Von Erdbeben der siidamerikanischen Pazifikk~ste konnte nach unseren Aufzeichnungen kein Einfluf~ abgeleitet werden.

Are there Connexions Between Earthquahes and the Frequency of Roch Bursts in the Mine of BIeiberg. Observations, that were done in the mine of Bleiberg, allow the conclusion, that the same stresses in the earth's crust, which cause earthquakes cause higher frequencies of rock bursts, to. Specially the area of earthquakes around the Mediterranean has effects on Bleiberg. But also other parts of the earth's crust in particular those of the Caribbean area, seem to have their effects. Effects caused by earthquakes of the South-American Pacific-Coast could not be derived from our records.

Relations entre des trembIements de terre et des coups de rupture de roche. Des observations faites durant des ann6es dans la mine de Bleiberg on permis de conclure, que les contraintes dans l'6corce terrestre qui provoque des s6ismes suscitent ~galement une augmentation de la fr6quence des coups de rupture de roche. En particulier, Bleiberg est sous l'influence de la zone sismique de la rSgion de la M6diterran6e, mais il semble, que d'autres r6gions de l'4corce terrestre, par exemple cetles de la r6gion caraibe, ont une influence sur la r6gion mentionn&. Par contre selon les enregistrements effectu6s on a pas pu constat6 une influence des sSismes de la c6te sud-am~ricaine du Pacifique sur cette r6gion.

* Vortrag, gehalten wfihrend des XXII. Geomechanik-Kolloquiums im Oktober 1973 in Salzburg.

92 H. Ra iner :

E i n l e i t u n g

Gebirgsschl~ige z~ihlen zu den unangenehmsten Erscheinungen im Berg- bau. Abet auch im iibrigen Felsbau sind sie nicht unbekannt. Sie treten immer dort auf, wo sich Spannungen bis an die Grenze der Speicherf~thigkeit des Gesteins akkumulieren konnten. Sind es in fl6zartigen Lagerst~itten gew6hn- lich harte Hangendb~inke, die pl6tzlich hereinbrechen, weil deren Biegefestig- keit iiberbeansprucht wurde, so ist im alpinen Erzbergbau die Tektonik als hauptsiichlich schuldtragend anzusprechen.

Greift der Bergmann in das yon der Gebirgsbildung herriihrende latente Spannungsverhiiltnis ein, so kann es zu schlagartiger Ausl~Ssung gespeicherter

~ ~i ~ ~?~ii

Abb. 1 Abb. 2 Abb. 1. Gebirgsschlag aus der Ulme

Wall cracks caused by rock burst Coup de rupture de la paroi rocheuse

Abb. 2. Gebirgsschtag aus der Sohle Rock burst out of the floor

Coup de rupture du radier rocheux

Energie kommen. GesteinsPartien werden dabei in den yon Menschenhand geschaffenen Hohlraum geworfen. Dieses schlagartige Hereinwerfen muf~ nicht immer nur aus der Firste oder aus den Ulmen erfolgen. Es kann ebenso - - und das besonders beim Stollenvortrieb - - die Ortsbrust hereinbrechen oder die Sohle hochgeworfen werden (Abb. 1 und 2). Die Folgen k/Snnen schwerwiegend sein. Nicht selten sind auch Menschenleben zu beklagen.

ZusammenMnge zwischen Erdbeben und Gebirgsschlagh~iufungen 93

Die bergbauliche T~itigkeit in gebirgsschlaggef~ihrdeten Zonen bringt es mit sich, da~ mit einer gewissen Anzahl yon Gebirgsschl~igen immer gerechnet werden mu~. Die Aufgabe des Bergmannes ist es, die Folgewirkungen auf ein Mindestmatg herabzudrti&en.

Abb. 3. Beispiel eines nachgiebigen Ausbaues Example for flexible support

Exemple d'un sout~nement deformable

Es gibt dazu verschiedene M6glichkeiten. Vor allem seien erw~ihnt:

a) nachgiebiger Ausbau (z. B. Abb. 3), b) entsprechende Abbaufiihrung unter Vermeidung von Restpfeilern.

fJber Matgnahmen, den Gangerzbergbau betreffend, hat Sibek (1963) be- richter.

c) Gebirgsschlagvorhersage mit Hilfe der Mikroseismik, so dafd die Mannschaft rechtzeitig abgezogen werden kann,

d) k/instliches Ausl6sen von Gebirgsschl~igen durch Erschfitterungs- sprengung (Entspannungsschiet~en).

Die M6glichkeit, dem Gebirge durch Ausbohren (Jahns 1965) oder Stotgtr/inken (Ku~erski j 1962) die gef~ihrliche Spannung zu nehmen, ist im Erzbergbau gew6hnlich nicht gegeben.

Ein ausftihrliches Referat unter dem Titel ,,Seismoakustische Gebirgs- urltersuchungen mit dem Ziel einer Gebirgsschlagvorhersage" wurde auf dem Osterreichischen Bergbautag im Mai 1973 in Leoben in Zusammenarbeit mit

94 H. Ra iner :

dem Bergbauinstitut der Tschechischen Akademie der Wissenschaften gehal- ten (Sim~in6 u. a.).

Kiinstliches Ausl6sen yon Gebirgsschl/igen durch Entspannungsschiet~en wurde vor allem in den Goldgruben von Siidafrika erprobt. Laut H.G. D e n k h a u s (1965) haben die Versuchsergebnisse aber einander widerspro- chen, so daig die Meinungen darfiber geteilt sind. M6glicherweise hat man zu wenig beachtet, daig Erschtitterungssprengen nur dann von Erfolg begleitet sein kann, wenn sich das Gebirge bereits in kritischem Spannungszustand befindet.

G e b i r g s s c h l a g s t a t i s t i k

Beim Bergbau Bleiberg werden schon seit Jahrzehnten statistische Auf- zeichnungen tiber den Verlauf der Gebirgsschlfige gefiihrt, welche Uhrzeit, Wahrnehmungsbereich, Auswirkung usw. umfassen. Starke Gebirgsschl~ige werden auch Ubertage wie tektonische Beben verspiirt.

GEBIRGSSCHL.~GE

150

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1959

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JAHRE_ S[~JRCHSCHNrTT I.__13 . . . .

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1960 1961 1952 1953 196~ 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971

Abb. 4. Gebirgsschlagstatistik 1957--1972 Statistics of rock bursts

Statistique des coups de rupture de roche 1957--1972

93 I r - -

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1972

Der Jahresdurchschnitt der letzten 16 Jahre (1957--1972) liegt bei 113 verzeichneten Schl~igen, wobei das Minimum 62, das Maximum 163 betrug (Abb. 4).

Wenn man daraus den Monatsdurchschnitt ermittelt, so kommt man auf 9,4. Solange diese Zahl nicht iiberschritten wird, ist es nicht welter auf-

Zusammenh~inge zwischen Erdbeben und Gebirgsschlagh~iufungen 95

regend. Schwankungen in begrenztem Ausmaig h~ingen selbstverst~indlich von der bergbaulichen Aktivit~it in gebirgsschlaggef~ihrdeten Bereichen ab.

Gelegentlich kommt es aber zu H~iufungen von Gebirgsschl~igen, die allein aus der bergbaulichen T~itigkeit heraus nicht mehr erkl~irbar sind.

Erdbeben und Gebirgsschlagh~iufungen

Die Bleiberger Blei-Zink-Erzlagerst~itte liegt in einem tektonisch sehr stark beanspruchten Gebiet der Alpinen Trias im Siiden von Osterreich, nahe der sogenannten ,,Periadriatischen Naht". Es war daher nicht axlszuschliet~en,

CEBIRG SSCH L~,gE

30

26

16

11 11 I l l [ l l l l l l l l [Hl l l l I I l / l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l IIIIII!lll 11 11

9 9

1959 I 1960

Abb. 5. Gebirgsschl~ige 1959/60 mit Erdbeben yon Agadir Rock bursts 1959/60 and earthquake of Agadir

Coup de rupture de roche en 1959/60 et le sdismc d'Agadir

datg jene Spannungen in der Erdkruste, welche den Mittelmeerraum zu elner Erdbebenzone machen, ihren Einflu~ bis in die Siidalpen herauf ausiiben.

Es hat sich in der Tat gezeigt, dal~ Gebirgsschlagh~iufungen in B]eiberg besonders dann auftreten, wenn die Erdbebenzone des Mittelmeerraumes, welche ihre Fortsetzung bekanntlich fiber Kleinasien und Persien nach Ost- asien hat, aktiv ist.

So fiel dem Verfasser erstmalig im Zusammenhang mit dem grof~en Erdbeben yon Agadir, welches am 2. M/irz 1960 diese Stadt in Nordafrika vollkommen zerst6rte, auf, daf~ in den Monaten vorher welt tiber dem Durch- schnitt liegende Gebirgsschlagszahlen verzeichnet worden waren (Abb. 5).

96 H. Rainer:

Der Anstieg fiber das Durchschnittsmal~ begann bereits im September 1959. Das Maximum war im Monat vor dem Beben, n~imlich im Februar 1960, mit 34 Gebirgsschl~igen erreicht. Die Frequenz war also beinahe auf das Vierfache des Normalmaf~es angestiegen. Nach dem Beben war noch einen Monat lang verst~irkte Aktivit~it zu verzeichnen. Im April 1960 war die Normalsituation mit nur 9 Gebirgsschl~igen wiederhergestellt.

Das 6 Monate dauernde Ansteigen der Gebirgsschlagh~iufigkeit bis zu einem Maximum vor dem Erdbeben kann nur mit der Zunahme der Span- nungen in der Erdkruste erkl~irt werden. Das rasche Absinken nach dem Ausl6sen der Spannungen in Form des Erdbebens deutet ebenfalls darauf bin, dat~ Gebirgsschlagh~iufungen vom Spannungszustand der Erdkruste abh~ingig sind.

Nachfolgend sollen noch einige m6gliche Zusammenh~inge zwischen Erdbeben und Gebirgsschlaghiiufungen aus den letzten Jahren analysiert wet- den. Die Erdbebenaufzeichnungen der Abbildungen stammen aus Verlaut-

GEBIRGS,.~:HL~,GE ~0 1 08 02 MANILA 315 T01E I I

Abb. 6. Gebirgsschl~ige und Erdbeben April 1968--Juni 1970

Rock bursts and earthquakes April 1968--June 1970

Coup de rupture de roche et des s6ismes pour la p~riode avril 1 9 6 8 - - juin 1970

barungen durch Presse und Rundfunk. Sie erheben keinen Anspruch auf Voll- st~indigkeit. Es wurde abet versucht, die wesentlichen Grof~beben zu erfassen (Abb. 6 und 7).

Im Jahr 1968 ist ein Gebirgsschlagmaximum im September zu sehen, wobei im besonderen auf das schwere Erdbeben von Siidpersien am 31. Au-

ZusammenMnge zwischen Erdbeben und Gebirgsschlagh/iufungeu 97

gust (20000 Tote) hingewiesen sei, dem ein starkes Beben in der Ti~rhei am 3. September und der Atna-Ausbruch am 6. September folgten.

Man beachte das allm~ihliche Ansteigen der Gebirgsschl~ge schon yon April weg. Der Juli bildet in jedem Jahr eine Ausnahme wegen Betriebs- urlaubes. Erstens findet in diesem Monat nur an wenigen Tagen Abbaut~itig-

GEBIRGSSCHLAGE

1971 1972 1973

Abb. 7. Gebirgsschl/ige und Erdbeben Januar 1971--M~irz 1973 Rock bursts and earthquakes January 1971--March 1973

Coup de rupture de roche et des s4ismes pour la p&iode janvier 1961 -- mars 1973

keit statt und auf~erdem werden infolge Fehlens der Untertagebelegung meist nut solche Gebirgsschl~ige registriert, die auch fJbertage vernehmbar sind.

Das Maximum im Februar 1969 ist begleitet yon Erdbeben auf der Iberischen Halbinsel und in Marokko. Auch das Beben in der Ti~rhei am 3. M~irz geh6rt noch in diesen Abschnitt.

Der Herbst des Jahres 1969 war gekennzeichnet durch eine Reihe yon Erdbeben im jugoslawischen Raum, wobei besonders jenes yon Banjaluka am 26. Oktober zu erw~ihnen ist. Die Erde kam bis zum M~irz 1970 nicht zur Ruhe.

Die Gebirgsschlagzahlen in Bleiberg nahmen bis Ende Februar best~in- dig zu. Am 2. M~irz gab es dann hier ein tektonisches Beben mit nachfolgen- der Entspannung. Dies mag der Grund sein, datg das bald dana& folgende schwere Beben yon Gediz in der Tfirkei vom 28. M/irz 1970 kaum Rtick- wirkungen zeigte.

Die Gebirgsschlagh~iufungen der Jahre 1971 und 1972 bis in die Jah- reswende zu 1973 hinein gehen durchwegs mit schweren Erdbeben konform.

Rock Mechanics, Vol. 6/2 7

98 H. R a i n e r :

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Zusammenh~inge zwischen Erdbeben und Gebirgsschlagh/iufungen 99

Von 5 H6hepunkten geh6ren 3 ziemlich eindeutig der Mittelmeer-Beben- linie an:

Februar 1971 mit Schwerpunkt Tuscania bei Rom (18 Tote),

Mai 1971 mit Schwerpunkt BingSl, Tfirkei (1000 Tote),

April 1972 mit Schwerpunkt S~idpersien (2000 Tote).

Die weiteren 2 H6hepunkte (Ende des Jahres 1971 und Jahreswende 1972/73) lassen sich nur zum Teil yore Mittelmeerraum her ableiten.

Ffir die Gebirgsschlagh~ufungen gegen Ende des Jahres 1971 sind m6g- licherweise zunehmende Spannungen in der Erdkruste des nordeurasischen Kontinentalbereiches zu suchen, denn es begann rnit Beben auf der Halbinsel Kamtscbatka und ffihrte fiber Sibirien bis nach Inner6sterreich (Mfnichhir- chen). Oberitalien war noch am Ende mitbeteiligt.

Eine interessante Konstellation ergab sich zur Jahreswende 1972/73. Nach einem leichteren Beben in Mittelitalien am 26. November, das auf Blei- berg keine Auswirkungen zeigte, folgte am 23. Dezember das schwere Beben von Nicaragua mit der Zerst6rung der Hauptstadt Managua. W~ihrend es vorher im Bergbau Bleiberg sehr ruhig war, war in der Woche nach dem Beben yon Nicaragua bis Mitre Januar 1973 eine grof~e Anzahl schwerer Ge- birgsschl~ige zu verzeichnen. Von 22 Schl~igen im Dezember fielen allein 19 in die letzte Woche des Jahres. Und das, obwohl infolge der Weihnachts- feiertage nur wenig Betrieb war.

Am 27. Dezember gab es ein Erdbeben in Westsizilien, am 28. Dezember sowie am 6. und 7. Januar starke Nachbeben in Nicaragua. Ahnlich, das heif~t erst mit nachfolgenden Auswirkungen auf die Gebirgsschlagh~iufigkeit, zeigte sich das schwere Beben yon Mexiko vom 28. August 1973.

Es erhebt sich die Frage, ob der Karibische Raum Mittelamerikas nicht fiber den Atlantik hinweg in irgendeinem Zusammenhang mit jener Erd- bebenzone steht, welche durch das Mittelmeer nach Asien verl~iuft (Abb. 8).

Von Erdbeben der sfidamerikanischen Pazifikkfiste (z. B. Peru: 31. Mai, 12. und 19. Dezember 1970, 18. M~irz 1971; Chile: 18. Juni und 7. Juli 1971) konnte aus den statistischen Aufzeichnungen kein Einfluf~ auf die Frequenz der Gebirgsschl~ige abgeleitet werden.

L i t e r a t u r

Denkhaus , H. G.: Erfahrungen und Gedanken zum Problem der Gebirgs- schl~ge in Sfidafrika. Abhandl. d. Deutschen Akad. d. Wissensch., 1966, Nr. 1 (Be- richt fiber das 7. Lfindertreffen des Internat. Biiros f. Gebirgsmechanik, Leipzig 1965), 14--29.

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7*

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Anschrift des Verfassers: Berginspektor Dipl.-Ing. Hermann R a in e r, c/o Blei- berger Bergwerks-Union, A-9530 Bleiberg ob Villa&, Osterreich.