1.

Zakres i przedmiot geologii górniczej

Geologia górnicza – dział geologii stosowanej, zajmującej się metodyką rozwiązywania zadao
geologicznych dla potrzeb górnictwa

1.1. Zakres geologii górniczej:
1.1.1. Lokalizacja geologa górniczego w tle etapów zagospodarowania:

a) Poszukiwanie złoża
b) Rozpoznanie złoża – domena GG w Polsce
c) Eksploatacja złoża – domena GG w Polsce
d) Likwidacja kopalni i zagospodarowanie terenów górniczych

1.2. Główne nurty geologii górniczej – zasadnicze zadania geologii górniczej

a) forma i budowa złoża ( dla celów udostępnienia złoża przez projektanta złoża)
b) rodzaj i jakośd kopaliny (skład mineralny, cechy petrochemiczne)
c) oszacowanie zasobów kopaliny lub składnika użytecznego (dla ekonomistów i górników)
d) geologiczno górnicze warunki wydobycia kopaliny (dla górników):

- warunki geometryczne
- warunki hydrogeologiczne
- warunki geologiczno- inżynierskie
- warunki gazowe (CH

4

,N

2

,CO

2

,Rn)

1.3. Praca geologa górniczego powinna zapewnid :

a) bezpieczeostwo pracy załogi
b) czystośd wybierania złoża – aby zapewnid jak najmniej strat
c) zminimalizowanie wpływu eksploatacji na środowisko naturalne (leje depresji, zapadliska

w terenie)

2.

Geologiczna obsługa wierceo

Obsługa geologiczna wierceo :

2.1. Profilowanie rdzeni wiertniczych
2.2. Opróbowanie rdzeni wiertniczych
2.3. Chronometraż - czas zwiercenia pewnego odcinka górotworu o określonym odcinku l (

zwykle 10 cm)

2.4. Obserwacja krzywienia utworu
2.5. Obserwacja płuczki wiertniczej – barwa płuczki – zmiana świadczy o natrafieniu na pokłady,

węgla zasolenie płuczki, zanik płuczki, nadmiar płuczki – horyzont wodonośny naporowy

2.6. Opis litologiczny rdzenia wiertniczego – profilowanie rdzenia wiertniczego głębokośd

poboru rdzenia, dane wiertacza i geologa, czas poboru próbki
a) Barwa skały
b) Tekstura, struktura
c) Uziarnienie
d) Porowatośd
e) Zwięzłośd skały
f) Spękania – RQD

3.

Metody i zasady kartowania geologicznego złóż

3.1. Kartowanie pośrednie – do złóż o skomplikowanej budowie np. żyły, sztok werki, kominy,

hydraty itp.
Dozwolone skale przy kartowaniu pośrednim od 1:10 do 1:250
Kartowanie pośrednie polega na rejestracji zjawisk podziemnych na rysunku i powinno
obejmowad:
- informacje z ociosu, stropu, spągu
-spękania uskoki
- zjawiska gazowe
- wycieki wody

3.2. Kartowanie bezpośrednie – do złóż o budowie prostej - pokłady

-wzrokowe wydzielenie granic i zmienności złoża
- na mapę wyrobisk górniczych nanosi się zgeneralizowane dane na podstawie bezpośredniej
obserwacji co pozwala w sposób uproszczony na wyznaczenie typów granic.

3.3. Zasady

- rysuje się od ogółu do szczegółu
- zaznacza się tektonikę, spękania, zjawiska gazowe, wycieki wody, litologię

4.

Opróbowanie bezpośrednie złóż w wyrobiskach górniczych i otworach wiertniczych ( cele
opróbowania, rodzaje i podział próbek, projekt opróbowania)

4.1. Cele opróbowania:

a) próbki do badao chemicznych – najczęściej pobierane
b) próbki do badao mineralogiczno – petrograficznych – potrzebne do wzbogacania
c) próbki do badao fizyko – mechanicznych ( γ

o

– gęstośd przestrzenna, wytrzymałośd na

ściskanie, ścieralnośd i in.)
d) próbki do badao technologicznych – czy kopalina nadaje się do wzbogacania
e) próbki do badao stratygraficznych ( złoża węgla) – ustalenie wieku warstwy na podstawie
skamieniałości, pyłków; potrzebne do szacowania zasobów w pokładzie

4.2. Podział próbek – ze względu na sposób pobierania

I) próbka punktowa – dla złóż o małej zmienności
II) próbka punktowa w układzie liniowym – pobierana wzdłuż linii prostej zgodnie
z kierunkiem maksymalnej zmienności
III) próbka bruzdowa – wycięcie rowka w górotworze o szerokości 5 – 10 cm, głębokości 2 – 5
cm, długośd zależna od miąższości złoża
IV) próbka zdzierakowa – zdarcie wierzchniej części materiału skalnego na dużej powierzchni
1 -2 cm dla złóż o bardzo dużej zmienności
V) próbki z otworów strzałowych – nie jest zwietrzała, sięga w głąb bloku skalnego,
rozdrobniona – mniejsze koszty przygotowania oznaczeo, 1- 2 m w głąb otworu

4.3. Projekt opróbowania – powinien zawierad

a) Rodzaj pobieranych próbek
b) Orientacyjna masa pobieranych próbek
c) Orientacja próbek w przestrzeni złożowej
d) Rozstaw próbek ( interwał opróbowania)

5.

Opróbowanie pośrednie (geofizyczne, wizualne, ocena korelacyjna) złóż w wyrobiskach
górniczych i otworach wiertniczych

5.1. Metoda wizualna – na oko, bardzo tania
5.2. Metoda oparta na modelu współzależności składników – wykorzystuje metody analizy

matematycznej- korelacji i regresji. Jeśli istnieje model zależności (regresyjny) można
prognozowad zawartośd składnika na podstawie ilości innego składnika

5.3. Metody geofizyczne – wykorzystuje zależnośd między intensywnością zjawiska fizycznego

naturalnego lub wzbudzonego od zawartości składnika użytecznego
a) promieniotwórczośd naturalna
I = f(p)
I – intensywnośd
p – ilośd składnika mineralnego
Wykorzystywane dla złóż uranu U

3

O

8

w granitach, łupkach ilastych, a także dla złóż soli

potasowych

40

K. Stosowanie tej metody jest taosze od rdzeniowania.

b) metoda promieniotwórczości wzbudzonej - rentgenofluorescensyjna –
promieniotwórczośd wzbudzona dla złóż Pb, Zn, Sn, Cu W skład zestawu pomiarowego
wchodzi Izotop plutonu jako źródło promieniowania i rejestrator widma promieniowania
wtórnego. Mierzona jest intensywnośd promieniowania i jego energia i na tej podstawie
określany pierwiastek











Z krzywej można odczytad na podstawie intensywności ilośd składnika użytecznego

6.

Mapy górnicze, ich podział, skale i treśd
Mapa górnicza – dokument kartograficzny sporządzony przez uprawnione osoby (geolog
górniczy, mierniczy górniczy) przedstawiający sytuację i rzeźbę terenu, sytuację wyrobisk
górniczych, sytuację geologiczną, sporządzony metodą rzutów geometrycznych lub metodą
odwzorowania na potrzeby działalności górniczej

6.1. Podział map górniczych ze względu na sposób opracowania

- mapa podstawowa (zasadnicza) – sporządzona na podstawie wyników uzyskanych z
pomiarów
-mapa przeglądowa – mapa sporządzona przez reprodukcję lub pomniejszenie mapy
podstawowej zawierająca wszystkie albo niektóre elementy jej treści
- mapa specjalna – sporządzona przez reprodukcję, pomniejszenie, lub powiększenie mapy
przeglądowej lub podstawowej uzupełniona szczegółami o specjalnym znaczeniu dla ruchu
zakładu górniczego
Każdy z tych rodzajów map dzieli się ze względu na treśd na mapy 6.2.

6.2. Podział map górniczych ze względu na tematykę

- mapa powierzchni - obraz powierzchni ziemi odwzorowany na płaszczyznę poziomą
- mapa wyrobisk górniczych - ( w złożu, w nadkładzie, w żyle, w warstwie itp.) przedstawia
usytuowanie wyrobisk górniczych, niektórych urządzeo w tych wyrobiskach oraz
ważniejszych elementów górniczych, a w szczególnych przypadkach również sytuację
powierzchni
- mapy geologiczne – przedstawiająca ułożenie w przestrzeni i wzajemne położenie skał
budujących dany obszar, wyróżnionych według kryterium wieku, składu mineralnego,
wykształcenia litologicznego, genezy itp.

Mapy górnicze należy sporządzad w jednej z następujących skal: 1:50, 1:100, 1:200, 1:500,
1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10000, 1:20000, 1:25000

7. Typy modele zmienności parametrów złożowych

7.1. Typ deterministyczny – parametr opisany jest funkcją położenia z = f(x,y), gdzie x,y to

współrzędne w obrębie złoża, można stosowad w takim przypadku mapy izoliniowe
rozmieszczenia wartości parametrów w badanym złożu np. miąższośd pokładów węgla.
Zmiennośd parametru jest regularna, wykazująca prawidłowośd.

7.2. Typ losowy – bez prawidłowości rozmieszczenia parametru, znajdują tu zastosowanie

metody statystyki klasycznej, zmiennośd parametru jest skokowa, przypadkowa,
nieprzewidywalna, chaotyczna.

7.3. Typ mieszany – obserwuję się zarówno losowośd jak i prawidłowośd w rozmieszczeniu

parametru z = f(x,y) + ε gdzie ε to składnik losowy, zastosowanie znajdują metody
geostatystyczne

8. Statystyczny opis zmienności parametrów złożowych

Metody statystyki matematycznej umożliwiają określenie zmienności opisu i ocenę wartości

parametrów złożowych. Statystyka działająca na podstawie rachunku prawdopodobieostwa
pozwala na wnioskowanie o właściwościach całej populacji na podstawie pojedynczej części tej
populacji nazywanej próbką statystyczną. W geologii górniczej próbką statystyczną jest zbiór
wyników pomiaru parametrów złożowych o określonej wielkości i geometrii. Stosowanie metod
statystycznych do oceny parametrów złożowych wymusza założenia, że są one zmiennymi
losowymi. Po przez zmienną losową należy rozumied zmienną, która w wyniku doświadczenia
przybiera postad jedną z wartości pewnego zbioru liczb rzeczywistych, z określonym
prawdopodobieostwem.

8.1. Miary tendencji centralnej – prosta średnia arytmetyczna x

8.2. Miary rozrzutu (rozproszenia)

a) wariancj

a

)

2

b) odchylenie standardowe

- miara zmienności bezwzględnej w jednostkach

badanego parametru

c) współczynnik zmienności

8.3. Współczynnik asymetrii

3

[-] dla n > 30

8.4. Współczynnik ekscesu (kurtozy)

4

-3 [-]

Rozkład normalny N g

1

=0 , g

2

=0

9. Przykłady zastosowao statystycznego opisu zmienności w geologii górniczej

9.1. Klasyfikacja zmienności złóż – kryterium stanowi współczynnik zmienności v

Grupa zmienności

V[%]

Zmiennośd

I

< 20

Mała

II

20-40

Przeciętna

III

40-100

Duża

IV

100-150

Bardzo duża

V

>150

Skrajnie duża

9.2. Ocena jakości kopaliny – ocena punktowa

a) m – prawdziwa nieznana zawartośd składnika użytecznego w próbkach,

b) ε

b

– błąd bezwzględny standardowy

c) ε

w

– bład względny

9.3. Ocena przedziałowa jakości kopaliny

dla n >30

α – poziom istotności α=0,05 lub 5%

z – z tablic rozkładu normalnego z=f(p) dla n>30
Jeśli n<30 to z wyznaczane jest z rozkładu t- studenta, oraz n zamienia się w n-1

9.4. Wyznaczanie minimalnej liczby pomiarów gwarantującej oszacowanie średniej wartości

parametru z żądanym prawdopodobieostwem
dla n>30

10. Statystyczna ocena dokładności szacowania średnich wartości parametrów złożowych

( błędy standardowe, przedziały ufności)

10.1 Błędy standardowe
a) błąd bezwzględny (dopuszczalny bezwzględny błąd oceny średniej wartości parametru),
wyrażany w jednostkach parametru

dla n>30

b) błąd względny

*100%

10.2 Przedziały ufności
dla n > 30

Nieznana rzeczywista wartośd średnia parametru złożowego mieści się w przedziale od

do

z prawdopodobieostwem p równym 1 – α ( w geologii górniczej 0,95)

11. Wyznaczenie granic złoża bilansowego (parametry zasobowe, kryteria bilansowości)

Kryteria bilansowości – zależne od kopaliny, graniczne wartości parametrów służących do
wyznaczania granic złoża bilansowego
Zalecane kryteria bilansowości MSWiA – różne dla różnej kopaliny.
Parametry zasobowe np.:
-minimalna miąższośd złoża
-brzeżna zawartośd składnika użytecznego
-graniczna zawartośd składnika szkodliwego
-maksymalna głębokośd spągu złoża
- zasobnośd
kryteria bilansowości dla węgli energetycznych nr.31/32, 38
PARAMETR

WARTOŚD BRZEŻNA= GRANICZNA

Maksymalna głębokośd dokumentowania

1000 m

Minimalna miąższośd węgla w pokładzie wraz z przerostami

1 m

minimalna wartośd opałowa

15 MJ/kg

maksymalna zawartośd siarki

2%

12. Metody obliczania zasobów( wieloboków, średniej arytmetycznej, średniej

zasobności)

12.1.

Metoda wieloboków Bołdyriewa – tylko dla rozpoznania wiertniczego,

geometryczna metoda szacowania zasobów
- symetryczne odcinka łączących otwory pozytywne
- obliczenie powierzchni wieloboków
- zasoby jednostkowe Q

i

=q

i

*F

i

- zasoby całkowite

Wady:
metoda sensowna w przypadku kilkunastu otworów, gdy jest więcej otworów jest bardzo
czasochłonna (dla świrów).

12.2.

Metoda średniej zasobności – obliczana jest powierzchnia całkowita oraz średnia

jednostkowa zasobnośd, metoda statystyczna, zasoby wynoszą Q=F*q

śr

Założenia: zmiennośd jest czysto losowa, zawartośd parametrów zasobowych jest zmienna

Wady: mniej dokładna niż metoda wieloboków Bołdyriewa
Zalety: bardzo szybka w obliczeniu

12.3.

Metoda średniej arytmetycznej – metoda statystyczna

Założenia:
a) pełen wzór stosuje się w przypadku złóż jednorodnych, których zmiennośd jest czysto
losowa, zawartośd parametrów zasobowych zmienna
b) parametry zasobowe muszą byd nie skorelowane,(parami niezależne) w przypadku złóż
rud
Zasoby wynoszą:
Q=M*p*γ

o

*F*1/100%

M – średnia miąższośd złoża bilansowego *m+
p – średnia procentowa zawartośd składnika użytecznego *%+

γ

o

-

średnia

gęstośd przestrzenna *Mg/m

3

]

F – całkowita powierzchnia złoża *m

2

]

Q – zasoby całkowite *Mg+
Dla złóż węgla brak p oraz 1/100%, dla złóż kopalin pospolitych brak p,γ

o

,1/100%

Wady:
mała dokładnośd,
Zalety :
Szybka w obliczeniu

13. Statystyczna ocena dokładności szacowania zasobów (błędy standardowe

oszacowania, ocena przedziałowa, zasoby gwarantowane).

13.1.

Błąd względny oszacowania zasobów – ważny do obliczenia zasobów metodą

średniej arytmetycznej

13.2.

Ocena przedziałowa zasobów

z = t – parametr prawdopodobieostwa odczytany z tablic
sq – odchylenie zasobności

13.3.

Zasoby gwarantowane -Q

L

prawdopodobieostwo, że rzeczywiste zasoby będą

mniejsze wynosi 2,5 % - małe prawdopodobieostwo

14. Klasyfikacje zasobów złóż ze względu na stopieo ich zbadania i przydatnośd

gospodarczą ( dokumentacja geologiczna i PZZ)

14.1.

Klasyfikacja złoża ze względu na stopieo zbadania złoża

Kategoria stopnia
zbadania złoża

Nazwa kategorii

Wymogi ilościowe ε

w

[P = 0,95]

A

Rozpoznanie eksploatacyjne

10%

B

Rozpoznanie szczegółowe

20%

C1

Rozpoznanie wstępne

30%

C2

Poszukiwanie szczegółowe

40%

D

Poszukiwanie wstępne

>40%

Dla każdej kategorii zbadania złoża opracowuje się nową dokumentację geologiczną

14.2.

Klasyfikacja według przydatności gospodarczej

- zasoby geologiczne – całkowita ilośd kopaliny w złożu
- zasoby pozabilansowe – zasoby kopaliny których aktualnie nie opłaca się eksploatowad,
w przyszłości mogą byd eksploatowane, jeśli ich eksploatacja stanie się opłacalna
- zasoby bilansowe – częśd zasobów geologicznych spełniających kryteria bilansowości
wyznaczane na etapie dokumentacji złoża
- zasoby nieprzemysłowe - nie wybierane częśd zasobów ze względu na warunki techniczne,
ochronę środowiska, bezpieczeostwo (filary ochronne)
- zasoby przemysłowe – zasoby, których eksploatacja jest możliwa i przyniesie zysk
finansowy, w nich występują straty
- zasoby operatywne – (postrzegane na zachodzie) – eksploatowana częśd zasobów
bilansowych,
- zasoby eksploatacyjne - zasoby operatywne oraz zawartośd skały płonnej, która została
wybrana razem z kopaliną użyteczną)
PZZ – (projekt zagospodarowania złoża) – zawiera trzy części:
a) geologiczna – oszacowanie zasobów przemysłowych, nieprzemysłowych oraz
przewidywanych strat
b)górnicza – systemy eksploatacji
c) ekonomiczna

15. Zasady prawidłowej gospodarki złożem ( straty i zubożenie kopaliny, operat

ewidencyjny zasobów, plany ruchu)

Zasady prawidłowej gospodarki złożem:
1. Sygnalizowanie potencjalnych zagrożeo naturalnych – dotyczy okresów krótkoterminowej
eksploatacji (np. wdarcie się wody ze stref uskokowych, zagrożenia metanem, dwutlenkiem
węgla, ugięcie się stropu, wypychanie spągu, wyrzuty skał)
Plan ruchu – plan bezpiecznego prowadzenia eksploatacji i gospodarki złożem – musi byd
zatwierdzony przez okręgowy urząd górniczy
2. Czystośd wybierania złoża – minimalizacja strat
Straty – zasoby kopaliny nie wybrane z złoża S=P-Q

B(p)

S – straty; P – produkcja uzyskana

z eksploatacji; Q

B(P)

- zasoby złoża bilansowego lub przemysłowego

3. Wykorzystanie kopalin towarzyszących – współwystępowanie z kopaliną główną,
pierwiastków towarzyszący (>0,01%) i pierwiastków śladowych (<0,01%)

4. Coroczna aktualizacja zasobów
Operat ewidencyjny zasobów – zestawienie zasobów na dzieo 1 styczeo, przesyłane do 30
marca do Komisji Zasobów Kopalin, na podstawie OEZ z wszystkich kopalo sporządzany jest
bilans złóż kopalin stałych i wód podziemnych

Zubożenie – powstaje przez wybieranie skały płonnej lub pozabilansowej kopaliny wraz
z kopaliną bilansową, oblicza się z wzoru Z = (Z

o

– Z

u

)/Z

u

*100%

Z

o

– zawartośd składnika użytecznego w złożu oszacowana

Z

u

– zawartośd składnika użytecznego w urobku

Do „wzbogacenia” kiedy zawartośd składnik użytecznego oszacowana jest zaniżona w czasie
dokumentowania złoża