1

9. Ogólne wiadomości o złożach kopalin użytecznych

9.1. Pojęcie złoża kopaliny użytecznej

Od początków górnictwa górnik musiał dysponować wiedzą o złożach, z których wydo-

bywał kopalinę przetwarzaną na surowce mineralne lub ich wyroby pochodne. Początkowo
górnicy sami poszukiwali złoża, a następnie ustalano sposób wybierania kopaliny dostoso-
wany do jego budowy geologicznej. Z czasem wyodrębniła się gałąź geologii zwana geologią
złóż, zajmująca się kompleksowo badaniem występowania i rozmieszczenia złóż w skorupie
ziemskiej.

Współczesny górnik korzysta z wyników prac geologii złóż w postaci dokumentacji geo-

logicznej złoża. Z dokumentacji takiej korzystają ekonomiści i geologowie, którzy wspólnie z
górnikami podejmują decyzję o przystąpieniu do eksploatacji złoża. Nie każde wystąpienie w
skorupie ziemskiej kopaliny użytecznej, nawet dobrej jakości, jest złożem o znaczeniu go-
spodarczym.

Rozmieszczenie polskich złóż o największym znaczeniu gospodarczym pokazano na rys.

9.1.

Złoże o znaczeniu gospodarczym

jest to takie naturalne (powstałe w wyniku działania

praw przyrody) nagromadzenie w skorupie ziemskiej minerałów lub skał użytecznych, które-
go eksploatacja przynosi korzyść gospodarczą.

Złoże o znaczeniu gospodarczym musi spełniać następujące warunki:
- na minerał lub skałę użyteczną występującą w złożu w stanie naturalnym lub po prze-

robieniu na surowiec mineralny istnieje zapotrzebowanie, czyli ma rynek zbytu,

- cena zbytu gwarantuje pokrycie wszystkich kosztów związanych z wydobyciem, prze-

róbką i transportem kopaliny do odbiorcy oraz pewien zysk dla przedsiębiorstwa lub
państwa wydobywającego kopalinę,

- ilość kopaliny użytecznej w złożu, czyli zasoby, powinny być takie, aby gwarantowały

pełne wykorzystanie (amortyzację) zakładu górniczego i towarzyszących mu obiektów
w czasie jej eksploatacji.

Rys. 9.1. Rozmieszczenie polskich złóż o największym znaczeniu gospodarczym

2

Podjęcie prawidłowej decyzji o przystąpieniu do eksploatacji złoża jest trudne i musi być

poprzedzone szczegółowymi badaniami oraz skrupulatnym rachunkiem ekonomicznym.
Trzeba również pamiętać o tym, że zmieniały się i zmieniają nadal poglądy na wartość złoża
w zależności od stopnia rozwoju techniki oraz cywilizacji przemysłowej. Dawniej, kiedy nie
znano zastosowań dla węgla czy też ropy naftowej, zasobne złoża tych surowców energe-
tycznych nie były uważane za złoża kopalin użytecznych. Obecnie cena zbytu surowców mi-
neralnych, która zależy od podaży i popytu, również ulega nieraz znacznym wahaniom, co
może w pewnych okresach decydować o wartości gospodarczej złoża. Duże znaczenie dla
wartości gospodarczej złóż kopalin użytecznych ma także potencjał gospodarczy kraju, na
tereniektórego złoże się znajduje.

Kopalina użyteczna, która tworzy złoże i dla której wydobywania, powzięto decyzję o

budowie zakładu górniczego, jest określana jako kopalina główna. Obecnie dość często się
zdarza, że w otoczeniu złoża kopaliny głównej występuje zwykle mniej cenne złoże innej ko-
paliny użytecznej, nazywa się ją wówczas kopaliną towarzyszącą. Na przykład pokładom
węgla w Górnośląskim Zagłębiu Węg1owym towarzyszą pokłady bentonitów, łupków szli-
fierskich lub skał sapropelowych. Czynna kopalnia węgla kamiennego w takim przypadku
stwarza możliwość stosunkowo taniego wyeksploatowania i tych kopalin towarzyszących.
Pozostałe skały, które towarzyszą złożom kopalin użytecznych i nie przedstawiają obecnie
wartości użytecznej, nazywa się skałami płonnymi lub odpadowynri.

9.2. Podział złóż kopalin użytecznych

Złoża kopalin użytecznych dzieli się różnie w zależności od celu, do jakiego podział ma

służyć.

Wyróżnia się następujące klasyfikacje złóż:
- według użyteczności,
- ze względu na genezę,
- ze względu na kształt.
Ze względu na użyteczność istotny jest podział według rodzaju kopaliny lub produkowa-

nego z niej surowca mineralnego oraz możliwości zagospodarowania złoża.

Wyróżnia się tu pięć zasadniczych grup złóż kopalin użytecznych, jak złoża:
- surowców energetycznych (węgle, ropa naftowa itp.),
- surowców metalicznych (rudy żelaza, miedzi itp.),
- surowców chemicznych (sole, fosforyty, siarka itp.).
- surowców skalnych (gliny, piaski, żwiry, skały zwięzłe itp.),
- kamieni szlachetnych i półszlachetnych (diament, topaz itp.).

W geologii najważniejszy jest podział złóż według sposobu ich powstania, czyli genezy.

Schemat systematyki złóż kopalin użytecznych według genezy przedstawiono w tabl. 9.1.

3

Z górniczego punktu widzenia, a także przy poszukiwaniu i rozpoznawaniu złoża, najważ-

niejszy jest podział złóż według ich kształtu oraz możliwości eksploatacji. Wyróżnia się tu
dwie grupy złóż:
a) złoża o kształtach prawidłowych, do których zalicza się:

- pokłady pojedyncze lub wiązki pokładów,
- żyły pokładowe,
- żyły kontaktowe,
- żyły soczewkowe,

b) złoża o kształtach nieprawidłowych, do których zalicza się:

- gniazda,
- pnie,
- soczewki,
- impregnacje,
- wiązki drobnych żył,
- złoża okruchowe.
Pokład

jest to złoże przeważnie osadowe, które tworzy warstwę kopaliny użytecznej

wśród innych warstw skał osadowych tej samej formacji geologicznej, zalegającą zwykle
zgodnie z ogólnym układem wszystkich warstw. Pokłady zajmują niejednokrotnie bardzo
znaczną powierzchnię, przy czym ich grubość w stosunku do wielkości tej powierzchni jest
mała i w pewnych granicach stała. Mogą one występować pojedynczo, tworząc złoża jedno-
pokładowe

lub po kilka, a nawet kilkanaście pokładów oddzielonych od siebie warstwami

skał płonnych, tworząc złoża wielopokładowe. Pokłady mogą wychodzić na powierzchnię.
Miejsce, w którym pokład wychodzi na powierzchnię, nazywa się wychodnią.

Wychodnie mogą być obnażone, gdy pokład wraz ze skałami otaczającymi wychodzi

bezpośrednio na powierzchnię, lub ukryte, gdy warstwy - wśród których leży pokład - przy-
kryte są utworami młodszymi, czyli nadkładem (rys. 9.2a).

W postaci pokładów występują złoża węgla kamiennego, brunatnego, soli, gipsu, anhydry-

tu, fosforytów i inne.

Żyła

jest to złoże powstałe przez nagromadzenie się minerału użytecznego w szczelinach

skał, odznaczające się znaczną zmiennością pod względem kierunku i grubości oraz zawarto-
ści minerału użytecznego (rys. 9.2b).

4

Złoża żylne są zwykle młodsze od otaczających je skał. Pochodzenie złóż żylnych jest róż-

ne; w większości przypadków są one wynikiem intruzji magmy oraz towarzyszących im pro-
cesów, jak również krążenia wody. Przebieg i granice żył są przeważnie całkowicie nieregu-
larne, stosownie do przebiegu szczelin, jakie powstały w górotworze wskutek ruchów tekto-
nicznych. Rozróżnia się żyły pojedyncze i żyły rozgałęzione.

Eksploatacja złóż żylnych wymaga dokładnej znajomości budowy geologicznej i śledzenia

biegu oraz zawartości minerału użytecznego w żyle za pomocą wyrobisk badawczych.

Gniazda różnią się od żył jedynie kształtem i większymi rozmiarami, gdyż powstały przez

wypełnienie minerałami użytecznymi dużych rozpadlin lub pieczar w skałach płonnych. W
zależności od kształtu złóż gniazdowych nazywa się je soczewkami, słupami i pniami, a gdy
mają bardzo duże rozmiary - składami. Różne rodzaje złóż typu gniazdowego przedstawiono
na rys. 9.3.

Impregnacje są to drobne nagromadzenia substancji mineralnej rozproszonej w skale

płonnej. W tej formie występują złoża rud metali nieżelaznych, metali szlachetnych i innych.

Złoża

okruchowe są nagromadzeniem luźnych ziarn lub okruchów minerałów użytecznych

zmieszanych z ziarnami skał płonnych. Złożami takimi są np. piaski złotonośne, platynonośne
i złoża okruchowe cyny.

Złoża okruchowe powstały w wyniku wietrzenia skał zawierających minerały użyteczne. Z

kolei taki zwietrzały materiał skalny został rozsegregowany, wskutek transportu w spływają-
cej wodzie lub z udziałem wiatru, i to doprowadziło do nagromadzenia okruchów minerałów
użytecznych w złożu. Schemat powstawania różnych typów złóż wietrzeniowych przedstawia
rys. 9.4.

5

9.3. Pokładowe złoża węgla kamiennego

Dla górnika wydobywającego węgle najważniejsze znaczenie mają złoża pokładowe, gdyż

w nich występują wszystkie rodzaje węgli kopalnych. Pokład zalega zgodnie z ogólnym ukła-
dem wszystkich warstw złoża i jest ograniczony mniej lub więcej równoległymi powierzch-
niami. Warstwy skał zalegające bezpośrednio nad pokładem nazywa się jego stropem, a leżą-
ce pod pokładem – jego spągiem.

Kątem nachylenia

pokładu nazywa się kąt zawarty między płaszczyzną jego spągu a

płaszczyzną poziomą.

Z uwagi na wielkość kąta nachylenia pokłady dzieli się na:
- poziome – o kącie nachylenia do 10°,
- słabo nachylone – o kącie nachylenia od 10 do 35°,
- silnie nachylone – o kącie nachylenia od 35 do 45°,
- strome – o kącie nachylenia powyżej 45°.
Bardzo ważnym pojęciem jest rozciągłość pokładu, zwana też jego biegiem lub szerze-

niem; jest to kierunek krawędzi przecięcia się płaszczyzny spągu lub stropu pokładu z do-
wolną płaszczyzną poziomą (rys. 9.5).

Linię prostopadłą do rozciągłości pokładu nazywa się linią nachylenia pokładu, bieg tej

linii od ustalonej płaszczyzny poziomej w górę nazywa się wzniosem pokładu, w dół – upa-
dem. Grubość pokładu jest to odległość od spągu do stropu mierzona w kierunku prostopa-
dłym do płaszczyzny stropu lub spągu pokładu. Grubość pokładów bywa różna, od kilku cen-
tymetrów do kilkuset metrów. Znaczną grubość mają pokłady węgla brunatnego i niektóre

6

pokłady soli. Najgrubszy pokład węgla kamiennego w Polsce – pokład 510 – ma we wschod-
niej części Zagłębia Górnośląskiego grubość ponad 20 m.

Ze względu na grubość pokłady węgla dzieli się na:
- cienkie, grubości do 1,0 m,
- średnie, grubości od 1,0 do 3,0 m,
- grube, grubości powyżej 3,0 m.

9.4. Zaburzenia w zaleganiu pokładów

W czasie, gdy tworzyły się pokłady oraz tuż po ich powstaniu podlegały one działaniu

różnych czynników, które spowodowały liczne zaburzenia i nienormalności w ich zaleganiu.
Są nimi pofałdowania, uskoki, zmiany grubości, przerosty, rozszczepienia oraz wymycia.

Zaburzenia i nienormalności stanowią niejednokrotnie dużą przeszkodę i utrudnienie w

prowadzeniu robót górniczych, dlatego powinny być rozeznane przed rozpoczęciem eksplo-
atacji złoża. Rozeznanie to stanowi najczęściej tylko zarys ogólny, dlatego też po udostępnie-
niu złoża oraz w czasie robót eksploatacyjnych konieczne jest dalsze prowadzenie robót ba-
dawczych, mające na celu dokładne ustalenie przebiegu zaburzeń oraz ich ewentualnego
wpływu na roboty górnicze.

Pofałdowanie

pokładów powoduje osłabienie skał przez obniżenie ich spoistości, a nawet

powstanie spękań i szczelin. Zjawiska te spotyka się głównie w górnych częściach siodeł i
dolnych częściach łęków, w związku z czym występują tam zwiększone ciśnienia wymagają-
ce stosowania wytrzymalszej obudowy.

Uskoki przerywają ciągłość pokładu. Wejście do zauskokowej części pokładu wymaga

wykonania odpowiednich robót kamiennych, np. przekopu lub szybiku albo przekopu i szybi-
ku (rys. 9.6).

Skały w sąsiedztwie uskoku są częstokroć osłabione i roboty tam prowadzone wymagają

specjalnej uwagi i mocniejszej obudowy. Bywają również uskoki, których szczeliny wypeł-
nione są wodą. Stanowią one wtedy duże niebezpieczeństwo, gdyż otwarcie do szczeliny
uskokowej może spowodować wdarcie się wody do kopalni. Dlatego przy zbliżaniu się do
uskoku robotami górniczymi zachodzi konieczność wykonania otworów badawczych (przed-
wiertów) do szczeliny uskokowej w celu stwierdzenia obecności wody. W razie potrzeby po-
zostawia się wzdłuż uskoku pas nie wybranej calizny jako filaru ochronnego zabezpieczają-
cego kopalnię przed wdarciem się wody.

7

Najbardziej niebezpieczne są uskoki zawodnione, mające na wychodniach styczność z po-

wierzchniowymi zbiornikami wodnymi lub z występującą w niektórych rejonach kurzawką.

Zmiany grubości pokładów zostały spowodowane nierównomiernym naciskiem sąsiednich

skał na bardziej plastyczny od nich węgiel. Tym sposobem powstały ścienienia i zgrubienia
pokładów (rys. 9.7). Ścieśnienie pokładu do zera nazywa się wyklinieniem.

Przerosty są to warstwy lub wkładki skały płonnej w pokładzie. Gdy grubość przerostów

wzrasta, wówczas pokład rozszczepia, się na dwa lub więcej cieńszych pokładów (rys. 9.8).

Wymycie lub zmycie pokładu (rys. 9.9) jest to całkowite lub częściowe zniszczenie pokła-

du wskutek erozyjnego działania wody w czasie, gdy był on przykryty cienką warstwą mate-
riału luźnego.

Zagłębienie terenu powstałe wskutek wymycia zostało z biegiem czasu wypełnione osa-

dami młodszymi oraz wyrównane, a więc roboty prowadzone w ich sąsiedztwie muszą być
poprzedzane otworami badawczymi (przedwiertami) i zabezpieczone filarami ochronnymi.

9.5. Płaszczyzny najmniejszej wytrzymałości w złożu

Wytrzymałość skał karbońskich nie jest równomierna we wszystkich kierunkach. Podob-

nie jak wszystkie skały osadowe, mają one budowę uławiconą, przy czym poszczególne ławi-
ce różniące się nawet nieznacznie składem petrograficznym oddzielone są od siebie płaszczy-
znami uławicenia lub uwarstwienia, wzdłuż których oddzielenie skały od calizny jest najła-
twiejsze (rys. 9.10).

8

Płaszczyzny te stanowią jeden z kierunków najmniejszych wytrzymałości skały. Uławice-

nie występuje najwyraźniej w łupkach i węglu, mniej wyraźnie w piaskowcach. Właściwe
rozeznanie uławicenia ma duże znaczenie dla prowadzenia wszelkich robót górniczych.

Prowadzenie wyrobisk pod mocną ławicą ułatwia urabianie węgla i utrzymanie stropu.

Ławicy takiej nie należy przerywać niewłaściwym usytuowaniem otworów strzałowych lub
organu urabiającego przy urabianiu kombajnem.

Innymi płaszczyznami o zmniejszonej wytrzymałości są w złożach węglowych płaszczy-

zny łupności. Ich powstanie związane jest z działalnością tektoniczną, dlatego też kierunek
ich przebiegu jest równoległy do kierunku uskoków. W pokładach Zagłębia Górnośląskiego
płaszczyzny łupności nachylone są do płaszczyzny uławicenia pod kątem 70 do 80° (rys.
9.10).

W piaskowcach płaszczyzny łupności rozmieszczone są w większych odstępach, w skałach

kruchych natomiast, jak łupek i węgiel, są one mniejsze i odstępy między nimi są mniejsze.

Łupność może być w górotworze utajona lub widoczna i tę ostatnią nazywa się kliważem.

9

Zazwyczaj w złożach węglowych występuje więcej kierunków łupności. Kierunek najbar-

dziej wyraźnej płaszczyzny łupności nazywa się łupnością albo kliważem zasadniczym, inne
zaś kierunki łupnością dodatkową.

Wykres podający kierunki łupności skały zorientowany według stron świata nazywa się

różą łupności (rys. 9.11).

Łupność stanowi osłabienie spoistości skał, lecz ułatwia ich urabianie, jednocześnie utrud-

nia utrzymanie wyrobisk. Kierunki płaszczyzn łupności muszą być rozeznane przed zaprojek-
towaniem robót górniczych i obserwowane w czasie ich prowadzenia.

W stropie pokładów mogą występować niekiedy pryzmy skały słabiej związane ze skałami

otaczającymi lub skamieniałe pnie drzew. Jedne i drugie stanowią duże niebezpieczeństwo
dla pracujących górników, ponieważ luźno związane ze skałami sąsiednimi łatwo wypadają
ze stropu. Dlatego powinno się na nie zwracać baczną uwagę i dobrze obudowywać.


Pytania kontrolne
1. Podaj cechy złoża o znaczeniu gospodarczym.
2. Podziel złoża według kształtu i możliwości eksploatacji.
3. Zdefiniuj pokład oraz wielkości charakterystyczne dla niego.
4. Dokonaj podziału pokładów pod względem grubości i nachylenia.
5. Jakie znasz nienormalności zaleganiu pokładów?
6. Co nazywa się płaszczyzną uławicenia, a co płaszczyzną łupności?