Geologia Górnicza  Wykład
Opracowanie:
Krzysztof Stolorz ([e-mail])
Na podstawie wykładów
dr hab. inż. Jacek Mucha, nr tel. [phone] pok. 5
Jest termin  0 , wykłady są nieobowiązkowe.
Literatura:
Nieć, M., Geologia kopalniana, 1990, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa;
Nieć, M., Problemy geologicznego dokumentowania złóż kopalin stałych, 2011, Wyd. IGSMiE1
PAN, Kraków.
Wykład I (9.03.2012)  Definicja. Rys historyczny.
Definicja
Geologia górnicza (= kopalniana)  jest działem geologii stosowanej zajmującym się [meto-
dyką rozwiązywania ?] zadań geologicznych dla górnictwa.
Rys historyczny
Połowa XIX wieku, USA. Trwa gorączka złota. Prawo amerykańskie kiedyś dawało prawo
do żyły właścicielowi odkrywki. Więc musiał się pojawić ktoś, kto mógł przedstawić kowbojom
budowę geologiczną... I tak (najprawdopodobniej) powstała geologia górnicza. Geolog górniczy
rozstrzygał o budowie geologicznej.
4 (główne) nurty zainteresowań2 geologa górniczego:
1. scharakteryzowanie (opis) formy (kształt geometryczny) i budowy (stosunek złoża do
skał otaczających) złoża  informacje bardzo przydatne projektantowi górniczemu;
2. rodzaj (skład mineralny) i jakość (średnia zawartość składników użytecznych i szkodli-
wych) kopaliny  informacje istotne dla zakładów przeróbczych lub wzbogacających;
3. oszacowanie ilości składnika użytecznego i kopaliny  sprawy dla ekonomistów;
4. charakterystyka tzw. geologiczno-górniczych warunków eksploatacji:
a) warunki hydrogeologiczne  wielkość dopływu do kopalni;
b) warunki geologiczno-inżynierskie  właściwości skał, w których drążone są wyrobiska
górnicze;
c) warunki gazowe  predykcja możliwych dopływów gazów do wyrobiska  CH , N ,
4 2
CO, Rn;
d) warunki geotermiczne  zwiÄ…zane ze stopniem geotermicznym.
4 etapy związane z działalnością  na złożu :
1. etap poszukiwania złoża;
2. etap rozpoznania złoża;
3. eksploatacja złoża;
4. likwidacja kopalni i zagospodarowanie terenów pogórniczych.
Były ZSRR kładł (głównie) nacisk na eksploatację złóż. W USA uważa się, że geolog górni-
czy zajmuje się etapami 1  3. W Polsce geologia górnicza obejmuje etapy 2 i 3.
1 Instytut Gospodarowania Surowcami Mineralnymi i Energią  fajna nazwa... a jaki skrót :)
2 Oczywiście zawodowych :)
 1 
Rozwiązywanie zagadnień:
 kartowanie geologiczne złóż;
 opróbowanie geologiczne złóż na wyrobiskach wiertniczych i górniczych;
 wyniki badań geofizycznych.
Wykład II (23.03.2012)  Obsługa geologiczna wierceń
Obsługa geologiczna wierceń
1. Obserwacja (analiza) chronometrażu  czas potrzebny do przewiercenia pewnej jednostki dłu-
gości górotworu (np. min/10 cm)  można w przybliżony sposób określić rodzaj skał.
2. Analiza krzywienia otworu
Rodzaje otworów:
 pionowe;
 kierunkowe  prowadzone pod pewnym stałym katem w stosunku do powierzchni terenu;
 kierowane  prowadzone pionowo, a następnie wygięte w żądanym kierunku.
Pionowe Kierunkowe Kierowane
Analiza krzywienia mówi nam o budowie geologicznej wokół otworu. Inklinometry mierzą nachy-
lenie3.
3 Chyba raczej odchylenie.
 2 
3. Obserwacja płuczki (woda + ił + baryt)
 zanik płuczki  spadek objętości płuczki  kawerny;
 nadmiar płuczki  wzrost objętości płuczki  nawiercenie horyzontu wodonośnego o zwier-
ciadle napiętym;
 zmiana koloru płuczki;
 pojawienie się pęcherzyków gazu w płuczce;
 zmiana zasolenia płuczki.
4. Profilowanie rdzeni wiertniczych  markoskopowy opis rdzenia wiertniczego + ewentualna do-
kumentacja fotograficzna.
a) rdzenie w skrzynkach
Skała zwięzła
Uzysk rdzenia, U :
r
lr
U = Å"100 %
r
l
gdzie:
l  długość rdzenia;
r
l  długość przewierconego odcinka (marsz wiertniczy).
Marsz wiertniczy  długość pojedynczego rdzeniowania 1  3 m. Skały zwięzłe osiągają U >90%.
r
Skały luz
ne
uzysk rdzenia, U :
r
M
r
U = Å"100 %
r
M
t
gdzie:
M  masa rdzenia;
r
M  masa teoretyczna rdzenia:
t
M =Ä„Å"rÅ"lÅ"Á
t
l  marsz wiertniczy, Á  gÄ™stość przestrzenna.
Uzysk rdzenia dla skał luz
nych wynosi zazwyczaj > 50  60 %.
Modelowanie 3D (x, y, z) wymaga wysokiego współczynnika uzysku rdzenia
b) makroskopowy opis rdzenia wiertniczego
 nazwa skały;
 opis litologiczny (barwa skały, porowatość, spękania i wypełnienia, zwięzłość, struktury i
 3 
tekstury);
 RQD (Rock Quality Designation)
l10
"
RQD= Å"100%
l
l  odcinki rdzenia o długości > 10 cm;
10
l  marsz wiertniczy;
 charakterystyka mineralizacji:
 rodzaj minerałów użytecznych i szkodliwych (jeżeli są widoczne);
 forma skupień i wielkość minerałów  wiadomości potrzebne do dalszej przeróbki;
 orientacyjna określona zawartość składnika użytecznego (ze wzorów zawartości).
5. Opróbowanie rdzeni wiertniczych
Skały zwięzłe Skały luz
ne
Wycina się 1/4 rdzenia (1), gdy zmienność za- Mieszanie i kwartowanie (rozsypuje się mate-
wartości jest duża, to wycina się 1/2 rdzenia; riał, dzieli się na 4 części i bierze się 2 części)
resztÄ™ przechowuje siÄ™ magazynie rdzeni do cza- resztÄ™ przechowuje siÄ™ archiwum do czasu wy-
su wyeksploatowania złoża. eksploatowania złoża.
Wykład III (20.04.2012)  Opróbowanie wyrobisk
Cel opróbowania:
próbki do badań:
 chemicznych;
 mineralogicznych i petrograficznych;
 technologicznych;
 fizyczno-mechanicznych:
ł  gęstość przestrzenna kopaliny  masa/objętość kopaliny (wraz z porami) [t/m3];
0
 stratygraficznych;
 granic złóż rozproszonych.
1  próbka punktowa  złoża jednolite;
2  próbki punktowe w układzie liniowym (2 kg);
3  próbki punktowe w układzie sieciowym;
4  próbka bruzdowa  wycięcie kawałka calizny;
5  zdarcie powierzchniowe materiału skalnego, próbka
zdzierkowa.
Im większa zmienność składników, tym większe próbki.
Wielkość próbki zależy także od wymaganej dokładności
oszacowania kopaliny.
 4 
Otwory strzałowe  głębokość 2 m  pobór niezwietrzałych, pokruszonych próbek z dna wywier-
conego otworu.
Próbki z urobku  pobrane z wozu kopalnianego lub przenośnika. Mogą ważyć do kilku ton 
duże koszty, ale również duża reprezentatywność ze względu na masę.
Projekt opróbowania złoża:
1. Rodzaj próbki.
2. Określenie geometrii próbki (formy):
- rozmiary;
- orientacja w przestrzeni złożowej  zależy od zmienności;
- najdłuższy wymiar w kierunku maksymalnej zmienności  np. żyłki magnezytu, kieru-
nek największej zmienności jest do nich prostopadły;
3. masa próbki;
4. rozstaw (krok) opróbowania  interwał, co jaki będą pobierane kolejne próbki.
Wykład IV (11.05.2012)  Opróbowanie pośrednie złóż.
Opróbowanie pośrednie złóż (ocena pośrednia jakości kopaliny):
Metoda wizualna ( na oko )
W tej metodzie stosuje się współczynnik korelacji liniowej, r. Wartość współczynnika mie-
ści się w przedziale [-1;1]:
 dla wartości bliskich 1 (0,9)  współczynnik korelacji liniowej uznaje się za dobry;
 dla wartości 0  zupełny brak korelacji;
 dla wartości -1  wykres jest przerzucony w pionie.
Współczynnik r -1 0 1
Wykres
Metoda korelacyjna
Polega na korelacji wartości, które wykazują pewne zależno-
ści (np. zawartości CaO i SiO w wapieniach). Na podstawie
2
wykresu, znając zawartość CaO rzutując ją na krzywą otrzy-
muje się zawartość SiO . Polega więc na oznaczeniu zawar-
2
tości składnika użytecznego na podstawie zawartości skład-
nika głównego.
Do korelacji trendów nieliniowych stosuje się metodę naj-
mniejszych kwadratów.
Współczynnik determinacji ·4 zawiera siÄ™ w przedziale
[0;1]. Dla wartoÅ›ci · > 0,8 mówi siÄ™ o dobrej korelacji.
4 Inne oznaczenie to R2.
 5 
Metoda geofizyczna
Intensywność zjawiska  jest funkcją zawartości składnika użytecznego:
I = f (p);
gdzie:
p  zawartość składnika użytecznego
1. Naturalna promieniotwórczość (U O )  stosowana przy bada-
3 8
niach soli potasowych
Mając (wzorcowe) próbki syntetyczno-pomiarowe (?) U O i krzywą
3 8
kalibracji można odczytać intensywność zjawiska5.
2. Metoda rentgenofluorescencyjna
Stosowana do badań złóż Zn-Pb rejonu śląsko-krakowskie-
go, złóż cyny i złóż Cu-Ag w LGOM. Jest to pomiar do opróbo-
wania punktowego i polega na emisji fali gamma (?) z emitera, od-
biciu od ociosu i rejestracji fali odbitej (fotonów wtórnego promie-
niowania) w rejestratorze urzÄ…dzenia.
Opis zmienności złoża
Dokładność oszacowania zasobów zależy od:
 dokładność opróbowania;
 system opróbowania:
 masa;
 ilość;
 orientacja próbek;
 zmienność złoża
Zmienność + system = dokładność oszacowania zasobów.
Typy (modele) zmienności parametrów złożowych
deterministyczno- losowy mieszany
geometryczny
Regularny, prawidłowy, ciągły Tylko czynnik losowy Czynnik losowy + tendencja
“! “! “!
Mapy izoliniowe Statystyka klasyczna Metody geostatystyczne
5 Nie jestem pewien sensu (i poprawności) tego zdania.
 6 
Metody statystyczne w geologii górniczej
Opis rozkładów empirycznych parametrów złożowych
Histogram
Rozkład symetryczny Rozkład asymetryczny
Szerokość przedziałów klasowych, "z:
zmax  zmin
"z=
1+3,3 log N
Rozkład jedno~ lub wielomodalny.
Mo (?)  [rozkład] pobocznie wielomodalny  niejednorodność złoża   próbki huraganowe .
2
Wykład V (25.05.2012)  Pomiar dokładności parametrów opróbowania
Dokładność opróbowania zależy od:
 sposobu opróbowania;
 zmienności parametru.
Geologiczna ocena siły zmienności
1. Parametr tendencji centralnej
średnia arytmetyczna (ang. mean, average)
N
1
z zi
= N "
i=1
Mediana, Me  wartość środkowa w danych uszeregowanych w szeregu pozycyjnym. Stosowana
najczęściej przy rozkładach asymetrycznych.
2. Parametry rozrzutu
wariancja
N
1
2
s2= ( zi  z
" )
N
i=1
 7 
odchylenie standardowe (ang. standard deviation)
s= s2
"
Miara bezwzględna zmienności parametru złożowego, v' (ang. coeffiction of variation)
sÅ"100
v '= %
z

Wartość bezwzględnej zmienności parametru złożowego mieści się w przedziale <0; ").
Przykłady zastosowań statystycznych parametrów zmienności:
1. Klasyfikacja zmienności złóż (Baryszewa (?), Smirnoffa)
Kryterium podziału  parametr v,
wydzielono 5 grup:
Grupa v [%] Nazwa zmienności Przykład
Miąższość pokładów
I < 20 mała
węgla
II 20  40 przeciętna Zawartość siarki
Zawartość Zn w
III 40  100 duża
złożach GŚ
Zawartość Pb w
IV 100  150 b. duża
złożach GŚ
Złoża Au, Pt, Pd w
V > 150 skrajnie duża
LGOM
2. Wyznaczanie minimalnej masy próbki pobieranej z urobku
Wzór Czeczotta  jest to wzór empiryczny
2
Qmax=k (v)Å"d
max
gdzie:
Q  najmniejsza masa próbki reprezentatywnej [kg];
max
k  współczynnik zależny od parametru zmienności złoża, v;
d  średnica zastępcza ziarn [mm].
max
3. Ocena przedziałowa mierzonej (prawdziwej) wartości średniej parametru
przedział ufności
uÄ…Å"s uÄ…Å"s
P z z
-
[ ]
N N
" "
uą  parametr prawdopodobieństwa
uÄ… = f (Ä…) Ä… = 0,05 P = 0,95
uÄ… = 1,96 H" 2
Rozkład t-studenta
tÄ… = f(Ä…, df6 = N  1)
tÄ… > uÄ…
6 Stopnie swobody.
 8 
uÄ…Å"s uÄ…Å"s
- <
N N
" "
uÄ…Å"s
(  m)<
z
N
"
µk =
4. Ocena niezbędnej (minimalnej) liczby próbek (pomiarów)
uÄ…2Å"s2
N =
min
µk 2
Aby oszacować średnią wartość parametru z określoną dokładnością
2
s
uÄ…2Å" Å"(100 %)2
( )
uÄ…2Å"v2
z

N = =
min
µw2
µ0 2
Å"(100 %)2
( )
z

Szacowanie zasobów złóż kopalin stałych
parametry zasobowe:
 procentowa zawartość składnika użytecznego, p [%];
M
su
pi= Å"100 %
M
p
M  masa składnika użytecznego,
su
M  masa składnika płonnego;
p
 miąższość złoża, M [m];
 gęstość przestrzenna kopaliny, ł :
0
M
Mg
kop
Å‚0=
;
[ ]
V
m3
kop
 zasobność jednostkowa q :
i
1
qi=M Å"piÅ"Å‚iÅ" [ Mg/ m3]
.
i
100
3 formuły na wielkość zasobów:
I. kopaliny pospolite  objętość:

;
Q=MÅ"F [ m3]
II. część kopaliny  masa:

Q=MÅ"FÅ"Å‚0 [Mg ]
;
III.składnik użyteczny (bardzo mało)  masa:
1

Q=MÅ"FÅ"Å‚0Å"Å" [Mg ]
p
.
100
Aby obliczyć zasoby trzeba znać powierzchnię (F we wzorach) złoża. Obliczanie granic
złoża jest to okonturowanie złoża. W celu wyznaczenia granic (konturów) złoża stosuje się kryte-
ria bilansowości.
 9 
Wykład VI (15.06.2012)  Okonturowanie złoża
Kategorie okonturowania złóż:
C  interpolacja konturu (kontur zewnętrzny);
2
C , B, A  kontur wewnętrzny (poprowadzony po skrajnych pozytywnych punktach opróbowania).
1
Metody okonturowania złóż
Metod jest kilkanaście
Metoda wieloboków Bołdyriewa (Dirichlet, Voronoi, Thiessen, ang. Polygonal method )
Oparty na rozpoznaniu wiertniczym (RW).
Buduje się wieloboki tak, aby symetralne odcinków między
punktami rozpoznania utworzyły boki wieloboków. Wielobok
ma parametry otworu centralnego  M , p , Å‚ przyjmuje siÄ™ z
i i i
otworu centralnego, więc:
1
Q1=M Å"piÅ"Å‚1Å"FiÅ"
i
100
Zasobność jednostkowa:
1
qi=M Å"piÅ"Å‚1Å"
i
100
Zasoby są iloczynem zasobności jednostkowej i powierzchni:
Q1=q1Å"F
i
Całkowite zasoby:
n
Q= Qi
"
i=1
Do stosowania tej metody wymagany jest model determinstyczno-geometryczny o niewielkiej
zmienności.
Metody statystyczne
Metoda średniej arytmetycznej
Stosowana przy rozpoznaniu wiertniczym (RW), górniczym (RG).
Oblicza się średnie arytmetyczne miąższości, współczynnika zmienności i gęstości prze-
strzennej kopaliny. Następnie podstawia się do wzoru:
1

Q=MÅ"Å"Å‚0Å"F Å" [Mg ]
p

i
100
Warunki stosowalności tej metody:
 brak autokorelacji parametrów;
 10 
 zmienność musi być czysto losowa (losowy model ośrodka);
 parametry zasobowe nie mogą być ze sobą skorelowane parami
p i Å‚0
czasami występują korelacje między   .
Heterotropy  nierównoliczność pomiarów  tzn. w punktach opróbowania nie muszą być zbadane
wszystkie parametry. Parametry całego złoża zostają uśrednione.
Błąd względny oceny statystycznej zasobów

µw(Q)= µw2(M )+µw2()+µw2(Å‚0)
p
" 
vM

µw(M )=
nM
"
gdzie:
v  zmienność miąższości złoża;
M
n  liczba pomiarów złoża.
M
Gdy błąd jest duży stosuje się zagęszczenie sieci pomiarowej.
Metoda średniej zasobności
Stosowana przy rozpoznaniu górniczym, wiertniczym
1 Mg
qi=M Å"piÅ"Å‚0Å"
i
[ ]
100
m3
Warunki stosowalności metody:
 brak autokorelacji parametrów  zmienność musi być czysto losowa;
 korelacje mogą występować parami;
 izotopy  w każdym punkcie opróbowania muszą być przeprowadzone wszystkie (3) po-
miary.
Całkowite zasoby
Q=qÅ"F

Błąd względny metody średniej zasobności
vq
µw(Q)=
nq
"
gdzie:
v  zmienność zasobności jednostkowej;
q
n  liczba pomiarów zasobności jednostkowej.
q
Przedział ufności w szacowaniu złóż metodą zasobności średniej:
zÅ"s zÅ"s
P q- Å"F  
( ) ( )
[ ]
n n
" "
z H" 2.
Im większe P, tym szerszy przedział ufności.
Klasyfikacje zasobów złóż kopalin stałych:
 JORC Code;
 UNFC (United Nations Framework Classification).
 11 
I. Kryterium  przydatność gospodarcza złoża:
 zasoby geologiczne  całkowita zawartość kopaliny w złożu;
 zasoby bilansowe  część zasobów geologicznych, które spełniają kryteria bilansowości,
ich wydobycie jest możliwe i może przynieść zysk ekonomiczny;
 zasoby przemysłowe  zasoby, które będą przedmiotem eksploatacji i mogą przy-
nieść zysk (?);
 zasoby operatywne  zasoby przemysłowe pomniejszone o przewidywane straty;
 straty7  zwiÄ…zane z pozyskiwaniem, transportem kopaliny;
 zasoby nieprzemysłowe  zasoby, których eksploatacja nie przyniesie zysku, części
złoża zostawione ze względu na bezpieczeństwo (filary ochronne), ochronę środowi-
ska itd.;
 zasoby pozabilansowe  takie, które może kiedyś będą eksploatowane (wraz z rozwojem
technologii, zmian kryteriów bilansowości itp.);
zasoby eksploatacyjne  zasoby operatywne + skały płonne.
II. Kryterium  stopień zbadania złoża
Kategoria zbadania Dopuszczalny błąd
Warunki (?) Opóbowanie (?)
złoża oznaczenia dla P = 0,95
Etap rozpoznania
A 10% Wyrobiska górnicze (?)
eksploatacyjnego
Etap rozpoznania Regularna sieć +
B 20%
szczegółowego wyrobiska górnicze
Etap rozpoznania Regularna sieć
C 30%
1
wstępnego opróbowania
Etap poszukiwań Nieregularna sieć
C 40 %
2
szczegółowych opróbowania
Etap poszukiwań Nieregularna sieć
D 
wstępnych opróbowania
Etapowość rozpoznania złoża
 forma złoża model złoża. Wraz z postępem rozpoznania staje się coraz dokładniejszy;
 charakter złoża  stosunek złoża do skał otaczających;
 warunki geologiczno-górnicze przyszłej eksploatacji wraz z postępem rozpoznania stają się
dokładniejsze.
7 Nie wiem, czy uznać to za odrębne wydzielenie.
 12