III. METODY PRAC POSZUKIWAWCZYCH I ROZPOZNAWCZYCH

W pracach poszukiwawczych i rozpoznawczych stosuje się następujące metody [ 1 ]:

• kartograficzne,

• geofizyczne,

• geochemiczne i inne,

• wiertnicze,

• górnicze.

W praktyce stosuje się różne metody prac, przy czym jako zasadę przyjmuje się prowadzenie poszukiwań mniej kosztownymi metodami, a dopiero w miarę upewniania się co do możliwości występowania złoża w badanym obszarze stosowanie kosztowniejszych, jak np. wiertniczych lub górniczych.

Obecnie dąży się do prowadzenia prac poszukiwawczych bądź rozpoznawczych w sposób kompleksowy przez stosowanie równolegle kilku metod prac z zachowaniem jednak zasady racjonalnej oszczędności. Chodzi o to, aby przy najmniejszych kosztach osiągnąć dostatecznie dokładny wynik ostateczny.

1. Metody kartograficzne [ 4 ]

Mają znaczenie podstawowe przy poszukiwaniu i badaniu złóż. Polegają one głównie na zebraniu informacji o ich występowaniu, zwłaszcza na wizualnym śledzeniu, rejestracji, opisie i opróbowaniu ich na wychodni, starych hałd, makroaureoli rozproszenia okruchów i otoczaków itd.

Kartowanie geologiczne obejmuje prace terenowe mające na celu sporządzenie mapy geologicznej. Kartowanie geologiczne polega najczęściej na pokryciu danego terenu gęstą siecią marszrut, w czasie których poczynione obserwacje geologiczne (zasięg występowania poszczególnych typów skał, ich przebieg, kierunki warstwowania, miejsca występowania źródeł, wycieków wody, osuwisk) nanosi się na, po uprzednim zlokalizowaniu, na mapę topograficzną.

W terenach o małej ilości naturalnych odsłonięć skał przede wszystkim zwraca się uwagę na szczegóły rzeźby terenu, gdyż np. strefy występowania skał odpornych na wietrzenie zaznaczają się wyniesieniami (rys. 1a), skały miękkie zagłębieniami (rys. 1b) [ 6 ].

Rys. 1. Zewnętrzne oznaki występowania złoża kopaliny użytecznej [5, 6, 8] a - grzbiet skalny , b - wgłębienie terenu; 1 - skała twarda powodująca wypiętrzenie terenu, 2 - skała miękka powodująca wgłębienie

Zwraca się uwagę na naturalne odsłonięcia warstw skalnych w dolinach rzek i potoków (rys. 2) oraz na odłamki skał na wychodniach zakrytych (rys. 3).

Rys. 2. Naturalne odsłonięcie warstw skalnych w dolinach rzek i potoków [5, 6, 8]	Rys. 3 Odłamki kopaliny użytecznej jako oznaka występowania jej złoża [5, 6, 8]

Często wykonuje się rowy i szurfy (niewielki 1 x 2 m wykop w glebie), które odsłaniają skały ukryte pod płaszczem gleby, glin i piasków. W czasie kartowania geologicznego wykorzystuje się także wyniki badań geofizycznych.

Przyrządami używanymi do kartowania są: busola geologiczna, klizimetr, altymetr, dalmierz, taśma miernicza, a przy sporządzaniu map bardziej szczegółowych stosuje się również teodolit [ 4 ].

Klizimetr jest to przyrząd do mierzenia kątów nachylenia stoków oraz określania wysokości i odległości.

Altymetr jest to przyrząd do określania wysokości danego punktu nad poziomem morza. Stosowany jest w czasie prac terenowych w obszarach górskich.

Mapa geologiczna jest to mapa przedstawiająca budowę geologiczną danego terenu , a więc obszary występowania poszczególnych typów skał, kierunki w których warstwy skalne są pochylone, przebieg uskoków itd. Głównym typem mapy geologicznej jest tzw. zakryta mapa. Przedstawia ona budowę samej powierzchni ziemi w odróżnieniu od odkrytej mapy, ukazuje zasięg skał znajdujących się pod przykryciem młodszych osadów.

Na najczęściej używanych mapach geologicznych wyróżnia się skały na podstawie ich wieku. Często jednak stosuje się szereg innych, specjalistycznych map: geotechniczne, paleogeograficzne, złożowe, hydrogeologiczne, geofizyczne, tektoniczne.

Pierwszą mapę geologiczną Polski wykonał w 1806 r. Stanisław Staszic [ 4 ].

Zwiad geologiczny (rekonesans, prospekcja). Jest to poznanie szybkim i tanim sposobem ogólnych warunków geologicznych terenu. Zwiad prowadzi się na podstawie map topograficznych i zdjęć lotniczych, a jego celem jest przegląd odsłonięć dla wykrycia wychodni złoża lub serii utworów.

Zwiad w połączeniu z polowym jakościowym określaniem próbek kopaliny i skał jest zwany również prospekcją [ 1 ].

Taka metoda odkrywania złóż w Polsce była stosowana za czasów S. Staszica, a obecnie jest przydatna na obszarach słabo poznanych pod względem geologicznym, np. w wielu państwach Ameryki Południowej, Afryki, Azji, a nawet Europy, zwłaszcza w krajach w których nie ma obowiązku archiwizacji danych geologicznych [ 2 ].

Obecnie obserwacje w ramach zwiadu prowadzone są przez geologów z powierzchni terenu, bądź z pokładu samolotu, śmigłowca, a nawet ze sztucznych satelitów [ 3 ].

Kartowanie geologiczne. Systematyczne kartowanie geologiczne całego kraju prowadzi się w skalach 1: 300 000 (mapy przeglądowe), 1: 100 000, 1: 25 000 i 1: 10 000 (mapy szczegółowe).

Prace kartograficzno-poszukiwawcze (zdjęcia) dzielą się na [ 1 ]: ogólnogeologiczne, geologiczno-złożowe, specjalne.

Prace kartograficzno-poszukiwawcze (zdjęcia) specjalne dzielą się na: stratygraficzne, petrograficzne, geotektoniczne, strukturalne, hydrogeologiczne, inżyniersko-geologiczne, geomorfologiczne.

Dla prac poszukiwawczych i rozpoznawczych szczególnie ważne jest zdjęcie geologiczno-złożowe ilustrowane bogato przekrojami geologicznymi. Powszechnie stosuje się zdjęcia geologiczne w skalach: 1: 50 000, 1: 25 000, 1: 10 000, a czasem nawet większe 1: 5000, szczególnie na obszarach kilkunastu km² [ 1 ].

Sposoby wykonywania zdjęć geologiczno-złożowych są następujące:

- marszrutowy,

- ciągłe śledzenie po rozciągłości lub wzdłuż zaburzeń tektonicznych,

- okonturowanie wszystkich istniejących odsłonięć.

Efektem prac kartograficznych jest mapa geologiczna uzupełniona przekrojami i opisem.

2. Metody geofizyczne

Podstawą stosowania metod geofizycznych są różnice własności fizycznych skała, jak promieniotwórczość, opór elektryczny, własności magnetyczne, gęstość, obecność pierwiastków ciężkich lub lekkich, własności sprężyste i in. [ 2 ]. Mogą one być związane z samą kopaliną użyteczną lub też ze skałami otaczającymi.

Pierwsze poszukiwania prowadzili różdżkarze, którzy trzymając w rękach rozwidloną gałąź np. z wikliny, potrafili niekiedy dość dokładnie wskazać miejsce i określić głębokość występowania wód, a czasem złóż mineralnych (rys. 4) [ 5 ].

Rys. 4. Różdżkarze przy pracy [5]

Metody geofizyczne polegają na wykorzystaniu niektórych własności fizycznych skał do wykrywania obecności złóż, jak np. przenikliwości magnetycznej (sposób magnetometryczny), gęstości warstw skalnych (sposób grawimetryczny), przewodnictwa elektrycznego (sposób elektrometryczny), przewodnictwa fal elektromagnetycznych lub sejsmicznych (sposób radiowy lub sejsmometryczny) [ 5 ].

Metody geofizyczne pozwalają tylko na określenie głębokości zalegania odmiennych litologicznie kompleksów skał oraz wykryciu struktur geologicznych pod pokrywą młodszych osadów - ponieważ opierają się na stwierdzeniu anomalii geofizycznych [ 1 ].

W przypadku silnych anomalii geofizycznych metody te mogą bezpośrednio wskazać miejsce zalegania złóż.

Bezpośrednie dane o obecności:

- niektórych typów rud żelaza (magnetytów) i tytanu (tytanomagnetytów) dają metody magnetometryczne,

- złóż pierwiastków promieniotwórczych (uranu, toru itp.) dają metody radiometryczne.

Wyniki zdjęć geofizycznych (anomalie) przedstawiane są na mapach geofizycznych (w postaci izolinii) oraz na wykresach. Interpretację anomalii przeprowadzają geolodzy.

Metody magnetometryczne ( magnetyczne)

Sposób magnetometryczny polega na pomiarze wartości natężenia polamagnetycznego nad badanym terenem. Sposób ten stosowano już w XVIII w. w Szwecji przy poszukiwaniu rudy żelaza (magnetytów) [ 5 ]. Pierwszymi przyrządami używanymi do tego celu były kompasy.

W drugiej połowie XX w. zastąpiono je bardziej dokładnymi magnetometrami, które mierzą wartość pionowej składowej całkowitego natężenia.

Zasięg zdjęć magnetometrycznych wynosi do kilku kilometrów w głąb. Zaletami ich są szybkość wykonania i niezbyt wysokie koszty. Wadą natomiast jest niekiedy niezbyt wielka dokładność.

Metody magnetometryczne przydatne są do poszukiwań złóż [ 1 ]:

- tytanomagnetytu,

- magnetytu,

- pirotynu (piryt magnetyczny),

- diamentów,

- skał magmowych bogatych w minerały femiczne ,

- okruchowych różnych metali.

Metoda grawimetryczna

Opierają się one na pomiarach pola grawitacyjnego (siły ciężkości) lub anomalii tego pola, zależnych od różnic w gęstości utworów skalnych. Różnica między wartością pomierzoną a wartością normalną siły ciężkości nosi nazwę anomalii siły ciężkości. Określa się ją w miligalach bądź gradientach siły ciężkości, bądź w etweszach [ 1 ].

Wyniki zdjęć grawimetrycznych przedstawia się w postaci map izoanomalii [ 5 ].

Metody te są przydatne do poszukiwań złóż [ 1 ]: soli, węgli, tytanu, chromitu.

Zasięg zdjęć grawimetrycznych dokonywanych : grawimetrami wynosi do kilku km głębokości, wariometrami - do głębokości 1 km [ 1 ].

Zasada pomiaru natężenia siły ciężkości

Rozwój pustki krasowej w wynikach badań mikrograwimetrycznych (KWB „Bełchatów)

Metody radiometryczne

Opierają się na stwierdzeniu anomalnych stężeń promieniotwórczości. Pierwiastki takie jak uran, tor, radon, aktynon oraz pierwiastki z rodziny aktynowców skoncentrowane w skałach wysyłają promieniowanie alfa, beta i gamma. Promieniowanie alfa i beta ze względu na małą przenikliwość jest w mniejszym stopniu wykorzystywane do celów poszukiwań niż promieniowanie gamma, którego przenikliwość jest bardzo duża [ 3 ].

Pomiary prowadzi się radiometrami lub syntylometrami, którymi mierzy się promieniowanie γ, rzadziej β [ 1 ].

Wyniki przedstawia się jako mapy izogam różnych ekwiwalentów promieniowania, rzadziej jako przekroje wykresowe [ 1 ].

Metody radiometryczne są przydatne do poszukiwań i rozpoznawania złóż: uranu, toru, soli potasowych i innych.

Specjalną odmianą metod radiometrycznych są zdjęcia neutronowe, polegające na pomiarach sztucznej promieniotwórczości wzbudzanej za pomocą neutronów. Stosowane są one w naturalnych lub sztucznych odsłonięciach skał [ 1 ].

Metody elektrometryczne (elektryczne)

Opierają się na pomiarach oporu elektrycznego kopalin i skał otaczających. Wykorzystuje się zjawisko niejednakowego oporu elektrycznego (rezystancji) różnych skał. Na opór ma wpływ, oprócz rodzaju skały, również obecność wody związana z porowatością skał. Elektryczne pole sił może być naturalne lub wywołane sztucznie przez odpowiednie źródło prądu [ 5 ].

Wykorzystanie naturalnego pola sił (rys. 10) polega na mierzeniu bardzo słabych prądów elektrycznych, powstających w złożu pomiędzy górnymi i dolnymi jego partiami wskutek chemicznych procesów wietrzenia, zachodzących w górnych partiach. Sposób ten po raz pierwszy zastosowano w USA w 1870 r. [ 5 ].

Od ostatnich lat XIX stulecia zaczęto stosować prawie wyłącznie sposoby elektrometryczne, w których wykorzystuje się dodatkowe źródło energii elektrycznej prądu stałego lub zmiennego.

Spośród różnych odmian sposobów elektromagnetycznych wyróżnia się sposób równych napięć oraz sposób oporowy.

Pomiary oporu prowadzi się w kierunku pionowym do głębokości paru kilometrów.

Nadają się one do określenia grubości nadkładu nad złożem prawie poziomo zalegającym. Przy złożach stromo zalegających mierzy się zmiany oporu w kierunku poziomym. Zasięg głębokościowy takiego sposobu elektrofiltrowania wynosi do kilkuset metrów [ 1 ]. Wyniki zdjęć elektrometrycznych przedstawia się na mapach i przekrojach, głównie oporu, w izoomach. Zdjęcia elektrometryczne nadają się do poszukiwań złóż pirytów i siarczków niektórych metali o dużej zwartości tych metali.

Obecność wody i prądów błądzących powoduje fałszywe anomalie [ 1 ].

Profilowanie elektryczne stosowane jest do badań skał w otworze wiertniczym, w przypadku gdy otrzymane przy wierceniu próby są niedokładne lub niewystarczające.

Metoda radiowa [ 3, 5 ](radiowego prześwietlania)

Metoda radiowa wykorzystuje zdolność skał do pochłaniania i odbijania fal elektromagnetycznych. Polega ona na ustawieniu na badanym terenie dwóch anten radiowych: nadawczej (wysyłającej fale elektromagnetyczne) i odbiorczej [ 5 ]. Badając zmiany pola elektromagnetycznego za pomocą anteny odbiorczej można stwierdzić wszelkie zburzenia , jakie w tym polu powstają. Operując odbiornikiem w różnych punktach złoża i stosując różne odchylenia anteny odbiorczej, można dość dokładnie określić nie tylko granice zalegania złoża, lecz i w przybliżeniu jego głębokość.

Metoda termometryczna [ 3 ]

Metoda termometryczna wykorzystuje w pomiarach własności termiczne skał i kopalin [ 3 ]. Własności te charakteryzują następujące wielkości: przewodność cieplna, przewodność temperaturowa, pojemność cieplna. Ich wielkość zależy od rodzaju skały lub kopaliny jak również od zmiany ich gęstości, temperatury, wilgotności oraz porowatości. Metoda ta polega na wykrywaniu anomalii termicznych występujących wokół niektórych złóż.

Metoda sejsmometryczna [ 5 ]

Metoda sejsmometryczna polega na obserwacji drgań warstw skalnych wywołanych detonacją MW. Drgania te przenoszone są w ośrodku sprężystym z różną prędkością, która zależy od własności samego ośrodka. Fala sejsmiczna, przechodząc przez warstwy poszczególnych skał, ulega częściowemu załamaniu (refrakcji), częściowo zaś odbiciu ku powierzchni ziemi (reflekcji).

Zależnie od tego, które fale są badane, mamy sposoby sejsmiczne [ 1, 5 ]:

- sposób refrakcyjne (fal odbitych), o zasięgu głębokości do kilku km, przydatny do badań budowy strukturalnej,

- sposób refleksyjne (fal załamanych), o zasięgu kilkuset do kilku tysięcy metrów, przydatny do poszukiwania złóż anhydrytów i soli.

Badania sejsmometryczne wykonuje się za pomocą sejsmografów, które do pomiaru ustawia się wzdłuż linii prostej, najczęściej w jednakowych odległościach od siebie. Po odstrzeleniu ładunku MW fale odbite od poszczególnych warstw skalnych dają różne sejsmogramy pozwalające wnioskować o ułożeniu skał w skorupie ziemskiej [ 5 ].

3. Metody geochemiczne [ 2 ]

Geochemiczne metody poszukiwań polegają na masowym opróbowaniu utworów skalnych, wykonaniu dokładnych analiz chemicznych oraz sporządzeniu na ich podstawie odpowiednich map geochemicznych. Przedmiotem opróbowania może być gleba, zwietrzelina, jej podłoże, współczesne utwory osadowe klastyczne i ilaste, wody z naturalnych cieków i źródeł sztucznych, a także rośliny (drzewa, krzewy, trawy i inne), powietrze zasysane z podłoża itp. W próbkach oznacza się wybrane zespoły pierwiastków, określa średnie ich zawartości wyznaczające geochemiczne tło oraz obszary o wyższej ich zawartości, zwane obszarami anomalnymi.

Wyniki badań geochemicznych przedstawia się na mapach przeważnie w skalach większych, jako zdjęcia półszczegółowe, szczegółowe i bardzo szczegółowe. Przedmiotem badań mogą być także próbki skał z wierceń oraz wyrobisk górniczych. Umożliwiają one sporządzanie geochemicznych map wgłębnych.

Charakterystyczną cechą metod geochemicznych jest szybkość ich wykonania, taniość oraz duża czułość. Ich niedostatkiem natomiast jest stosunkowo płytki zakres głębokości i możliwość stosowania tylko na wybranych obszarach. Stosowanie ich jest ograniczone do określonych kopalin, przede wszystkim metalicznych, częściowo chemicznych, w minimalnym stopniu skalnych, ceramicznych oraz węgli kamiennych i brunatnych.

Na terenie Polski metody te były stosowane na Dolnym i Górnym Śląsku (poszukiwanie złóż uranu, cyny, molibdenu, miedzi i in.) oraz w Górach Świętokrzyskich.

Wśród metod geochemicznych wyróżnia się: lito-, hydro- i biogeochemiczne, geobotaniczne, gazowe oraz wgłębne.

Metody litogeochemiczne polegają na wykonaniu zdjęć aureoli oraz potoków rozproszenia geochemicznego (przedmiotem badań są próbki składników litosfery). Metodami litogeochemicznymi mogą być wykrywane złoża rud Sn, Cu, Zn, Pb, Ni, U i in. Wyróżnia się metody kupro-, plumbo-, cynko-, stano-, uranometryczne i in.

Badania hydrogeochemiczne polegają na systematycznym opróbowaniu i określeniu składu chemicznego wód podziemnych udostępnionych wierceniami, studniami, wyrobiskami górniczymi itp., a także pochodzącymi ze źródeł, cieków powierzchniowych, wód stojących, wód gruntowych oraz różnych poziomów wgłębnych.

Metoda ta szczególnie się nadaje do poszukiwań złóż kruszców, soli kamiennej i soli potasowych oraz minerałów boru.

Biogeochemiczne metody poszukiwań opierają się na badaniach zawartości metali w popiołach wybranych gatunków roślin. Niektóre z nich koncentrują bowiem metale, co ujawnia się podwyższoną ich zawartością w popiołach. Próbki roślinności pobiera się systematycznie co 50 do 100 m, a na obszarach anomalnych co 10 do 20 m. Ciężar próbki wynosi 0,5 do 1 kG, spopiela, a następnie poddaje w lab. analizie spektralnej. Na podstawie wyników badań sporządza się mapy izolinii zawartości metali, które wykorzystuje się w dalszych badaniach innymi metodami.

Geobotaniczne metody poszukiwań polegają na śledzeniu pewnych gatunków roślin, które szczególnie chętnie rozwijają się na glebach zawierających pierwiastki określonych metali, a tym samym spełniają rolę ich identyfikatorów.

Na złożach rud uranu na Wyżynie Kolorado w USA w charakterze rośliny-identyfikatora wykorzystywany jest Astragalus pattersoni, który łatwo przyswaja sobie selen towarzyszący rudom karnotytowym. Korzenie tej rośliny sięgają do 10 m, a w sprzyjających warunkach do 25 m głębokości [ 2 ].

Metoda geobotaniczna stosowana była w poszukiwaniach rud uranu, niklu, cynku i ołowiu, miedzi i innych metali. Poszukiwania tą metodą są stosowane dotychczas w ograniczonym zakresie.

Badania gazowe na szeroką skalę są stosowane przy poszukiwaniach złóż ropy naftowej i gazu ziemnego, w mniejszym natomiast stopniu przy poszukiwaniach złóż kopalin stałych.

Najczęściej metody gazowe używane są przy poszukiwaniach złóż rud uranu (wydzielanie się radonu w następstwie promieniotwórczego rozpadu uranu).

4. Metody wiertnicze (poszukiwania robotami wiertniczymi) [ 5 ]

Wiercenia prowadzi się bądź w celu poszukiwania złoża (wiercenia poszukiwawcze), bądź też dla jego dokładniejszego rozpoznania (wiercenia rozpoznawcze). Wiercenia prowadzi się jako płytkie (30 do 50 m, czasem ponad 75 m) i głębokie (do kilku km). Otwory mogą być z powierzchni ziemi lub z wyrobisk górniczych (rys. 5) [ 5 ].

Wiercenia płytkie, wykonywane ręcznie lub maszynowo, nadają się do poszukiwań przy większej grubości nadkładu, kiedy szybiki są zbyt kosztowne, oraz przy małym nachyleniu pokładów. Dają one wyniki na ogół mniej pewne aniżeli szybiki, przecznice i sztolnie poszukiwawcze, są jednak znacznie tańsze.

Wiercenia głębokie wykonuje się maszynowo, przy czym głębokość wiercenia otworów przekracza 6000 m. Wiercenia takie prowadzi się głównie z powierzchni, są one bardzo kosztowne, a koszty wiercenia wzrastają nieproporcjonalnie szybko ze wzrostem głębokości otworów.

Rys. 5. Otwory poszukiwawcze [5]: a - pionowe, b - pochyłe, c - poziome

4.1. Wiercenia okrętne

Wiercenia okrętne stosuje się do wykonywania otworów płytkich (głębokości najwyżej 40 m) w skałach sypkich (piaski, żwiry) lub miękkich (gliny, torfy) [ 5 ].

Wiercenia takie wykonuje się najczęściej ręcznie przy użyciu najprostrzych przyrządów wiertniczych złożonych ze świdra 1, żerdzi 2, oraz głowicy 3 z otworem, w który wkłada się drążek. Zależnie od rodzaju skał, stosuje się przy wierceniu okrętnym rozmaite świdry. W skałach sypkich lub słabo zwięzłych (piaski gliniaste) używa się świdrów talerzowych lub skrzynkowych, w skałach miękkich - świdrów śrubowych i spiralnych lub łyżkowych, w skałach ciekłych (kurzawki) - łyżkowo-czerpakowych.

Zwiercona skała gromadzi się ponad talerzem, w skrzynce lub też między zwojami świdra. W świdrach łyżkowych i łyżkowo-czerpakowych dostaje się ona do wnętrza walca łyżki. Klapa lub zawór kulowy zapobiega wylewaniu się skał ciekłych w łyżkach.

Do wydłużania przyrządu wiertniczego służą żerdzie stalowe. Świder obraca się za pomocą drążków, włożonych w otwory głowicy. Wyciąganie lub zapuszczanie przyrządu wiertniczego odbywa się zwykle ręcznie; przy większych głębokościach używa się trójnogów z kołowrotem, krążkiem i liną.

Zaletą wiercenia okrętnego jest łatwość wykonywania otworów oraz prostota urządzenia, które można bez trudności przetransportować z miejsca na miejsce.

Wiercenia okrętne nadają się do otworów płytkich wykonywanych w skałach o małej zwięzłości. W skałach twardszych, a zwłaszcza przy otworach głębszych, stosuje się wiercenie maszynowe sposobem udarowym lub obrotowym [ 5 ].

4.2. Wiercenia udarowe [ 5, 7]

Przy wydobywaniu solanki około 600 roku p.n.e. Chińczycy zastosowali efektywny sposób wiercenia udarowego (rys. 6, 7) [ 7 ]. Stosując metodę wiercenia udarowego osiągnęli niezwykły, jak na owe czasy, rekord głębienia; ponad pięćset metrów.

W Europie i Ameryce takie głębokości uzyskano dopiero w XIX wieku [ 7 ].

Rys. 6. Głębokie wiercenie w Chinach około 600 roku p.n.e. [7]

Rys. 7. Wiertnica z urządzeniem udarowym około 600 roku p.n.e. [7]

Wiercenie udarowe polega na kruszeniu skały świdrem wiertniczym uderzającym o dno wierconego otworu. Urządzenie wiertnicze przy wierceniu udarowym składa się z aparatu wiertniczego: z świdra, obciążnika, nożyc i łącznika z przewodem wiertniczym, z urządzenia wprawiającego w ruch aparat wiertniczy oraz z wieży wiertniczej [ 5 ].

Przy wierceniu udarowym świder można wprawić w ruch przy użyciu żerdzi wiertniczych (sposób kanadyjski) lub też przy użyciu liny (sposób pensylwański).

Zasadniczą częścią roboczą przy wierceniu udarowym jest świder wiertniczy udarowy, który po każdym uderzeniu powinien być obrócony o pewien kąt.

Przy wierceniu żerdziowym wykonuje to pomocnik wiertacza, który trzymając za drążek (kałamutek) i wyczuwając rodzaj przewiercanej skały wie, o jaki kąt obrócić świder.

Przy wierceniu linowym każdorazowo uderzenie świdra w coraz to inne miejsce dna otworu następuje wskutek skręcenia się i rozkręcenia liny.

Sposób ten jednak nie daje wiertaczowi możliwości dokładnej kontroli charakteru przewiercanych skał.

Świdry udarowe do wiercenia żerdziowego są inne niż do wiercenia linowego. Najczęściej stosuje się świdry płaskie, świdry krzyżowe lub też ekscentryczne. Kąty ich ostrzy zależą od rodzaju przewiercanych skał i wahają się najczęściej od 70 do 120⁰. Im skała jest twardsza, tym kąt ostrza powinien być większy.

Przewód wiertniczy przy wierceniu kanadyjskim składa się ze skręcanych ze sobą poszczególnych żerdzi długości 5 do 12 m. Skręcanie żerdzi przy zapuszczaniu przewodu, jak i rozkręcanie ich przy wyciąganiu wymaga wiele czasu.

Pod tym względem wiercenie linowe jest korzystniejsze, gdyż umożliwia szybsze zapuszczanie i wyciąganie aparatu wiertniczego.

W celu złagodzenia wstrząsów całego przewodu przy wierceniu żerdziowym i uniknięciu łamania połączeń gwintowych w chwili uderzenia świdra o skałę nie łączy się go bezpośrednio z przewodem, lecz za pośrednictwem nożyc, tj. dwóch ogniw mogących się przesuwać w płaszczyźnie pionowej względem siebie.

Aby świdrowi nadać odpowiedni ciężar, umocowuje się między nim a nożycami obciążnik, tj. grubą i ciężką żerdź.

Przy mniejszych głębokościach otworów ustawia się nad nimi trójnogi lub czwórnogi; przy głębokościach dużych - ze względu na potrzebę podnoszenia większych ciężarów - stosuje się wieże wiertnicze, o wysokości 17 do 40 m, z mocnych belek i desek lub stalowych kształtowników [ 5 ].

Wieże służą do zawieszania krążków 1, przez które przechodzą liny niezbędne do zapuszczania i wyciągania przewodu, łyżki, rur itd.

Do wykonywania wszystkich czynności związanych z wierceniem służy urządzenie z zespołem bębnów i tarcz, zwane wiertnicą (żurawiem wiertniczym).

Przy wierceniu otworów w skałach mniejszej twardości stosowane bywa wiercenie szybkoudarowe (80 do 120 uderzeń/minutę i mała wysokość skoku).

Ujemnymi stronami wiercenia udarowego są: nieproduktywne zużycie dużej ilości energii na poruszanie przewodu oraz otrzymywanie z otworu próbek w postaci zwiercin, które w małym tylko stopniu nadają się do badań mineralogicznych lub petrograficznych.

Wad tych można uniknąć stosując wiercenia obrotowe.

4.3. Wiercenia obrotowe

Wiercenia obrotowe wykonuje się za pomocą świdra lub koronki, które, obracając się stale na dnie otworu, skrawają lub ścierają skałę na całym przekroju otworu (wiercenie pełnootworowe) lub tylko na jego obwodzie ( wiercenie rdzeniowe) [ 5 ].

Przy wierceniu pełnootworowym w przypadku skał miękkich stosuje się świdry w kształcie rybiego ogona, w przypadku skał twardszych ostrza świdra muszą być zbrojone węglikami spiekanymi. Do skał twardych używa się oprócz tego świdrów gryzakowych, które przy obrocie toczą się po dnie otworu i swymi zębami kruszą skałę.

Wiercenie rdzeniowe prowadzi się za pomocą grubościennej rury stalowej, na której dolnym końcu znajduje się koronka.

Koronki rdzeniowe do skał miękkich wykonuje się w postaci uzębionej lub zbrojonych węglikami spiekanymi, natomiast do skał twardych jako koronki diamentowe.

Do odrywania rdzenia stosuje się rurę rdzeniową. Rdzeniówkę umieszcza się w przewodzie tuż za koronką. Podczas wiercenia rdzeń skały swobodnie wchodzi w tuleję, przy podnoszeniu przewodu wskutek zbieżności tak samej tulei, jak i jej gniazda, zęby tulei zaciskają się na rdzeniu i urywają go.

Do wynoszenia zwiercin z otworu na powierzchnię stosuje się wody płuczkowe, doprowadzane żerdziami. Zakończenie przewodu u góry stanowi w tym przypadku okrętka lub głowica płuczkowa.

4.4. Usuwanie zwiercin przy wierceniach [ 5 ]

Wykonać to można dwoma sposobami: przez łyżkowanie lub przez wypłukanie za pomocą wody.

Łyżkowanie polega na tym, że po wyciągnięciu przewodu wiertniczego z otworu zapuszcza się na linie przewód, zwany łyżką, której zadaniem jest usunięcie skruszonej skały z dna otworu [ 5 ]. Łyżkę wykonuje się z rury zamykanej u dołu klapą lub kulą. Dla ułatwienia łyżkowania wlewa się do otworu pewną ilość wody i to nawet w tym przypadku, gdy samo wiercenie prowadzone jest na sucho.

Łyżkowanie stosuje się wyłącznie przy wierceniach udarowych.

Płuczka stosowana jest przy wierceniu udarowym, lecz przede wszystkim przy obrotowym. W tym przypadku cały przewód, obciążnik i świder mają kanał, którym doprowadza się wodę do dna otworu, tłocząc ją za pomocą pompy przez głowicę płuczkową. Prąd wody porywa z dna otworu skruszoną skałę i unosi ją do góry, wypływając między przewodem i rurowaniem otworu.

Płuczka prawa lub normalna, gdy płuczka wypływa do góry pomiędzy przewodem a rurami okładzinowymi.

Płuczka lewa lub odwrócona, przy której woda wtłaczana jest do rur ochronnych i wypływa przez żerdzie. Płuczka lewa jest skuteczniejsza, gdyż wypływająca woda ma większą prędkość, a więc łatwiej unosi rozkruszoną skałę.

Zamiast czystej wody stosuje się jej mieszaninę z iłem (płuczka iłowa).

4.5. Rurowanie otworów wiertniczych

Rurowanie jest stosowane dla zabezpieczenia otworów przed obsypywaniem się ich ścianek, jak i w celu odcięcia dostępu wód ze skał wodonośnych do złoża kopaliny użytecznej. Jeżeli otwór ma być wiercony do dużej głębokości, to rozpoczyna się go większą średnicą i zgłębia się aż do chwili, gdy rury nie dają się już wciskać.

Dalszą część otworu wierci się mniejszą średnicą i zapuszcza następną kolumnę rur (o mniejszej średnicy).

Po ukończeniu wiercenia, jeżeli otwór nie będzie służył do dalszej eksploatacji, rury są wyciągane, a otwór likwidowany.

5. Poszukiwania robotami górniczymi [ 1, 5 ]

Sposoby geologiczne i geofizyczne pozwalają stwierdzić jedynie obecność złoża i w pewnym tylko przybliżeniu jego użyteczność przemysłową. Dla dokładniejszego określenia kształtu, wymiarów złoża oraz jego jakości, a tym samym i jego wartości przemysłowej, konieczne jest przeprowadzenie poszukiwawczych robót górniczych.

Jeżeli na badanym terenie istnieją wychodnie pokładu, to roboty poszukiwawcze należy rozpocząć od zbadania tej wychodni, do zbadania natomiast głębszych partii pokładu przystępuje się tylko w razie koniecznej potrzeby.

Rowy poszukiwawcze (rys. 8) służą do odsłonięcia warstw kopaliny użytecznej przy małej grubości nadkładu i stromym nachyleniu. W miejscu napotkania przez rów pokładu kopaliny użytecznej zgłębia się w niej szybik (dla lepszego zbadania jakości złoża) oraz prowadzi się rów wzdłuż wychodni. Szerokość rowu w dolnej części wynosi 0,50 do 0,75 m, szerokość u góry 0,70 do 1,00 m, a głębokość zwykle 2,00 do 2,50 m i wyjątkowo dochodzi do 4 m.

Rów powinien przecinać cały nadkład i zagłębiać się w badanych warstwach od 0,10 do 0,50 m.

Rys. 8. Rów poszukiwawczy [3, 8]

a - przekrój wzdłuż rowu, b - przekrój poprzeczny rowu

Szybiki poszukiwawcze są to pionowe (rzadziej pochyłe) wyrobiska górnicze, zwykle o przekroju prostokątnym (ze względu na obudowę drewnianą) 0,7 x 1,5 m i głębokości do 25 m.

W skałach bardzo wytrzymałych nadaje się im kształt okrągły o średnicy około 1 m i pozostawia bez obudowy.

Rys. 9. Poszukiwania górnicze w słabo nachylonym złożu pokładowym za pomocą szybików poszukiwawczych [8]: 1, 2, 3 - kolejność zakładania szybików

Odległość pomiędzy szybikami powinna być tak dobrana, aby każdy następny szybik (rys. 9) napotykał w swej górnej części pokład, w którym zatrzymano zgłębianie szybika poprzedniego. Odległość l między szybikami można obliczyć ze wzoru [1, 8]:

Szybiki nadają się najlepiej do poszukiwań przy łagodnym nachyleniu pokładów i małej grubości nadkładu.

Przy większych grubościach nadkładu i przy stromych pokładach korzystniej jest stosować szybiki z przecznicami ,o przekroju poprzecznym 1,0 x 1,5 m, prowadzonymi w poprzek uławicenia skał (rys. 10, 11). Spodek przecznicy powinien zagłębiać się 0,2 do 0,5 m w badane warstwy.

Rys. 10. Szybiki z przecznicami [1]	Rys. 11. Szybiki z krótkimi przecznicami [1]

Sztolnie poszukiwawcze (rys. 12) są to wyrobiska poziome mające jedno połączenie z powierzchnią. Stosuje się je w okolicach górzystych lub pagórkowatych przy stromym nachyleniu pokładów.

	Sztolnie poszukiwawcze mają najczęściej wymiary 1,2 x 1,8 m i prowadzi się je z niewielkim nachyleniem do 5 ^0/00 dla odpływu wody. Często ze sztolni prowadzi się prostopadle do niej chodniki poszukiwawcze w celu lepszego rozpoznania złoża.
Rys. 12. Poszukiwania górnicze w stromo zalegającym złożu węglowym za pomocą sztolni poszukiwawczych [8]

Literatura

1. Poradnik górnika. Tom 1, Wyd. „Śląsk”, Katowice 1972

2. Gruszczyk H.: Metodyka poszukiwań złóż kopalin stałych. Wydawnictwa geologiczne. Warszawa 1975

3. Staroń T.: Górnictwo ogólne. Lublin 1995 r.

4. Niemczynow G., Burchart J.: Mały słownik geologiczny. Wydanie drugie. Wiedza powszechna. Warszawa 1966.

5. Budryk W., Lesiecki W.: Górnictwo tom I. Zarys górnictwa. Wydanie III. Wydawnictwo „Śląsk”. Katowice 1963

6. Nowak K., Kostrz J.: Górnictwo, część I. Wydawnictwo „Śląsk, Katowice 1989.

7. Hermann Heinz Wille: W głąb ziemi. Tłumaczenie z języka niemieckiego Kurlus T.

Wydawnictwo „Śląsk”, Katowice 1982.

8. Jackiewicz A.: Górnictwo, część I. Wydawnictwo Górniczo-Hutnicze. Katowice 1959

14

---