Ocena budowy geologicznej dotychczas niezagospodarowanych z³ó wêgla kamiennego

Transkrypt

1 GOSPODARKA SUROWCAMI MINERALNYMI Tom Zeszyt 2/4 JAN DARSKI Ocena budowy geologicznej dotychczas niezagospodarowanych z³ó wêgla kamiennego Wprowadzenie Pod koniec lat dziewiêædziesi¹tych ubieg³ego wieku zajmowanie siê z³o ami niezagospodarowanymi uwa ano doœæ powszechnie za rzecz zbêdn¹ lub za problem bardzo odleg³y. Problem ten pojawi³ siê niespodziewanie szybko w kopalniach Jastrzêbskiej Spó³ki Wêglowej, gdzie zdano sobie sprawê z wyczerpywania zasobów w z³o ach kopalñ czynnych i koniecznoœci udostêpnienia nowych z³ó, dla utrzymania wydobycia wêgla koksowego na odpowiednim poziomie (Darski i in. 2000; Kicki, Sobczyk 2006). Obecnie trwaj¹ prace przy udostêpnianiu z³o a Bzie-Dêbina I Zachód. Prowadzenie prac nad wstêpn¹ ocen¹ wartoœci przemys³owej z³ó niezagospodarowanych postulowano ju we wczeœniejszych opracowaniach (Darski i in. 2002). Przy takiej ocenie nale y uwzglêdniæ jakoœæ wêgla, gruboœæ pok³adów, tektonikê z³o a, ochronê œrodowiska, zabudowê powierzchni oraz inne uwarunkowania. W niniejszym artykule analizowano jeden z wymienionych czynników tektonikê z³ó. Nale y zwróciæ uwagê, e z³o a wêgla kamiennego udostêpnione w XIX wieku wyznaczono na podstawie bardzo s³abego rozpoznania otworami wiertniczymi, a czêsto tylko kilkoma p³ytkimi szybikami (np. zlikwidowana ju kopalnia Powstañców Œl¹skich do koñca swego istnienia nie posiada³a adnego otworu odwierconego z powierzchni). Ryzyko ponoszone przez w³aœciciela kopalni nie by³o zbyt du e, poniewa eksploatacjê rozpoczynano na ma³¹ skalê krótkimi frontami. Rozwój kopalni nastêpowa³ stosunkowo wolno w miarê rozpoznawania z³o a chodnikami górniczymi i krótkimi otworami badawczymi wykonywanymi w wyrobiskach górniczych. Od koñca lat piêædziesi¹tych do lat osiemdziesi¹tych ubieg³ego wieku systematycznie rozpoznawano z³o a wêgla kamiennego regularn¹ siatk¹ otworów wiertniczych, przewi-

2 190 duj¹c dynamiczny wzrost wydobycia wêgla kamiennego. Dokumentacje geologiczne nowo rozpoznanych z³ó by³y wykonywane masowo w du ym poœpiechu. Okreœlenie jakoœci wêgla, parametrów pok³adów, warunków geologiczno-górniczych, zagro eñ, obliczona iloœæ zasobów nie budz¹ na ogó³ wiêkszych zastrze eñ, natomiast wiedza o tektonice jest w du ym stopniu w¹tpliwa. Argument, e nie odwiercono adnych dodatkowych otworów od czasu udokumentowania danego z³o a do chwili obecnej, wiêc nie ma podstaw do ponownej analizy tektoniki, jest b³êdny. O tym, e tektonika z³o a musi byæ bardzo starannie rozpoznana, z wykorzystaniem wszystkich dostêpnych danych, œwiadcz¹ przyk³ady kopalñ Czeczott i Morcinek, które zlikwidowano w du ym stopniu z powodu stwierdzenia bardziej skomplikowanej tektoniki ni to przedstawiano w pierwotnej dokumentacji geologicznej. W pewnym stopniu z podobnych wzglêdów zlikwidowano dwa szyby w polu Warszowice, nie wspominaj¹c imponuj¹cej zabudowy przemys³owej na powierzchni w tym rejonie. Dowodem na to, e budowa z³o a jest bardzo wa nym czynnikiem oceny gospodarczej jest kopalnia Bogdanka, która osi¹ga œwietne wyniki produkcyjne. Powszechnie t³umaczy siê to dobr¹ organizacj¹, fachow¹ za³og¹, odpowiednio dobran¹ technik¹ wydobywcz¹, lokalizacj¹ u³atwiaj¹c¹ rynek zbytu, ale nie podkreœla siê faktu, e z³o e kopalni jest bezuskokowe, a pok³ady wêgla zalegaj¹ pod jednostajnym, niedu ym k¹tem upadu. Wybór w³aœciwego z³o a do zagospodarowania spoœród dotychczas udokumentowanych wymaga oprócz szeregu wa nych czynników równie uwzglêdnienia stopnia zaanga owania tektonicznego, a to jest znacznie utrudnione ze wzglêdu na jakoœæ rozpoznania geologicznego w tym zakresie, o czym mogliœmy siê przekonaæ w ostatnich kilkunastu latach. Oczywiœcie, ktoœ kto postanawia zbudowaæ kopalniê mo e ryzykowaæ, ale je eli istnieje mo liwoœæ ponownego przeanalizowania tektoniki z³o a, nale y to zrobiæ, eby ryzyko by³o mniejsze. 1. Przyczyny niedostatku informacji o budowie z³ó wêgla kamiennego Powszechne przekonanie, e stwierdzona w trakcie robót górniczych tektonika z³o a jest zawsze inna ni ta, któr¹ przedstawiono w pierwotnej dokumentacji i e jest to normalne, nie do koñca jest s³uszne. Owszem, pewne ró nice zawsze bêd¹, ale niech one maj¹ miejsce po wszechstronnej analizie i po okreœleniu wszystkich wariantów, których mo na siê spodziewaæ w trakcie prowadzenia wyrobisk górniczych, czyli rozwi¹zanie wstêpne tektoniki trzeba doprowadziæ do takiego momentu, eby mo na by³o stwierdziæ, e na tym etapie ju nic z posiadanych danych nie da siê wycisn¹æ. To siê op³aca!

3 191 Przyczyny ma³ej wiarygodnoœci informacji o budowie z³o a w dokumentacjach z³ó wêgla kamiennego s¹ nastêpuj¹ce: 1. Przerób, czyli kwota, któr¹ ka dy dokumentator co miesi¹c musia³ wypracowywaæ. Gdyby ktoœ bardzo d³ugo analizowa³ identyfikacjê, korelacjê i tektonikê z³o a nie mia³by przerobu i wówczas uzyskiwa³by s³abe oceny kierownictwa i nie otrzymywa³by premii. 2. W jaki sposób i kiedy mo na by by³o wynagrodziæ dokumentatora np. za bardzo trafne rozwi¹zanie tektoniki? Po 30 latach? A mo e jemu siê po prostu uda³o bez adnego z jego strony wysi³ku. 3. Terminy wykonania dokumentacji by³y czêsto bardzo krótkie. Prace wykonywano niejednokrotnie w wielkim poœpiechu, co wymusza³y ówczesne zjednoczenia wêglowe, Ministerstwo Górnictwa, a tak e dyrekcje przedsiêbiorstw geologicznych które chcia³y siê wykazaæ przed organami w³adzy. 4. Cennik preferowa³ prace zwi¹zane np. z obliczaniem iloœci zasobów, a nie prace dotycz¹ce rozwi¹zania budowy z³o a. 5. Osoba odpowiedzialna za nadzorowanie wierceñ nie zajmowa³a siê tylko jednym z³o em, musia³a ona wykonywaæ te inne czynnoœci dokumentacyjne zwi¹zane z innymi z³o ami. Zbyt du o osób pracowa³o w fazie sporz¹dzania koñcowej dokumentacji jednego z³o a. 6. Tektonikê z³o a rozwi¹zywano najprostsz¹ metod¹, czyli g³ównie przy pomocy przekrojów geologicznych. Mog³o przy tym pracowaæ jednoczeœnie kilka osób. Raz ustalona tektonika by³a traktowana jako œwiêtoœæ i tak jest zreszt¹ do dziœ. Budowê z³o a rozwi¹zywano zawsze tylko w jednym wariancie, nie sugerowano nigdy, e w pewnych rejonach jest ona raczej pewna a w innych bardzo w¹tpliwa. Biura Projektów Górniczych nigdy nie kwestionowa³y tektoniki z³o a, bo one nie ponosi³y za ni¹ adnej odpowiedzialnoœci. Projekt Zagospodarowania Z³o a trzeba by³o zwykle wykonywaæ bardzo szybko (przerób, termin). Stan ten z pewnymi modyfikacjami trwa do dzisiaj. Przy weryfikacji dokumentacji geologicznych z³ó niezagospodarowanych zwraca siê przede wszystkim uwagê na iloœæ zasobów. Obecnie trudno jest okreœliæ, które z³o e nadaje siê do zagospodarowania w pierwszej kolejnoœci. Je eli taka potrzeba nast¹pi, to wybór w znacznym stopniu zostanie dokonany intuicyjnie. A po latach nie bêdzie wiadomo, kto tak naprawdê o tym zadecydowa³. Nale y zdaæ sobie sprawê, e niektóre z³o a ze wzglêdu na s³abe zaburzenia tektoniczne nadaj¹ siê do budowy du ych kopalñ, a inne ze wzglêdu na gêst¹ siatkê uskoków, wystêpowanie nasuniêæ i znaczne lub zmienne nachylenie pok³adów mog¹ byæ zagospodarowane tylko przez ma³e zak³ady górnicze. W dalszej czêœci artyku³u przedstawiono niektóre czynnoœci umo liwiaj¹ce sprawdzenie prawid³owoœci przyjêtej budowy geologicznej oraz opracowania alternatywnego wariantu tektoniki z³o a niezagospodarowanego.

4 Sposoby reinterpretacji tektoniki Sprawdzenie obrazu budowy z³o a i przedstawienie niezale nej wersji mo na ³atwo wykonaæ przez analizê odleg³oœci miêdzy zidentyfikowanymi pok³adami, okreœlenie œredniego k¹ta nachylenia pok³adów i przygotowanie map warstwicowych sp¹gu pok³adów Analiza odleg³oœci miêdzy pok³adami Pierwsze informacje o uskokach i nasuniêciach w z³o u niezagospodarowanym otrzymujemy z analizy profili otworów wiertniczych. Uskoki normalne powoduj¹ skrócenie lub zwiêkszenie, zale nie od rodzaju uskoku i przemieszczenia, odleg³oœci miêdzy pok³adami usytuowanymi przed i za uskokiem oraz brak czêœci pok³adów w profilu otworu. Uskoki odwrócone powoduj¹ wzrost odleg³oœci miêdzy pok³adami wystêpuj¹cymi przed i za powierzchniami przemieszczenia. Pok³ady usytuowane w bezpoœrednim s¹siedztwie tej powierzchni powtarzaj¹ siê w profilu wierceñ dwukrotnie. Stwierdzamy obecnoœæ uskoku w profilu otworu, okreœlamy jego zrzut, ale azymutu p³aszczyzny uskoku nie jesteœmy w stanie ustaliæ (podobnie jest w przypadku nasuniêcia). Je eli identyfikacja i korelacja pok³adów w otworach wiertniczych jest prawid³owo wykonana, to mo emy uzyskaæ wszystkie informacje dotycz¹ce uskoków i nasuniêæ przecinaj¹cych profile otworów o zrzutach powy ej metrów. Nie wiemy jednak, czy w danej dokumentacji geologicznej prace te wykonano wystarczaj¹co starannie, dlatego powinniœmy wykonaæ czynnoœci sprawdzaj¹ce. W celu przedstawienia jak zmienne s¹ odleg³oœci miêdzy kolejnymi pok³adami pos³u ono siê danymi z otworów zlokalizowanych w polu bezuskokowym jednego ze z³ó niezagospodarowanych (tab. 1). Z przedstawionej tabeli wynika, e ró nica odleg³oœci miêdzy zalegaj¹cymi blisko siebie pok³adami, jak i miêdzy pok³adami znacznie oddalonymi (rozpatrywana w pewnej grupie s¹siednich otworów), nie przekracza 30 metrów, a w przewa aj¹cej liczbie przypadków jest ona mniejsza od 20 metrów. W celu sprawdzenia tej regu³y wytypowano 4 s¹siednie otwory w z³o u jednej z kopalñ czynnych, znacznie oddalonym od analizowanego z³o a niezagospodarowanego i otrzymano wyniki, które zestawiono w tabeli 2. Odleg³oœci miêdzy kolejnymi pok³adami potwierdzaj¹ przyjêt¹ regu³ê, e ró nica miêdzy najwiêksz¹ i najmniejsz¹ odleg³oœci¹ nie przekracza 20 metrów. Natomiast odleg³oœci miêdzy znacznie oddalonymi od siebie pok³adami wykazuj¹ wiêksz¹ ró nicê, dochodz¹c¹ do 55 m w przypadku pok³adów 403/ Powy sza sytuacja (rys. 1) wynika st¹d, e sztywne pod³o e obni a³o siê nierównomiernie, w tym wypadku bardziej intensywnie w czêœci zachodniej fragmentu analizowanego z³o a. Sedymentacja ska³ klastycznych niwelowa³a skutki tego zró nicowanego obni ania siê pod³o a o charakterze regionalnym do ró nic rzêdu 20 m. Na tak ukszta³towanej powierzchni tworzy³y siê kolejne pok³ady wêgla.

5 193 TABELA 1 Charakterystyka odleg³oœci miêdzy pok³adami w wybranych otworach zlokalizowanych w polu bezuskokowym jednego ze z³ó niezagospodarowanych TABLE 1 Characterization of the distance between seams in chosen bore-holes located in foultless field of one of undeveloped deposits Odleg³oœæ miêdzy pok³adami Otwór 1 Otwór 2 Otwór 3 Otwór 4 Otwór 5 Otwór 6 Otwór 7 Otwór 8 Otwór 9 Ró nica miêdzy maksymaln¹ i minimaln¹ odleg³oœci¹ [m] / /1 403/ /1 403/ /2 404/ /1 404/ /2 404/ /3 404/ /4 405/ /1 405/ /2 406/ /1 406/ /2 407/ /1 407/ /2 407/ /3 408/ /1 409/ /4 409/ / / /1 412³d ³d 416/ Jeœli zestawimy dane z pok³adów znacznie oddalonych od siebie to otrzymamy nastêpuj¹ce ró nice miêdzy maksymaln¹ i minimaln¹ odleg³oœci¹ / /1 409/ /4 412³d /1 412³d

6 194 TABELA 2 Charakterystyka odleg³oœci miêdzy pok³adami w czterech otworach zlokalizowanych na z³o u kopalni czynnej TABLE 2 Characterization of the distance between seams in 4 bore holes located in operated mine Odleg³oœæ miêdzy pok³adami Otwór A Otwór B Otwór C Otwór D Ró nica miêdzy maksymaln¹ i minimaln¹ odleg³oœci¹ [m] 403/1 403/ /2 404/ /1 404/ /2 404/ /4 405/ /3 406/ /1 406/ /3 407/ /1 407/ /2 407/ /3 407/ /4 408/ /1 408/ /2 408/2I /2I 408/2II /2II 408/ / /1 407/ / / Rys. 1. Lokalizacja czterech otworów zlokalizowanych na z³o u kopalni czynnej z zaznaczon¹ odleg³oœci¹ miêdzy pok³adami 403/1 410 Fig. 1. Location of 4 bore-holes located on the deposit of the operated mine with the emphasized distance between seams 403/1 410

7 Na ka dym rozpatrywanym z³o u tak¹ tendencjê regionaln¹ nale y w miarê dok³adnie okreœliæ. Niekiedy wystarczy podzieliæ z³o e na przyk³ad na dwie strefy, które nale y analizowaæ oddzielnie pod k¹tem zmian odleg³oœci miêdzy pok³adami. Przyk³ad odleg³oœci miêdzy pok³adami 418/1 510/2 (na tym samym z³o u niezagospodarowanym) przedstawiono na rysunku 2. Nale y zaznaczyæ, e powy ej pok³adu 418/1 tendencji zró nicowania odleg³oœci miêdzy pok³adami nie stwierdzono. Niewykluczone, e ona istnieje, ale zbyt s³abo siê zaznacza. 195 Rys. 2. Lokalizacja wybranych otworów zlokalizowanych w polu bezuskokowym jednego ze z³ó niezagospodarowanych z zaznaczon¹ odleg³oœci¹ miêdzy pok³adami 418/1 510/2 Fig. 2. Location of chosen bore-holes located in foultless field of one of undeveloped deposits with the distance between seams 418/1 510/2 Sytuacja powy sza jest oparta na autentycznym przyk³adzie, nieco tylko uzupe³nionym w celu uzyskania jaœniejszego obrazu. Analizuj¹c odleg³oœci miêdzy pok³adami 418/1 i 510/2 zauwa a siê wyraÿn¹ tendencjê zbli ania siê tych pok³adów w kierunku wschodnim, podobnie jak na rysunku 1. Najwiêksza odleg³oœæ miêdzy pok³adami 418/1 510/2 wynosi 164 m Najmniejsza odleg³oœæ miêdzy pok³adami 418/1 510/2 wynosi 123 m Ró nica 41 m W œwietle podanej wczeœniej prawid³owoœci, odleg³oœæ ta jest zbyt du a. Rozpatrzmy czêœæ zachodni¹ i wschodni¹ z³o a oddzielnie. czêœæ zachodnia czêœæ wschodnia Najwiêksza odleg³oœæ 164 m Najwiêksza odleg³oœæ 141 m Najmniejsza odleg³oœæ 150 m Najmniejsza odleg³oœæ 123 m ró nica 14 m ró nica 18 m Im mniej odleg³oœci (otworów) i im bli sze otwory, tym wiêksza szansa ma³ej ró nicy. Nale y zwróciæ uwagê, e wskaÿnik ró nicy miêdzy maksymaln¹ i minimaln¹ odleg³oœci¹ miêdzy pok³adami jest wskaÿnikiem niezwykle czu³ym. Wystarczy, e w jednym otworze wyst¹pi jakaœ anomalia i ju to wp³ywa na ocenê odleg³oœci miêdzy pok³adami w ca³ym z³o u.

8 196 Je eli mamy informacje, e upad pok³adów wêgla jest znaczny lub na pewnych odcinkach otworu nachylenie warstw roœnie (s¹siedztwo nasuniêcia lub du ego uskoku, a tak e obecnoœæ zafa³dowañ), to ten fakt powinniœmy uwzglêdniæ przy analizie odleg³oœci miêdzy pok³adami okreœlaj¹c w miarê mo liwoœci ich rzeczywist¹ odleg³oœæ. Przyk³adowo, pok³ady znajduj¹ce siê w odleg³oœci oko³o 435 metrów i zapadaj¹ce pod k¹tem 30, w pionowo wierconym otworze osi¹gaj¹ pozorn¹ odleg³oœæ oko³o 500 metrów. Je eli interesuje nas przede wszystkim sprawdzenie poprawnoœci przedstawionej w dokumentacji geologicznej tektoniki z³o a niezagospodarowanego, wówczas analizuj¹c odleg³oœci miêdzy pok³adami nie musimy braæ pod uwagê wszystkich pok³adów, a tylko kilka wybranych. Najlepiej, gdy bêd¹ to pok³ady reperowe lub charakterystyczne dla danego z³o a (np. powszechnie wystêpuj¹ce o znacznej i sta³ej mi¹ szoœci). Schematycznie przedstawiono to na rysunku 3. Rys. 3. Uproszczony schemat wyznaczania odleg³oœci miêdzy pok³adami Fig. 3. Simplified outline of appointing the distance between seams W pierwszej kolejnoœci analizujemy odleg³oœci miêdzy pok³adami reperowymi A i B a nastêpnie miêdzy pok³adami: A a; a b; b B. Po przeanalizowaniu odleg³oœci miêdzy tak dobranymi 4 pok³adami i stwierdzeniu, e ró nica odleg³oœci miêdzy nimi we wszystkich otworach nie przekracza 30 metrów, mo emy przyj¹æ, e korelacja pok³adów w dokumentacji geologicznej zosta³a generalnie prawid³owo wykonana, oraz e brak w profilach tych otworów wiêkszych uskoków lub nasuniêæ. Je eli stwierdzimy ró nice wiêksze ni 30 metrów miêdzy pok³adami musimy przeanalizowaæ identyfikacjê i korelacjê pok³adów na konkretnym odcinku profili otworów, gdy istnieje prawdopodobieñstwo pope³nienia b³êdu przez dokumentatorów (je eli w otworach nie zaznaczono uskoków lub nasuniêæ). W z³o u niezagospodarowanym, rozpoznanym siatk¹ otworów wiertniczych oddalonych od siebie o oko³o 1000 metrów ró nica w odleg³oœci miêdzy pok³adami wynosz¹ca

9 metrów, daje zmianê œredniego k¹ta nachylenia pok³adu o oko³o 2, co nie powoduje wiêkszych zniekszta³ceñ przy ocenie ogólnej budowy tektonicznej z³o a Okreœlenie œredniego k¹ta nachylenia pok³adów na podstawie danych z otworów wiertniczych Do wiarygodnoœci i reprezentatywnoœci pomiarów k¹ta upadu warstw dokonywanych na rdzeniu wiertniczym podchodzi siê bardzo krytycznie. Geolodzy najczêœciej uwa aj¹, e pomiary te daj¹ tylko bardzo orientacyjne pojêcie czy pok³ady s¹ s³abo nachylone, œrednio, czy te s¹ strome. Istnieje powszechne przekonanie, e te pomiary nie s¹ rzetelnie wykonywane. Powody, dla których k¹ty upadu warstw przedstawione na kartach otworów wiertniczych nie s¹ darzone zaufaniem, wydaj¹ siê doœæ uzasadnione, gdy : wykonywane s¹ na rdzeniu o œrednicy np. 10 cm. Kontakt wêgla z ³upkiem ilastym czêsto nie zaznacza siê zbyt ostro, pewne zmiany nachylenia stropu lub sp¹gu pok³adu pojawiaj¹ siê na ma³ej przestrzeni, np. kilku metrów, co widoczne jest w wyrobiskach górniczych, nachylenie pok³adów zmienia siê niekiedy znacznie na odcinkach kilkudziesiêciu czy kilkuset metrów, co potwierdzaj¹ pomiary geodezyjne wykonywane w wyrobiskach górniczych i nanoszone na mapy pok³adowe, piaskowce i i³owce wystêpuj¹ czêsto w postaci rozleg³ych soczewek lub ich mi¹ - szoœæ ulega znacznej zmianie, rozrzut pomiarów k¹ta nachylenia wykonywanych w jednym otworze jest du y i wynosi np. od 1 do 30. Generalnie nale y stwierdziæ, e pojedynczy pomiar k¹ta nachylenia danego pok³adu na rdzeniu wiertniczym nie ma adnej praktycznej wartoœci, natomiast inaczej nale y oceniaæ obliczony œredni k¹t nachylenia warstw w ca³ym otworze wiertniczym, co postaram siê udowodniæ w dalszej czêœci tego rozdzia³u. Nale y zwróciæ uwagê, e nachylenie pok³adów na mapach w dokumentacji geologicznej z³o a niezagospodarowanego jest nachyleniem uœrednionym, gdy punkty stwierdzenia pok³adów, czyli otwory wiertnicze, s¹ oddalone od siebie zwykle o metrów. Ten fakt jest kluczowy dla zrozumienia pewnych za³o eñ przy rozpatrywaniu relacji miêdzy k¹tami upadu warstw w otworach wiertniczych a nachyleniem pok³adów na mapach, okreœlanych warstwicami sp¹gu pok³adów. Przeanalizowano 20 otworów z³o a niezagospodarowanego w celu okreœlenia zwi¹zku pomiêdzy œrednim k¹tem nachylenia warstw karboñskich a przyjêtym upadem na mapie pok³adu o znacznej mi¹ szoœci i powszechnym wystêpowaniu (zalegaj¹cym blisko pok³adu reperowego, w s¹siedztwie którego stwierdzono poziom fauny s³odkowodnej). Na podstawie tej analizy stwierdzono, e œrednie k¹ty nachylenia warstw obliczone z danych zamieszczonych na kartach otworowych, w stosunku do k¹ta nachylenia pok³adu wed³ug mapy z dokumentacji geologicznej ró ni¹ siê najwy ej o oko³o 3.

10 198 Poni ej przedstawiono najbardziej charakterystyczne przyk³ady tej analizy. Pomiary wykonane przy pok³adach dokumentowanych lub w ich bardzo bliskim s¹siedztwie oznaczono liter¹ W. Rys. 4. Charakterystyka k¹tów nachylenia warstw w otworze nr I Fig. 4. Characterization of slope angles of layers in the bore-hole No I Rys. 5. Charakterystyka k¹tów nachylenia warstw w otworze nr II Fig. 5. Characterization of slope angles of layers in the bore-hole No II

11 Wed³ug mapy w rejonie tego otworu nachylenie pok³adu wynosi 7 8. Otwór nr I zlokalizowany jest w strefie bezuskokowej. Przyjête nachylenie pok³adu w dokumentacji geologicznej nie budzi w¹tpliwoœci (ró nica 2 3 ). Podkreœlenia wymaga fakt, e œredni k¹t nachylenia wszystkich warstw karboñskich oraz pomiarów dotycz¹cych tylko pok³adów wêgla jest taki sam i wynosi 10. Wed³ug dokumentacji geologicznej i wed³ug naszej analizy wynika, e otwór nr II jest zlokalizowany w strefie bezuskokowej. W rejonie tego otworu nachylenie pok³adu na mapie wynosi 6 7. Jak z powy szego przyk³adu wynika miêdzy œrednimi z pomiarów na rdzeniu wiertniczym a nachyleniem pok³adów na mapach mo e niekiedy zachodziæ idealna zgodnoœæ. W warstwach orzeskich ze wzglêdu na stosunkowo ma³¹ liczbê pomiarów k¹tów nachylenia nie wydzielono pomiarów dla pok³adów wêglowych. Ogólnie mo na rozwa aæ, ile trzeba mieæ pomiarów, eby œredni k¹t nachylenia by³ wiarygodny. W tym przypadku 15 pomiarów w warstwach orzeskich okaza³o siê wystarczaj¹ce. Mo na za³o yæ ostro nie, e 20 pomiarów k¹ta nachylenia powinno wystarczyæ, chocia mniejsz¹ liczbê pomiarów te mo na wykorzystaæ, jednak z niepe³nym zaufaniem do obliczonej œredniej. 199 Rys. 6. Charakterystyka k¹tów nachylenia warstw w otworze nr III Fig. 6. Characterization of slope angles of layers in the bore-hole No III Wed³ug mapy z dokumentacji geologicznej w rejonie otworu III nachylenie pok³adu wynosi 6. To jest zbyt du a ró nica w stosunku do obliczonego œredniego nachylenia z pomiarów wykonanych na rdzeniu wiertniczym. Pomiaru 58 nie uwzglêdniamy przy obliczaniu œredniego nachylenia warstw, gdy mo e dotyczyæ nie warstwy lecz innej granicy.

12 200 W rejonie tego otworu bardzo dowolnie (bez uzasadnienia) wykreœlono warstwice sp¹gu pok³adu. Nale a³oby za³o yæ, e w s¹siedztwie otworu nr III nachylenie pok³adów wynosi co najmniej oko³o 10. Rys. 7. Charakterystyka k¹tów nachylenia warstw w otworze nr IV Fig. 7. Characterization of slope angles of layers in the bore-hole No IV Otwór nr IV zlokalizowany jest w strefie du ego uskoku, st¹d brak w jego profilu dolnej czêœci warstw rudzkich oraz warstw siod³owych. W koñcowym odcinku otworu wiercono w warstwach brze nych. Wed³ug mapy pok³adu w rejonie tego otworu nachylenie wynosi 7 8, co jest zdecydowanie za ma³o. Bezpoœrednio przy uskoku nale a³o podgi¹æ warstwice sp¹gu pok³adu na odcinku oko³o 300 m (a byæ mo e nawet 500 m), aby zasygnalizowaæ, e w miarê zbli ania siê do uskoku roœnie nachylenie pok³adu. Z doœwiadczenia wynika, e taka strefa zmieniaj¹cego siê upadu jest bardzo niekorzystna dla prowadzenia eksploatacji. Przy porównywaniu œredniego k¹ta nachylenia warstw karboñskich, obliczonego z pomiarów wykonany na rdzeniu wiertniczym, z danymi przedstawionymi na mapach w dokumentacji geologicznej (warstwice sp¹gu pok³adu), w niniejszym opracowaniu wykorzystano tylko jeden charakterystyczny pok³ad dla danego z³o a. Je eli dokumentacja geologiczna jest w miarê starannie wykonana, jest to wystarczaj¹ce dla wstêpnej oceny, gdy ró nica odleg³oœci miêdzy kolejnymi pok³adami dochodzi do 30 metrów na odcinku 1000 metrów (odleg³oœæ miêdzy otworami powoduje zmianê k¹ta upadu poszczególnych pok³adów maksymalnie o 2, a praktycznie bêdzie ona rzêdu 1 ). W celu sprawdzenia wyników dotycz¹cych k¹ta upadu w obrêbie z³o a niezagospodarowanego wytypowano losowo 4 otwory na z³o u dobrze rozpoznanym robotami górniczymi w kopalni czynnej. Okaza³o siê, e dwa z tych otworów odwiercone zosta³y przed 1910 rokiem, a pozosta³e dwa w latach 1965 i 1978, tak wiêc s¹ to materia³y w znacznym stopniu zró nicowane. Wyniki analizy otworów ze z³o a kopalni czynnej przedstawiono w tabeli 3.

13 201 Wyniki analizy czterech otworów zlokalizowanych w z³o u kopalni czynnej Results of analysis of four bore-holes located in in the deposit of the operated mine TABELA 3 TABEL 3 Nazwa otworu A K¹t nachylenia wszystkich warstw karboñskich wed³ug karty otworowej liczba pomiarów rozrzut k¹tów œredni k¹t Œredni upad wed³ug mapy pok³adowej w rejonie otworu Uwagi strefa nasuniêcia* B C D * Powy ej pok³adów dokumentowanych stablizacja k¹ta nachylenia Jak z powy szego zestawienia wynika ró nica miêdzy danymi z kart otworowych i z mapy pok³adowej wynosi od 1 do 3. W trakcie analizy k¹tów upadu nale y uwzglêdniaæ nastêpuj¹ce zasady: 1. Zbyt ma³a liczba pomiarów mo e spowodowaæ nie uwzglêdnianie danego otworu w zakresie analizy k¹ta nachylenia. Mo na przyj¹æ, e liczba ponad 20 pomiarów jest wiarygodna. Przy mniejszej liczbie pomiarów k¹ta nale y byæ umiarkowanie krytycznym. 2. Uwzglêdniamy wszystkie pomiary k¹tów warstw karboñskich bez wzglêdu na to, jakich ska³ dotycz¹. Je eli istnieje dostateczna liczba pomiarów w stropie lub w sp¹gu pok³adów wêglowych, to z takich pomiarów obliczamy dodatkow¹ œredni¹. Jak wynika z doœwiadczenia, wiêksze ró nice miêdzy œrednimi ze wszystkich warstw a œrednimi z pok³adów wêglowych nie wystêpuj¹, a doœæ czêsto s¹ one identyczne. 3. Je eli pomierzone k¹ty upadu wraz z g³êbokoœci¹ otworu ulegaj¹ wyraÿnemu wzrostowi (lub odwrotnie malej¹), wówczas œrednie k¹ty obliczamy dla odpowiednich odcinków, rezygnuj¹c z obliczania ogólnej œredniej z pomiarów na ca³ej g³êbokoœci otworu. Sytuacja taka najczêœciej œwiadczy o obecnoœci w s¹siedztwie otworu du ego uskoku lub nasuniêcia, który spowodowa³ podgiêcie warstw. Ewentualnie mo e to byæ spowodowane zafa³dowaniem warstw (deformacja ci¹g³a), co w rejonach, gdzie zlokalizowane s¹ z³o a niezagospodarowane bêdzie nale eæ do rzadkoœci. 4. Je eli ró nice miêdzy œrednim k¹tem okreœlonym na podstawie danych z kart otworowych a k¹tem nachylenia pok³adów wed³ug mapy z dokumentacji geologicznej nie przekraczaj¹ 3, to mo na przyj¹æ, e jest to wystarczaj¹ca zgodnoœæ. Ewentualnie mo na dopuœciæ w pewnych sytuacjach ró nicê wynosz¹c¹ maksymalnie 4. Je eli bêd¹ wiêksze ró nice, to sprawê t¹ nale y wyjaœniæ w dalszych etapach analizowania budowy z³o a.

14 Dla ustalenia k¹tów upadu w danym rejonie z³o a w dokumentacji geologicznej wystarczy przeanalizowaæ 3 pok³ady oddalone od siebie o metrów (najlepiej eby to by³y pok³ady reperowe dla danego z³o a). We wstêpnej ocenie wystarczy przeanalizowaæ mapê jednego pok³adu, o czym wspomniano ju wczeœniej. Aby udowodniæ korzyœci wynikaj¹ce z analizy k¹ta nachylenia warstw pos³u my siê prostym przyk³adem. Za³ó my, e mamy z³o e odosobnione, rozpoznane czterema otworami. Z braku zaufania do pomiarów k¹tów nachylenia na rdzeniu wiertniczym, nie przeanalizowano tego zagadnienia. Sporz¹dzono cztery przekroje geologiczne dla pe³nego zobrazowania zalegania pok³adów (I I, II II, III III, IV IV ), a nastêpnie wyznaczono warstwice sp¹gu pok³adu otrzymuj¹c budowê z³o a (mapê pok³adow¹) zilustrowan¹ na rysunku 8a, przedstawiaj¹ pozornie prost¹ budowê. Je eli obliczymy œrednie k¹ty upadu warstw na podstawie pomiarów na rdzeniach otworów wiertniczych, otrzymamy obraz tego pok³adu przedstawiony na rysunku 8b, otrzymuj¹c styl tektoniki, chocia lokalizacja uskoku jest tylko przybli ona. Rys. 8. Przyk³ad mapy pok³adowej Fig. 8. Example of the bed map 2.3. Wstêpne wyznaczanie warstwic sp¹gu pok³adu Sprawdzanie tektoniki z³o a niezagospodarowanego poprzez analizê licznych przekrojów geologicznych nie ma wiêkszego sensu. Z³o e musimy rozpatrywaæ przestrzennie, a nie w pewnych liniach, które s¹ bardzo trudne do wzajemnej korelacji. Dlatego proponujê, by w trakcie sprawdzania, czy te sporz¹dzania innego wariantu budowy z³o a, zrezygnowaæ z przekrojów geologicznych, które mog¹ s³u yæ tylko do wizualnego zaprezentowania tektoniki z³o a w koñcowym etapie dokumentowania. W pracy geologów górniczych przekroje geologiczne s¹ niezbêdne, gdy œwietnie nadaj¹ siê one do rozwi¹zywania zagadnieñ lokalnych w sytuacji, gdy ju mamy du ¹ wiedzê o budowie z³o a uzyskan¹ w trakcie prowadzenia robót górniczych, ale w przypadku z³ó

15 niezagospodarowanych wprowadzaj¹ one du e uproszczenia i niejednokrotnie przyczyniaj¹ siê do pope³niania b³êdów w obrazie ogólnym budowy z³o a. Podczas sprawdzania lub sporz¹dzania innego wariantu tektoniki z³o a nale y w wiêkszym stopniu korzystaæ z geometrii, a szczególnie z rzutów cechowanych obieraj¹c jedn¹, poziom¹ rzutniê. Podstawow¹ czynnoœci¹ wstêpn¹ powinno byæ tworzenie oddzielnych warstwic sp¹gu pok³adu dla ka dych trzech najbli ej le ¹cych wzglêdem siebie otworów z pominiêciem uskoków lub nasuniêæ przedstawionych w dokumentacji geologicznej. Powstanie wówczas siatka pozornych rozci¹g³oœci i upadów pok³adu. Ka da trójka otworów wyznacza jak¹œ p³aszczyznê (rys. 9), ale gdy dane z czterech otworów tworz¹ jedn¹ p³aszczyznê, to jest to ju sygna³, e miêdzy nimi mogê nie wystêpowaæ nieci¹g³oœci. Nie jest to jednak warunek wystarczaj¹cy do stwierdzenia, e mamy do czynienia z polem bezuskokowym, gdy istnieje mo liwoœæ takiej kombinacji uskoków, których sumaryczny efekt przemieszczeñ siê znosi. Wraz ze wzrostem liczby otworów wyznaczaj¹cych jedn¹ p³aszczyznê, roœnie prawdopodobieñstwo, e uskoki w takim rejonie nie wystêpuj¹. Je eli mamy na przyk³ad 8 otworów s¹siednich wyznaczaj¹cych jedn¹ p³aszczyznê, a prócz tego potwierdza to analiza k¹tów upadu warstw pomierzonych na rdzeniach wiertniczych oraz poprawnoœæ identyfikacji i korelacji pok³adów, to osi¹gamy pewnoœæ, e w rejonie tym brak jest wiêkszych uskoków lub nasuniêæ. 203 Rys. 9. Siatka pozornych warstwic sp¹gu wybranego pok³adu wyznaczonych miêdzy trzema najbli ej siebie po³o onymi otworami Fig. 9. Criss-cross of seeming contour lines of the chosen seam s thill appointed between three closest bore-holes

16 204 Niestety znany jest przyk³ad, e w rejonie takich 8 otworów na z³o u niezagospodarowanym wyznaczono uskok o zrzucie oko³o 100 m, poniewa wynikn¹³ on z przekrojów geologicznych. Na mapach pok³adów w s¹siedztwie domniemanego uskoku powyginano warstwice sp¹gu pok³adu w taki sposób, eby uwiarygodniæ jego przebieg i wielkoœæ zrzutu. Poni ej przedstawiamy interpretacjê pozornych warstwic sp¹gu wybranego pok³adu, z³o on¹ z elementarnych trójk¹tów, których wierzcho³ki stanowi¹ rzêdne w s¹siednich otworach wiertniczych. Taki nieregularny uk³ad warstwic œwiadczy o tym, e w przedstawionym rejonie wystêpuj¹ deformacje. Mog¹ one mieæ postaæ uskoków lub nasuniêæ. 3. Uwagi koñcowe Wielopok³adowe z³o a wêgla kamiennego s¹ bardzo specyficzne i przy rozwi¹zywaniu ich budowy geologicznej trzeba stosowaæ odmienne metody ni przy innych rodzajach z³ó. W du ej mierze pomocne mog¹ byæ programy komputerowe do rozwi¹zywania tektoniki z³ó wêglowych. Korzystanie z programu komputerowego pozwoli³oby na szybkie rozwi¹zywanie tektoniki z³o a, w razie potrzeby w 2 lub 3 wariantach, a w trakcie udostêpniania z³o a i dysponowania nowymi danymi istnieje mo liwoœæ wprowadzania niemal natychmiast zmian w obrazie tektonicznym na du ych fragmentach obszaru górniczego. Rozwi¹zanie tektoniki danego z³o a niezagospodarowanego mo na przeprowadziæ na 2 3 pok³adach oddalonych od siebie, tak by nie by³o adnych w¹tpliwoœci, e otrzymany obraz dotyczy ca³ego z³o a, a nie tylko jednego pok³adu. Obawa, e po wykonaniu innej wersji tektoniki zajdzie koniecznoœæ ponownego pracoch³onnego przeliczania zasobów nie jest uzasadniona. Nie ma po prostu takiej potrzeby, gdy inn¹ tektonikê mo emy traktowaæ jako mo liwy wariant. W dokumentacji geologicznej okreœlone s¹ zasoby geologiczne, których niedu a czêœæ bêdzie w przysz³oœci wyeksploatowana (zasoby operatywne), tak wiêc zmiana iloœci zasobów bilansowych w poszczególnych przedzia³ach g³êbokoœciowych nawet o 10 czy 15% nie ma wiêkszego wp³ywu na ocenê przydatnoœci z³o a do zagospodarowania. Przedstawienie innej wersji budowy tektonicznej z³o a mo e byæ natomiast bardzo pomocne w projektowaniu prac udostêpniaj¹cych, jak równie przy wstêpnej ocenie wielkoœci przysz³ego zak³adu górniczego. Wnioski Z dotychczasowych doœwiadczeñ szczególnie w ostatnich kilkunastu latach wynika, e przedstawiona w dokumentacji geologicznej tektonika z³o a przed jego zagospodarowaniem nie jest zadowalaj¹co przedstawiona. Po udostêpnieniu z³o a trzeba wprowadziæ bardzo du e korekty do ogólnej koncepcji budowy z³o a. Powoduje to wzrost kosztów robót

17 205 górniczych udostêpniaj¹cych i przygotowawczych, nie osi¹ganie zak³adanego poziomu wydobycia, a nawet przedwczesn¹ likwidacjê du ych i nowoczesnych zak³adów górniczych. Z przeprowadzonej wstêpnej analizy wynika, e nie zosta³y wykorzystane wszystkie mo liwoœci okreœlenia charakteru i czêstotliwoœci wystêpowania deformacji tektonicznych w trakcie sporz¹dzania pierwszej dokumentacji geologicznej z³o a, która przed przyst¹pieniem do budowy kopalni nie jest poddawana adnej weryfikacji w zakresie budowy tektonicznej. Dzieje siê tak dlatego, e przedsiêbiorca górniczy nie jest tego œwiadomy albo podejmuje nadmierne ryzyko. Autor niniejszego opracowania proponuje, by analizie poddaæ identyfikacjê i korelacjê pok³adów w uproszczonej formie przez sprawdzenie ró nicy odleg³oœci miêdzy pok³adami w poszczególnych otworach, co pozwoli na ocenê poprawnoœci wyznaczania wszystkich dyslokacji nieci¹g³ych przecinaj¹cych otwory wiertnicze. Prócz tego nale y doceniæ informacje wynikaj¹ce z pomiarów k¹ta nachylenia warstw karboñskich dokonanych na rdzeniach wiertniczych, wykorzystuj¹c œrednie wartoœci tych pomiarów w obrêbie tej samej jednostki litostratygraficznej. Metod¹ uzupe³niaj¹c¹ i kontroln¹ jest interpretacja map sp¹gu przyleg³ych trójk¹tów elementarnych, których wierzcho³ki wyznaczaj¹ rzêdne pok³adów. Tektoniki nie nale y rozwi¹zywaæ przy pomocy przekrojów geologicznych, ale rozpatrywaæ j¹ przestrzennie na jednej rzutni poziomej. LITERATURA Bilans zasobów kopalin i wód podziemnych w Polsce. Ministerstwo Œrodowiska, Pañstwowy Instytut Geologiczny, Warszawa Darski J., Kicki J., Sobczyk E.J., 2001 Raport o stanie gospodarki zasobami z³ó wêgla kamiennego. Studia, Rozprawy, Monografie, nr 85, wyd. IGSMiE PAN, Kraków. D a r s k i J., K w a r c i ñ s k i J., W r ó b e l R., 2002 Wstêpna ocena niezagospodarowanych z³ó wêgla kamiennego w Górnoœl¹skim Zag³êbiu Wêglowym, stan ich rozpoznania i mo liwoœci przysz³ej eksploatacji. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, z. spec., t. 18. K i c k i J., S o b c z y k E.J., 2006 Restrukturyzacja górnictwa w Polsce a struktura i wystarczalnoœæ zasobów wêgla kamiennego. Studia, Rozprawy, Monografie, nr 134, wyd. IGSMiE PAN, Kraków. N i e æ M., 1982 Geologia kopalniana. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa. OCENA BUDOWY GEOLOGICZNEJ DOTYCHCZAS NIEZAGOSPODAROWANYCH Z Ó WÊGLA KAMIENNEGO Z³o a wêgla kamiennego, tektonika S³owa kluczowe Streszczenie Zainteresowanie z³o ami niezagospodarowanymi w najbli szych latach bêdzie wzrastaæ w zwi¹zku z wyczerpywaniem siê zasobów wêgla kamiennego w kopalniach czynnych.

18 206 Z doœwiadczenia ostatnich kilkunastu lat oraz ze wstêpnej analizy wykonanej przez autora niniejszego opracowania wynika, e tektonika z³ó niezagospodarowanych przedstawiona w dokumentacjach geologicznych nie jest do koñca wiarygodna. Nale y dokonaæ weryfikacji tych dokumentacji sprawdzaj¹c w miarê dok³adnie dotychczas ustalon¹ tektonikê oraz wykonaæ now¹ interpretacjê. W tym celu proponuje siê wykorzystaæ elementy, które dotychczas nie by³y w wiêkszym zakresie brane pod uwagê (np. ró nice odleg³oœci miêdzy pok³adami, œrednie k¹ty nachylenia warstw mierzone na rdzeniach wiertniczych). Sprawdzanie poprawnoœci obecnej tektoniki z³o a oraz opracowanie nowej jej wersji nale y wykonywaæ z pominiêciem przekrojów geologicznych, analizuj¹c j¹ przy pomocy rzutów cechowanych z wykorzystaniem tylko rzutni poziomej. GEOLOGICAL STRUCTURE ASSESSMENT OF UNDEVELOPED HARD COAL DEPOSITS Hard coal deposits, tectonics Key words Abstract Exhausting of hard coal reserves in operating mines will force interest in the undeveloped deposits. Both last decades experience and author s preliminary analysis result show that tectonics of those deposits is not enough reliable. It should be done then verification of geologic documentations with adequate data re-interpretation. In order to do it one ought to use information that has not been widely taken yet (e.g. distance between coal seams, mean slope angles of layers taken from cores etc.). Checking of tectonics and its re-interpretation should be done with passing over geological cross-sections taking into account using of horizontal projection only.