Krzysztof JAKIEL, Janusz MADEJ, Janusz RADOMIŃSKI Wyniki

WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Mat. Symp. str. 153 – 157
Krzysztof JAKIEL, Janusz MADEJ, Janusz RADOMIŃSKI
Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków
Wyniki eksperymentalnych badań mikrograwimetrycznych dla określenia
morfologii stropu podłoża serii węglowej i występowania skał
trudnourabialnych w KWB „Bełchatów”
Streszczenie
W przedstawionej pracy dokonano oceny możliwości wykorzystania badań mikrograwimetrycznych do rozpoznania stref występowania trudnourabialnych skał w nadkładzie złoża
węgla brunatnego. Uzyskane wyniki wskazują na przydatność metody mikrograwimetrycznej
do identyfikacji stref występowania trudnourabialnych skał.
1. Wstęp i ogólna budowa geologiczna
Główna formacja węgli brunatnych w Polsce reprezentowana jest przez lądowe osady
miocenu. Wg E. Ciuka wyróżnia się generalnie cztery typy złóż węgla brunatnego. Jeden
z tych typów reprezentuje złoże bełchatowskie – złoże o charakterze zapadliskowym związane
z rowem tektonicznym. To bardzo bogate złoże o znacznej miąższości. W kierunku wschódzachód rozciąga się na około 40 km, a jego szerokość waha się w granicach 2 – 3 km,
głębokość sięga ponad 200 m (Ciuk 1970). OG KWB Bełchatów leży kilkanaście kilometrów
na południe od Bełchatowa. Obejmuje od wschodu na zachód pola: Kamieńsk, Bełchatów
i Szczerców. Pole Bełchatów liczy 10 pięter eksploatacyjnych o wysokości od 15 do 30 m.
Nadkład złoża stanowią osady wieku trzeciorzędowego i czwartorzędowego. Są to mułki,
iły i glina zwałowa oraz piaski. Podłoże mezozoiczne złoża węgla brunatnego wykształciło się
w postaci wapieni i margli. W trakcie zdejmowania nadkładu prowadzona jest eksploatacja
surowców towarzyszących: piasków, iłów, żwirów, kredy jeziornej. Zagrożenie dla bezawaryjnej pracy koparek stanowią występujące w spągu utworów trzeciorzędowych mezozoiczne
piaskowce kwarcytowe. Są one trudno-urabialne.
Opis geologiczny skał występujących w odkrywce świadczy o znacznym zróżnicowaniu
cech tego ośrodka skalnego. Czynnikiem, który również wpływa na własności ośrodka jest
jego porowatość i stopień wypełnienia wodą. Ze względu na wieloletnie systematyczne
odwadnianie wkopu studniami głębinowymi o rocznej wydajności 180 – 200 mln m3 mamy do
czynienia ze skałami o niezbyt zróżnicowanej gęstości objętościowej. Wśród tych skał
zdecydowanie najwyższą gęstością charakteryzują się trudno-urabialne piaskowce kwarcytowe. Stąd istnieje możliwość wykrywania ich skupisk między innymi na drodze badań
mikrograwimetrycznych. Również teoretycznie metoda ta powinna być przydatna w śledzeniu
morfologii podłoża mezozoicznego (Haber i in. 1985; Ney i in. 1988). Zwykle mamy do
czynienia z różnicą gęstości utworów trzeciorzędowych i mezozoicznych skał stropowych.
____________________________________________________________________________
153
K. JAKIEL, J. MADEJ, J. RADOMIŃSKI – Wyniki eksperymentalnych badań...
____________________________________________________________________________
Oczywiście wcześniejsze wykrycie obecności skał trudnourabialnych metodami geofizycznymi, ich dezintegracja materiałami wybuchowymi, obniżyłoby prawdopodobieństwo
uszkodzenia czerpaków koparek.
2. Wyniki badań
Eksperymentalne badania mikrograwimetryczne dla określenia morfologii stropu podłoża
serii węglowej oraz wskazania rejonów występowania skał trudnourabialnych wykonano na
południowym skrzydle rowu bełchatowskiego.
Rys. 2.1. Rozkład poprawki topograficznej siły ciężkości KWB „Bełchatów” poziom IV i V
Fig. 2.1. Topographic microgravity correction map of KWB „Bełchatów”
Dwa profile badawcze założono na IV poziomie. Siatkę zdjęcia mikrograwimetrycznego
wytyczono na poziomie V. Niżej na poziomie VI wyznaczono dwa profile (rys. 2.1).
Pomiary wykonano w układzie lokalnym. Ponieważ obserwacji dokonywano w obszarze
o znacznym zróżnicowaniu wysokości należało wyliczyć poprawkę topograficzną siły ciężko____________________________________________________________________________
154
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
ści. Otrzymane dane o wysokościach terenu w promieniu około 500 m od rejonu badań
z kopalnianej sieci GPS pozwoliły wyliczyć rozkład poprawki topograficznej (rys. 2.1).
Następnie obserwacje zredukowano do jednego poziomu odniesienia przyjmując gęstość
warstwy zredukowanej równą 2,0 • 103 kg m-3.
Rys. 2.2. Wyniki badań mikrograwimetrycznych. Rozkład mikroanomalii siły ciężkości w redukcji
Bouguera KWB „Bełchatów” poziom IV i V
Fig. 2.2. Bouguer microgravity map of KWB „Bełchatów”
Prezentowany na rysunku 2.2 rozkład mikroanomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera
charakteryzuje się malejącą wartością pola siły ciężkości w kierunku północnym. Jego
amplituda w obrębie zdjęcia wynosi około 5,8 mGala. Obniżenie wartości pola siły ciężkości
na północy zdjęcia wiąże się z centrum rowu bełchatowskiego wypełnionego bardzo
miąższym, niskogęstościowym węglem brunatnym. Niewielkie zaburzenia rozkładu pola siły
ciężkości w obrębie południowej części zdjęcia są związane z niejednorodnościami rozkładu
mas w przypowierzchniowych partiach ośrodka skalnego. Strefy tych niejednorodności można
zidentyfikować w rozkładzie anomalii siły ciężkości (rys. 2.3).
____________________________________________________________________________
155
K. JAKIEL, J. MADEJ, J. RADOMIŃSKI – Wyniki eksperymentalnych badań...
____________________________________________________________________________
Rys. 2.3. Wyniki badań mikrograwimetrycznych. Rozkład anomalii rezydualnych siły ciężkości.
Pole regionalne aproksymowanie wielomianem 2 stopnia. KWB „Bełchatów” poziom V
Fig. 2.3. Residual microgravity anomaly map of KWB „Bełchatów”
Rozkład ten otrzymano po wyeliminowaniu z anomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera
składowej regionalnej siły ciężkości. Pole regionalne przybliżono wielomianem potęgowym
drugiego stopnia. W rozkładzie anomalii rezydualnych siły ciężkości wyróżniają się dwie
dodatnie strefy A i B. Strefy te odpowiadają występowaniu przypowierzchniowego ośrodka
skalnego o podwyższonej gęstości (nadmiary mas). Są to rejony, w których mamy do czynienia
____________________________________________________________________________
156
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
z trudnourabialnymi piaskowcami kwarcytowymi. Jednoznaczne określenia parametrów ciał
zaburzających – skupisk piaskowców kwarcytowych byłoby możliwe na drodze modelowania
grawimetrycznego w oparciu o rozkład gęstości objętościowych ośrodka skalnego z wierceń.
3. Wnioski
Uzyskane wyniki badań mikrograwimetrycznych wskazują na przydatność metody
w rozpoznawaniu stref występowania trudnourabialnych skał w nadkładzie złoża. Natomiast
w wyznaczonym rejonie badań nie uzyskano pozytywnego wyniku śledzenia morfologii stropu
podłoża serii węglowej. Najprawdopodobniej mamy tu do czynienia z brakiem kontrastu
gęstości pomiędzy spągiem utworów trzeciorzędowych a stropem utworów mezozoicznych.
Literatura
[1]
[2]
[3]
Ciuk E. 1970: Złoża węgla brunatnego, Geologia i surowce mineralne Polski. Biuletyn Jubileuszowy 251 Inst. Geol., Wyd. Geol., Warszawa, 661 – 688.
Haber M., Koblański A., Szewczyk E., Śliz J. 1985: Interpretacja nieciągłości w podtrzeciorzędowym podłożu złoża węgli brunatnych na przykładzie profilowych badań grawimetrycznych
w strefie wkopu udostępniającego KWB „Bełchatów”. Mat. I Kraj. Konf. Nauk.-Techn. nt:
Zastosowanie metod geofizycznych w górnictwie kopalin stałych, Jaworze 6-8 listopad 1985, t. I,
Wyd. AGH, Kraków, 245 – 253.
Ney R., Matl K., Śliz J. 1988: Lokalizacja małych złóż węgla brunatnego metodą mikrograwimetryczną. Problematyka wykorzystania małych złóż węgla brunatnego dla potrzeb gospodarki
lokalnej, Wyd. AGH, Kraków, 113 – 121.
Experimental microgravimetric investigation results in recognition upper
surface bed-rock the brown coal morphology and hard rock occurrence
in KWB „Bełchatów”
This paper presents the evaluation of the possibilities of microgravimetric investigations
in recognition of hard rock in the overburden of brown coal deposits has been undertaken.
Microgravimetric method results show that this process is useful to hard rocks identification.
Przekazano: 19 kwietnia 2004 r.
____________________________________________________________________________
157