Budowa geologiczna ziemi i ułożenie warst w skorupie ziemskiej

Charakterystyka złóż kopalin użytecznych występujących w Polsce:

1. Złoża węgla kamiennego. W Polsce węgiel kamienny występuje w trzech rejonach: Zagłębie Górnośląskie - największe i najzasobniejsze, Zagłębie Dolnośląskie - w znacznej mierze jest już wyeksploatowane i istniejące tam kopalnie zostały zlikwidowane. Zagłębie Lubelskie - najmłodsze, wydobycie prowadzi tam tylko jedna kopalnia. 
2. Złoża węgla brunatnego i torfu. Węgiel brunatny występuje w różnych rejonach kraju na zachód od doliny Wisły, aż po zachodnią granicę kraju. Obszar północny zawiera pokłady węgla brunatnego zalegającego na głębokości około 100 m. Złoża są silnie zaburzone, głównie wskutek działalności lodowców, co stwarza niekorzystne warunki eksploatacji. Stwierdzono je w okolicach Gdyni, Szczecina i Olsztyna. Złoża te nie były do tej pory eksploatowane. Obszar lubusko-dolnośląski - złoża węgla brunatnego są najzasobniejsze. Dawniej eksploatowano te złoża sposobami podziemnymi, obecnie tylko sposobem odkrywkowym. W rejonie obok pokładów grubości 1 do 2 m występuje lokalnie w zapadliskach pokład grubości 40 do 70 m; pokład ten eksploatuje kopalnia Turów. Obszar poznański zawiera duże złoża występujące jednak w niekorzystnych do eksploatacji warunkach wśród zawodnionych piasków. Obszar Konin - Łódź - grubość pokładu węgla brunatnego od 9 do 25 m. Lokalnie nawet ponad 50 m. Głębokość zalegania tych złóż wynosi od 40 do 100 m. Rejon Zawiercia i Częstochowy - zawiera jeden lub 2 pokłady leżące na niewielkiej głębokości, ich grubość wynosi 0,5 do 1 m i więcej, a zasięg jest niewielki. Te złoża nie są eksploatowane. Złoża torfu występują prawie na terenie całej Polski, głównie na Pomorzu, w Wielkopolsce, nad Narwią i Notecią. Sumaryczna powierzchnia torfowisk zarejestrowanych na terenie Polski wynosi około 1800 tysięcy ha, a ich grubość nie przekracza zwykle 5 do 8 m. 
3. Złoża siarki. Polskie złoża siarki są pochodzenia chemiczno-organicznego. Złoża te są ściśle związane z utworami gipsowymi o zawartości siarki do 30%. Występują w okolicy Tarnobrzegu. 
4. Złoża soli. Kopalnie eksploatujące te sole kamienne i potasowo-magnezowe istnieją w Inowrocławiu. 
5. Złoża rud żelaza, cynkowo-ołowianych i miedzi surowce mineralne użytkowane do uzyskania metali. 
6. Inne kopaliny użytkowe: marmury, granity, bursztyny, piaski, gips, kam. szlachetne. 

Według użyteczności i zastosowania metali wydziela się 7 grup rud, a mianowicie rudy metali:

• żelaznych - czyli "czarnej metalurgii" - żelaza, chromu
• staliwnych - niklu, kobaltu, wolframu
• lekkich - glinu, magnezu, litu
• specjalnych i rzadkich - antymonu, acetonu, rtęci
• szlachetnych - złoto, srebro, platyna
• niezależnych - cyny, miedzi, ołowiu, cynku

W Polsce obecnie eksploatuje się złoża rud żelaza, cynku i ołowiu, miedzi oraz niklu. Zapotrzebowanie polskiej gospodarki jest pokrywane z importu.
Eksploatację zasobnych złóż rud cynku i ołowiu prowadzi się w trzech rejonach:

• olkuskim - Olkusz, Bolesław, Slawków
• bytomskim - Bytom, Tarnowskie Góry
• chrzanowskim - Trzebinia, Chrzanów, Jaworzno

W Polsce jedynymi eksploatowanymi złożami rud miedzi są osadowe złoża łupków. Dolny Śląsk

Wiertarki i wiertła

# Wiertarki udarowo-powietrzne zasilane są sprężonym powietrzem, które przy pomocy specjalnego urządzenia udarowo-obrotowego wykonują ruchy udarowo-obrotowe i wgłębiają się w caliznę górotworu. Wyżej wymienione wiertarki służą do wykonywania otworów strzałowych oraz dla innych celów np klejenia górotworu, puszczania kotew w celu wzmacniania obudowy chodnikowej. Wiertarki udarowe podtrzymywane są na specjalnych podparciach sterowanych sprężonym powietrzem. Muszą mieć przepłuczkę wodną, ponieważ w czasie czynności wiercenia wydziela się bardzo dużo pyłu kamiennego, który bardzo negatywnie działa na drogi oddechowe człowieka.

# Wiertarki obrotowe- służą głównie do wykonywania otworów strzałowych w węglu. Można również nimi wiercić w miękkich łupkach ilastych. Wykonywanie otworu ręczną wiertarką obrotową polega na wgłębianiu się w caliznę węglową specjalnego narzędzia zwanego raczkiem, które osadzone jest na żerdzi wiertła. Ostrze raczka dociskane do węgla i obracane przez wiertarkę zdziera w sposób ciągły warstwę węgla pewnej grubości. Wytwarzane zwierciny usuwane są na zewnątrz otworu, śrubowym narzędziem żerdzi.

Wiertarki udarowe ze względu na rodzaj energii zasilającej silnik dzieli się na:
-pneumatyczne, elektryczne i hydrauliczne.

Ze względu na masę dzieli się na: lekkie (trzymane w rękach) oraz ciężkie (mocowane na podporach lub wozach wiertniczych i mające docisk mechaniczny).
Wiertarki lekkie stosuje się do skał miękkich zaś ciężkie do twardych.
Prędkość obrotowa wierteł wiertarek lekkich wynosi od 500 do 700  obr/min. Natomiast wiertarek ciężkich od 120 do 240 obr/min.

Wiertarki obrotowe -pneumatyczne napędzane są silnikami pneumatycznymi łopatkowymi zmniejszającej obroty silnika przy pomocy przekładni zembatkowej. Silniki i przekładnia umieszczone są w kadłubach wiertarki wykonanych z lekkiego metalu.

# Wiertarki elektryczne - napędzane są silnikiem elektrycznym prądu przemiennego. Zasilanie najczęściej 125V. Włączanie silnika elektrycznego może być bezpośrednie lub zdalne.

# Wiertarki hydrauliczne - stosuje się przekładnię statyczno-hydrauliczną, której silnik hydrauliczny znajduje się w korpusie wiertarki. Mogą być zasilane indywidualnie z pompy bezpośrednio (wysokociśnieniowej) albo ciśnieniem emulsji zestawów obudowy zmechanizowanej.

# Wiertła wiertarki obrotowej składają się z żerdzi połączonego za pomocą zawleczki. Żerdź służy do usuwania zwiercin zwierconego otworu. Żerdzie wykonuje się ze stali węglowej, konstrukcji walcowej lub kutej o znormalizowanych długościach: 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 mm. Raczek - ma dwa ostrza z płytkami węglików spiekanych przylutowanymi lutem twardym.

Podział złóż kopalin użytecznych

# Kopalina - surowiec mineralny wydobywany ze skorupy ziemskiej.
# Kopalina użyteczna - surowiec mineralny wartościowy dla człowieka.
# Kopalina główna - kopalina, dla której wydobywania wybudowano zakład górniczy.
# Kopalina towarzysząca - mniej cenne złoża innej kopaliny użytecznej występujące w otoczeniu kopaliny głównej. (W danej chwili jest nie potrzebna)
# Złoże o znaczeniu gospodarczym - to takie naturalne nagromadzone w skorupie ziemskiej kopaliny użyteczne, której eksploatacja przynosi korzyści gospodarcze.

Kopalina użyteczna musi spełniać następujące warunki:

• na kopalinę użyteczną występują złoża w stanie naturalnym lub po przerobieniu na surowiec mineralny istnieje zapotrzebowanie, czyli ma rynek zbytu
• cena zbytu  gwarantuje pokrycie wszystkich kosztów związanych z wydobyciem, przeróbką i transportem kopaliny do odbiorcy, pewnią zysk dla przedsiębiorstwa wydobywającego kopalinę. 
• ilość kopaliny użytecznej w złożu, czyli zasoby, powinny być takie, aby gwarantowały pełne wykorzystanie zakładu górniczego i towarzyszących mu obiektów w czasie eksploatacji. Przy podjęciu decyzji o przystąpieniu do eksploatacji musimy uwzględnić podaż i popyt na daną kopalinę użyteczną w ujęciu wieloletnim. 

Podział złóż kopalin użytecznych:
Wyróżnia się następujące klasyfikacje złóż:

• według prawa geologicznego i górniczego
• według użyteczności
• ze względu na genezę
• ze względu na kształt

I. Według prawa geologicznego i górniczego:
Do kopalin podstawowych zalicza się:

• gaz ziemny, ropę naftową, węgiel brunatny, węgiel kamienny
• kruszce metali szlachetnych, rudy metali i pierwiastków promieniotwórczych 
• aparyt, baryt, fluoryt, gips i piryt
• azbest, dolomit, gliny itp
• wszystkie kopaliny występujące w granicach RP

Do kopalin pospolitych zalicza się wszystkie kopaliny, które nie są wymienione wyżej.

II. Według użyteczności:
Ze względu na użyteczność: wyróżnia się pięć zasadniczych grup złóż kopalin użytecznych jak złoża:

• sur. energetycznych (węgla, ropa naftowa itp)
• sur. metalicznych (rudy żelaza, miedzi)
• sur. chemicznych (sole, fosforyny)
• sur. skalnych (gleby, piaski, żwiry itp)

 III. Ze względu na genezę - w geologii najważniejszy jest podział złóż według sposobu ich powstawania, czyli genezy (magmowe, osadowe, przeobrażone)
VI. Ze względu na kształt. 

Budowa geologiczna ziemi

# Kształt i wielkość ziemi

• ziemia ma kształt spłaszczony na brzegach
• ma kształt kuli (równik 6378,45 km), (promień biegunowy 6356,863 km)
• powierzchnia 510 mln km2
• średnia gęstość ziemi 5,52 t/m3

# Strefy ziemi

• barysfera (jądro ziemi)
• mezosfera (strefa pośrednia - płaszcz)
• litosfera (skorupa ziemska)

Barysfera - jądro zewnętrzne i wewnętrzne, ma promień około 3470 km, składa się z niklu i żelaza, gęstość wynosi 8 t/m3

Mezosfera - grubość 2800 km, składa się w dolnej strefie z niklu, żelaza i krzemu, a w górnej żelazo, krzem, chrom i magnez. Gęstość 3 t/m3

Litosfera - w dolnej części przeważa krzem, chrom i żelazo. Gęstość 3 t/m3. Około 99% skorupy ziemskiej złożone jest z tlenu, glinu, żelaza, wapnia, krzemu, sód, potas, magnez i tytan.

Do stref ziemi zaliczamy również: hydrosfera, atmosfera, biosfera

Stopień geotermiczny: liczba metrów, w jaką trzeba przesuwać się w głąb aby temperatura podwyższyła się o 1 stopień C.

Ruchy skorupy ziemskiej:

• trzęsienia ziemi - wszystkie drgania skorupy ziemskiej są mierzone sejsmografem
• ruchy tektoniczne

Wulkany - kanał, przez który wypływa magma (krater), produktem ciekłym jest lawa wulkaniczna, która spływa po zboczach wulkanu. Produktem gazowym są popioły wulkaniczne. Objawem działalności wulkanicznej są też gejzery.

Uproszczona tabela stratograficzna:

• Kenozoik - czwartorzęd, trzeciorzęd
• Mezozoik - Kreda, Jura Trias
• Paleozoik - Perm, Karbon, Dewon, Sylur, Ordowik, Kambr
• Prekambr

Procesy geotektoniki i formy tektoniczne skorupy ziemskiej. Procesy endo i egzogeniczne.

1. Strefa akrecji - tworzy się nowa skorupa ziemska
2. Strefa subdukcji (rowów oceanicznych)
3. Procesy endogeniczne - są to procesy wewnętrzne dążą do wypiętrzenia powierzchni ziemi lub są z nimi związane.                                                                                                                          a)ruchy górotwórcze b) wulkany c) trzęsienia ziemi d) tsunami e) plutonizm - ruchy magmy pod ziemią f) przemieszczenie się płyt litosfery g) ruchy izostatyczne - pionowe ruchy skorupy
4. Procesy egzogeniczne (zewnętrzne) - dążą do zrównania powierzchni ziemi: 

a) działalność rzek
b) wiatr
-wywiewanie cząstek i odsłanianie litej skały
-szlifowanie skał
-tworzenie form skalnych
c) działalność morza
-nisza abrazyjna
-ścieranie skał za pomocą fal materiałami skalnymi
d)lądolód
e)lodowiec górski
-jęzor lodowcowy
-stawy tektoniczne
 f) powierzchniowe ruchy masowe wietrzenie skał
-fizyczne, chemiczne, biologiczne

Urządzenia wiertnicze

# Podział młotków i ich zastosowanie
Młotki mechaniczne - nazywa się maszyny ręczne, służące do urabiania skał kruchych i różnych robót pomocniczych: pobierki spongu, wykonywanie gniazd pod stojaki, urabianie ociosów.

W zależności od masy dzieli się na:

• lekkie o masie 7-9 kg
• średnie 10-12 kg
• ciężkie powyżej 12 kg

Energią napędową może być: energia elektryczna, pneumatyczna, elektro-pneumatyczna, hydrauliczna, spalinowa.

# Budowa typowych młotków pneumatycznych:
Młotek składa się z cylindra, tłoka (bijak), mechanizmu rozrządu, uchwytu i grota.

# Zasada działania:
Powietrze sprężone sterowane mechanizmem rozrządu kierowane jest na przemian do tylnej i przedniej części cylindra powodując przesuwanie bijaka do przodu i do tyłu. Mechanizm rozrządu działa samoczynnie w skutek występowania w czasie ruchu bijaka różnicy ciśnień.

Wiercenie

Wiercenie lub urabianie mechaniczne może odbywać się poprzez zastosowanie udaru naciskiem statycznym lub poprzez skrawanie.

# Urabianie udarowe: charakteryzuje się przekazywaniem energii uderzenia na skałę poprzez krawędź urabiającą narzędzia co powoduje niszczenie spójności pod tym narzędziem i jego wgłębienie w skałę. Urabianie udarowe jest szeroko stosowane przy udarowym wierceniu otworów w skałach średniej i dużej twardości.

# Urabianie naciskiem statycznym: polega na wgniataniu krawędzi urabiającej w caliznę siłą statyczną, a więc jest bardzo podobne do urabiania udarowego jednak scharakteryzowane siłą, a nie udzieloną energią. Urabianie naciskiem statycznym jest uzyskiwane przy gryzowym lub krążkowym wierceniem głębokich otworów.

# Urabianie skrawaniem: polega na prawie równoległym oddziaływaniu na powierzchnię skały narzędziem o kształcie klina. Nadaje się w maszynach urabiających do skał małej i średniej twardości.

Węgle kopalne

Węgiel w chemii oznaczamy symbolem C. Węgiel kopalny stanowi skałę palną. Obok głównego składnika węgla C występuje również tlen, wodór, siarka, azot i niepalne substancje mineralne do których zalicza się minerały ilaste oraz siarczki, siarczyny i węglany żelaza pozostające po spaleniu jako popiół.
Zależnie od stopnia uwęglenia odróżnia się następujące węgle kopalne: torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny, antracyt.    

Rodzaj paliwa	C %	H %	O+N %	Wartość opałowa KJ/kg	Części lotne %
drewno	50	6	44	18 tyś	75-85
torf	56-62	5-6	32-39	20 tyś - 23 tyś	62-70
węgiel brunatny	65-78	5-6,5	18-32	24 tyś - 31 tyś	44-60
węgiel kamienny	78-92	4-5,5	4-17	31 tys - 35 tyś	10-44
antracyt	92-98	1-4	1-4	34 tyś - 36 tyś	2-10

Węgiel brunatny - stanowi węgiel kopalny zawierający 65-68% węgla C. Ma barwę brunatną lub czarną. (odmiany czarne różnią się od węgla kamiennego rysą, które z węgla brunatnego jest brunatna a z węgla kamiennego czarna)

Rozróżnia się odmiany węgla brunatnego:

• węgiel ksylitowy cechujący się wyraźnie zachowaną strukturą drewna
• węgiel miękki ziarnisty o nierównym przełamie rozsypujący się po wysuszeniu
• węgiel twardy o przełamie muszlowym i połysku

Węgiel kamienny - stanowi węgiel kopalny zawierający 78-92% pierwiastka C. Ma barwę czarną jest zwarty. Jego twardość wynosi 2-2,5 a gęstość od 1200-1500 kg/m3 (1,3)
Ma budowę niejednorodną. Można odróżnić cztery odmiany petrograficzne. Różnią się od siebie wyglądem, składem i właściwościami.

• Witryn
• Klaryn
• Fuzyn
• Duryn

Przepisy bezpieczeństwa w trakcie eksploatacji

1. Złoże powinno być wybierane planowo na podstawie dokumentacji górniczo geologicznej, hydrogeologicznej. 
2. Złoże powinno być zbierane z góry na dół. Pokład leżący wyżej przed pokładem leżącym niżej. Kolejność ta może być zmieniona gdy: - pokład leżący wyżej nie nadaje się do wydobycia, - zachodzi konieczność odgazowania lub odprężenia pokładu górnego, - jeżeli dolny pokład jest wybierany z podsadzką hydrauliczną, - jeżeli parametry skał izolują pokład górny przed skutkami eksploatacji w pokładzie dolnym
3. W przypadku wybierania blisko siebie zalegających pokładów odległość frontów w poszczególnych pokładach powinna być równa co najmniej dwukrotnej odległości między nimi, ale nie mniejsza niż 30 metrów.

Względy bezpieczeństwa wymagają również, aby proces eksploatacji gwarantował odpowiednie przewietrzenie wyrobisk i stwarzał w nich godziwe warunki pracy.

warunki	czas pracy	temperatura i intensywność chłodzenia
normalne	8 h	t <= 28 stopni C, intensywnosć chłodzenia > 11 katastopni
uciążliwe	czas skrócony do 6h łącznie ze zjazdem i wyjazdem	28 st C < t < 33 st C lub intenstywność chłodzenia < 11 katastopni
niebezpieczne	tylko akcje pożarowe i ratownicze	t > 33 st C

Podział maszyn górniczych stosowanych w górnictwie.

Maszyny górnicze ze względu na funkcje i zastosowanie dzielimy na:

• maszyny do transportu np: transportu urobku, przenośnikami zgrzebłowymi i taśmowymi, transportu materiałów, kolejkami spongowymi podwieszanymi przewozem głównym, transportem pionowym, a nawet transportem po spongu. 
• maszyny do ładowania: ładowarki zgarniakowe, ładowarki przodkowe, maszyny urabiające, spongo-ładowarki, ładowarki chwytakowe np przy głębieniu szybów. 
• maszyny do urabiania: kombajny ścianowe, kombajny chodnikowe, strugi węglowe
• maszyny do wiercenia otworów: wiertarki obrotowe, elektryczne, pneumatyczne i hydrauliczne, wiertarki udarowe o napędzie elektrycznym pneumatycznym i hydraulicznym, wiertnice - urządzenia do wiercenia otworów, wozy wiertnicze-stosowane w przodkach kamiennych
• urządzenia małej mechanizacji: wkrętarki, piły taśmowe, gilotyny do cięcia śrub, gilotyny do cięcia łańcuchów, piły do cięcia drewna
• urządzenia do odwadniania: pompy głównego odwadniania, pompy oddziałowego odwadniania, które mogą być zasilane energią elektryczną i pneumatyczną, pompy wysokiego ciśnienia stosowane do zasilania emulsje obudów zmechanizowanych. 
• urządzenia do profilaktyki przeciwpożarowej: gipsiarki, torkretnice

Podział maszyn ze względu na zasilanie:

• energia elektryczna - prąd stały i prąd zmienny
• energia pneumatyczna
• hydrauliczny napęd - energia hydrauliczna

Wiadomości o górnictwie

1. Górnictwo naziemne - zajmuje się wydobywaniem sposobem odkrywkowym, kopalin użytecznych zalegających wprost na powierzchni ziemi lub też płytko pod powierzchnią. 
2. Górnictwo podziemne - ma za zadanie wydobywanie kopalin użytecznych zalegających na znacznej głębokości pod powierzchnią ziemi wykonuje się w tym celu wyrobiska podziemne. 
3. Górnictwo odwiertowe - polega na udostępnianiu i eksploatacji kopalin użytecznych za pomocą otworów odwiertowych z powierzchni ziemi. Obejmuje ono eksploatację kopalin ciekłych (ropa naftowa, wody mineralne), gazowych (gaz ziemny) oraz takich, które przy odpowiednie zabiegi techniczne jest rozpuszczanie w wodzie sól kamienna lub ogrzewanie siarka dają się doprowadzić do stanu płynnego. 
4. Górnictwo morskie - obejmuje zagadnienia i procesy związane z wydobywaniem kopalin użytecznych z dna mórz i oceanów oraz złóż zalegających pod ich dnem. Wydobywanie to odbywa się za pomocą morskich urządzeń górniczych zwłaszcza pływających lub trwale usadowionych jednostek wiertniczych. 

Ze względu na rodzaj wydobywanej kopaliny górnictwo dzieli się na:

• górnictwo węgla - obejmuje eksploatację naziemną i podziemną złóż węgla kamiennego i brunatnego
• górnictwo rud - obejmuje eksploatację rud żelaza i metali nieżelaznych sposobami nadziemnymi i podziemnymi 
• górnictwo naftowe - obejmuje eksploatację ropy naftowej i gazu ziemnego
• górnictwo skalne i surowców - dla przemysłu chemicznego, hutnictwa i innych, górnictwo soli kamiennej, soli potasowych, siarki, kamieni budowlanych

Budowa wnętrza ziemi

# Najbardziej zewnętrzne strefy Ziemi jest litosfera składająca się z dwóch warstw:
-SiMa - warstwa bazaltowa, obiega całą kulę ziemską składa się głównie z krzemu i magnezu
-SiAl - buduje lądy, składa się z krzemu i glinu
Poniżej znajduje się astenosfera - półplastyczna warstwa po której odbywa się dryf kontynentalny.
Kolejną warstwą jest płaszcz zewnętrzny ziemi czyli Crofesima (Chrom, Tlen, Żelazo, Krzem, Magnez).
Następnie występuje płaszcz wewnętrzny czyli Nifesima (Nikiel, Żelazo, Krzem, Magnez). Potem jest jądro zewnętrzne, które jest ciekłe i wewnętrzne stałe.

# Skamieniałości przewodnie - organizmy żywe, które występowały na Ziemi przez krótki okres czasu, znajdowane są w pewnym określonych warstw.

# Podział er:
a) Prekambr
b) Paleozoik:
-Kambr (Trylobity)
-Ordowik
-Sylur
-Dewon
-Karbon
-Karbon górny: Powstają pokłady węgla kamiennego ze szczątek ogromnych roślin (widłaki, skrzypy, paprocie drzewiaste), panuje klimat tropikalny. Pojawiają się płazy i pierwsze gady.
-Perm
c) Mezozoik
-Trias
-Jura (Skamieniałości przewodnie, minerały właściwe)
-Kreta (pokłady wapieni i kredy)
d) Era Kenozoiczna
-Trzeciorzęd
-Czwartorzęd - trwa do dziś