Kopaliny towarzyszące w złożach
węgla brunatnego
Tom I
geologiczno-surowcowe aspeKty zagospodarowania Kopalin
towarzyszących
Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków dr inż. Elżbieta Hycnar
AGH Akademia Górnicza-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Polskiej Akademii Nauk
tadeusz ratajczak, elżbieta hycnar
Kopaliny towarzyszące w złożach węgla brunatnego
Tom I
geologiczno-surowcowe aspeKty zagospodarowania
Kopalin towarzyszących
Wydawnictwo IGSMiE PAN
Kraków 2017
prof. dr hab. Krzysztof Szamałek dr hab. inż. Krzysztof Galos, prof. IGSMiE PAN
Wydanie monografii częściowo sfinansowane w ramach działaności statutowej Katedry Mineralogii, Petrografii i Geochemii AGH nr 11.11.140.319.
ADRES REDAKCJI
31-261 Kraków, ul. J. Wybickiego 7A tel. 12-632-33-00; fax. 12-632-35-24
Redaktor Wydawnictwa: mgr Emilia Rydzewska Redaktor techniczny: Beata Stankiewicz
Projekt okładki: dr inż. Elżbieta Hycnar, Beata Stankiewicz
© Copyright by Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN – Wydawnictwo
© Copyright by Tadeusz Ratajczak, Elżbieta Hycnar
Kraków 2017 Printed in Poland
ISBN 978-83-62922-77-2
IGSMiE PAN – Wydawnictwo, Kraków 2017
Nakład 150 egz. Objętość: ark. wyd. 31,1; ark. druk. 43,5(×8) Druk i oprawa: Drukarnia „PATRIA” Beata Szul, Kraków, ul. Borsucza 30
spis treści
Od Autorów ... 9
Wprowadzenie ... 11
rozdział 1. Formacja brunatnowęglowa w polsce a problematyka kopalin towarzyszących. pojęcia, definicje. Koncepcja pracy... 15
1. Formacja brunatnowęglowa a kopaliny towarzyszące ... 15
2. Kopaliny towarzyszące – terminologia i definicje... 18
3. Przydatność surowcowa kopalin towarzyszących ... 21
4. Złoża antropogeniczne ... 25
5. Ranking znaczenia i kolejność udostępniania złóż węgla brunatnego ... 27
6. Koncepcja monografii i jej problematyka ... 31
rozdział 2. złoża aktualnie eksploatowane ... 33
Złoże węgla brunatnego Bełchatów ... 33
1. Historia odkrycia i badań ... 33
2. Litostratygrafia skał nad- i podwęglowych ... 34
3. Kopaliny towarzyszące – rodzaje, charakterystyka geologiczno-surowcowa, eksploatacja, prze- twarzanie. Złoża antropogeniczne ... 41
3.1. Wstęp. Logistyka procedur eksploatacji i zagospodarowania kopalin towarzyszących ... 41
3.2. Piaski i żwiry ... 55
3.3. Torfy ... 57
3.4. Iły beidellitowe ... 58
3.4.1. Skład mineralny ... 60
3.4.2. Kierunki wykorzystania praktycznego ... 63
3.5. Trzeciorzędowe piaskowce i zlepieńce kwarcytowe ... 71
3.6. Krzemienna pospółka piaszczysto-żwirowa tzw. bruki krzemienne ... 75
3.7. Kreda jeziorna ... 76
3.7.1. Geologiczne warunki zalegania ... 77
3.7.2. Charakterystyka petrograficzno-chemiczna ... 79
3.7.3. Kierunki praktycznego wykorzystania ... 83
3.8. Wapienie mezozoiczne ... 86
3.8.1. Charakter petrograficzny ... 86
3.8.2. Przydatność surowcowa i możliwości zagospodarowania ... 92
3.9. Głazy narzutowe ... 97
3.10. Inne odmiany kopalin ... 98
3.10.1. Skały czwartorzędowe ... 99
3.10.2. Utwory trzeciorzędowe ... 102
3.10.3. Skały z kontaktu trzeciorzęd-mezozoik ... 103
3.10.4. Inne kopaliny i substancje mineralne... 111
Złoża węgla brunatnego rejonu Konina i Turka ... 114
1. Węgiel brunatny w Wielkopolsce, historia odkrycia i eksploatacji ... 114
2. Budowa geologiczna zagłębia konińsko-turkowskiego ... 115
3. Litologia skał nadkładu i podłoża ... 122
3.1. Osady czwartorzędowe ... 122
3.2. Trzeciorzędowe utwory nadkładowe ... 124
3.2.1. Skały ilaste (iły poznańskie) ... 124
3.2.2. Piaski ... 129
3.3. Kompleks podwęglowy ... 130
3.3.1. Skały węglanowe ... 130
3.3.2. Piaski i żwiry ... 131
3.4. Piaskowce kwarcytowe (silkrety) ... 133
3.5. Wody kopalniane ... 133
4. Kopaliny towarzyszące, ich właściwości surowcowe i stopień wykorzystania ... 134
4.1. Wstęp ... 134
4.2. Gliny zwałowe ... 136
4.3. Iły mioplioceńskie serii poznańskiej ... 137
4.4. Utwory piaszczyste i żwirowe ... 142
4.5. Skały węglanowe ... 144
4.6. Inne kopaliny ... 146
4.6.1. Piaskowce trzeciorzędowe ... 146
4.6.2. Głazy narzutowe ... 147
4.6.3. Torfy ... 147
4.6.4. Wody kopalniane ... 147
4.6.5. Pozostałe surowce i substancje mineralne ... 148
5. Złoża antropogeniczne ... 150
Złoże węgla brunatnego Turów ... 154
1. Wstęp... 154
2. Historia eksploatacji węgla brunatnego w rejonie Zgorzelca ... 156
3. Model budowy geologicznej złoża iłów turoszowskich ... 157
4. Litologia złoża ... 158
4.1. Podłoże trzeciorzędowe ... 161
4.2. Utwory kompleksu podwęglowego A ... 170
4.3. Skały kompleksu międzywęglowego B ... 173
4.4. Kompleks nadwęglowy C ... 176
4.5. Nadkład czwartorzędowy ... 178
5. Kopaliny towarzyszące i możliwości ich wykorzystania... 178
5.1. Iły ogniotrwałe ... 179
5.2. Iły ceramiczne kamionkowe i biało wypalające się ... 181
5.3. Iły do produkcji ceramiki budowlanej ... 184
5.4. Iły zawęglone ... 184
5.5. Inne kierunki wykorzystania iłów ... 185
5.6. Kruszywa naturalne ... 188
5.7. Hutnictwo żelaza... 189
6. Eksploatacja i wykorzystanie iłów turoszowskich ... 190
7. Złoża antropogeniczne ... 192
Złoże węgla brunatnego Sieniawa ... 193
1. Historia eksploatacji węgla brunatnego ... 193
2. Budowa geologiczna złoża ... 193
3. Litologia serii brunatnowęglowej ... 195
4. Charakter petrograficzny skał nadkładu ... 195
4.1. Osady ilasto-mułkowe ... 196
4.2. Piaski ... 197
5. Przydatność surowcowa skał niewęglowych ... 197
rozdział 3. złoża satelitarne ... 199
Złoże Złoczew ... 199
1. Wstęp – historia badań ... 199
2. Problematyka kopalin towarzyszących ... 201
2.1. Litologia ... 201
2.2. Właściwości surowcowe... 204
2.3. Zasoby osadów niewęglowych ... 206
3. Wskazania na przyszłość ... 207
Złoże Radomierzyce ... 207
Złoże Ruja ... 210
Rejon Konina i Turka ... 211
1. Złoże Główiew ... 211
2. Złoże Ochle ... 211
3. Złoże Rumin ... 212
4. Złoże Uniejów ... 212
rozdział 4. złoża perspektywiczne ... 213
Złoże Legnica i Ścinawa ... 213
1. Litologia skał niewęglowych ... 213
2. Kopaliny towarzyszące w złożu Legnica ... 216
2.1. Litologia, skład mineralny i chemiczny ... 216
2.2. Możliwości wykorzystania surowcowego ... 217
3. Kopaliny towarzyszące w złożu Ścinawa ... 219
Złoża środkowego Nadodrza ... 220
1. Złoże Babina ... 220
2. Złoże Cybinka ... 223
3. Złoże Gubin ... 224
4. Złoże Mosty ... 226
4.1. Historia odkrycia i litologia skał niewęglowych ... 226
4.2. Charakterystyka mineralogiczna kopalin towarzyszących ... 229
4.3. Przydatność praktyczna kopalin towarzyszących ... 232
5. Kopaliny towarzyszące w złożach węgla brunatnego Zagłębia Łużyckiego ... 233
Złoża węgla brunatnego rejonu rowu poznańskiego ... 234
1. Historia odkrycia węgla brunatnego ... 234
2. Litologia kopalin towarzyszących ... 237
3. Właściwości ceramiczne iłów poznańskich ... 239
Inne złoża węgla brunatnego ... 242
1. Złoże Trzcianka ... 242
2. Złoże Rogóźno ... 245
rozdział 5. lokalne złoża węgla brunatnego ... 249
1. Definicje złóż lokalnych i dzieje ich eksploatacji ... 249
2. Makroregion południowo-zachodni ... 253
2.1. Złoże Siedlimowice ... 256
2.1.1. Iły kaolinowe ... 258
2.1.2. Utwory mioceńskie ... 260
2.2. Złoże Antoni w Kalnie ... 261
2.3. Złoże Rusko–Jaroszów ... 262
2.3.1. Budowa geologiczna ... 262
2.3.2. Odmiany kopalin towarzyszących i możliwości ich wykorzystania ... 263
2.4. Inne złoża ... 265
2.4.1. Złoże Lusina–Udanin ... 265
2.4.2. Złoże Pichorowice ... 266
2.4.3. Złoże Sadlno ... 266
3. Makroregion południowy ... 266
3.1. Złoże Łączki ... 267
3.1.1. Historia badań ... 267
3.1.2. Litologia serii brunatnowęglowej ... 268
3.1.3. Kopaliny towarzyszące i ich przydatność ... 272
3.2. Złoże Polska Nowa Wieś ... 274
3.2.1. Budowa geologiczna i charakter litologiczny skał niewęglowych ... 274
3.2.2. Kopaliny towarzyszące i ich wykorzystanie ... 276
3.3. Złoże Ciągowice ... 277
3.3.1. Litologia serii węglowej ... 277
3.3.2. Charakterystyka petrograficzna kopalin towarzyszących ... 279
3.3.3. Przydatność praktyczna kopalin towarzyszących ... 281
4. Makroregion południowo-wschodni ... 282
4.1. Złoże Grudna Dolna... 283
4.1.1. Historia eksploatacji węgla ... 283
4.1.2. Budowa geologiczna i litologia serii brunatnowęglowej. Możliwość wykorzystania skał niewęglowych ... 283
4.2. Złoże Trzydnik Mały... 285
4.2.1. Historia odkrycia złoża i eksploatacji węgla ... 285
4.2.2. Budowa geologiczna i profil litologiczny... 286
4.2.3. Kopaliny towarzyszące ... 288
5. Makroregion środkowo-polski (złoże Wola Owadowska-Jastrzębia) ... 290
6. Makroregion północny – złoże Sulechowo... 293
6.1. Historia eksploatacji węgla i piasków szklarskich ... 293
6.2. Charakterystyka litologiczna serii brunatnowęglowej ... 295
6.3. Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna piasków ... 296
6.4. Wykorzystanie piasków kwarcowych ... 300
6.5. Zastosowanie glin zwałowych ... 301
6.6. Ekonomiczne uwarunkowania zagospodarowania kopalin towarzyszących ... 301
rozdział 6. nieprzydatne nagromadzenia węgla brunatnego ... 305
1. Makroregion południowo-zachodni ... 306
2. Makroregion środkowo-zachodni ... 311
3. Inne makroregiony ... 312
Zakończenie ... 315
Literatura ... 321
Streszczenie ... 339
Accompanying minerals in lignite deposits. Volume I .Geological and raw material aspects of the development of accompanying minerals ... 343
od autorów
Z eksploatacją węgla brunatnego metodą odkrywkową nierozerwalnie związany jest pro- blem obecnych w nich kopalin towarzyszących. Zalegają one zarówno w nadkładzie, jak i w spągu pokładów węglowych lub tworzą w nich przewarstwienia. Od dawna budziły zainteresowanie surowcowe. Pierwsze badania, a w ślad za tym i publikacje na ich temat no- towane są z końcem lat czterdziestych ubiegłego wieku. W okresie kolejnych kilkudziesięciu lat zauważalne stawało się wzrastające zainteresowanie nimi, kończące się niejednokrotnie udokumentowaniem złożowo-surowcowym. To z kolei umożliwiało podjęcie eksploatacji i warunkowało ich przemysłowe wykorzystanie.
Efektem przeprowadzonych w przeciągu tego okresu badań i prac jest kilkaset publika- cji. Problematyka ta dotyczyła też wielu specjalistycznych konferencji naukowych i tech- nicznych. Przede wszystkim zaowocowała jednak opracowaniem i wdrożeniem technologii prowadzących do ich wydobycia, przetwórstwa oraz wykorzystania i to nie tylko w przemy- śle surowcowym. Niektóre ich odmiany wykorzystywano w innych celach. Miało to miejsce na przykład w budownictwie industrialnym, pracach inżynierskich, rekultywacji terenów zdegradowanych i dewastowanych. W takich sytuacjach przyjęto używać w odniesieniu do nich terminu masy skalne czy ziemne.
Zdaniem autorów ten ogromny, kikudziesięcioletni dorobek naukowy i praktyczny nie doczekał się jak dotąd pełnego, kompleksowego podsumowania w formie odrębnej, specjalistycznej publikacji o charakterze monografii. Ambicją autorów było lukę tę wy- pełnić. Podejmując się tego zadania, byliśmy świadomi ogromu pracy, która w efekcie końcowym miała w granicach naszych możliwości i wiedzy, w sposób w miarę pełny zaprezentować całokształt problematyki kopalin towarzyszących węglom brunatnym.
A paleta tych spraw była szeroka, poczynając od zagadnień geologiczno-surowcowych poprzez problemy górniczo-eksploatacyjne do aspektów prawnych i ekonomiczno- -finansowych. Przyjęta przez autorów próba syntezy tych zagadnień przybrała w efek- cie końcowym formę monografii „Kopaliny towarzyszące w złożach węgla brunatnego”, składającej się z dwóch części:
y tomu I autorstwa Tadeusza Ratajczaka i Elżbiety Hycnar dotyczącego „Geologiczno- -surowcowych aspektów zagospodarowania kopalin towarzyszących”;
y tomu II, którego twórcą jest Ryszard Uberman, a noszącego tytuł „Prawno-ekono- miczne oraz górnicze aspekty zagospodarowania kopalin towarzyszących”.
Wykaz tytułów prac opublikowanych i archiwalnych, umożliwiający dokonanie oceny dorobku naukowego dotyczącego zagadnień kopalin towarzyszących węglom brunatnym sprawia, że jawi się potrzeba wymienienia osób i instytucji szczególnie na tym polu zasłu- żonych, z dorobku których korzystaliśmy. Autorzy poczuwają się do obowiązku nie tylko pamięci, ale docenienia zasług, które zostały przez te osoby i instytucje wniesione w kom- pleksowe próby dotyczące rozwiązania procesów rozpoznania, wydobycia i przetwarzania kopalin towarzyszących w górnictwie węgla brunatnego. Obok naszych niedościgłych na- uczycieli i prekursorów w zakresie tej problematyki – profesora Bolesława Krupińskie- go i profesora Andrzeja Bolewskiego, słowa te kierujemy przede wszystkim do profesora Marka Niecia. Z jego osiągnięć naukowych, a także inspiracji, treści rozmów, dyskusji czy polemik w trakcie redagowania tej monografii wielokrotnie korzystaliśmy.
Niekwestionowany udział w rozwiązywaniu problematyki kopalin towarzyszących wnio- sły uczelnie wyższe i instytuty badawcze. Należy wśród nich wymienić Akademię Górniczo- -Hutniczą im. Stanisława Staszica w Krakowie, Uniwersytet Warszawski, Uniwersytet im.
Adama Mickiewicza w Poznaniu, Uniwersytet Wrocławski. W pracach tych uczestniczyły także instytuty naukowe – Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, jak również resortowe i ośrodki badawcze, a wśród nich Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwo- jowy Górnictwa Odkrywkowego POLTEGOR (dzisiejszy Instytut Górnictwa Odkrywkowe- go POLTEGOR) czy Państwowy Instytut Geologiczny (obecny PIG-PIB). Nie można pomi- nąć w tym zakresie udziału służb kopalnianych kopalń węgla brunatnego Konin, Adamów, Turów, a zwłaszcza Bełchatów.
Oddając P.T. czytelnikom tę monografię, autorzy zdają sobie sprawę z subiektywnego podejścia do prezentowanych zagadnień, układu treści czy wyboru cytowanych publikacji lub przywoływanych przykładów. Mogą one rodzić wiele pytań. Dlatego liczymy na życz- liwość przy ich ocenie, ale także na krytyczne spostrzeżenia czy sugestie. Aktualność ich może wynikać stąd, że problemy stanowiące treść monografii mają charakter dynamiczny.
Przyszłość zapewne sprawi, że zarówno treść naukowa czy układ merytoryczny monografii będą miały szansę być doskonalone i uzupełniane.
Poczuwamy się do obowiązku złożenia podziękowań wszystkim P.T. współpracownikom i współautorom opracowań, ekspertyz, publikacji, z którymi mieliśmy możliwość uczestni- czenia w rozwiązywaniu istotnych problemów dotyczących kopalin towarzyszących.
Słowa podziękowań kierujemy pod adresem kierownictw kopalń węgla brunatnego za inspirowanie tej tematyki badawczej i owocną pomoc w badaniu, rozpoznaniu i dokumen- towaniu kopalin towarzyszących.
Autorzy szczególne podziękowania kierują do recenzentów monografii – dr. hab. inż.
Krzysztofa Galosa, prof. IGSMiE PAN oraz prof. dr. hab. Krzysztofa Szamałka. Ich trud związany z wnikliwym opiniowaniem monografii, cenne uwagi oraz sugestie dotyczące za- równo treści merytorycznej, jak i formy edytorskiej pozwoliły nie tylko na wyeliminowanie braków, ale i na nadanie optymalnego kształtu przedkładanej P.T. czytelnikom monografii.
wprowadzenie
Jednym z podstawowych kanonów, zarówno wiedzy, jak i praktyki geologiczno-gór- niczej, a zwłaszcza zagadnień surowcowych, jest problem kompleksowego wykorzystania wszystkich odmian kopalin zalegających w ich naturalnych nagromadzeniach, będących przedmiotem eksploatacji. Nabiera on szczególnego znaczenia w sytuacji złóż eksploato- wanych systemem odkrywkowym, a wyjątkową ważność posiada w przypadku górnictwa węgla brunatnego. Jego specyfika wydobywcza sprawia, że do ewentualnego zagospoda- rowania pozostaje olbrzymia ilość skał, stanowiących zwykle nadkład. Próby rozwiązania tych problemów, tzn. najpierw wydobycia, a potem praktycznego wykorzystania sprawiły, że w zagadnieniach złożowo-surowcowych pojawiły się dwa nowe pojęcia – kopaliny to- warzyszące i złoża antropogeniczne. Ich funkcjonowanie, a zwłaszcza próby rozwiązania, zaczęto rozpatrywać w dwóch aspektach:
y gospodarczym. Uwzględniał on możliwości praktycznego wykorzystania kopalin towarzyszących. Upatrywano w tym szansy powiększenia krajowej bazy zasobów kopalin;
y ochrony środowiska. W tym przypadku zagadnienie to obejmuje dwa wątki. Pierw- szy dotyczy zagadnień minimalizacji ingerencji w środowisko poprzez ogranicze- nie chociażby areału terenów przeznaczonych pod działalność górniczą. Może być realizowana poprzez wykorzystanie kopalin towarzyszących zalegających zarówno w złożach węgla, jak i nagromadzeniach antropogenicznych. Drugi zapewnia reali- zację tego celu drogą wykorzystania tych kopalin w technologiach czy szeroko rozu- mianych zabiegach ekologicznych.
Warunki powstawania węgla brunatnego, a przede wszystkim wykazywany przez nie niski stopień uwęglenia, są efektem tego, że nagromadzenia tej kopaliny znane są dopiero od mezozoiku. Złoża starsze, jak np. reprezentujące młodszy paleozoik Zagłębie Podmoskiew- skie, należą do wyjątku. Triasowe, jurajskie czy kredowe wystąpienia tej kopaliny stanowią tylko niewielką część światowych zasobów. Ich zasadnicza część przypada na górną kredę, a przede wszystkim na trzeciorzęd.
Polska należy do wyróżniających się w Europie krajów pod względem występowania i wydobycia węgla brunatnego. Krajowe złoża znane są z utworów kajprowo-retyckich,
dolnojurajskich, górnokredowych, ale w bilansie zasobów tej kopaliny dominują nagroma- dzenia trzeciorzędowe zlokalizowane na Niżu Polskim. Stanowią one podstawę polskiego górnictwa węgla brunatnego. Utworzyły się w obrębie rozległego basenu trzeciorzędowej formacji brunatnowęglowej, która obejmowała centralną i zachodnią część Polski. Rozcią- ga się on dalej na zachód, na tereny niemieckie, stanowiąc i tam podstawę eksploatacji tej kopaliny. Liczne złoża związane z tą formacją reprezentują typ nagromadzeń paralicznych, utworzonych na obrzeżeniu zbiorników morskich, a rzadziej lądowych.
Budowa geologiczna, którą reprezentują zalegające w tym zbiorniku nagromadzenia, sta- nowi efekt zróżnicowanych procesów skałotwórczych i minerałotwórczych powodujących, że obok węgla zalegają w nich zmienne litologicznie i petrograficznie odmiany osadów nie- węglowych. Znajdują się w strefie eksploatacji węgla. Część z nich, z uwagi na wykazywaną niekiedy przydatność użyteczną, bywa nazywana kopalinami towarzyszącymi. W przypa- dku złóż polskich czy niemieckich są to głównie zróżnicowane petrograficznie skały ilaste, mułki i piaski. One stanowiły główny przedmiot zainteresowań w monografii. Bywa jednak tak, że budowa geologiczna nagromadzeń węgla brunatnego powoduje, że do miana tego pretendują inne ich odmiany. Problem kopalin towarzyszących znany jest również ze złóż węgla brunatnego zlokalizowanych w innych krajach Europy czy świata. Niekiedy, z uwagi na odmienne warunki sedymentacji czy charakter skał otaczających złoża węglowe, typ kopalin towarzyszących jest inny niż w polsko-niemieckim zbiorniku brunatnowęglowym.
I tak np. w Zagłębiu Chomutowsko-Usteckim w Czechach silnie zaznaczyły się przejawy działalności wulkanicznej. Sprawiły one, że przedmiotem zainteresowania stały się towarzy- szące węglom iły bentonitowe. Z kopalni Bilina, jednej z większych w tym zagłębiu, znane są piaskowce o spoiwie dolomitowym, zaliczane zarówno do kopalin towarzyszących, jak i skał trudnourabialnych, powodujących trudności w procesie eksploatacji węgla brunatne- go. W innych czeskich złożach węgla brunatnego spotyka się diatomity, mające również znaczenie przemysłowe. Inny typ surowców – kopalin towarzyszących – znany jest ze złóż węgierskich czy jugosłowiańskich. Są to boksyty zalegające w podłożu na wietrzejących wapieniach. W greckiej kopalni South Field, największej w tym kraju, nadkład zbudowany jest z glin, utworów piaszczysto-żwirowych, margli oraz utworów trudnourabialnych (pia- skowce, zlepieńce)
Zarówno problem kopalin towarzyszących, jak i złóż antropogenicznych sprawił, że przed polską geologią i górnictwem pojawiły się nowe zadania. Próby ich rozwiązania były podejmowane wielokrotnie i od dość dawna. Czynił to najpierw Centralny Urząd Geologii a później Ministerstwo Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa czy Mini- sterstwo Środowiska. Dowodem tego jest chociażby treść „Wytycznych dokumentowania złóż kopalin stałych w kategoriach D1-A” z 1991 roku. Znalazły się w nich m.in. definicje kopalin towarzyszących i złóż antropogenicznych. Później do problematyki tej nawiązywały
„Zasady dokumentowania złóż kopalin stałych” z 2002 roku, a także „Prawo geologiczne i górnicze” (2011). W powszechnym jednak odczuciu problem ten pozostawał i pozostaje daleki od rozwiązania. Z tym większą satysfakcją należy przyjąć treść i sformułowania, które znalazły się w dwóch aktach pochodzących z ostatnich lat, dotyczących rozwoju go- spodarki krajowej, a które w większym lub w mniejszym stopniu nawiązują do zagadnień surowcowych. Są to:
y „Strategia na rzecz odpowiedzialnego rozwoju (projekt do konsultacji społecznych)”.
Została ona opracowana w Ministerstwie Rozwoju w 2016 roku i jest powszechnie znana jako plan wicepremiera Mateusza Morawieckiego.
y „Polityka surowcowa Polski. Rzecz o tym, czego nie ma a jest bardzo potrzebne”.
Ukazała się ona w 2015 roku i stanowi rezultat pracy zespołu pod redakcją prof.
Jerzego Hausnera.
Treść „Strategii…” (2016) dotyczy całej gospodarki krajowej. Tym niemniej znalazły się w niej fragmenty odnoszące się do zagadnień surowcowych, a nawet bezpośrednio kopa- lin towarzyszących czy złóż antropogenicznych. Można w nich znaleźć stwierdzenia, które wcześniej formułował Bolewski (1991), twierdząc, że „…bez surowców nie ma produkcji materialnej…”. Również „Strategia…” uznaje ważność i znaczenie surowców mineralnych jako czynników warunkujących rozwój gospodarczy i społeczny kraju. W celu realizacji tego zadania, jej zdaniem konieczne staje się wykorzystanie nie tylko ich nagromadzeń naturalnych, ale również zasobów, które w „Strategii…” nazwano szeroko rozumianymi odpadami a w po- jęcie i rozumienie to, wpisują się również kopaliny towarzyszące. Takiego podejścia wymagają nowoczesne zasady gospodarowania zarówno zasobami naturalnymi surowców mineralnych, jak i szeroko rozumianych odpadów. W tych ostatnich należy upatrywać nie tyle źródła su- rowców, ale i sposobu likwidacji uciążliwości związanych z ich składowaniem. W sytuacji górnictwa węgla brunatnego oznaczać to powinno wykorzystanie kopalin towarzyszących czy zagospodarowanie ich zasobów zgromadzonych w złożach antropogenicznych.
Drugi dokument „Polityka surowcowa Polski” jest być może bliższy zagadnieniom geo- logii surowcowej niż „Strategia…”. Wprowadza on pojęcie odpadów wydobywczych, prze- róbczych, a także złóż antropogenicznych. Szczególne znaczenie i rolę autorzy „Polityki…”
przypisują szeroko rozumianej gospodarce surowcami – złożom wtórnym. Wykorzystanie nagromadzonych w nich kopalin mogłoby stać się znaczącym składnikiem krajowego bi- lansu surowcowego i alternatywą chroniącą przed wykorzystaniem zasobów naturalnych.
Potrzeby gospodarcze, jak i wymogi ochrony środowiska zdaniem autorów „Polityki…”
wymuszają rozszerzenie stopnia wykorzystania kopalin towarzyszących i mineralnych su- rowców odpadowych. Ich zdaniem takie wielofunkcyjne podejście do problemu zagospo- darowania surowców mineralnych powinno mieć miejsce zwłaszcza w trakcie eksploatacji węgla brunatnego. Polityka ta, określana mianem zrównoważonej gospodarki surowcami mineralnymi, w coraz większym stopniu zaczyna opierać się m.in. na zwiększeniu stop- nia recyklingu a także wykorzystaniu kopalin towarzyszących, w tym również ich odmian zgromadzonych w złożach antropogenicznych. Traktowane są one jako dodatkowe, alterna- tywne źródła surowców. Należy wspomnieć jednak, że już wcześniej problematyka stała się przedmiotem zainteresowania Komisji Europejskiej. Treść dokumentu z 2008 roku noszą- cego tytuł „Inicjatywa surowcowa” (Raw Materials Initative – RMI) stanowi próbę dokona- nia określenia długoterminowej podaży surowców mineralnych z uwzględnieniem odmian pierwotnych, wtórnych i odpadowych. Jego transformację do przepisów prawa krajowego stanowi Ustawa o odpadach z 2012 roku.
Zatem bez względu na ocenę stanu aktualnego zagospodarowania kopalin towarzyszą- cych ze złóż złożach węgla brunatnego, treść przytoczonych aktów pozwala z optymizmem upatrywać realnych szans rozwiązania tych problemów.
Podziękowania
Problematyka kopalin towarzyszących w złożach węgla brunatnego od dziesiątków lat była niemal sztandarowym zagadnieniem badawczym, którym zajmowały się niektóre jed- nostki dydaktyczno-naukowe Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Aka- demii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica – wpierw Instytut Geologii Surowców Mineralnych a później Katedry – Surowców Mineralnych oraz Mineralogii, Petrografii i Ge- ochemii. Ważne miejsce zajmowała ona także w planach i pracach naukowych Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN. Wyniki tych prac zostały wykorzy- stane w monografii. Realizowały je zespoły badawcze, których uczestnikom czujemy się w obowiązku przekazania podziękowań. Są to dr inż. Katarzyna Górniak, prof. dr hab. inż.
Krzysztof Bahranowski, prof. dr hab. inż. Piotr Wyszomirski, mgr Adam Gaweł, dr inż.
Marek Muszyński, dr Tadeusz Szydłak a także doktoranci dr inż. Agnieszka Pękala i dr inż.
Piotr Bożęcki.
Podziękowania te nie mogą ominąć służb geologicznych kopalń węgla brunatnego. Kie- rujemy je zwłaszcza do Kierownika Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów mgr. inż.
Marka W. Jonczyka. Dzięki jego pomocy mogliśmy dysponować nie tylko informacjami na temat działalności Kopalni w zakresie problematyki kopalin towarzyszących, ale bardzo często był on moderatorem rozwiązywanych zagadnień.
W naszej pamięci pozostanie też współpraca ze Śp. profesorem Ryszardem Wyrwickim, z którego rad, sugestii i podpowiedzi niejednokrotnie korzystaliśmy, a każda rozmowa sta- wała się inspiracją do dalszych badań.
Nie sposób pominąć dokonań Śp. profesora Rafała Pajdy, kreatora zastosowania i wy- korzystania metod ekonomicznych w rozwiązywaniu zarówno zagadnień eksploatacyjnych, jak i zmierzających do przetwarzania, a zwłaszcza wykorzystania kopalin towarzyszących w przypadku złóż węgla brunatnego.
rozdział 1. Formacja brunatnowęglowa w polsce a problematyka kopalin
towarzyszących.
pojęcia, definicje. Koncepcja pracy
1. Formacja brunatnowęglowa a kopaliny towarzyszące
Obecność węgla brunatnego w Polsce należy rozpatrywać na tle ogólnych cech budowy geologicznej trzeciorzędowej formacji brunatnowęglowej. Determinuje ona ilość złóż tych kopalin, ich lokalizację, budowę geologiczną, jakość i ilość węgla. Przynależność do tej for- macji ma także wpływ na charakter litologiczny skał niewęglowych zalegających w spągu i w stropie czy przewarstwiających pokłady węgla.
Według danych kartograficznych utwory mioceńskie Niżu Polskiego, z którymi zwią- zane są główne horyzonty węgla brunatnego, zajmują powierzchnię około 165 tys. km2, czyli niemal połowę kraju. Około 87 tys. km2, czyli ponad pół przypada na tereny Polski zachodniej i środkowej. Tutaj zlokalizowane są właściwie wszystkie poznane dotąd krajo- we złoża węgla brunatnego (rys. 1.1). Niewielkie nagromadzenia znane są ponadto wśród utworów trzeciorzędowych Karpat i Zapadliska Przedkarpackiego. Węglonośność osadów mezozoicznych ma charakter odosobniony i lokalny, obecnie bez znaczenia praktycznego.
Polskie złoża węgla brunatnego cechuje zbliżona i raczej nieskomplikowana budowa geologiczna. Zalicza się je do odmian wielokopalinowych, tzn. zbudowanych z węgla bru- natnego jako kopaliny głównej oraz różnych odmian skał niewęglowych.
Według Ciuka i Piwockiego (1991) oraz Gabzdyla (1999) złoża węgla brunatnego w Pol- sce grupują się w następujące typy morfogenetyczne:
y pokładowe, należą do nich nagromadzenia ze środkowego Nadodrza;
y soczewkowe, występują na Niżu Polskim, jak i w zapadlisku przedkarpackim;
y tektoniczne (zapadliskowe), znane z przedgórza sudeckiego, Niziny Wielkopolskiej (rów poznański). Do nich zalicza się też największe eksploatowane złoża, tzn. Beł- chatów i Turów;
y glacitektoniczne, zlokalizowane na ziemi lubuskiej;
y krasowe, a także częściowo Bełchatów (Rogóźno);
y reliktowe, stanowiące efekt geologicznych procesów erozyjnych mających miejsce w przypadku złóż pokładowych czy soczewkowych (niektóre złoża obszaru koniń- sko-turkowskiego);
Rys. 1.1. Lokalizacja złóż węgla brunatnego (Ciuk i Piwocki 1990)
Objaśnienia: 1 – nasunięcie karpackie, 2 – współczesny zasięg miocenu, 3 – zasięg obszarów węglonośnych, 4 – nazwy złóż eksploatowanych i kopalń, 5 – nazwy złóż udokumentowanych
i perspektywicznych, 6 – nazwa złóż
y kry węglowe, będące oderwanymi płatami węgla brunatnego, tkwiącymi w utworach czwartorzędowych. Stwierdzono je na ziemi lubuskiej i Pomorzu.
Typ morfogeniczny nagromadzeń węgla brunatnego ma wpływ na formę strukturalno- -teksturalną, a także treść litologiczo-petrograficzną kopalin towarzyszących. Te ostatnie przybierają w nich formy pokładowe, soczewkowe lub gniazdowe. Mogą one przewarstwiać kopalinę główną, przylegać do niej bezpośrednio zarówno w stropie, jak i w spągu czy pozo- stawać w oddaleniu. Zjawiska erozji i denudacji spowodowały niekiedy całkowite lub czę- ściowe zniszczenie pierwotnych form ich zalegania. Bywa, że piętno na ich wykształceniu geologicznym wywarły także czynniki tektoniczne czy zjawiska glacitektoniczne, a niekie- dy również krasowe. Skutkowały one powstawaniem zaburzeń w pierwotnie pokładowych lub soczewkowych formach nagromadzeń, nadając im postać łusek, fałdów lub innych form nieregularnych. Zauważyć w nich można także obecność różnie zaawansowanych wtórnych procesów minerałotwórczych (kaolinityzacja, sylifikacja, karbonatyzacja). Prowadzą one do zmiany charakteru litologicznego skał, a w dalszej kolejności i surowcowego.
Klasyfikację tych kopalin z uwagi na charakteryzujące je parametry geologiczne oraz górnicze zaproponował Nieć (1994). Wyróżnił on trzy typu tych kopalin: przewarstwiające węgiel (I), przylegające (trzy warianty: IIa, IIb, IIc) oraz nieprzylegające (IIIa i IIIb). Ich charakterystyka jest przedstwiona na rysunku 1.2.
Nagromadzenia skał płonnych w złożach węgla brunatnego reprezentują zwykle formy powierzchniowe czy przypowierzchniowe. Według Gruszczyka (1983), w sensie złożowym są to nagromadzenia zaliczane w przewadze do egzogenicznych (kategoria złóż osadowych, klasa wietrzeniowo-mechanicznych). W przypadku pokładowej (stratoidalnej) formy zalega- nia rozmiary ich nagromadzeń mogą być znaczne. Wówczas też rozpoznanie takiego sposo- bu występowania nie nastręcza trudności. Przy kształtach soczewkowych czy gniazdowych lub zaburzonych glacitektonicznie wykazanie ich obecności może okazać się utrudnione m.in. z uwagi na małe rozmiary tego typu skupień.
Charakter litologiczny, a przez to i właściwości surowcowe skał niewęglowych złóż węgla brunatnego są zróżnicowane. W przewadze są to osady luźne, plastyczne, a rzadziej zwięzłe. Rzadko reprezentują one odmiany o poszukiwanych, interesujących właściwo- ściach użytecznych. Zazwyczaj zalicza się je do odmian pospolitych. W ujęciu Bolewskie- go i in. (1983) w przypadku złóż lokalnych należą one do grupy miejscowych surowców mineralnych, przeznaczonych do przetwarzania w bezpośrednim sąsiedztwie złóż. Zdaniem Ubermana i Niecia (2014) podstawą klasyfikacji tych utworów może być przydatność su- rowcowa. W takim ujęciu utwory te można dzielić na unikatowe, rzadkie w skali kraju czy regionu lub powszechnie występujące. Ich przetwarzanie, bez względu na typ kopaliny, nie wymaga skomplikowanych procesów technologicznych.
W procesach dokumentowania złóż węgla brunatnego zmienność budowy geologicz- nej skał nadkładu (z którymi związana jest zwykle obecność kopalin towarzyszących), jej wykształcenie strukturalne bywało traktowane niekiedy marginalnie. Stąd też pojawiały się trudności dotyczące zaliczenia ich do właściwej grupy złóż. Tym samym nie było możli- we dokładniejsze rozpoznanie i dokumentowanie tych kopalin. Brakowało też pogłębionej analizy geologiczno-górniczej dotyczącej ich eksploatacji oraz oceny sposobu i zakresu wy- korzystania.
2. Kopaliny towarzyszące – terminologia i definicje
Pokłady węgla brunatnego zalegają na głębokościach umożliwiających odkrywkowy sposób eksploatacji. Sytuacja ta powoduje, że najpierw ich udostępnienie, a potem wydo- bycie wymaga zdejmowania skał nadkładu. Odsłonięciu ulegają też utwory podłoża. Część
Rys. 1.2. Geologiczno-górnicza klasyfikacja kopalin towarzyszących według Niecia (1994)
z nich posiada różnorodne – lepsze czy gorsze właściwości użyteczne, co w powiązaniu ze znaczną zwykle kubaturą, uzasadnia potrzebę, a nawet konieczność ich wykorzystania praktycznego. Pełne rozwiązanie tych zagadnień okazało się jednak złożonym problemem nie tylko technicznym czy ekonomicznym, ale również formalno-prawnym. Jednym z nich, w zasadzie podstawowym, było pełne zdefiniowanie tego typu kopalin. Zaproponowano stosować w ich przypadku nazwę „kopaliny towarzyszące”. Definicja ta, a raczej jej kry- teria, decydujące o takim zakwalifikowaniu miały determinować dalsze ich „losy”. Próby zdefiniowania tej odmiany kopalin były podejmowane wielokrotnie. O wadze i znaczeniu problematyki może świadczyć fakt, że znaczenie jej dostrzegali i podkreślali, i to od dawna, zarówno uczeni, jak i praktycy, uznawani za autorytety z zakresu górnictwa czy zagadnień surowcowych. Wspominał o nich Krupiński (1971). Uważał on, że „górnictwo odkryw- kowe to rodzaj górnictwa, który powinien być szczególnie preferowany, dając możność pełniejszego wybierania surowców, a więc bardziej racjonalnego gospodarowania substan- cją mineralną…”. Z uwagi na specyfikę tego górnictwa twierdził, że „istnieją olbrzymie możliwości zagospodarowania kopalin towarzyszących, a zwłaszcza iłów nadkładowych z kopalni odkrywkowych…”. Z kolei Bolewski (1978, 1991) twierdził, że „występowanie kopalin, które uznać można za towarzyszące innym, określanym jako główne, jest zjawi- skiem powszechnym, gdyż przy eksploatacji wielu złóż węgla brunatnego wydobywane są także sąsiadujące utwory skalne, które mogą być wykorzystane gospodarczo. Ma to miej- sce szczególnie w przypadku eksploatacji odkrywkowej, gdy do umożliwienia wydobycia kopaliny użytecznej, konieczne jest zdjęcie nadkładu leżącego nad złożem. W jego obrębie występują często utwory, które mogą być uznawane za użyteczne”.
Obowiązek dokumentowania kopalin towarzyszących, co najmniej w kategorii C2 wy- nikał z treści instrukcji Prezesa Centralnego Urzędu Geologii w sprawie ustalenia zaso- bów złóż z 1954 roku. Była to bodajże pierwsza próba „usankcjonowania” tej problematyki przez prawodawstwo geologiczne. Zagadnienie to okazało się na tyle ważkie i znaczące, że potrzebę wykorzystania tych kopalin dla potrzeb gospodarki docenił Komitet Ekonomicz- ny Rady Ministrów. W podjętej 1962 roku uchwale zobowiązał on Prezesa CUG do ich uwzględnienia w dokumentacjach geologicznych, zaś Komisję Zasobów Kopalin (funkcjo- nującą w strukturach CUG a potem Ministerstwa) do wydawania opinii o tych kopalinach w trakcie ich zatwierdzania (vide Nieć 2003).
Najpełniej jednak problematyka kopalin towarzyszących znalazła miejsce w pracach Niecia (1994), później Ubermana i Niecia (2014). Zajmował się nią także Szamałek (2001). Według Niecia (1994) towarzyszącą jest „kopalina, która tworzy naturalne nagromadzenia w obrębie lub w bliskim sąsiedztwie złoża innej kopaliny określanej, jako „główna” i której:
y wydobycie nie jest podstawowym celem działalności zakładu górniczego;
y eksploatacja jest możliwa i może przynieść korzyść gospodarczą w przypadku eks- ploatacji złoża kopaliny głównej”.
Ci sami autorzy uważają, że kopalina towarzysząca musi posiadać kilka innych cech wyróżniających, które powodują, że jej wydobycie stanie się technicznie możliwe i może być ekonomicznie uzasadnione. Oczekuje się w jej przypadku, aby:
y posiadała odpowiednie właściwości (rodzaj i jakość), które pozwalają na jej wyko- rzystanie, jako surowca mineralnego;
y tworzyła samodzielne nagromadzenia o zasobach uzasadniających jej eksploatację;
y występowała w sposób umożliwiający jej selektywne wyeksploatowanie lub separa- cję z urobku;
y zalegała w ilości ekonomicznie uzasadniającej jej pozyskiwanie i zbyt.
Ważnymi warunkami niezbędnymi dla jej wyróżnienia są ponadto:
y określenie popytu na produkty wytwarzane z kopaliny;
y stwierdzenie jej w ilości uzasadniającej wykorzystanie, a zatem rozpoznanie wiel- kości zasobów, warunkujące możliwości pokrycia zapotrzebowania surowcowego.
Zdaniem tych samych autorów za kopaliny towarzyszące nie powinny być uznawane takie, które:
y nie posiadają dostatecznie atrakcyjnych walorów surowcowych, uzasadniających (lub uniemożliwiających) ich wykorzystanie;
y występują w niewielkich ilościach, niezapewniających ciągłości dostaw, a przez to ich wykorzystania przez potencjalnych użytkowników;
y nie są przedmiotem zainteresowania ani obecnie, ani w dającej się przewidzieć przy- szłości.
Przykładem takich, niekiedy „pozornych” kopalin towarzyszących mogą być gliny zwałowe czy lessy (wyjątkowo tylko wykorzystywane jako surowiec ilasty przez cerami- kę budowlaną). Utwory niespełniające określonych kryteriów cytowani autorzy proponują nazwać „masami ziemnymi”. Problem ten okazał się na tyle ważny i aktualny, że znalazł miejsce w odpowiednich sformułowaniach stanowiących treść Prawa geologicznego i gór- niczego oraz Ustawy o odpadach. Nie zalicza się ich w zasadzie do kopalin towarzyszących nawet wówczas, kiedy są wykorzystywane do prac inżynierskich, tzn. budowy nasypów, wyrównywania terenów, czyli tam, gdzie nie są wyraźnie sformułowane wymagania odno- śnie do ich właściwości, np. surowcowych. Nie są kopaliną towarzyszącą również utwory wykorzystywane na potrzeby własne kopalni lub używane np. do rekultywacji w granicach terenów górniczych. Ta sytuacja wynika z kolei stąd, że bywają one wówczas surowcami nieprzeznaczonymi na sprzedaż i nie są przemieszczane poza obręb złoża.
Bolewski i Gruszczyk (1989) motywowali zróżnicowanie kopalin na główne i towarzy- szące względami gospodarczymi. A te ostatnie, zdaniem autorów, ulegają zmianom, są też koniunkturalne.
Według Niecia (1994), a później Wyrwickiego (2002) pełne przybliżenie problematyki kopalin towarzyszących wymaga zdefiniowania jeszcze jednego terminu. Jest nim pojęcie kopaliny współwystępującej. Według tych autorów, przez kopalinę współwystępującą na- leży rozumieć taką, której „wartość jest porównywalna z inną kopaliną występującą w są- siedztwie i która może być eksploatowana samodzielnie lub wspólnie w jednym zakładzie górniczym”.
Zatem z wykorzystaniem kopalin towarzyszących związanych jest szereg problemów technicznych, formalno-prawnych czy nawet terminologicznych (Nieć i Uberman 2001).
Ich rozwiązanie eliminuje sytuację, w której miałaby miejsce bezpowrotna ich strata. Dzięki temu realne może stać się spełnienie jednego z podstawowych kanonów wiedzy i praktyki górniczo-geologiczno-surowcowej – mianowicie kompleksowe wykorzystanie wszystkich kopalin obecnych w złożu.
Problemami technicznymi w przypadku kopalin towarzyszących są: dokumentowanie warunków występowania, jakości surowcowej i zasobów oraz dobór metod eksploatacji.
Problemem formalno-prawnym staje się uzasadnienie i promowanie wydobywania tej kopa- liny czy jej surowcowego wykorzystania, a także wyceny kosztów finansowych związanych z tymi procesami.
Obecność kopalin towarzyszących w złożach węgla brunatnego bywa sprawcą jeszcze innej sytuacji uzasadniającej celowość gospodarczego zainteresowania się nimi. Każdorazo- we wykorzystanie praktyczne jakichkolwiek kopalin wymaga wyprzedzającego rozpoznania geologicznego, analiz ekonomicznych i ekologicznych, wykonania projektów oraz realizacji inwestycji górniczych, m.in. w zakresie komunikacji czy zabudowy. Są one czaso- i kapita- łochłonne. W przypadku kopalin towarzyszących istnieje szansa na ich zminimalizowanie.
Konieczność realizacji większości z nich jest bowiem nieodzowna z racji uruchomienia wydobycia węgla brunatnego (Bolewski 1978, 1991).
Pełną wykładnię związaną z wyjaśnieniem zagadnień dokumentowania i wydobywania kopalin towarzyszących można znaleźć u Ubermana i Niecia (2014). Według „Prawa ochro- ny środowiska” (2001) złoża kopalin są prawnie uznaną częścią środowiska przyrodniczego.
Zakres tej ochrony obejmuje również kopaliny towarzyszące. Ich wykorzystanie jest zatem uznawane za jeden z warunków racjonalnej gospodarki złożami kopalin, jako składnika środo- wiska. Szczegółowe zasady gospodarowania złożem kopaliny i związanej z eksploatacją złoża ochrony środowiska określa „Prawo geologiczne i górnicze” (2011). Są one zdefiniowane w przypadku tych kopalin, których zasoby zostały udokumentowane. Brak natomiast wyraźnie sformułowanych regulacji odnoszących się do postępowania z kopalinami towarzyszącymi, których występowanie jest tylko stwierdzone, ale brak jest podstaw do udokumentowania ich zasobów oraz takich, których obecność może być wykazana dopiero w trakcie eksploatacji zło- ża. Stąd też Nieć (2010) dla uniknięcia czy rozwiązania takiej sytuacji proponuje posługiwa- nie się pojęciem „złoże kopaliny towarzyszącej”. Rozumie się przez nie takie nagromadzenie naturalne, które może być przedmiotem eksploatacji. Sytuacja ta może stanowić podstawę do powstania w przypadku złóż węgla brunatnego zagłębi wielosurowcowych.
3. przydatność surowcowa kopalin towarzyszących
Specyfika budowy geologicznej złóż węgla brunatnego sprawiła, że na etapie ich doku- mentowania niekiedy trudno było zidentyfikować kopaliny towarzyszące, a przez to ocenić geologiczno-górnicze warunki zalegania, oszacować zasoby, a przede wszystkim ustalić właściwości surowcowe, determinujące praktyczną przydatność. Rozpoznanie i ustalenie tych parametrów mogło nastąpić dopiero po udostępnieniu złoża, w trakcie jego eksplo- atacji. Innym czynnikiem uniemożliwiającym pełne i właściwe wykorzystanie tych kopalin był praktykowany zakres badawczy mający na celu ustalenie ich cech fizyczno-chemicz-
nych. Znanych jest wiele takich przykładów, kiedy możliwości analityczne nie były w stanie najpierw zidentyfikować a potem zaproponować przyszłych, możliwych kierunków wyko- rzystania tych kopalin. Sytuacja ta dotyczyła chociażby kredy jeziornej i wapieni mezozo- icznych ze złoża węgla brunatnego w Bełchatowie. Przez długi czas kopaliny te kojarzyły się z surowcami mogącymi mieć zastosowanie w rolnictwie czy w charakterze kruszywa.
Dopiero badania wykonane na początku obecnego stulecia wykazały możliwości ich wy- korzystania w charakterze sorbentu do odsiarczania gazów poelektrownianych. Sytuacja ta stanowi też przykład skutecznej ochrony zasobów kopalin towarzyszących poprzez poszu- kiwanie nowych, alternatywnych kierunków ich wykorzystania.
Doświadczenia wynikające z tej sytuacji sprawiły, że kopaliny towarzyszące złożom węgla brunatnego według Niecia (2010) mogą być podzielone na dwie grupy:
y rozpoznane w trakcie dokumentowania kopaliny głównej;
y identyfikacja, także właściwości surowcowych, następuje w czasie udostępnienia zło- ża węgla brunatnego.
Kolejnym warunkiem stymulującym odzyskanie, a w dalszej kolejności również prak- tyczne wykorzystanie kopalin towarzyszących, jest potrzeba ich selektywnej eksploatacji.
Stąd Bolewski (1978) uznał, że możliwe są w tej sytuacji dwa rozwiązania:
y technicznie najprostsze, a ekonomicznie niewłaściwe. Sprowadza się to do założenia, że kopaliny towarzyszące nie mogą być spożytkowane na bieżąco. W rezultacie tego może zaistnieć sytuacja nieselektywnego ich składowania na zwałowiskach, czyli de facto pogodzenie się z ich stratą;
y ekonomicznie słuszna, a technicznie trudniejsza. Zakłada ona selektywne wybieranie tych kopalin, gromadzenie oddzielnie na składowiskach a następnie wykorzystanie.
Długoletnie doświadczenia polskiego górnictwa węgla brunatnego wskazują, że roz- wiązanie problematyki kopalin towarzyszących napotyka na trudności. Nadal stanowi ona poważny problem eksploatacyjny, organizacyjny i ekonomiczny. W powszechnym odczuciu jedną z zasadniczych przyczyn niewystarczającego wykorzystania tych kopalin jest również słabe rozpoznanie ich właściwości surowcowych. Rozwiązanie tego zagadnienia wymaga dokładniejszego i bardziej precyzyjnego niż dotąd ustalenia ich natury geologiczno-surow- cowej, a więc m.in. wiedzy na temat ich litologii, składu mineralnego i chemicznego, wła- ściwości fizykochemicznych czy surowcowych.
W tej wielowątkowości dotyczącej problematyki kopalin towarzyszących węglom bru- natnym, ważnym zagadnieniem zdaje się pozostawać to, czy będą one w stanie stanowić źródło surowców liczących się w krajowym bilansie zasobów kopalin. Taka ich rola jest podkreślana od zarania prób rozwiązania tej problematyki. Zwracali na to uwagę już Kru- piński (1971) i Bolewski (1978), a później Pajda i Ratajczak (2001a) oraz Nieć (2010). Nie- jednokrotnie olbrzymie ich zasoby mogłyby pokryć zapotrzebowanie krajowe w przypadku niektórych odmian surowców na kilkadziesiąt lat, a dobra jakość (w wielu przypadkach) daje szansę osiągnięcia następujących efektów:
y racjonalnego, oszczędnego wykorzystania nieodnawialnych zasobów kopalin, w miejscach, gdzie podejmowana jest działalność górnicza, a przez to ochrony zaso- bów kopalin użytecznych zlokalizowanych w innych złożach;
y zaoferowanie na rynku surowców o względnie niskich kosztach ich pozyskiwania;
y minimalizację ingerencji w środowisko przyrodnicze przez ograniczenie terenów przeznaczonych pod działalność górniczą.
Należy pamiętać też o tym, że możliwości i skala odzysku kopalin towarzyszących są uwarunkowane specyficznym oddziaływaniem na nie czynników pozazłożowych. Ważną rolę w tym względzie odgrywa m.in. stopień rozpoznania bazy surowców mineralnych poza obszarem złóż węgla brunatnego oraz wynikające stąd potrzeby przemysłu mineralnego w skali mikro- czy makroregionu. Stąd też sprzężone oddziaływanie czynników złożowych i pozazłożowych na zakres odzysku kopalin towarzyszących. Kiedyś zwrócił na to uwagę Nowacki (1968), a podkreślił aktualność tych zagadnień Uberman (2012). Wagę tej pro- blematyki na przykładzie kruszywa mineralnego – kopaliny towarzyszącej w złożu węgla brunatnego Bełchatów, wykazał Stryszewski (red. 1995).
Funkcjonuje w tym względzie pojęcie „kryterium sąsiedztwa”. Próbuje ono optymalną odległość, na którą uzasadniony będzie transport kopalin towarzyszących lub uzyskanych z nich produktów. Przyjmując różne warianty oceny ekonomicznej, np. w przypadku złóż lokalnych promień tego przewozu nie powinien przekraczać 30 km.
Górnictwo węgla brunatnego w warunkach polskich jest w stanie dostarczyć znaczących ilości w krajowym bilansie zasobów kopalin. W trzech krajowych okręgach eksploatacji węgla brunatnego – Bełchatowie, rejonie Konina–Turka czy Turowie ilość zdejmowanego rocznie nadkładu przekracza 200 mln m3 rocznie. Część z nich spełnia kryteria kopalin to- warzyszących i uzasadnia możliwość praktycznego wykorzystania a przez to i powiększenia bazy zasobów kopalin.
Dowodem aktualności problematyki kopalin towarzyszących węglom brunatnym, a tak- że zamierzeń podejmowanych w celu ich rozwiązania są m.in.:
y próby rozwiązań formalno-prawnych. Świadczą o tym odpowiednie sformułowania zawarte w „Prawie geologicznym i górniczym” (2011) a przed tym również treść
„Wytycznych dokumentowania złóż…” (1991). Wagę tego problemu dostrzegają też władze resortowe. Widziały one potrzebę wspomagania tej problematyki ze środków publicznych (Jezierski 2002);
y obecność niektórych ich odmian w kolejnych edycjach „Bilansu zasobów kopalin i wód podziemnych w Polsce”;
y uwzględnienie wśród kryteriów waloryzacji gospodarczej złóż węgla brunatnego roli i znaczenia kopalin towarzyszących. Ich obecność, zdaniem Kasińskiego i Piwockie- go (1992) prowadzi do wzrostu wartości złóż. Uwarunkowany jest on wielkością za- sobów tych kopalin, a także ich charakterem surowcowym. Autorzy wyróżnili wśród tych kryteriów następujące rodzaje tych kopalin: iły ceramiki szlachetnej, piaski szklarskie, kruszywo grube, surowce węglanowe (kreda jeziorna, gytie wapienne), iły ceramiki budowlanej, torfy, kruszywo drobne;
y w COB-P Górnictwa Odkrywkowego POLTEGOR powstała i funkcjonuje Baza Danych Geologicznych (BDG) dla złóż węgla brunatnego. Obejmuje ona również informacje dotyczące kopalin towarzyszących uzyskiwane zarówno w okresie roz- poznania, jak i eksploatacji kopaliny podstawowej;
y problematyka zagospodarowania kopalin towarzyszących bywała tematem prac Ko- misji Zasobów Kopalin (Nieć 1992). Zdaniem tego gremium w dokumentacjach
geologicznych brakuje zwykle dostatecznych danych, niezbędnych do projektowania eksploatacji tych kopalin. Zmiana sytuacji wymaga odpowiednich działań i postano- wień organizacyjnych oraz inwestycyjnych. Za celowe uważać należy też wspierające działanie administracji państwowej przy pomocy instrumentów prawnych i ekono- micznych;
y cyklicznie organizowane konferencje naukowe dotyczące zagospodarowania i wy- korzystania kopalin towarzyszących. Są one swoistym forum umożliwiającym przedstawienie wyników badań dotyczących tej problematyki, jak również wymia- nę doświadczeń czy też wypracowania sposobów i metod zmierzających do zmiany sytuacji;
y inicjatywy podejmowane przez niektóre kopalnie węgla brunatnego tematycznie zmierzające do rozwiązania problematyki kopalin towarzyszących. Przykładem tego są kilkakrotnie organizowane przez BOT KWB Bełchatów S.A. spotkania robocze dotyczące tych kopalin i tworzenia złóż antropogenicznych w górnictwie węgla brunatnego. Gromadzą one praktyków zajmujących się tymi zagadnienia- Surowcowe zainteresowanie się kopalinami towarzyszącymi przez górnictwo węgla bru-mi.
natnego na terenie Polski posiada długą i dawną historię. Sięga do czasów zamierzchłych, niemal historycznych, a dotyczy nieistniejących już obecnie miejsc wydobycia tej kopaliny.
Miało to miejsce chociażby w okolicach Trzcianki, gdzie według istniejących przekazów, eksploatacji węgla towarzyszyło wydobycie i przetwarzanie iłów. Także tereny Ziemi Lu- buskiej i funkcjonujące tam górnictwo węgla było silnie skojarzone z problematyką kopalin towarzyszących. Problem ten nie ogranicza się zresztą tylko do polskiego górnictwa węgla brunatnego. Również niemieckie służby geologiczne od lat sygnalizują potrzebę jego roz- wiązania w swoim kraju (Drebenstedt 2007).
W Polsce, w nowszych, bardziej współczesnych czasach, zagadnienie to pojawiło się w przypadku złóż, w których wydobywanie węgla rozpoczęto tuż po II wojnie świato- wej. Miało to miejsce w przypadku kopalni Turów. Był to pierwszy uruchomiony jeszcze w latach czterdziestych ubiegłego wieku zakład górniczy na terenie Polski. Rychło, bo już po upływie kilku lat, zainteresowano się zalegającymi w tym złożu iłami ceramicznymi i ogniotrwałymi (Nieć i in. 2004). W uruchamianych w kolejnych latach zagłębiach wę- glowych również nie pomijano problematyki kopalin towarzyszących. W przypadku koniń- sko-turkowskiego okręgu węglowego były to iły poznańskie. Zupełnie w innych, szerszych proporcjach zaczęto dostrzegać i rozwiązywać tę problematykę w sytuacji złoża węgla bru- natnego w Bełchatowie. Budowa geologiczna tego złoża, wielkość zasobów a także wielość i różnorodność kopalin, mogących spełniać kryteria towarzyszących sprawiła, że problemy te zaczęto dostrzegać znacznie szerzej niż w innych zagłębiach. Próby i propozycje ich rozwiązania stały się też stymulatorami i kreatorami rozwiązań tej problematyki nie tylko w sytuacji tego złoża, ale i całego polskiego górnictwa odkrywkowego.
W świetle tego wydaje się, że szeroko rozumiany problem kopalin towarzyszących wę- glom brunatnym nie powinien być pomijany w planach budowy przyszłych okręgów gór- niczych.
4. złoża antropogeniczne
Praktyka wykazała, że próby oferowania odbiorcom przez kopalnie węgla brunatnego kopalin towarzyszących pozyskiwanych niejako „przy okazji” zdejmowania skał nadkładu posiadały wiele mankamentów. Usiłowania takie nie zawsze kończyły się pozytywnie. Przy- kładem tego jest chociażby strata części zasobów iłów poznańskich z zagłębia konińskiego przeznaczonych do produkcji keramzytów (w wyniku nieselektywnego składowania) oraz kaolinów i piasków kwarcowych z Bełchatowa (z uwagi na brak możliwości ich składo- wania). Inną „słabą” stroną takiego sposobu ich zagospodarowania była nierównomierność dostawy kopalin oraz niekiedy stosunkowo krótki okres ich pozyskiwania. Takie podej- ście, zwłaszcza w warunkach rynkowych, może istotnie ograniczyć możliwości znalezienia odbiorców dla tych kopalin nawet przy dobrej ich jakości surowcowej (Pajda, Ratajczak 2001b).
W tej sytuacji nieodzowne stało się tworzenie oddzielnych składowisk kopalin towa- rzyszących tzw. złóż wtórnych lub antropogenicznych. Taka możliwość rozwiązania tego problemu wynikała z treści „Instrukcji w sprawie zasad i sposobu ustalania zasobów złóż kopalin” wprowadzonej przez Prezesa CUG w 1954 roku. W sposób bardziej aktualny za- gadnienie to pojawiło się w 1970 roku, a wynikało z dokonywanej wówczas weryfikacji bilansu zasobów kopalin. W przypadku kopalin towarzyszących zakładano możliwość two- rzenia złóż wtórnych gromadzących te kopaliny oraz dokumentowania ich zasobów (Nieć 1999). Wnikliwiej o konieczności takiej wspomina Bolewski (red. 1994). Według niego zło- ża wtórne to „nagromadzenia kopaliny użytecznej utworzone przez człowieka w rezultacie zbierania odpadów kopalnianych, przetwórczych, technologicznych i innych, gdy nieznany był sposób ich wykorzystania. Uznanie takiego nagromadzenia za złoże wtórne następu- je w chwili przystąpienia do jego wybierania”. Według Niecia (1999, 2010) złoża wtórne są to „sztucznie formowane nagromadzenia substancji mineralnej (zwały, osadniki) mające cechy użytecznych surowców mineralnych, a kwalifikujące się albo do bezpośredniego wy- korzystania albo po odpowiedniej przeróbce. Mogą być one tworzone także przez wydobyte kopaliny, zwłaszcza towarzyszące, niewykorzystane natychmiast np. z powodu zbyt dużej podaży w stosunku do zapotrzebowania”.
Wykorzystanie kopalin towarzyszących zgromadzonych na zwałach staje się możliwe wówczas, gdy odbywa się ono selektywnie. Składowiska nieselektywne prowadząc do wymieszania różnych kopalin, powodują utratę ich przydatności surowcowej ze względu na stan, w jakim zostały zdeponowane. Gromadzenie kopalin o różnych właściwościach powoduje, że przestają one być kopalinami, a stają się „masą skalną” lub „masą ziemną”
o nieokreślonej zazwyczaj przydatności.
Złoża antropogeniczne stwarzają większą szansę na ochronę zasobów kopalin towarzy- szących oraz wykorzystanie ich w sposób dostosowany do potrzeb i wymagań dostawcy.
Umożliwiają też uniezależnienie poziomu dostaw gromadzonej kopaliny od poziomu wydo- bycia. Dodatkowym plusem jest znajomość charakterystyki surowcowej kopaliny zgroma-
dzonej w złożach wtórnych. Sprzyjają też ochronie środowiska naturalnego poprzez zanie- chanie eksploatacji kopalin z innych złóż.
Problem złóż antropogenicznych wpisuje się w obszar zagadnień związanych z racjo- nalną gospodarką zasobami surowców mineralnych. Według Niecia (1999) kopaliny w nich gromadzone winny posiadać:
y właściwości surowcowe decydujące o ich użyteczności, a poza tym odznaczające się jednorodnością i stabilnością;
y zasoby i warunki zalegania umożliwiające podjęcie eksploatacji.
Powstanie i funkcjonowanie złóż antropogenicznych według Wiśniewskiego (2003) i Ubermana (2012) wymaga odrębnych nakładów finansowych. Są one związane z:
y przygotowaniem inwestycji;
y tworzeniem i utrzymaniem złóż (selektywna eksploatacja kopalin towarzyszących i selektywne ich składowanie, formowanie i utrzymanie bryły złoża, koszty zała- dunku);
y likwidacją obiektu i infrastruktury, rekultywacją terenu.
Złoża antropogeniczne winny być analogicznie jak nagromadzenia naturalne kopalin, ujmowane w bilansie zasobów kopalin. Ich lokalizację należy także uwzględniać w planach zagospodarowania przestrzennego jednostek administracyjnych kraju.
Jak dotąd zasad budowy złóż antropogenicznych nie regulują wyraźnie sformułowane przepisy prawne. Również nie określają one sposobów rozpoznania i wydobywania zgro- madzonych kopalin (Sałaciński 2006).
Zagospodarowanie kopalin towarzyszących ze złóż antropogenicznych bywa uwarunko- wane sytuacją „surowcową” w mikro- czy makroregionie. Jak już wspomniano, decydującą rolę odgrywa tutaj stopień rozpoznania bazy surowców mineralnych zlokalizowanych poza obszarami złóż węgla oraz wynikające stąd możliwości (lub ich brak) zabezpieczenia po- trzeb przemysłu mineralnego. Obecność i funkcjonowanie złóż antropogenicznych może służyć rozwiązaniu tego problemu (Nieć i Uberman 1995; Uberman 2012).
Tworzenie złóż wtórnych powinno umożliwić planowanie dalszej działalności gospo- darczej okręgów górniczych z chwilą ustania eksploatacji węgla brunatnego. W rozważa- niach na temat „co dalej po węglu brunatnym?” coraz ważniejsze zdaje się być powiązanie problematyki kompleksowego wykorzystania kopalin towarzyszących z planami rewitaliza- cji obszarów pogórniczych. Zupełnie realnie, aczkolwiek w mniejszej skali, można w nich upatrywać szansy przedłużenia działalności gospodarczej tych obszarów. Istnienie tych złóż daje szansę różnorakich korzyści. Są nimi:
y przedłużenie działalności i funkcjonowania dzisiejszych zagłębi paliwowo-energe- tycznych przy założeniu zmiany profilu, a także rodzaju produkcji;
y stworzenie bazy surowcowej w celu powstania zakładów przetwórczych, wykorzy- stujących zgromadzone kopaliny;
y dalsze wykorzystanie infrastruktury i zmniejszenie strat wynikających z jej powsta- wania, a także ograniczenie napięć społecznych i demograficznych w rejonach loka- lizacji złóż po wyeksploatowaniu kopaliny głównej.
Cechą różniącą złoża antropogeniczne od nagromadzeń o charakterze pierwotnym (na- turalnym) jest możliwość zaistnienia procesów prowadzących do zmiany charakteru surow-
cowego nagromadzonego w nich materiału skalnego. Wynikać to może stąd, że transport kopaliny, sposób jej gromadzenia, interakcje pomiędzy składnikami stają się stymulatorami zmiany ich składu mineralnego, chemicznego czy uziarnienia, a więc cech determinujących właściwości surowcowe. Szczególnie ważne mogą być transformacje związane z oddziały- waniem warunków atmosferycznych. Kopaliny są wówczas poddane złożonym procesom zachodzącym w strefie hipergenezy. W takiej sytuacji prawidłowość gospodarowania zło- żem wtórnym wymaga bieżącej kontroli jakości surowcowej zgromadzonej kopaliny. Zwró- cili uwagę na te zjawiska m.in. Kosk i Kozula (2003). Przeprowadzili oni analizę zawartości CaO w profilu pionowym złoża antropogenicznego kredy jeziornej w Bełchatowie. Do głę- bokości 4 metrów zawartość ta wynosiła około 48% wag., niżej (4–8 metrów) była podobna, natomiast głębiej (poniżej 8 metrów) malała do 25% wag. (jej minimalna zawartość wyno- siła nawet około 18% wag.). Wskazuje to na spadek ilości tego składnika, decydującego o przydatności surowcowej kredy jeziornej wraz z głębokością zalegania.
Uzasadnienie słuszności tworzenia złóż wtórnych kopalin towarzyszących znalazło po- twierdzenie poprzez analizy ekonomiczne różnych wariantów organizacyjnych zmierzają- cych do rozwiązania tego problemu (Pajda i Ratajczak 1998, 2001b). Były nimi:
y selektywna eksploatacja tych kopalin i ich bezpośrednia sprzedaż;
y selektywna eksploatacja, gromadzenie w złożach wtórnych a następnie sprzedaż;
y selektywna eksploatacja, gromadzenie kopaliny na złożu wtórnym, poddanie proce- som uzdatniania, a także przetwarzania technologicznego celem uzyskania gotowych produktów do sprzedaży.
Z przedstawionych wariantów najbardziej uzasadniony ekonomicznie okazał się ostat- ni. Proces zagospodarowania kopalin towarzyszących wskazuje, że lepsze wyniki ekono- miczne uzyskuje się w przypadku ich wykorzystania drogą własnego (przez użytkownika) wzbogacenia i przetworzenia. Takie rozwiązanie posiada też inną istotną cechę – umożliwia planowany sposób rozwiązania problemu tych kopalin przez dłuższy czas, również w przy- szłości. Ich zasoby są na tyle duże, że nawet w sytuacji gromadzenia na złożach wtórnych stosunkowo niewielkich ich części, istnieje możliwość zapewnienia ciągłości funkcjono- wania zakładów przeróbczych przez dłuższy czas. Podjęcie decyzji o uruchomieniu takiej działalności wymaga jednak dodatkowych inwestycji.
5. ranking znaczenia i kolejność udostępniania złóż węgla brunatnego
Prace nad monografią wymagały podjęcia decyzji i zaproponowania rozwiązania dwóch problemów. Były nimi:
y wybór rodzaju klasyfikacji złóż i nagromadzeń węgla brunatnego w Polsce, stano- wiący podstawę dla dokonania charakterystyki zalegających w nich kopalin towa- rzyszących;
y selekcja i kwalifikacja odmian kopalin towarzyszących zalegających w tych złożach w celu przeprowadzenia ich charakterystyki surowcowej.
W powojennej historii polskiego górnictwa i geologii węgla brunatnego kilkakrotnie podejmowane były próby klasyfikacji złóż i nagromadzeń tej kopaliny. Trzeba przy tym pamiętać, że obok złóż „czynnych” – eksploatowanych według Kasińskiego i in. (2016) na terenie naszego kraju zarejestrowane zostały 163 niezagospodarowane dotąd nagromadzenia węgla brunatnego o charakterze złożowym. W 84 z nich zasoby zostały udokumentowane, a 79 to obszary perspektywiczne. Zdaniem autorów ich lokalizacja na terenie kraju obejmuje osiem rejonów (rys. 1.3).
Autorami klasyfikacji krajowych jego złóż i nagromadzeń węgla brunatnego są m.in.
Ney (1984); Ciuk i Piwocki (1991) oraz Kasiński i Piwocki (1992, 1993). Autorzy ci przy
Rys. 1.3. Występowania węgla brunatnego w Polsce z zaznaczeniem rejonów według Kasińskiego i in. (2016)
Objaśnienia: A – rejon bełchatowski, B – rejon koniński, C – rejon legnicki, D – rejon łódzki, E – rejon północno-zachodni, F – rejon radomski, G – rejon wielkopolski, H – rejon zachodni
