Geological conditions of borehole sulphur mining using the underground smelting method

• Autorzy: Sermet Edyta , Nieć Marek , Bokwa Przemysław

Identyfikatory

DOI

10.24425/gsm.2021.139740

Warianty tytułu

PL

Geologiczne uwarunkowania eksploatacji siarki metodą podziemnego wytapiania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Native sulphur deposits mined using the underground melting method are characterized by a complex structure, which is the result of the many geologic processes which led to their formation. The resource utilization rate and the consumption of hot water per ton of sulphur are the main criteria of mining effectiveness. They depend on the porosity and permeability of the rocks forming the deposit, the content and mode of occurrence of sulphur (ore texture), and the distribution of rocks with these varying features. Good recognition of geological and hydrogeological deposit features, exploitation results, is important for formulating the rules of controlling the course of exploitation in order to achieve the best recovery of sulphur with the lowest possible water consumption and to reduce operating costs. Sulphur deposits are characterized by great local and directional variations in their structure and hydrogeological parameters. This makes the melting process irregular. The flow of hot water and melted sulphur is facilitated in certain directions. As a result, the shape, and distribution and form of exploited parts of the deposit are highly variable. Full information about the deposit is necessary for the proper understanding and prediction of processes that occur in the deposit during sulphur melting, for forecasting its effects, and for controlling the exploitation process. This information is obtained through the lithological description of core samples from exploratory and exploitation boreholes, geophysical borehole logging, and surface seismic surveys.

PL

Polskie złoża siarki rodzimej obecnie eksploatowane są metodą podziemnego wytapiania. Charakteryzują się dość skomplikowaną budową wewnętrzną, będącą wynikiem formujących je procesów geologicznych. Przy stosowaniu metody podziemnego wytapiania szczególnie ważne jest jak najbardziej szczegółowe rozpoznanie cech geologicznych i hydrogeologicznych złoża, mających istotny wpływ na wyniki prowadzonej eksploatacji. Znajomość tych cech jest ważna dla sformułowania zasad kontroli przebiegu eksploatacji, w celu uzyskania jak najlepszego odzysku siarki przy jak najmniejszym zużyciu wody oraz dla obniżenia kosztów prowadzonej eksploatacji. Wskaźnik wykorzystania zasobów i zużycie gorącej wody na tonę siarki to główne kryteria efektywności wydobycia. Zależą one od następujących cech wykształcenia serii złożowej: porowatości i przepuszczalności skał tworzących złoże, zawartości, rodzaju i sposobu występowania siarki oraz od rozmieszczenia w przestrzeni złoża skał o zróżnicowanych tych cechach. Złoża siarki rodzimej charakteryzują się dużą lokalną i kierunkową zmiennością budowy wewnętrznej oraz parametrów hydrogeologicznych. Sprawia to, że proces topienia jest nieregularny, to znaczy ułatwiony jest przepływ gorącej wody i stopionej siarki w określonych, uprzywilejowanych kierunkach. W efekcie, kształt i rozmieszczenie oraz forma eksploatowanych części złoża są bardzo zmienne. Pełna informacja o złożu jest niezbędna do prawidłowego zrozumienia i przewidywania procesów zachodzących w złożu w czasie prowadzenia podziemnego wytapiania siarki, prognozowania jego skutków oraz sterowania przebiegiem eksploatacji. Uzyskuje się ją na podstawie opisu litologicznego próbek rdzeniowych z odwiertów, geofizycznej rejestracji w otworach wiertniczych oraz powierzchniowych badań sejsmicznych.

Słowa kluczowe

EN

sulphur deposit; geological conditions; mining conditions; borehole exploitation

PL

eksploatacja otworowa; złoże siarki; warunki geologiczne eksploatacji; warunki górnicze eksploatacji

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 37, z. 4
• Strony: 55--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 63 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Sermet Edyta

• AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0360-9642

autor

Nieć Marek

• Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6689-034X

autor

Bokwa Przemysław

• KD SA w Sandomierzu, Sandomierz, Poland

Bibliografia

• [1] Arens et al. 1977 – Arens, W.Ż., Winogradow, Ł.S., Gajdin, A.M., Grinberg, M.I., Podchaluzin, W.S. and Filenko, G.D. 1977. Development and implementation of technologies of underground smelting of sulfur (Razrabotka i osvoenie tekhnologii podzemnoy vyplavki sery). Moskwa: Ministerstwo Chimiczeskoj Promyszlennosti SSSR, Gaurdakskij Zawod, Nedra (in Russian).
• [2] Arens, W.Ż. and Gajdin, A.M. 1978. Geological and hydrogeological basis of geotechnological methods of mining (Geologo-gidrogeologicheskiye osnovy geotekhnologicheskikh metodov dobychi poleznykh iskopayemykh). Moskwa: Ministerstwo Chimiczeskoj Promyszlennosti SSSR, Gaurdakskij Zawod, Nedra, p. 215 (in Russian).
• [3] Bąbel et al. 2015 – Bąbel, M., Olszewska-Nejbert, D., Nejbert, K. and Ługowski, D. 2015. The Badenian evaporative stage of the Polish Carpathian Foredeep: sedimentary facies and depositional environment of the selenitic Nida Gypsum succession. [In:] 31st IAS Meeting of Sedimentology. Kraków: Polish Geological Society, pp. 25–49.
• [4] Badawika, D. 1979 The size of the melting zone in deposits of varying permeability (Wielkość strefy wytopu w złożach o różnej przepuszczalności). Conference publication: Problems related to exploitation (Problemy otworowej eksploatacji złóż siarki o niskiej wodochłonności). [In:] Problems related to exploitation of sulfur deposits with low water holding capacity (Problemy otworowej eksploatacji złóż siarki o niskiej wodochłonności). Tarnobrzeg: BOINTiE Przemysłu Siarkowego, pp. 1–14 (in Polish).
• [5] Bokwa, P. and Kasztelewicz, Z. 2019. Sulphur mining using Frasch method by the example of “Basznia 1” deposit (Technologia wydobycia siarki metodą otworową na złożu „Basznia 1”). Górnictwo Odkrywkowe 59(6), pp. 51–59 (in Polish).
• [6] Cielenkiewicz, M. and Głąb, W. 1972. Method for forecasting exploitation indexes for sulfur extraction when using underground smelting system (Metoda prognozowania wskaźników eksploatacyjnych przy wydobyciu siarki systemem podziemnego wytopu). Odwadnianie kopalń i geotechnika 4, pp. 67–75 (in Polish).
• [7] Dec, J. 2008. Seismic monitoring of the borehole exploitation of sulfur deposits (Sejsmiczny monitoring otworowej eksploatacji złóż siarki). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 24(2/3), pp. 199–213 (in Polish).
• [8] Dec, J. 2012. High-resolution seismic surveys to identify the Osiek sulfur deposit and to determine dynamic changes occurring as a result of mining (Wysokorozdzielcze badania sejsmiczne w celu rozpoznania złoża siarki Osiek oraz określania zmian dynamicznych zachodzących w wyniku eksploatacji). Kraków: AGH (in Polish).
• [9] Filcek, M. 1992. Protection against hazards associated with borehole sulfur mining (Badania nad zwalczaniem zagrożeń towarzyszących otworowej eksploatacji złóż siarki), Zesz. Nauk. AGH, Górnictwo 1489, 16(4), pp. 249–253) (in Polish).
• [10] Flisiak, J. 1993. Prediction of the impact of borehole sulfur mining on rock mass deformations (Prognozowanie wpływu eksploatacji otworowej złóż siarki na deformacje górotworu). Zesz. Nauk. AGH, Górnictwo 1526, 17(3), pp. 163–183 (in Polish).
• [11] Górecki, J. 1973. The microtectonics of the sulfur deposit in Jeziórko near Tarnobrzeg (Przyczynek do mikrotektoniki złoża siarki w Jeziórku k. Tarnobrzega). Zesz. Nauk. AGH, Geologia 361, 17, pp. 157–163 (in Polish).
• [12] Górecki, J. 1998. Impact of the geological structure of the overburden of the Jeziórko sulfur deposit on borehole exploitation conditions (Wpływ budowy geologicznej nadkładu złoża siarki Jeziórko na warunki eksploatacji otworowej). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 14(2), pp. 13–27 (in Polish).
• [13] Górecki, J. and Sermet, E. 2019. Consuming resources of sulphur deposits mined by underground melting (Zużycie zasobów złóż siarki podczas eksploatacji metodą podziemnego wytapiania). Górn. Odkr. – Surface mining 1, pp. 11–17 (in Polish).
• [14] Gutman, E. and Kwiecień, K. 1992. Polish sulfur (Polska Siarka). Warszawa: Zakład Wyd.-Usługowy Adam Konieczny (in Polish).
• [15] Hajdo et al. 2007 – Hajdo, S., Klich, J. and Galiniak, G. 2007. Ecological and technological success in 40 years history of sulphur mining in Poland (Ekologiczne i technologiczne osiągnięcia w 40-letniej historii górnictwa otworowego siarki w Polsce). Górnictwo i Geoinżnieria 31(3/1), pp. 199–215 (in Polish).
• [16] Haynes, W. 1959. Brimstone, the Stone That Burns: the Story Of The Frasch Sulphur Industry. N. York: Princeton [etc.]: D. Van Nostrand Company, Inc., cop.
• [17] Jarzyna, J. and Bała, M. 2000. Measurements and interpretation of well logs in the Jeziórko sulphur deposit, Tarnobrzeg. Poland. Geological Quarterly 44(2), pp. 157–166.
• [18] Kaliszak, A. 1984. Modeling of the borehole sulfur mining process (Modelowanie procesu eksploatacji złóż siarki metodą otworową). Prace Inst. Inżynierii Chemicznej Polit. Warszawskiej XIII , 2. Warszawa: University of Technology, p. 237 (in Polish).
• [19] Kirejczyk, J. 1996. Borehole mining systems of sulfur deposits (Systemy otworowej eksploatacji złóż siarki). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 12(2), pp. 263–277 (in Polish).
• [20] Klich, J. 1990. A method of directing hole exploitation of sulfur and stabilization of the process in the basic production section of the mine – the control room AKP (Metoda kierowania otworową eksploatacją siarki i sta bilizacja procesu w podstawowym ogniwie produkcyjnym kopalni – sterowni AKP). Zeszyty Naukowe AGH. Górnictwo 151. Kraków: AGH, p. 105 (in Polish).
• [21] Kokesz, Z. and Nieć, M. 1975. The variability of water production and consumption in the Field I of the Jeziórko mine and its relationship with the use of the deposit (Zmienność produkcji i zużycia wody na polu I kopani Jeziórko i jej związek z wykorzystaniem złoża). Siarka, Zesz. Nauk. Techn. OBR Przemysłu Siarkowego Siarkopol, pp. 43–52 (in Polish).
• [22] Krajewski, R. 1970. Dynamics of sulfur and water flow in borehole mining and its influence on selected accidents and the utilization of the field (Dynamika przepływu siarki i wody ws. eksploatacji otworowej i jej wpływ na pewne przypadki awarii i na wykorzystanie złoża). Ochrona Terenów Górniczych 12, pp. 5–8 (in Polish).
• [23] Krajewski, R. 1972. The range of borehole sulfur smelting (Zasięg otworowego wytapiania siarki). Zesz. Nauk. AGH, pp. 5–18 (in Polish).
• [24] Krajewski, R. 1973. Geological problems of borehole sulfur mining (Problemy geologiczne w górnictwie otworowym siarki). [In:] Problems related to borehole exploitation of solid minerals (Problemy eksploatacji otworowej surowców stałych). Katowice: Wyd. Śląsk (in Polish).
• [25] Krajewski, R. 1987. Sulfur smelting process during borehole exploitation: a synthetic view (Proces wytopu siarki przy eksploatacji otworowej w ujęciu syntetycznym). [In:] The ‘Osiek’ sulfur mine and the current problems of sulfur borehole mining (Zagadnienia kopalni siarki „Osiek” w świetle aktualnych problemów górnictwa otworowego siarki). Chancza: BOINTiE Przemysłu Siarkowego, pp. 115–145 (in Polish).
• [26] Krajewski, R. and Michalski, A. 1975. Water consumption and deposit utilization during underground sulfur smelting (Zużycie wody i wykorzystanie złoża przy podziemnym wytapianiu siarki). Zesz. Nauk. AGH, Górnictwo, pp. 7–14 (in Polish).
• [27] Kubica, B. 1978. The possibility of estimating geological parameters important for underground sulfur smelting in the forefield of the mining area (O możliwości prognozowania istotnych dla podziemnego wytapiania siarki parametrów geologicznych na przedpolu eksploatacji). Biul. IG 309, pp. 147–174 (in Polish).
• [28] Kubica, B. 1992. Lithofacial development of the Badenian chemical sediments in the northern part of the Carpathian Foredeep. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego 133, pp. 1–64.
• [29] Maciaszek et al. 1979 – Maciaszek, J., Szewczyk, J. and Nieć, M. 1979. Proposal for determining resources, losses and the use of sulfur deposits exploited using underground smelting method (Propozycja określania zasobów, strat i wykorzystania złóż siarki eksploatowanych metodą podziemnego wytapiania). Górnictwo 3(3), pp. 273–285 (in Polish).
• [30] Maciaszek i in 1990 – Maciaszek, J., Szewczyk, J. and Nieć, M. 1990. Evaluation of the utilization of sulfur deposits based on land deformation in borehole sulfur mining post-exploitation areas (Ocena stanu wykorzystania złoża siarki eksploatowanego metodą otworową na podstawie poeksploatacyjnych deformacji powierzchni). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 6(4), pp. 687–707 (in Polish).
• [31] Marcinowski, R. and Kaliszak, A. 1979. Mathematical model of heat transfer during borehole sulfur mining. Examination of sulfur wells (Model matematyczny ruchu ciepła przy eksploatacji siarki metodą otworową. Badanie identyfikacyjne otworów wydobywczych siarki). Warszawskie Centrum Studenckiego Ruchu Naukowego, pp. 47–64 (in Polish).
• [32] Merlicz, B.W. and Dacenko, N.M. 1976. The conditions for the formation of sulfur ores of the Rozdol deposit (Usloviya obrazovaniya sernykh rud Rozdol’skogo mesto Rozhdeniya). Izdatel’skoye obyedineniye Vishcha shkola, Lwów (in Russian).
• [33] Michalski, A. 1973. The results of modeling studies on the influence of selected geological and technological factors on the course a (Wyniki badań modelowych nad wpływem niektórych czynników geologicznych i technologicznych na przebieg i efekty otworowej eksploatacji siarki). [In:] Problems of borehole exploitation of solid minerals (Problemy otworowej eksploatacji surowców stałych). Katowice: Wyd. Śląsk, pp. 101–136 (in Polish).
• [34] Michalski, A. 1974. The process of underground sulfur smelting in the light of modelling studies (Proces podziemnego wytapiania siarki w świetle badan modelowych). Kraków: AGH (in Polish).
• [35] Nieć, M. 1969a. Types of sulfur ore textures and their impact on the ore during the smelting process (Typy tekstur rud siarki i ich wpływ na zachowanie się rudy w trakcie wytapiania). Technika Poszukiwań Geologicznych 30, pp. 34–38 (in Polish).
• [36] Nieć, M. 1969b. The impact of selected geological factors on the effects of sulfur smelting (Wpływ niektórych czynników geologicznych na efekty wytapiania siarki z rudy). Zesz. Nauk. AGH, Special issue: Scientific issues related to sulfur exploitation and production, pp. 15–23 (in Polish).
• [37] Nieć, M. 1970. Morphology of the top surface of sulphur deposits and its influence on microtectonic deformations of rocks forming the overburden (Morfologia stropu złóż siarki i jej wpływ na mikrotektonikę skał nadkładu). Annales Societatis Geologorum Poloniae XL(2), pp. 325–342 (in Polish).
• [38] Nieć et al. 1972 – Nieć, M., Michalski, A., Górecki, J. and Rybicki, S. 1972. Optimizing borehole sulfur mining based on geological and modeling data (Zagadnienie optymalizacji eksploatacji siarki metodą otworową na podstawie danych geologicznych i modelowych). Przegląd Geologiczny – Polish Geological Review 20(7), pp. 322–329 (in Polish).
• [39] Nieć, M. 1975. Water consumption per ton of sulfur during exploitation using underground smelting method (Zużycie wody na tonę siarki przy eksploatacji metodą podziemnego wytapiania). Zesz. Nauk. AGH, Górnictwo, pp. 63–71 (in Polish).
• [40] Nieć, M. 1977a. The methodology of exploration of sulphur deposits prepared of mining by underground melting (Metodyka rozpoznawania złóż siarki na potrzeby eksploatacji otworowej). Zesz. Nauk. AGH, Geologia 3(2), pp. 5–81 (in Polish).
• [41] Nieć, M. 1977b. Geological conditions of exploitation of Mexican sulfur deposits (Warunki geologiczne eksploatacji meksykańskich złóż siarki). [In:] Current problems of borehole sulfur mining (Aktualne problemy otworowej eksploatacji siarki). Tarnobrzeg, pp. 1–25 (in Polish).
• [42] Nieć, M. 1984. The condition of the sulfur deposit after exploitation using underground smelting method (Stan poeksploatacyjny złoża siarki objętego podziemnym wytopem). [In:] Górnictwo Surowców Chemicznych. Zbiorniki podziemne. Środowisko naturalne. Mat. Sympozjum (Conference materials). Kraków, Poland, pp. 621–629.
• [43] Nieć, M. 1986. Sulfur deposits transforming processes (Procesy transformujące złoża siarki). Przegląd Geologiczny 34(7), pp. 366–374 (in Polish).
• [44] Nieć, M. 1992a. Geological conditions of mining of sulfur deposits using underground smelting method. Current state and directions of development of borehole methods in the exploitation of solid raw materials (Geologiczne warunki eksploatacji złóż siarki metodą podziemnego wytapiania. Stan aktualny i kierunki rozwoju metod otworowych w eksploatacji surowców stałych). Kraków, Poland (in Polish).
• [45] Nieć, M. 1992b. Native Sulfur Deposits in Poland. [In:] Native Sulfur, Developments in Geology and Exploration. Littleton: SMME-AIME, pp. 23–50.
• [46] Nieć, M. 1993. Zoning of lithological development and karst phenomena in native sulfur deposits (Strefowość wykształcenia litologicznego i zjawisk krasowych w złożach siarki rodzime). [In:] Konf. nauk. Trzeciorzędowa formacja siarkonośna Zapadliska Przedkarpackiego. Warszawa, p. 34 (in Polish).
• [47] Nieć et al. 2019 – Nieć, M., Sermet, E. and Bokwa, P. 2019. The importance of geological features of native sulphur deposits for managing their exploitation by underground smelting (Znaczenie znajomości budowy wewnętrznej złoża siarki dla prowadzenia eksploatacji metodą otworową). Górnictwo Odkrywkowe 60(2), pp. 12–19 (in Polish).
• [48] Nieć, M. and Szczepańska, J. 1970. Microtectonic disturbances of the Grzybów sulfur deposit and its overburden (Zaburzenia mikrotektoniczne złoża siarki w Grzybowie i jego nadkładzie). Technika Poszukiwań Geologicznych 34, pp. 24–29 (in Polish).
• [49] Pawłowski et al. 1979 – Pawłowski, S., Pawłowska, K. and Kubica, B. 1979. Geology and genesis of the Polish sulfur deposits. Economic Geology 74(2), pp. 475–483.
• [50] Rybicki, S. 1973. Geological and engineering problems of borehole sulfur mining (Geologiczno-inżynierskie problemy otworowej eksploatacji siarki). Zesz. Nauk. AGH, Geologia 20 (in Polish).
• [51] Rybicki, S. 1976. Well logging for the purpose of underground sulfur smelting (O profilowaniu otworów dla potrzeb podziemnego wytapiania siarki). Technika Poszukiwań Geologicznych 15(61), pp. 29–32 (in Polish).
• [52] Schlegel, J. 1975. Characteristics of sulfated limestone reservoir beds in mining fields based on geophysical surveys (Charakterystyka osiarkowanych wapieni serii złożowej na polach górniczych na podstawie badań geofizycznych). Odwadnianie kopalń i geotechnika 7, pp. 59–101 (in Polish).
• [53] Ślizowski et al. 2000 – Ślizowski, K., Nieć, M. and Lankof, L. 2000. Poland’s mineral resources. Chemical raw materials. Sulfur (Surowce mineralne Polski. Surowce chemiczne. Siarka). Edited by R. Ney. Kraków: MEERI PAS (in Polish).
• [54] Smuszkiewicz, K. 1979. Dynamics of development of the Tertiary repression cone at the “Basznia” sulfur mine (Dynamika rozwoju stożka represji poziomu trzeciorzędowego w kopalni siarki „Basznia”). Problemy otworowej eksploatacji złóż siarki o niskiej wodochłonności. BOINTiE Przemysłu Siarkowego, pp. 123–142 (in Polish).
• [55] Stępniowski, A. 1972. Some examples of the effect of geological-mining conditions on the course of the hot water sulphur mining (Przykłady wpływu warunków geologiczno-górniczych na przebieg eksploatacji otworowej siarki). Przegląd Geologiczny 20(231), pp. 329–332 (in Polish).
• [56] Tajduś, A. 1992. Analysis of the impact of selected natural and technical factors on the working conditions of production casings (Analiza wpływu wybranych czynników naturalnych i technicznych na warunki pracy kolumn rur eksploatacyjnych). Zesz. Nauk. AGH, Górnictwo 1489(16), pp. 309–324 (in Polish).
• [57] Uberman, R. 1972. Taking into account the anisotropic factor of the deposit when planning borehole sulfur exploitation (Uwzględnienie współczynnika anizotropii złoża w planowaniu eksploatacji otworowej siarki). Zesz. Nauk. AGH, V(Special), pp. 255–263 (in Polish).
• [58] Uberman, R. 1975. Planning method for selective sulfur exploitation in borehole mines (Metoda planowania selektywnej eksploatacji siarki w kopalniach otworowych). Zesz. Nauk. AGH, Górnictwo, Special issue, pp. 1–152 (in Polish).
• [59] Wilk, J. and Wranka, J. 1976. The impact of geological conditions on the course of heating of a sulfur-bearing reservoir beds during borehole exploitation (Wpływ warunków geologicznych na przebieg nagrzewania siarkonośnej serii złożowej w czasie eksploatacji otworowej). Górnicze Surowce Chemiczne, Biuletyn ZKSChem w Krakowie, pp. 11–16 (in Polish).
• [60] Wranka, J. 1975. The impact of occurrence and location of clay interbeddings in the deposit on selected parameters of the borehole sulfur min (Wpływ występowania i położenia przewarstwień ilastych w złożu na wybrane parametry procesu eksploatacji w otworach kopalni siarki). Odwadnianie kopalń i geotechnika 7, pp. 103–110 (in Polish).
• [61] Wranka, J. 1978. The study on sulfur smelting methods in light of the deposit use (Badania strefy wytopu siarki różnymi metodami w aspekcie wykorzystania złoża). Kraków: AGH (in Polish).
• [62] Wranka, J. 1979. Characteristics of technological water flow in the sulfur deposit (Charakterystyka rozpływu wód technologicznych w złożu siarki). Problemy otworowej eksploatacji złóż siarki o niskiej wodochłonności BOINTiE Przemysłu Siarkowego, pp. 177–190 (in Polish).
• [63] Żakiewicz, B. 1975. Exploitation of bedded sulphur deposits by hydrodynamic method. Sulphur 120, pp. 35–43.