Procedee de extragere - mina

Procedee de extragere - mina

Natura substantei minerale utile, a rocilor inconjuratoare, conditiile de zacamant sunt factori care influenteaza saparea lucrarilor miniere si extragerea substantei minerale utile. Aceste doua etape (saparea l.m. si extragerea s.m.u.) se pot executa prin:

• procedee manuale, cu ajutorul unor unelte simple si ca urmare foarte limitate;
• procedee mecanice cu ajutorul masinilor si instalatiilor miniere;
• procedee de extragere cu explozivi
• procedee speciale (extragerea prin dizolvare, hidromecanizare, gazeificare, etc.)

Saparea lucrarilor miniere si extragerea substantei minerale utile se realizeaza prin urmatoarele operatii: taierea sau dislocarea rocilor, sustinerea excavatiei miniere, incarcarea materialului dislocat si transportul lui la zi.

Operatia de taiere (dislocarea) consta in detasarea rocilor sterile, sau a substantei minerale utile din zacamant, prin procedee specifice naturii rocilor.

Operatia de sustinere a excavatiei se executa in marea majoritate a cazurilor, cu exceptia rocilor compacte si foarte tari.

Operatia de incarcare a materialului dislocat (steril si util) depinde de tipul mijloacelor de transport utilizate in subteran. Se incarca materialul de la locul de productie, sau din punctele de insilozare pentru transportarea lui la zi.

Operatia de transport cuprinde transportul de la locurile de munca la punctele de colectare, apoi pe orizontala sau/si pe verticala, pana la zi. Mijloacele de transport se aleg functie de volumul substantei utile si de volumul de steril ce trebuiesc evacuate. Alegerea acestor mijloace depinde si de natura si cantitatea materialelor folosite in procesul de extractie, precum si de numarul personalului ce trebuie transportat. 

3.1. Extragerea manuala

Taierea sau perforarea manuala se executa cu unelte diferite, functie de natura rocilor in care se lucreaza. In rocile tari se perforeaza cu sfredel de mana, picon-dalta si ciocan. Sfredelul poate avea taisul simplu, sau armat cu aliaje dure.

Rocile moi, friabile se extrag cu lopata, cazmaua si tarnacopul.

Sustinerea manuala se face cu cadre, confectionate cu ajutorul uneltelor manuale (ferastrau,secure) si se monteaza manual.

Incarcarea materialului de pe vatra se face cu lopata, iar transportul se face cu vagonetul, roaba, sau trocul (vas putin adanc, oval sau dreptunghiular, din lemn sau tabla, folosit la incarcarea minereului in vagonet; trocul metalic poate avea manere, capacitate 10-15 kg minereu).

3.2. Extragerea mecanizata

Mecanizarea in subteran cuprinde un complex de operatii ale procesului de productie. Functie de natura rocilor, dar si a substantei minerale utile, taierea in subteran se executa cu masini pneumatice, sau electrice: ciocane de abataj, haveze, combine si excavatoare.

Ciocanul de abataj este utilizat pentru copturirea frontului, sau pentru extragerea materialului in cazul unor excavatii reduse.

Havezele se utilizeaza in cariere, in special in cele de roci ornamentale, unde substanta utila se scoate sub forma de blocuri, dar uneori si la sare.

Combinele sunt utilaje de mare complexitate care executa simultan taierea, incarcarea si evacuarea utilului.

Excavatoarele sunt utilaje complexe utilizate in exploatari la zi pentru extragerea rocilor moi si friabile. In cariere se intalnesc o varietate de tipuri dimensionale si functionale de excavatoare. Alegerea lor se face functie de inaltimea si adancimea maxima de excavare, latimea de excavare, capacitatea cupei, greutatea excavatorului, etc.

3.3. Extragerea cu explozivi

In procesul exploatarii substantelor minerale utile, extragerea cu ajutorul explozivilor ocupa un loc important. Acest procedeu de extragere se bazeaza pe folosirea energiei de explozie pentru detasarea si sfaramarea rocilor din front. Explozia are un efect mai mare, in conditiile in care spatiul in care se produce este mai mic si mai bine inchis.

Ca urmare se perforeaza in roca gauri de mina, care se incarca partial cu exploziv si se supun exploziei. Explozia dezvolta o mare energie, care duce la detasarea si sfaramarea rocilor din front.

Atunci cand se doreste dislocarea unor cantitati foarte mari de roca, se pot folosi gauri de sonda, sau camere de minare (excavatie subterana in forma de camera, in care se introduce explozivul; exista camere mici, care sunt lucrari orizontale, sau putin inclinate, executate in cariera, la baza treptei, cu lungimi de 0,5-0,8 din inaltimea treptei si latimea de pana la 0,5m; camerele mari sunt de mari dimensiuni si accesul la ele se face prin galerii de coasta). Dimensiunea gaurilor de mina este de maxim 5m lungime, cu diametrul de 28-75mm, iar la gaurile de sonda lungimea depaseste 5m lungime -zeci de metri, iar diametrele sunt cuprinse intre 75-300mm.

3.3.1. Perforarea gaurilor de mina

Perforarea gaurilor de mina este o operatie foarte importanta, ca urmare, procedeele de executare a gaurilor de mina au evoluat, odata cu cresterea calitatii explozivilor. Perforarea se executa mecanic prin mai multe procedee: percutanta, rotativa si roto-percutanta.

a. perforarea mecanica percutanta este un procedeu aplicabil in orice tip de roca, cu exceptia celor de tarie foarte mica. Procedeul consta in lovirea succesiva a sfredelului de catre pistonul masinii de perforat, in urma caruia sfredelul patrunde in roca, producand sfaramarea acesteia. Dupa fiecare lovitura, sfredelul se roteste cu un unghi (30-35s), iar roca sfaramata este eliminata din gaura de mina cu ajutorul unui jet de apa, sau cu aer comprimat. Sfredelele sunt bare de otel cu sectiune circulara, hexagonala sau octogonala cu urmatoarele parti: cep, guler, corp si tais (floarea sfredelului). Taisul are forme diferite:dalta, dalta dubla, pentru rocile tari si foarte tari si in cruce sau in X, pentru rocile de tarie medie si moi.

Taisul se armeaza cu aliaje dure pentru marirea eficacitatii perforarii si in acelasi scop se folosesc sfredele cu taisuri detasabile, in forma de dalta, cruce sau rozeta.

b. perforarea mecanica rotativa se utilizeaza la carbune, sau la roci cu rezistenta de rupere la compresiune mica. Perforarea rotativa provoaca aschierea rocii, fragmentele fiind evacuate prin spirala tijei sfredelului. Taisul sfredelului are doua aripi separate printr-o crestatura.

c. perforarea roto-percutanta imbina avantajele metodelor precedente (percutanta si rotativa). Taisul sfredelului are o constructie speciala, asimetrica.

3.3.2. Explozivii industriali

Explozivul este o substanta, sau un amestec de substante, care sub influenta unui impuls exterior (mecanic, termic) are proprietatea sa arda in timp foarte scurt, cu dezvoltarea unei cantitati foarte mari de gaze la temperaturi inalte si care prin destindere executa un lucru mecanic. Acest tip de ardere se numeste explozie.

Prin explozie are loc modificarea fizica si chimica a substantei explozive si transformarea energiei explozivului in lucru mecanic. Gazele formate prin explozie la temperaturi foarte inalte, tind sa ocupe volume mari. In conditiile in care descompunerea are loc in spatii inchise, gazele dezvolta un lucru mecanic foarte mare, capabil sa distruga obstacolele care se opun destinderii lor.

Explozivii folositi in lucrarile miniere sunt explozivi industriali. Aceasta categorie de explozivi dezvolta un lucru mecanic puternic, au stabilitate, se pot manipula usor si in siguranta si reactioneaza sigur la un impuls exterior.

3.3.3. Clasificarea explozivilor

Clasificarea explozivilor se face dupa mai multe criterii, mai importante sunt: conditiile de utilizare, starea fizica si efectul asupra mediului inconjurator.

Dupa conditiile de utilizare:

grupa I- explozivii ordinari folositi la zi si in subteran, in locuri fara pericole de gaze si pulberi explozive;

grupa a II-a - explozivi de siguranta (antigrizutosi, pentru sulf, termorezistenti)

Dupa starea fizica:

explozivi granulari

explozivi pulverulenti

explozivi plastici si semiplastici

geluri (solutii apoase);

Dupa efectul asupra mediului inconjurator (conform normelor noastre):

grupa I - explozivi de mare putere - coeficient de echivalenta 1,3 (dat de raportul dintre potentialul explozivului respectiv si potentialul trotilului) - explozivii pe baza de nitroglicerina, explozivii plastici;

grupa a II-a - explozivi de putere medie - coeficient de echivalenta 1,0 - trotil, tetril, explozivi pe baza de azotat de amoniu, gelurile explozive;

grupa a III-a - explozivi de mica putere - coeficient de echivalenta 0,7 - amestecuri explozive simple, pulberi negre, explozivi de siguranta cu substante inhibitoare;

grupa a IV-a - explozivii slabi - coeficient de echivalenta 0,5 - amestecurile incendiare, artificii, etc.

3.3.4. Explozivi utilizati in minele din Romania

Explozivii ordinari fabricati in Romania sunt pe baza de nitroglicerina si pe baza de azotat de amoniu.

Dinamita este un exploziv pe baza de nitroglicerina. Se prezinta ca o masa plastica de culoare brun-rosiatica si este higroscopica. Sunt omologate mai multe sorturi. Dinamitele au putere mare de rupere si sunt folosite la roci tari si foarte tari. Inconvenientele ridicate sunt: sensibilitate la lovituri, aprindere usoara, pericol de inghet, imbatranirea (cresterea densitatii in timp), cu scaderea capacitatii de explozie.

Astralita este un exploziv pe baza de azotat de amoniu. Are avantajul ca nu prezinta pericol de explozie la lovituri sau zguduituri. Este higroscopica, ceea ce reprezinta un inconvenient, deoarece se altereaza usor si nu prezinta siguranta in explozie.

Explozivi de siguranta pot fi antigrizutosi (se folosesc la minele de carbuni) si fata de praful de sulf.

Explozivi termorezistenti sunt folositi la unele zacaminte de minereuri, in care au loc oxidatii puternice, cu degajari mari de caldura. In aceste conditii se folosesc explozivi speciali care nu explodeaza prematur, la momentul incarcarii gaurilor de mina.

3.3.5. Explozivi utilizati in lucrarile la zi

Cei mai utilizati explozivi sunt: trotilul, azotatul de amoniu in amestecuri explozive simple si gelurile explozive.

Trotilul (trinitrotoluenul -TNT) se prezinta sub forma unor cristale galbene. Prin explozie degaja gaze toxice cu continut ridicat de CO₂, conditie in care nu poate fi folosit in subteran.

Azotat de amoniu in amestecuri explozive simple sunt o categorie de explozivi in care intra: AM-1, nitramonul si AMAL-urile.

AM-1 este un exploziv format din azotat de amoniu in proportie de 94,5% (ingrasamant) si motorina 5,5%. Are sensibilitate scazuta la soc, iar eficacitatea de rupere este echivalenta cu a astralitei.

Nitramonul este tot un amestec de azotat de amoniu, granulat, in proportie de 94% si motorina 6%.

AMAL-ul este un amestec exploziv simplu aluminizat. Pulberea de aluminiu opreste migrarea motorinei si mareste caldura de explozie.

Gelurile explozive sunt amestecuri de azotat de amoniu dizolvat in apa, obtinandu-se solutii suprasaturate. Se adauga granule de trotil si pulberi de aluminium, precum si alte substante pentru consistenta. Avantajele gelurilor sunt: stabilitatea ridicata in medii umede, posibilitatea de incarcare a gaurilor prin pompare sau turnare directa, umpland gaurile, sensibilitate scazuta la actiuni termice si mecanice. 

3.3.6. Mijloace de initiere a explozivilor

Mijloacele de intiere sunt procedee tehnice cu ajutorul carora se formeaza impulsul initial, care provoaca detonarea incarcaturii de exploziv. In categoria mijloacelor de initiere sunt cuprinse: capsele detonante, fitilul Bickford, fitilul detonant, sistemul de initiere Nonel (neelectric)), incarcaturile unitare de initiere.

Capsele detonante sunt formate dintr-un tub inchis la un capat, confectionat din cupru, aluminiu, sau alama, care are in interior o incarcatura de exploziv (incarcatura de initiere).

Fitilul Bickford este utilizat pentru aprinderea capselor. Fitilul este format dintr-un invelis din material vegetal (bumbac, iuta), cu miezul dintr-o pulbere neagra, cu granulatie fina, pentru o ardere cu viteza uniforma.

Sistemul de initiere Nonel consta dintr-un tub Nonel si blocurile de conectare. Tubul este confectionat din material plastic transparent, cu peretele interior acoperit cu un strat subtire de pulbere exploziva.

Incarcaturile unitare de initiere sunt utilizate pentru initierea explozivilor formati din amestecuri explozive simple, sau geluri explozive.

Gaurile de mina se incarca cu exploziv, urmeaza operatia de burare cu argila, nisip cu argila, sau nisip. Burajul are rolul de a acoperi gaura de mina, astfel incat gazele de explozie sa lucreze in spatiu inchis si sa aiba putere de rupere sporita.