Universitatea Tehnică a Moldovei

Facultatea Cadastru, Geodezie şi Construcţii

Catedra Geodezie, Cadastru şi Geotehnică

BAZELE MINERITULUI

Ciclu de prelegeri

Chişinău U.T.M.

2007

2

CZU 553( 075.8) T 23 Prezentul ciclu de prelegeri “Bazele mineritului” este destinat studenţilor de la specialitatea exploatării miniere (IMZM). În prezenta lucrare sunt examinate: principiile, noţiunile conceptuale ale mineritului, factorii de influenţă şi metodele de prospectare, explorare şi exploatare a zăcămintelor de substanţe minerale utile. Autor: C.Tarnovschi Redactor responsabil: conf. univ., dr.C.Tarnovschi Recenzent: lector superior V. Cucoş

DESCRIEREA CIPA A CAMEREI NAŢIONALE A CĂRŢII Tarnovschi, Constantin Bazele mineritului : Ciclu de prelegeri / Constantin Tarnovschi; Univ. Tehn. a Moldovei. Fac. Cadastru, Geodezie şi Construcţii. Catedra Geodezie, Cadastru şi Geotehnică. - Ch. : UTM, 2007. -167 p. Bibliogr. p. 166-167 ( 19tit.) ISBN 978-9975-45-057-7 75 ex .

©U.T.M.,2007 553( 075.8)

3

Cuprins Prefaţă .....................................................................................7 Tema 1. Cunoştinţe generale despre minerit.........................8 1.1.Noţiuni generale despre minerit...........................................8 1.2. Scurt istoric despre dezvoltarea mineritului................................................................................10 1.3.Clasificarea rocilor utile după componenţa chimică...........12 Tema 2. Noţiuni de geologie, prospectare şi explorare a zăcămintelor de substanţe minerale utile ………………14 2.1. Structura pămîntului………………………………………14 2.2. Proprietăţile rocilor şi substanţelor minerale utile……….17 2.3. Zăcăminte de substanţe minerale utile………………..22 2.4. Lucrări de prospectare şi explorare………………………28 Tema 3. Lucrări (excavaţii, construcţii) miniere……………30 3.1 Cunoştinţe generale……………………………………….30 3.2. Lucrări miniere verticale………………………………….32 3.3. Lucrări miniere orizontale………………………………..35 3.4. Lucrări miniere înclinate………………………………….37 3.5. Rampe subterane şi camere……………………………….38 3.6. Lucrări de abataj ………………………………………….41 Tema 4. Noţiuni generale asupra exploatării zăcămintelor de substanţe minerale utile....................................................43 4.1.Noţiuni generale.................................................................43 4.2.Înterprinderea minieră.Mina. Cîmpul minier.......................................................................................43 4.3 Orizont, etaj, subetaj, panou de exploatare.........................48 4.4. Dimensionarea etajelor de exploatare şi ordinea exploatărilor..............................................................................51 Tema 5. Deschiderea zăcămintelor de substanţe minerale utile...........................................................................................53 5.1.Deschiderea zăcămintelor exploatabile în subteran..............53 5.1.1. Deschiderea zăcămintelor de cărbuni...............................53 5.1.1.1. Deschiderea cu galerii de coastă....................................55

4

5.1.1.2. Deschiderea cu puţuri înclinate....................................56 5.1.1.3. Deschiderea cu puţuri verticale....................................57 5.1.1.4. Deschiderea cu metode combinate...............................60 5.1.2. Deschiderea zăcămintelor de minereuri.........................60 5.1.2.1. Deschiderea cu puţuri verticale....................................61 5.1.2.2. Deschiderea cu puţuri înclinate....................................62 5.1.2.3.Deschiderea cu galerii de coastă...................................62 5.1.2.4.Metode combinate de deschidere..................................63 5.2. Deschiderea zăcămintelor exploatabile la suprafată..................................................................................63 5.2.1. Metode de deschidere cu tranşee exterioare...................65 5.2.2. Metode de deschidere cu semitranşee interioare............68 5.2.3. Metode de deschidere cu lucrări miniere subterane.......69 5.2.4. Metode combinate de deschidere...................................69 Tema 6. Pregătirea zăcămintelor de substanţe minerale utile.........................................................................................71 6.1. Pregătirea zăcămintelor exploatabile în subteran..............71 6.1.1. Pregătirea zăcămintelor de cărbuni................................71 6.1.1.1. Pregătirea stratelor cu grosime mică şi medie.............71 6.1.1.3. Clasificarea metodelor de pregătire.............................75 6.1.2. Pregătirea zăcămintelor de minereuri.............................78 6.1.2.1. Pregătirea zăcămintelor de formă filoniană.................78 6.1.2.2. Pregătirea zăcămintelor cu grosime mare....................79 6.2. Pregătirea zăcămintelor exploatabile la suprafaţă.............79 Tema 7. Exploatarea zăcămintelor în subteran....................82 7.1. Exploatarea zăcămintelor de cărbuni .................................83 7.1.1. Clasificarea metodelor de exploatare..............................83 7.1.2. Exploatarea stratelor cu grosime mică şi medie..............84 7.1.3. Exploatarea stratelor cu grosime mare ...........................89 7.1.3.1. Exploatarea stratelor groase în felii orizontale............89 7.1.3.2. Exploatarea stratelor groase în felii înclinate..............94 7.1.3.3. Exploatarea stratelor groase cu surparea cărbunelui şi a rocilor înconjurătoare………………………………………95 7.1.4. Exploatarea cărbunilor prin gazificare...........................98

5

7.2. Exploatarea zăcămintelor de minereuri............................102 7.2.1. Clasificarea metodelor de exploatare............................102 7.2.2. Metode de exploatare cu goluri remanente...................105 7.2.3. Metode de exploatare cu înmagazinarea minereului în spaţiul exploatat......................................................................109 7.2.4. Metode de exploatare cu rambleerea spaţiului exploatat..................................................................................112 7.2.5. Metode de exploatare cu susţinerea spaţiului exploatat..115 7.2.6. Metode de exploatare cu susţinerea şi rambleerea spaţiului exploatat.....................................................................115 7.2.7. Metode de exploatare cu surparea rocilor înconjurătoare..........................................................................118 7.2.8. Metode de exploatare cu surparea minereului şi a rocilor înconjurătoare...............................................................120 7.2.9. Metode speciale de exploatare.......................................121 Tema 8. Exploatarea zăcămintelor în carieră.......................126 8.1. Metode de exploatare cu depunerea directă a sterilului în halde interioare.....................................................127 8.2. Metode de exploatare cu transbordarea rocilor sterile la halde..........................................................................129 8.3. Metode de exploatare cu transportul rocilor sterile la halde.........................................................................129 8.4. Metode de exploatare combinate.......................................131 Tema 9. Aeraj minier..............................................................132 9.1. Compoziţia aerului.....................................................................132 9.2. Parametrii climatului minier.......................................................134 9.3. Scheme de aeraj.........................................................................136 Tema 10. Metode de exploatare a zăcămintelor nemetalifere............................................................................139 10.1. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere subţiri şi cu grosime medie......................................................................139 10.2. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere cu grosime mare........................................................................................142 Tema 11. Exploatarea rocilor ornamentale în subteran......148

6

11.1. Noţiuni generale.............................................................148 11.2 Deschiderea zăcămintelor de roci ornamentale................151 11.3. Metoda de exploatare cu camere şi stîlpi abandonaţi cu secţiunea pătrată.................................................................153 11.4. Varianta de exploatare cu perforare –ştanţare.................156 11.5. Varianta de exploatare cu xaveze.....................................158 11.6. Varianta cu filou diamantat.............................................161 11.7. Metoda de exploatare cu camere şi stîlpi abandonaţi cu secţiunea dreptunghiulară ...................................................161 Bibliografie.............................................................................166

7

Prefaţă Prezentul ciclu de prelegeri „Bazele mineritului” urmăreşte scopul de a-i ajuta pe studenţii de la specialitatea exploatări miniere (IMZM) şi topografie minieră să cunoască principiile şi noţiunile conceptuale ale mineritului, să-şi formeze o gîndire inginerească cmplet coerentă şi critică în ceea ce priveşte certitudinea unei exploatări miniere economă şi fără pericol. În conformitate cu programul de învăţămînt lucrarea cuprinde 11 teme care reflectă fundamentele teoretice şi practice ale activităţii inginereşti pivind prospectarea, exporarea şi exploatarea zăcămintelor de substanţe minerale utile. Fiecare temă a cursului debutează cu enunţarea planului şi a unui set de obective de studiu, care scoate în evidenţă concepţiile fundamentale asfel încît să ajute studentului la însuşirea materialului respectiv şi la pregătirea pentru susţinerea examenului. Prudenţa şi stăruinţa la însuşirea acestui curs le va permite cunoaşterea metodelor eficiente de deschidere, pregătire, evaluare şi exploatare a rocilor minerale utile în subteran şi la suprafaţă.

8

Tema 1. Cunoştinţe generale despre minerit [9,14,16] 1.1.Noţiuni generale despre minerit 1.2. Scurt istoric despre dezvoltarea mineritului 1.3.Clasificarea rocilor utile după componenţa chimică 1.1.Noţiuni generale despre minerit Minerit se numeşte ramura ştiinţei şi tehnicii care cuprinde procesele de extragere a substanţelor minerale utile din scoarţa terestră. Extracţia substanţelor minerale utile solide din zăcămînt se înfăptuieşte prin lucrări miniere subterane sau de suprafaţă numite lucrări la zi sau exploatări la zi. Extragerea substanţelor minerale solide din adîncimi mari se face prin mine.Minele destinate exploatării subterane a diferitor bogăţii sunt nişte înterprinderi subterane, de exemplu pentru extragerea pietrei de calcar poros,cărbunelui,minereurilor, sării, asbestului etc. Unele mine au o adîncime de peste 1км, iar galeriile lor se întind în subsol la distanţe de mulţi km. Construcţia unei mine, sau cum îi spun minerii „săparea„ ei începe, de obicei cu săparea a două fîntîni verticale cu diametru de 7-9 metri numite găuri de mină.Prin una din aceste găuri se ridică la sprafaţă (în nişte cutii de oţel numite schipuri), substanţa minerală utilă; tot prin ea sunt coborîte în mină materialele şi utilajul necesar.

9

Tot în această gură de mină sunt insalate ascensoare speciale numite colivii,pentru ridicarea oamenilor din mină şi conducte pentru ridicarea aerului poluat şi a apei. A doua gură de mină numită, gură de aegraj serveşte pentru alimentarea minei cu aer curat precum şi coborîrea muncitorilor în mină (tot în colivii).Săparea găurilor de mină (fîntînilor) se face prin mai multe metode, dar cea mai răspîndită este săparea de sus în jos prin procedeul de explodare. Pentru aceasta în rocă se forează nişte găuri înguste de adîncime mică,în care se întroduce substanţa explozivă.Prin explodarea şi îndepărtarea treptată a rocii, gura de mină se adînceşte. Pentru a preveni surparea pe măsura adîncimii găurii de fîntînă pereţii acesteia se betonează sau se fixează cu ajutorul tiubingurilor (inele de fontă). Rampele subterane.Cînd fîntînele ajung pînă la zăcămîntul de substanţă minerală utilă în mină se coboară combinele miniere de înaintare. Acestea sapă în apropierea fîntînelor de mină excavaţii miniere auxiliare (capitale) numite rampe subterane. După săparea rampelor subterane se sapă, de-a lungul stratului de mineral util, două galerii paralele – una de transport iar alta de aeraj. Galeria de transport este magistrala principală pentru transportarea substanţelor minerale utile. Galeria de aeraj serveşte pentru deplasarea oamenilor şi circulaţia aerului curat. Parcelele cîmpului minier.De la galeriile de trasport şi aeraj se sapă în diferite direcţii alte galerii (ştrecuri) care străbat zăcămîntul şi împart cîmpul minier în parcele – 1, 11,111,1V,V... Tavanul şi pereţii galeriilor sunt susţinute cu ajtorul unor bîrne,stîlpi,scuturi, scînduri de lemn sau rampe din beton armat şi oţel, cu susţineri mecanizate (mobile).

10

Frontul de abataj. Sectoarele, unde minereul util se disprinde din strat,constitue frontul de abataj.În abataj lucrează diferite maşini miniere,pluguri de abataj,maşini de havat (de tăiat) etc. Transportul substanţelor minerale utile. Substanţele minerale utile sunt transportate din mină cu ajutorul transportoarelor (conveierelor) sau cu vagonete remorcate de locomotive electrice miniere. Prin fîntîna principală substanţa minerală utilă se ridică la suprafaţă. La suprafaţa pămîntului materialul util este încărcat în vagone şi este îndreptat la staţiile de cale ferată. Roca sterilă, extrasă în timpul săpării găurilor de mină şi a ştrecurilor (de formă conică), se foloseşte pentru astuparea rîpilor. Uneori roca sterilă este lăsată în subsol astupîndu-se cu ea sectoarele lucrate. Roca exploadată pote fi transporată din subsol prin galerii înclinate cu autobasculante puternice,care se încarcă cu ajutorul încărcătoarelor direct în abatajul minier. 1.2.Scurt istoric despre dezvoltarea mineritului Primele mine au apărut în timpuri vechi. Din aceste mine se extrăgea silex – material din care se confecţionau tăiuşuri de topoare,cuţite ,vîrfuri de săgeţi; bucăţile de silex erau dispărţite din masiv cu ajutorul unor unelte primitive din piatră. În timpul societăţii sclavagiste uneltele din piatră se înlocuiesc cu cele din bronz. Se desfăşoară extracţia minereurilor din cupru,de staniu, a aurului, argintului, începe exploatarea zăcămintelor de petrol, asfalt şi de alte substanţe minerale utile. În perioada feodalismului mineritul se perfecţionează considerabil.

11

În secolul 15–16 minereul începe să fie ridicat la suprafaţă, folosind tracţiunea de cai şi roata hidraulică,iar apa este evacuată din excavaţiile subterane cu ajutorul pompelor. Ulterior la executarea acestor lucrări a fost folosită maşina de abur.Devine posibilă extracţia de la adîncimi de circa 150m. În vremea aceea a fost inventată flotaţia – unul dintre procedeele de îmbogăţirie a substanţelor minerale utile. Acest pocedeu permite extragerea substanţelor preţioase chiar şi din minereurile sărace. Mineritul,sau,cum se mai numea în sec. 16, arta minieră se studia la aşa – numitele şcoli de mine.În acest timp apar primele culegeri de îndrumări pentru minerit, printre care sunt lucrările lui M.V. Lomonosov: „Primele baze ale metalurgiei, sau ale mineritului„ şi “Despre stratele pămînteşti “ . O nouă etapă în dezvoltarea mineritului o constitue revoluţia industrială (sfîrşitul sec.18 şi începutul sec.19) se perfecţionează tehnica de foraj, apar noi substanţe explozive, se începe transportarea vagoanelor pe şine,folosirea cablurilor de oţel la ridicarea minereului. În sec. 20 se elaborează tehnologii noi de săpare a fîntînilor de mină, utilaje şi instalaţii pentru aeraj şi evacuarea apei din mine,ciocane de batere cu aer compimat. Extracţia se face deacum de la adîncimi de pînă la 1000m. Utilizarea energiei electrice a contribuit la modificarea considerabilă a tehnicii miniere. Combinele sunt cele mai cunoscute maşini miniere (aproape 10 tipuri). Sunt şi maşini pentru exploatarea stratelor abrupte, aşezate în subsolul pămîntului asemenea unui perete vertical etc. pentru extracţia stratelor subţiri, cu grosimi de pînă la 0,7 m; Combinele sus arătate fac parte din categoria combinelor miniere de extracţie sau de abataj.

12

Mai există combine pentru săparea tunelurilor numite combine de înaintare (de săpare). În prezent mineritul dispune de un şir de procedee de extracţie universale , care permit extracţia diferitor substanţe minerale utile. Dacă acestea se găsesc aproape de suprafaţa pămîntului,ele se extrag de regulă,prin metoda de exploatare deschisă în excavaţii numite cariere. Cînd mineralele utile solide sunt situate la adîncimi mari ele se extrag prin metoda de exploatare subterană, pentru extragerea cărora se construesc mine. Aşa substanţe minerale lichide ca petrolul,apele minerale,gazoase – gazul natural se extrag prin forare. Există şi procedee netradiţionale de extracţie a substanţelor minerale utile – metode fizico chimice, biologice,precum şi metode de extracţie subacvatică a mineralelor utile de pe fundul mărilor şi oceanelor. 1.3. Clasificarea rocilor utile după componenţa chimică După componenţa chimică şi direcţia folosirii se deosebesc următoarele grupe de minereuri utile: I. Grupa minereurilor utile metalifere care cuprinde: minereuri feroase negre ce conţin: fier, marganeţ, crom, titan etc; 2. minereuri de metale colorate care conţin: plumb, cupru, zinc, aluminiu, staniu (cositor), nichel, mercur, antimoniu (stibiu) etc; 3. minereuri ce pot conţine metale nobile care conţin: aur, argint,platină; 4. minereuri cre conţin elemente radioactive: uran şi toriu; 5. minereuri ale metalelor rare uşoare împrăştiate cu conţinut de: ţirconiu, tantil, niobium, beriliu, germaniu, taliu, scandiu, cadmiu etc.

13

II. Grupa minereurilor nemetalifere utile, care cuprind: 1. materii prime pentru industria metalurgică: calcare, dolomit,fluorit, grafit, magnezit,argilele refractare şi caolinul; 2. materii prime pentru industrie: asbestul, talcul, boritul, mica,felspatul, pegmaitul, materii prime optice, almazul, corindon, bogate în aluminiu etc; 3. materii prime pentru industria chimică şi alimentară: fosforiţi, apatitul, sulful, pirit, arseniu,bor, săruri subterane etc. III.grupa materialelor utile arzătoare:cărbuni, şisturi bituminoase,torful; 1V. Grupa rocilor de construcţie: granitul, gnaisul, carbonaţii, argilele, argilă nisipoasă, nisipul,pietrişul etc.

14

Tema 2. NOŢIUNI DE GEOLOGIE, PROSPECTARE

ŞI EXPLORARE A ZĂCĂMINTELOR DE SUBSTANŢE MINERALE UTILE [9,14,16]

2.1. Structura pămîntului 2.2. Proprietăţile rocilor şi substanţelor minerale utile 2.3. Lucrări de prospectare şi explorare 2.1. Structura Pămîntului Pămîntul este a treia planetă îndepărtată de la Soare în sistemul solar care a apărut cu aproape 3 – 3,5 miliarde de ani în urmă. Pămîntul are formă complicată apropiată de sferă numită sferoid sau elipsoid de rotaţie.Turtirea relativă a elipsoidului 1:298,3. Semiaxa mare, adică raza ecuatorului e egală cu 6378245m, iar semiaxa mică – 6356863m. În direcţia spre centrul pămîntului sunt aşezate straturi concentrice care se deosebesc prin componenţa chimică, proprietăţile fizice şi starea agregată care se numesc geosfere, Se deosebesc: atmosfera, hidrosfera şi aşa numitul Pămînt tare. În pămîntul tare se deosebesc trei geosfere principale: crusta (coaja), mantaua şi nucleul; fiecare la rîndul său se împarte într–un rînd de straturi (fig.2.1). Stratul exterior numit crustă sau scoarţă a pămîntului 1. El are grosime de 6 – 80 km. Sub munţi crusta se îngroaşe, iar sub mări şi oceane aproape că dispare.

15

Fig.2. 1. Structura Pămîntului: 1 Scoarţa Pămîntului; 2 – suprafaţa lui Mohorovici; 3 – mantaua de sus; 4 — mantaua; 5-nucleul exterior; 6 —nucleul; ρ — densitatea sustanţei; р —presiune; T— тemperatura

Mantia de sus 3 şi scoarţa (coaja) pămîntului,ca nişte straturi deosebit de tari, se numesc litosferă. Hotarul de jos al scoarţei Pămîntului îl alcătuieşte suprafaţa lui Mohorovici 2 (de la numele savantului jugoslav Mohorovici) care a descoperit acest hotar. El este situat la diferite adîncimi şi parcă în oglindă refractă relieful suprafeţei terestre. Straturile aşezate la adîncimile 35 – 2885 km formează învelişul (din silicaţi) sau mantaua pămîntului, care se caracterizează cu diferite viteze de răspîndire a undelor

16

seismice.În centru la adîncimi de 2900 – 6371km se găseşte nucleul pămîntului. Scoarţa pămîntului cu densitate aparentă 2800 kg/m3, e compusă din trei straturi cu densitate crescîndă: sedimentar, de granit şi bazalt. Una dintre cele mai importante caracteristici ale bogăţiilior subterane, care ajută la înţelegerea (explicarea) stării substanţelor din diferite geosfere – este temperatura. Creşterea temperaturii la fiecare 100m de adîncime se numeşte gradient geotermic, diferit în diferite raioane ale Pămîntului. În zonele uscate valoarea lui medie este aproximativ de 3o C la fiecare 100m adîncime. În zonele vulcanice poate atinge şi 20o C la fiecare 100m, iar pe platformele continentale scade pînă la 1oC la 100m. Ridicarea temperaturii spre adîncime, arată că din adîncul pămîntului spre suprafaţă se degajă un şuvoi neîntrerupt de căldură cu densitatea ρ= 0,07 wt/m2. Această căldură este de cîteva mii de ori mai mică decît aceea pe care suprafaţa pămîntului o primeşte de la Soare. Izvorul de căldură din zăcăminte este produs de la dezagregarea elementelor radioactive din adîncul Pămîntului. Pămîntul are cîmp magnetic care acţionează asupra acului magnetic, pe baza căruia este alcătuită busola. În istoria geologică a pămîntului se disting: arhei(mai mult de 3,5mlrd.ani), proterozoi (2,6 – 0,57 mlrd.ani) şi fanerozoi alcătuit din erele: paleozoi (570 – 235 mln.ani), mezozoi (235 – 66 mln.ani), şi cainozoi (66 – 0mln. ani) Fiecare eră în rînd cronologic se împarte în perioade: era paleozoiului – chembrică, ordovită, silurică, devonică, carboniferă, permiană; era mezozoică – triasovă, iursch, cretă; era cainozoi – paleoghenă, neoghenă, cetverik.

17

În era arheului au fost formate cele mai vechi zăcăminte de crom, aramă,nichel şi aur. În arheul de mai tîrziu în localităţile depozitării (strîngerii) algiilor marine şi plantelor superioare sau format zăcămintele şisturilr arzătoare. În era proterozoiului sau format zăcămintele magmatice: de crom, fier,titan,plumb, cupru, nichel şi platină, zăcămintele de minereuri colorate, rare şi metale nobile.Tot în această eră sau format şi zăcămintele cuarţitelor fieroase de tipul celor din Crivoi Rog şi anomalei magnetice de la Cursc (CMA). La începutul fanerozoiului s–au format zăcămintele de roci şistoase , cărbune, petrol şi gaze,săruri, fosforiţi, sulf. Cărbunii erau cunoscuţi în toate erele geologice (de la devon pînă la neogen), pe toate continentele, în diferite zone tectonice. 27% din rezervele lumii alcătuiesc cărbunii perioadei perme, 21 – 22% - carbonice şi cretacic, 15 – 17% - cărbunii perioadei iursc şi perioadei paleogen- – neogenă. 2.2. Propietăţile rocilor şi substanţelor minerale utile După felul şi particularităţile naturii fizice a legăturilor dintre părţile componente ale rocilor acestea se împart în trei grupe: - grupa rocilor tari (magmatice, metamorfice, sedimentare cimentate) – granitul, gnaisul,gresia; - grupa rocilor mobile (argiloase) legate slab,slab coezive (dacă granulele componente sunt legate cu minerale argioase,care posedă proprietăţi plastice) – argilele, argilele nisipoase, bauxita etc.; - grupa rocilor mobile (granulare) nelegate (ne coezive), acelea la care părticelele nu sunt legate – nisipul, petrişul, piatra spartă. Ca corpuri fizice rocile se caracterizează cu anumite proprietăţi dintre care cele mai principale sunt: densitatea,

18

elasticitatea, rezistenţa, termice, electrice, magnetice, radioctivitatea etc. Elasticitatea este proprietatea corpurilor solide de a se deforma fără a-şi pierde rezistenţa şi de a-şi căpăta forma lor iniţială după încetarea forţelor exterioare care au acţionat asupra lor.Toate rocile posedă elasticitate sub care se înţelege proprietatea de a-şi restabili forma sa după scoaterea forţelor exterioare. Dacă forţele exterioare cresc pînă se atinge limita de elasticitate, atunci în ele se ivesc deformaţii plastice care după scoaterea forţei exterioare nu dispar ci se păstrează. Deformaţiile plastice se i-au în consideraţie: la concasarea rocilor prin explozivi, la lucrarea unor maşini miniere, la determinarea deformaţiei rocilor în abataje, la susţinerea tavanelor şi dirijarea lucrărilor de stopare a deformaţiilor rocilor din interiorul scoarţei terestre. Deformaţiile rocilor, cînd ating valori mari aduc la sfărîmiţarea lor în bucăţi cu diferite dimensiuni. Rezistenţa rocilor. Capacitatea materialului,în anumite condiţii şi limite, fără spargere s-ă suporte acţiunea unor anumite forţe, se numeşte rezistenţă. De regulă rocile au rezistenţe înalte la compresiune şi-mici: la întindere (tracţiune), forfecare, încovoiere. În dependenţă de rezistenţă rocile se împart în fragile şi plastice.Rocile fragile, de exemplu cuarţul, cînd ating limita de rezistenţă se distrug (se sfărîmă) într–o clipă. La rocile plastice sfărîmarea are loc numai după căpătarea deformaţiilor plastice esenţiale (şisturi, argile). Rezistenţa rocilor are o mare însemnătate în minerit. La rezistenţe mari ale rocii se depun eforturi mari la sfărîmarea ei; şi invers la susţinerea tavanelor în excavaţii la rocile tari se consumă mai puţine eforturi la întărirea lor contra prăbuşirilor.

19

Pentru aprecierea acţiunii totale a tuturor proprietăţilor rocilor asupra indicilor tehnico–economici la exploatarea zăcămintelor miniere există indici: tărie, duritate, abrazivitate etc. Tăria caracterizează rezistenţa relativă a diferitelor roci la prelucrarea lor. Conform acestui indice M.M.Protodiacov a întrodus noţiunea de coieficient de tărie al rocilor şi a făcut clasificarea rocilor după tărie. Pentru rocile legate valoarea numerică a coieficientului de tărie f, cu exactitate îndestulătoare se poate determina cu formula f = GCOMPR/100 unde Gcompr.limita de rezistenţă la compresie. După coieficientul de tărie f al rocilor (clasificarea de M.M.Protodiacov), rocile se împart în zece clase: excepţional de tari, foarte tari, destul de tari, suficient de tari, tari, destul de moi,moi, pămîntoase,dezagregate, curgătoare. Tăria,se foloseşte, ca proprietate fizică principală la alegerea mecanismelor pentru prelucrarea rocilor. Duritatea rocilor. Sub duritate se înţelege rezistenţa schimbării formei sau întroducerii unui corp mai dur. Cel mai dur material este almazul. El lasă o zgîrîietură pe toate mineralele. Cel mai moale mineral (rocă) este talcul cu care se poate scrie pe hîrtie fără a o zgîrîia . Vîscozitatea este proprietatea rocilor de a se opune la mişcarea unor părţi ale lor faţă de altele (frecare).Vîscozitatea depinde de compoziţie, structură, formei şi dimensiunilor granulelor,componenţa şi fineţa liantului care a cimentat roca, conţinutul umidităţii, presiunii, temperaturii. Vîscozitatea se determină prin rezistenţa, pe care o opune roca la dispărţirea din masivul ei a unei oarecare părţi, în raport cu piatra de calcar, primit ca unitate. . Vîscozitatea bazaltului se apreciază cu cifre 2,2, granitului – 1,4, şistului – 1,1, marmurii – 0,7.

20

Uzura – capacitatea rocii să roadă suprafeţele maşinilor care contactează cu ea. Se uzează instrumentele de tăiere a maşinilor miniere de forare, combainelor, conveierelor, buncărelor şi altor maşini. Uzura se apreciază după uzarea materialului, care întră în contact cu roca. Cele mai rozătoare roci sunt porfirul, dioritul, granitul. S-a constatat că rezistenţa rocilor la uzură creşte în dependenţă de tăria lor. Scara forării rocilor. Forabilitatea rocilor, se poate exprima: prin viteza forării, sau prin timpul forării a unui metru liniar de sondă. Forabilitatea depinde: de particularităţile utilajului de forare şi regimului de lucru al lui. Gradul de rezistenţă la sfărîmiţare (distrugere) al rocilor, prin explozie se apreciază ca explozivitate. Ea se caracterizează cu consumul specific al prafului la 1m2 de rocă

în masiv. Afînarea rocilor. Rocile şi substanţele minerale utile extrase din zăcămînt îşi măresc volumul faţă de volumul avut în masiv, înainte de extragere.Această proprietate a rocilor de a-şi mări volumul după extragere se numeşte afînare. Coieficientul de afînare.Afînarea se exprimă şi prin coieficientul de afînare Ka care reprezintă raportul dintre volumul unei roci sau substanţe utile extrase, adică în stare afînată, şi volumul aceleiaşi roci sau substanţei minerale utile în masiv sau în zăcămînt conform relaţiei: Ka = Va/Vz >1 în care Va este volumul afînat; Vz – volumul în masiv sau zăcămănt. Rocile şi substanţele minerale utile tari au un coieficient de afînare mai mare decît rocile moi şi foarte moi cu Ka = 1,05-1,2.Valoarea Ka mai depinde şi de mărimea bucăţilor de rocă şi de % de fracţii mari din masa afînată.

21

Cunoaşterea valorii acestui coieficient serveşte pentru: determinarea cantităţii de minereu ce trebuie evacuată în timpul extragerii în cadrul metodelor de depozitare, determinarea adîncimii faţă de suprafaţă. Componenţa granulometrică .Cînd lipseşte legătura dintre părticelele componente roca devine friabilă (nisipoasă,prăfoasă). . Raportul relativ dintre cantitatea granulelor cu diferite dimensiuni al rocii sparte extrasă din zăcămînt se numeşte componenţa granulometrică. Unghiul de taluz natural.Roca sfărîmiţată turnată pe o suprafaţă plană formează un vrac cu suprafaţă exterioară înclinată faţă de cea orizontală formînd un unghi (alfa) care se numeşte unghi de taluz natural (fig.2.2.)

Fig. 2 2. Unghiul de taluz al rocii friabile Teren curgător. Cînd roca afînată este îmbibată cu apă pînă la saturaţie şi fineţea măcinării este mică roca afînată devine curgătoare (mişcătoare) şi se numeşte rocă mişcătoare sau curgătoare.

Rocile afînate (nisip, nisip argilos) saturate cu apă , care sub acţiunea presiunii stratelor de roci de deasupra şi datorită altor solicitări mecanice, pot trece în stare de

22

fluiditate(se întind) , iar la îngheţare se umflă (se dilată). Terenurile curgătoare crează dificultăţi mari la executarea lucrărilor miniere şi a celor de construcţie. La săparea tunelurilor, galeriilor şi altor lucrări subterane se aplică anumite măsuri de protecţie contra curgerii (scuturi speciale, chesoane, îngheţare etc.).

2.3. Zăcăminte de substanţe minerale utile Rocile care pot fi folosite -pentru diferite necesităţi se

numesc bogăţii minerale sau minereuri. Acumulările naturale de substanţe minerale care conţin minereuri necesare omului şi care după calitatea şi condiţiile de zăcămînt pot fi extrase pe scară industrială la nivelul existent de dezvoltare a tehnicii şi în condiţiile economice actuale se numesc zăcămînt industrial, sau vor fi extrase în viitor cînd vor zăcămîn neindustrial sau neexploabilat.

În natură zăcăminele de substanţe minerale utile se întîlnesc în stare solidă (cărbunele, minereurile, pietre scumpe, marmora etc.), în stare lichidă (petrolul,soluţii de săruri) , în stare gazoasă (metan, dioxid de carbon). Roca care nu-i folositoare omului se numeşte rocă deşartă sau sterilă. Zăcămintele de substanţe minerale utile pot fi de bază remanente care sunt situate pe locul formării lor şi în formă de aluvionar, strat de nămol, nisip şi pietriş depus în albia unei ape curgătoare. Zăcămintele aluvionale sunt formate din argilă -nisip în care se conţine metal preţios sau mineral (aur, platină, piatră de staniu etc.).

Zăcămintele apar în scoarţă sub diferite forme: unele şi-au păstrat forma originală primită în timpul formării, iar altele au suferit transfomări ulterioare, sub influenţa transformărilor geologice.

23

Din punct de vedere al formei, zăcămintele pot fi împărţite în: zăcăminte în formă de strat, depozite, filoane, lentile, cuiburi etc. După forma lor aceste feluri de zăcăminte se împart în două grupe: regulate şi neregulate. Către primele se raportă zăcămintele în formă de strat, filoniene, depozite. Către a doua: tije, cuiburi şi vînă-filon.

Zăcămintele stratiforme sunt delimitate de două plane paralele sau sub un unghi mic, concordate cu rocile înconjurătoare şi cu dezvoltare mare pe direcţie. Din punct de vedere genetic, aceste straturi sau format prin depuneri sedimentare şi se prezintă în poziţie orizontală sau puţin înclinată. Datorită mişcărilor tectonice, care au avut loc ulterior formării lor, stratele se pot prezenta în poziţii: de la orizontală pînă la verticală şi chiar răsturnate.

Planul care disparte stratul cu substanţă utilă de rocile acoperitoare se numeşte plan de acoperiş, iar rocile sedimentare aflate deasupra planului formează acoperişul stratului.

Planurile care dispart straturile diferitor roci se numesc planuri de stratificare. Straturile de roci utile, după structură pot fi: omogene (fig.2.3a), şi pot fi despărţite în structuri deosebite sau pachete (fig.2.3.b). Cutele sunt dislocaţii ,produse de forţele tectonice. În natură se întîlnesc două categorii de cute: anticlinale şi sinclinale. Anticlinalul, este o cută care are concavitate îndreptată în jos, avînd aspectul unei albii răsturnate, al unei bolţi.Cuta, care prezintă concavitatea în sus se aseamănă cu o albie normală, iar stratele au inclinare în jos, se numeşte sinclinală. Se deosebesc următoarele tipuri de cute: normale (cute normale drepte, cute dejetate sau înclinate, cute deversate sau aplecate, cute culcate şi cute răsturnate (fig.2.3), cute izoclinale; cute în avantai; cute tectiforme; cute largi; cute strînse; cute simetrice; cute asimetrice.

24

Fig..2. 3. Structura stratelor şi felurile de deichilibrare a

zăcămintelor:

а – omogene (simple); b - structuri deosebite; c — cutare; d —falie; e — falie inversă;

1 - anticlinal; 2 —sinclinal

Faliile, sunt dislocaţii rupturale, compartimentele cărora au suferit o deplasare. Ruperea şi deplasarea compartimentelor se produc după o suprafaţă numită planul faliei sau suprafaţa faliei (fig.2.3.e). Aceasta separă blocul afectat în două compartimente, numite aripile faliei. Compartimentul coborît în jos, poartă denumire de aripă scufundată. Aripa care predomină planul de falie se numeşte de acoperiş, iar cea predominată de planul de falie se numeşte de culcuş. Distanţa normală cu care se deplasează

d

b

c

e

25

compartimentele pe planul de faliere se numeşte amplitudinea faliei,sau săritura faliei. Cînd suprafaţa faliei este lustruită, ea se numeşte oglinda faliei. În afară de cute, se întîlnesc deranjamente: strangularea (subţierea) stratului, înclinarea şi bombarea stratului. Mai pot avea loc deranjamente ca alunecări,falii fig.2.3.d), falie inversă (fig.2.3.e) etc.

( Fig.2.4.Schema direcţiei şi înclinării

Elementele geometrice ale zăcămîntului care determină

forma şi poziţia pe care acestea o ocupă în scoarţa terestră sunt (fig.2.4): direcţia, înclinarea şi adîncimia.Prin direcţia zăcămăntului se înţelege unghiul care îl formează o dreaptă orizontală conţinută în planul de acoperiş sau culcuş al zăcămîntului cu direcţia nordului (meridianul locului) magnetic. Direcţia unui zăcămînt poate să ia valori între 0 şi 3600 măsurîndu-le de la direcţia N, în sensul de rotire a acelor de ceasornic. Înclinarea unui zăcămînt este unghiul diedru format de planul acoperişului sau culcuşului cu un plan orizontal. Acest unghi pote avea valori între 0 şi 900. După valoarea acestui unghi zăcămintele se clasifică în zăcăminte: orizontale (α=0…50), cu înclinare mică (α=5…250), înclinare medie (α=24…450) şi înclinare mare (α=45…900).

Grosimea este distanţa minimă dintre acoperiş şi culcuş al zăcămîntului sau distanţa măsurată pe perpendiculara comună a planelor de acoperiş şi culcuş. După grosime stratele se împart în patru grupe: foarte subţiri sub 0,8m

26

(0,7m), subţiri 0,8...1.5m (0,71...1,2m), cu grosime medie 1,5...3,5m (1,21...3,5m), cu grosime mare , peste 3,5m (3,51m). Rocile utile metalifere de regulă se acumulează în formă de zăcăminte filoniene. Prin filon se înţelege o concentrare minerală care s-a depus în golurile, crăpăturile sau pe planele de şistuozitate sau de stratificaţie (fig. 2.5.) . Fig..2. 5. Filon de zăcămînt util : 1 – flanc de falie inferior; 2 —acoperiş suspendat;

Fig. 2.5.1. Secţiune printr-un filon :

1 — roci înconjurătoare; 2 — salbandă ;3 — gangă ; 4 — mineralizaţie complexă ;5 — geode. Filoanele se caracterizează prin lungimi şi adîncimi mari faţă de grosimea lor. Ca poziţie ele pot apărea într-o varietate întreagă, de la orizontală pînă la verticală.Filoanele ca şi stratele se caracterizează cu direcţie, unghi de înclinare α şi grosime m, dar aceste caracteristici sunt mai puţin stabile. Planul care separă stratul productiv de depozitele inferioare peste care s-a format se numeşte plan de culcuş, iar rocile situate sub planul de culcuş formează culcuşul stratului.

27

Planul care acoperă stratul cu substanţă utilă de rocile acoperitoare se numeşte plan de acoperiş, iar rocile sedimentare aflate deasupra planului de acoperiş formează acoperişul stratului. Se deosebesc acoperiş şi culcuş fals, acoperiş şi culcuş direct, acoperiş şi culcuş principal (fig.2.6.).

Fig.2.6. Strat de cărbune orizontal (secţiune verticală): 1— acoperiş fals (şist cărbunos); 2 — acoperiş direct (marnă) ; 3 — acoperiş principal (gresie); 4 strat de cărbune cu incluziuni şi intercalaţii; 1' — culcuş fals ; 2' — culcuş direct (gresie); 3' — culcuş principal (gresie conglomeratică). 2.4. Lucrări de pospectare şi explorare Complexul de lucrări geologice care are drept scop descoperirea şi evaluarea zăcămintelor de substanţe minerale utile se numeşte pospectare. Explorarea cuprinde totalitatea lucrărilor necesare pentru a contura rezervele industriale de substanţe minerale utile, pentru a preciza condiţiile de expoatabilitate ale zăcămîntului. Prospectarea zăcămintelor de substanţe minerale utile se efectuiază ţinînd seama de anumiţi indici: relieful terenului

28

(muntos, deluros), felul formării rocilor (sedimentare, cristalizate),apariţia rocii utile la suprafaţa terestră, fragmente cu minerale utile, zonele de oxidare, izvoarele de ape, flora regiunii, urmele exploatărilor miniere şi exploatărilor vechi, denumiri de relief şi localităţi. Zăcămintele de substanţe minerale utile se descoperă prin sonde adînci, prin metode geofizice, geochimice, geobotanice de prospecţiune. După ce zăcămîntul de substanţe minerale este descoperit se efectuează lucrările de explorare. Exploararea preliminară se efectuiază pe toată extinderea zăcămîntului, în rezultatul căreia se determină cu aproximaţie: forma şi extinderea zonei mineralizate; adîncimea la care se găseşte zăcămîntul faţă de suprafaţă; caracteristicile geometrice ale zăcămîntului; direcţia şi înclinarea zăcămîntului; natura mineralizaţiei şi variaţia acesteia pe direcţie şi înclinare; caracteristicile rocilor înconjurătoare. Pentru determinarea volumului real al zăcămîntului şi poziţiei stratului util, se efectuiază explorarea amănunţită sau de detaliu. După gradul de explorare şi de studiu al zăcămîntului, rezervele se împart în trei categorii: A,B şi C.Categoriile A şi C se împart la rîndul lor în A1,A2 şi C1, C2. Categoria A cuprinde rezervele sigure, determinate atît din punct de vedere calitativ, cît şi al proprietăţilor tehnologice. La subdiviziunea A1 se cere determinarea calitativă şi studiul preparării pe scară industrială, iar pentru subdiviuiunea A2,- determinarea calităţii şi tehnologiei de preparare pe scară semiindustrială. Categoria B cuprinde rezervele determinate destul de precis prin lucrări de explorare, însă care mai trebuie completate. Categoria C cuprinde rezervele a căror conturare este mai puţin precisă, iar calitatea substanţei minerale utile este determinată pe bază de probe izolate sau prin analogie cu substanţe minerale din zăcăminte cunoscute.

29

Raportarea rezervelor la subdiviziunea C1,necesită analiza unui număr oarecare de probe din zăcămînt. Subdiviziunea C2 cuprinde rezerve care au fost estimate cantitativ şi calitativ numai pe consideraţii geologice generale, fără lucrări de explorare.

Tema 3. LUCRĂRI (EXCAVAŢII, CONSTRUCŢII) MINIERE [16]

3.1 Cunoştinţe generale 3.2. Lucrări miniere verticale 3.3. Lucrări miniere orizontale 3.4. Lucrări miniere înclinate 3.5. Rampe subterane şi camere 3.6. Lucrări de abataj 3.1. Cunoştinţe generale

Pentru exploatarea şi explorarea zăcămintelor de substanţe minerale utile se organizează întreprinderi miniere. Mina este unitatea de producţie în cadrul unei înterprinderi miniere, care, prin lucrările miniere şi instalaţiile de care dispune, asigură procesul de extragere a substanţei minerale utile din zăcămînt pînă la zi, aerajul, iluminatul şi evacuarea apelor. Dacă unitatea de producţie minieră extrage substanţă minerală utilă prin lucrări la zi, atunci poartă denumire de carieră.

În cadrul unei întrprinderi miniere pot să funcţioneze una sau mai multe mine sau cariere.

La rîndul lor înterprinderile miniere pot să fie organizate în trusturi, combinate sau centrale.

Lucrărie sau excavaţiile miniere reprezintă cavitaţi în grosimea stratului util sau în roca sterilă formate ca rezultat al lucrărilor miniere. Ele pot fi subterane sau de suprafaţă.

30

Prospectarea şi explorarea substanţelor minerale utile se efectuiază prin lucrări de explorare, iar abatarea substanţelor minerale utile –prin lucrări de abataj. Pe lîngă aceasta accesul de la suprafaţă spre zăcămînt se asigură prin aşa numite lucrări de deschidere capitale; pregătirea zăcămîntului pentru exploatare – prin lucrări de pregătire, iar abatarea nemijlocită a zăcămăntului - prin lucrări de abataj.

Lucrările miniere se pot efectua nemijlocit de la suprafaţa Pămîntului sau fără acces la suprafaţa Pămîntului. Începutul unei excavaţii subterane de la suprafaţa terestră sau de la alte excavaţii se numeşte gura sau orificiul 1(fig.3.1.)

Fig.3.1. lucrare minieră orizontală Suprafaţa, care limitează lucrarea minieră şi se mişcă ca

rezultat al tăierii (sfărîmiţării) minereului sau rocii se numeşte abataj 3. Locul de lucru, lîngă această suprafaţă, unde au loc lucrările de sfărîmiţare a rocii şi încărcarea ei se numeşte spaţiu de abataj 4.

Suprafeţele rocilor care dispart excavaţia din părţi (stînga şi dreapta) se numesc flangurile excavaţiei. Suprafaţa rocilor care limitează excavaţia din partea de sus se numeşte acoperiş 2.Suprafaţa de jos a excavaţiei se numeşte talpa excavaţiei 5.

31

Pentru a preveni surparea rocilor înconjurătoare pereţii acesteia se fixează (se spigină) cu diferite materiale 6: din beton, scînduri etc.

Dacă dimensiunile transversale ale lucrărilor miniere sunt considerabile în comparaţie cu lungimea lor, ele se numesc camere.

Dimensiunile şi suprafaţa excavaţiilor după conturul interior al sprijinului se proiectează şi se determină conform dimensiunilor utilajului de lucru şi locului de trecere conform regulilor securităţii.

Pentru mişcarea oamenilor în abataj dintr-o parte se lasă interval cu lăţimea nu mai mică de 0,7 şi înălţime de 1,8m. Din altă parte al excavaţiei se lasă interval dintre utilajul de transport şi sprijin cu lăţime de 0,20...0,25m.

Suprafaţa excavării „la negru” se determină după conţinutul exterior al spijinului. Suprafaţa secţiunii perpendeculare a excavaţiei se ea cu 3 -5% mai mare decît suprafaţa” la negru,”ce este necesar pentru efectuarea lucrurilor de susţinere în excavaţie.

3.2. Lucrări miniere verticale

Lucrările miniere verticale se pot începe nemijlocit de la suprafaţa pămîntului sau fără eşire la suprafaţă. La această grupă de lucrări se raportă: fîntînile de mină,galeriile suitoare-coborîtoare, sau fîntîni oarbe.

Fîntînile de mină sunt săpături verticale care se încep de la suprafaţa pămîntului pînă la zăcămîntul mineral, menite pentru deservirea lucrărilor subterane. În dependenţă de menirea lor se deosebesc fîntîni principale şi auxiliare.

Fîntînile principale servesc de bază, pentru ridicarea minereului util la suprafaţa pămîntului. Fîntînile auxiliare servesc pentru ventilare,scoaterea apei, coborîrea şi ridicarea oamenilor, materialelor etc.

32

Fîntînile pentru ventilaţie. Prin ele se poate transporta aerul curat şi elimina aerul folosit. Pe fig. 3.2.este dată schema fîntînii miniere verticale. În partea de sus e situată gura 1.Partea de jos, unde se srînge apa, se numeşte bazin de colectare a apelor 5. Locul de racordare a fîntînii verticale cu excavaţia orizontală se numeşte îmbinare 4.

Elementul constructiv de bază al fîntînii este sprijinul pereţilor executat din beton armat se numeşte sprijin sau susţinere 6. În unele cazuri sprijinul este împărţit în secţiuni numite verigi sau inele 2. Inelele se susţin pe rocă sau minereu cu cadre de reazem 3.

Fig. 3.2. Puţ de mină vertical

Puţ de sondaj (şurf) – este o excavaţie minieră cu

supafaţa secţiunii mai mică de 20m2 şi adîncime mică (pînă la 150m), care are contact cu suprafaţa terestră şi serveşte pentru

33

sondajul rocilor utile,ventilare, instalaţia substanţelor explozibile etc. La înterprinderile producătoare ele sevesc pentru ventilare, coborîrea materialelor spre straturile inferioare.

Fîntînă oarbă se numeşte excavaţie minieră verticală,care nu are ieşire la suprafaţa terestră, serveşte pentru coborîre – suire a oamenilor, materialelor, utilajului şi ca regulă comunică cu alte lucrări miniere.

Forma secţiunii trasversale a fîntînilor verticale mai des este rotundă sau dreptunghiulară şi depinde de materialul de susţinere.

Forma rotundă (fig3.3.a) e caracteră pentru fîntîni verticale pincipale şi fîntîni oarbe cînd pereţii lor sunt din beton. Cînd pereţii sunt întăriţi cu materiale din lemn forma lor este dreptunghiulară (fig.3.3b).

Fig. 3.3. Secţiune transversală a puţului rotund (a) şi de formă dreptunghiulară (b): 1 — susţinere; 2 —ghidaj; 3 — colivie; 4 —traversă;

5 —secţia scării de mină; 6 —cablu; 7 —conductă

b

34

Întrucît excavaţia verticală de multe ori îndeplineşte mai multe funcţii ea se împarte, prin pereţi dispărţitori în mai multe secţii: pentru scară, schip, cabluri. trube etc.

Suprafaţa excavaţiilor miniere se determină în dependenţă de dimensiunile utilajului folosit: fîntînile verticale cu secţiune rotundă au diametru de 4…8m, iar adîncimea lor atinge circa 1000…1500m; cele drepunghiulare au suprafaţa pînă la 30m2 şi adîncime - 50…200m.

3.3. Lucrări miniere orizontale La această grupă se referă: galeriile de coastă, galeriile oarbe, tunelurile, galeriile direcţionale, transversale, de ventilare, de abataj, de transport, de sector de etaje etc. Majoritatea galeriilor orizontale se trasează nu strict orizontal ci cu o mică înclinare (0,004...0,005) în direcţia mişcării încărcăturilor pentru uşurarea lucrului transportului şi simultan pentru scurgera apei în bazinul de acumulare. Galeria de coastă la zi –este lucrare minieră orizontală care are nemijlocit ieşire la suprafaţa terestră, şi ca şi fîntînile verticale, serveşte la efectuarea lucrărilor subterane. Galeria de coastă la zi se proiectează numai atunci cînd relieful locului este o coastă de deal (v.fig.3.1.).

Dacă galeria de coastă la zi are două ieşiri la zi şi serveşte nu pentru exploatări miniere ci pentru alte scopuri, de exemplu pentru transport se numeşte tunel.

Galerie direcţională- este lucrare minieră orizontală fără ieşire la zi trasată paralel straturilor rocilor. De obicei galeriile se trasează în roca utilă; în acest caz galeria direcţională se numeşte galerie de cîmp.

Galerie transversală –este lucrare minieră orizontală fără ieşire la zi, efectuată în rocile sterile sub un unghi sau perpendiculară straturilor rocior.Ea adesea serveşte ca cale de drum de la fîntînile veticale spre masivul zăcămîntului util cînd acesta este înclinat. Lucrările de construire a căilor de

35

acces se numesc lucrări de deschidere a zăcămîntului (stratului).

Forma secţiunii transversale,a lucrării miniere orizontale, depinde de materialul de susţinere: cînd se foloseşte lemnul, forma v-a fi trapezoidală (fig.3.4 a, b), cînd se foloseşte betonul monolit galeriilior li se dă forma de cupolă (fig.3.4c), iar cînd sprjinul este din metal lucrarea are fomă de arc.(fig.3.4,d)

Pentru trasportul materialului util: rocilor, materialelor de consrucţie în galeriile orizontale se instalează şine de cale ferată.

Fig.3.4. Secţiune transversală a lucrării orizontale:

а, b —trapezoidală; c— cupolă; d— аrc Pentru trecerea oamenilor, între spijin şi părţile

exterioare ale transporului (locomotive,vagonete) se lasă spaţiu cu lăţimea nu mai puţin de 0,7m, iar în locurile de îmbarcare a oamenilor în trenurile pentru oameni se lasă din două părţi cu lăţimea nu mai mică de 1m.

Înălţimea secţiunii transversale a galeriilor de coastă la zi, galeriilor direcţionale şi trasversale etc.trebuie să fie nu

36

mai mică de 1,9m. Pe lîngă aceasta înălţimea de atîrnare a sîrmei de contact, în locurile unde se mişcă oameni în galerie să fie nu mai puţin de 2m, iar în locurile cu mişcare intensă – nu mai puţin de 2,2m. Regulile securităţii obligă ca suprafeţele transversale minime ale lucrărilor întărite cu susţineri în formă de rame să fie de 4,5m2 în minele de cărbuni şi 4m2 pentru minele de minereuri. Pentru lucrări, sprijinite cu materiale din beton monolit,– 4m2 pentru minele de cărbuni şi 3,5m2 pentru mine de minereuri.

3.4. Lucrări miniere înclinate În această grupă întră puţurile înclinate,puţurile de

mină, planele înclinate etc.Toate aceste lucrări au aceeşi însămnătate ca şi lucrările verticale. Unghiul de înclinare al axelor acestor lucrări faţă de orizontală este între 45...890.

Planul înclinat automotor 1– este lucrare minieră subterană fără ieşire la suprafaţa pămîntului, pe straturile line paralel stratului de rocă,dar perpendiculară sau sub unghi faţă de direcţia galeriilor şi menită pentru coborîrea rocii sfărîmiţate utile pe cale ferată sau cu anumite transportoare.

Dacă lucrarea minieră subterană înclinată sau foarte înclinată are direcţie ca şi planul înclinat şi fără instalaţii mecanice, iar coborîrea rocii sfărîmiţate se face sub acţiunea masei proprii ia se numeşte rostogol

Plan înclinat automotor, 2. – este lucrare minieră subterană mecanizată asemenea planului înclinat 1, dar spre deosebire de el serveşte pentru ridicarea materialelor cu ajutorul mecanismelor (cu funii de oţel sau cu conveier).

Galeriile de comunicaţii, de regulă, sunt paralele planelor înclinate 2, rostogolurilor, dar servesc în principiu pentru mişcarea personalului.

Drumul pentru pietoni – reprezintă o lucrare minieră înclinată, care nu are ieşire nemijlocită la suprafaţa pămîntului. Ea se sapă în stratul de rocă utilă şi seveşte pentru ventilare, suirea şi coborîrea personalului.

37

Galerie de legătură se numeşte lucrare minieră subterană cu funcţie auxiliară, care serveşte pentru asigurare cu ventilaţie pe calea unirii a două lucrări miniere paralele (fîntînilor miniere,galeriilor, drumurilor pentru pietoni etc.).

Către lucrările miniere subterane se referă şi sondele, care reprezintă lucrări miniere cu secţiune rotundă, efectuate fără participarea muncitorilor în gaura lucrării. Sondele de regulă servesc la exploarări, pentru dobîndirea zăcămintelor lichide şi gazoase, sau pentru instalarea prafului pentru explozii. Sondele pot avea diferite direcţii în spaţiu.Diametrul sondelor variază de la 40mm pînă la 1m şi mai mult.Sondele cu diametre mici aproximativ 40...80mm şi lungime 1...5m se numesc guri de foraj.

3.5.Rampe subterane şi camere Totalitatea lucrărilor miniere executate în jurul găurii

de extracţie a minei destinată pentru deservirea obiectelor subterane şi legătură între gaura pricipală de extracţie (sau mai multor găuri) cu galeriile de transport şi ventilaţie se numeşte rampă subterană. Rampa subterană reprezintă un complex complicat de lucrări subterane compus din lucrări de transport, camere de serviciu şi alte lucrări miniere.

În dependenţă de schema mişcării garniturii de tren vagoanelor încărcate şi descărcate, se deosebesc rampe subterane cu mişcarea garniturilor de tren circulară, cu circulaţie în ambele sensuri şi cu linie moartă.Rampa cu mişcare circulară şi primirea garniturilor numai dintr-o parte se mai numeşte spirală.

La rampele cu circulaţie în ambele sensuri garniturile de tren se apropie de gaura de mină din ambele părţi prin lucrarea, aşezată paralel cu lucrarea minieră principală de transport. Rampele moarte au configuraţie cu mişcare în două sensuri, dap se deosebesc pin aceea, că încărcăturile vin numai dintr-o parte.

38

Pe fig.3.5 este arătată schema rampei cu mişcare circulară a garniturilor de tren.

Fig.3.5 . Schema lucrărilor rampei subterane

Către fîntîna cu schip se alătură galereia 4 pentru

garniturile încărcate şi galeria 9 pentru garniturile deşarte. Către puţul cu colivii 23 se apropie galeria cu garnituri încărcate 15 şi galeria 19 de garnituri deşarte. Aceste galerii au trecerile 1,3 şi galeria 10 comună pentru garniturile deşarte.În partea mai largă a acestei galerii se găseşte trenul antiincendiu 11.

Tragerea garniturilor spre părţile căilor pentru vagoanele încărcate 4,15 se face prin împingere de pe linia 18 (cu refugiuri).Pentru aceasta locomotiva garniturii electrică se decuplează şi pe drum paralel se aduce la coada de vagonete.Vagonetele încărcate cu substanţe minerale utile se împing în camera împingătorului cu lanţ 5 şi se trag în camera 7, unde este instalat răsturnătorul, care descarcă vagonetele în

39

buncărul subteran 8 din care roca utilă se toarnă în schip pentru ridicare la suprafaţa terestră prin fîntîna principală 6.

Camera de pompe 25 este instalată lîngă fîntîna cu colivii 23. Ea serveşte pentru instalarea pompelor, are dimensiunile: lungime 15…30m şi suprafaţa secţiunii transversale 12…15m2.De camera pentru pompe este alipită camera 21 a staţiei electrice centrale subterane. Camerele staţiei de pompe şi electrice sunt unite cu galeria pricipală 18 prin galeria 20.Pentru instalarea ţevilor de ridicare a apei de la pompe şi instalarea cablului de tensiune înaltă către staţia electrică serveşte drumul înclinat 17.

Apa din mină se strînge în acumulatorul 12, care este alcătuit din două-trei săpături alungite-camere, aşezate mai jos de nivelul rampei subterane.

Depoul pentru locomotive electrice este instalat în camera 13 în apropierea lucrării principale de transport. Galeria înclinată 14 serveşte pentru transportul aerului poluat din depou spre puţul pincipal 6, care simultan îndeplineşte şi rolul de ventilator – aspirator al minei. Lîngă galeriile 1 şi 3 este aşezată camera dispecerului 2.

Pentru aşteptarea ieşirii din mină, şi pentru trecerea dintr-o parte a puţului în alta lîngă puţul cu colivii este amenajată camera de aşteptare 16.Tot aici se găseşte şi camera punctului medical 22.

3.6. Lucrări de abataj

Lucrul unui minereu sau a unei roci dintr-un zăcămînt se numeşte abatarea minieră subterană în care are loc operaţia de extragere abataj.

Există două tipuri de lucrări de extragere (curăţire) a zăcămîntului mineral util: lave şi camere. Lava are lungime considerabilă ll (fig.3.6,a) de obicei în limitele 50…250m. Aceasta dă front mare de lucru şi permite dintr–un abataj dobîndirea unui volum considerabil de substanţă minerală

40

utilă. Fiecare lavă are două ieşiri la galerii,ce permite aerisirea normală prin întroducerea aerului curat din galereia de trasport 2 şi eliminarea aerului viciat prin galeria de ventilare 4. Pe lîngă aceasta,se măreşte securitatea muncii.

Abataj –cameră (fig.3.6,b) de regulă are lăţime lc, comparabilă cu grosimea stratului sau a zăcămîntului. Fiecare cameră în timpul dobîndirii zăcămîntului are numai o singură ieşire la galeria de transport 2, ce necesită măsuri speciale la aerisirea locului de lucru şi securitatea muncii.

Fig.3.6. Lucrări de exploatare —abataj (а) şi camere (b) :

1- abatajul; 2 - galeria de trasport; 3 ~ partea exploatată a zăcămîntului; 4 – galereia de ventilare; 5 — susţinere; 6 - stîlp de siguranţă

În practica mondială extragerea cărbunelui se face

aproape totalmente prin lave , iar camerele se folosesc la dobîndirea sării, rocilor ornamentale etc. În Moldova piatra

41

de calcar poros în subteran se taie în camere. Exploatarea zăcămintelor în cariere se face prin trepte,care au formă de prag.

Tema 4. NOŢIUNI GENERALE ASUPRA EXPLOATĂRII

ZĂCĂMINTELOR DE SUBSTANŢE MINERALE UTILE [14]

4.1.Noţiuni generale 4.2.Înterprinderea minieră.Mina. Cîmpul minier 4.3 Orizont, etaj, subetaj, panou de exploatare 4.4. Dimensionarea etajelor de exploatare şi ordinea exploatărilor 4.1.Noţiuni generale Extragerea unei substanţe minerale dintr-un zăcămînt

şi transportul acesteia la suprafaţă se efectuiază pritr-un ansamblu de lucrări miniere şi de operaţii în zăcămînt şi în rocile înconjurătoare, care se numesc: lucrări de deschidere, pregătire şi abatare (tăierea, extragerea) zăcămîntului şi susţinerea lor. Pentru aceasta se organizează înterpinderi miniere.

4.2.Intreprinderea minieră. Mină. Cîmp minier

Întreprinderea industrială a fiecărui obiectiv este explorarea sau exploatarea zăcămintelor de substanţe minerale utile se numeşte întreprindere minieră.

Mina este unitatea de producţie în cadrul unei întreprinderi miniere. care, prin lucrările miniere şi instalaţiile de care dispune, asigură procesul de extragere a substanţei minerale utile din zăcămînt pînă la zi, aerajul, iluminatul şi evacuarea apelor.

42

Dacă unitatea de producţie minieră extrage substanţa minerală prin lucrări la zi, atunci poartă numele de carieră.

În cadrul unei întreprinderi miniere pot să funcţioneze una sau mai multe mine sau cariere.

La rîndul lor întreprinderile miniere pot să fie organizate în trusturi, combinate sau centrale.

Cîmp minier de exploatare se numeşte partea dintr-un zăcămînt care se poate exploata prin aceeaşi reţea de lucrări miniere de deschidere.

Noţiunea de cîmp minier se confundă de cele mai multe ori cu acea de mină, adică exploatarea unui cîmp minier dă naştere unei mine.

Un zăcămînt poate să formeze obiectul unuia sau al mai multor cîmpuri miniere. Zăcămintele cu extindere mare, cum sunt zăcămintele de cărbuni, stratiforme şi puţin înclinate, se împart în mai multe cîmpuri miniere, a căror exploatare se face succesiv prin lucrări de deschidere, complet sau numai în parţi diferite.

Fig. 4.1. Schema unui cîmp minier al unui strat regulat

înclinat : /—sec ţ iune în p lanul s tra tu lui ; / /—în proiec ţ ie or izontală ;

/ / / —în proiecţie verticală ; IV—secţiune verticală transversală.

43

Forma cîmpului minier depinde de felul de prezentare a zăcămîntului. Dacă zăcămîntul are forma unui strat cu înclinarea şi grosimea aproape constante, cîmpul minier are şi el o formă alungită dreptunghiulară (fig. 4.1) cu latura mare orientară pe direcţia zăcămîntului.

Rezervele dintr-un cîmp minier se exploatează în funcţie de capacitatea anuală de producţie, într-un interval de 5...30 de ani, deci cîmpul minier trebuie să se dimensioneze astfel încît să satisfacă această cerinţă.

La zăcămintele de minereuri care se prezintă ca filoane sau îngrămădiri şi ale căror dimensiuni nu sunt mari şi în general la zăcămintele neregulate cîmpul minier cuprinde întregul zăcămînt, deci limitele cîmpului se confundă cu limitele naturale ale zăcămîntului, sau cuprinde numai o parte din zăcămînt limitată de falii sau alte deranjamente tectonice.

Cîmpul în suiş sau din amonte al cîmpului minier este numită partea cîmpului minier situată deasupra orizontului principal de transport.

Cîmpul în coborîş sau din aval este numită partea cîmpului minier situată sub orizontul principal de transport.

Aripa cîmpului minier este porţiunea cîmpului minier situată de o parte sau de alta a planului vertical transversal pe strat, care trece prin lucrarea principală de deschidere.

După poziţia lucrării de deschidere, se pot întîlni cîmpuri miniere cu două aripi egale, dacă rezervele de substanţă minerală utilă sunt egale în cele două aripi, şi cîmpuri miniere cu o singură aripă sau cu două aripi inegale.

Caracteristicile structurale şi calitative ale zăcămîntului în cuprinsul unui cîmp minier se reprezintă prin planuri de structură şi de calitate. Planul de structură se construieşte din curbele izohipse ale culcuşului (plan hipsometric) sau din curbele izogrosimilor (planul izogrosirnilor), iar ca plan de calitate se construieşte planul izoliniilor de conţinut şi planul izoliniilor de rezerve liniare.

44

Legătura între suprafaţă şi lucrările miniere subterane dintr-un cîmp minier se face prin două lucrări miniere distincte, distanţate cu cel puţin 30 m şi amenajate pentru circulaţie care pot fi: două puţuri, unul, de extracţie şi unul pentru aeraj; două galerii de coastă plasate la aceeaşi cotă sau la cote diferite, una pentru transport şi una pentru aeraj, un puţ de extracţie şi un suitor sau un plan înclinat de aeraj sau o galerie de coastă şi un suitor sau plan înclinat de aeraj.

Caracteristicile naturale ale unui cîmp sunt: productivitatea zăcămîntului cuprins în cîmpul minier şi suprafaţa secţiunii orizontale a zăcămîntului. -Productivitatea reprezintă rezervele zăcămîntului exprimate în tone pe metru pătrat de suprafaţă a zăcămîntului şi este dată de relaţia :

2/ ,ap g t mρ ⎡ ⎤= ⋅ ⎣ ⎦ în care:

g este grosimea normală medie a zăcămintului în cuprinsul cîmpului minier, în m ;

ρa - densitatea aparentă a substanţei minerale utile, în t/m3. Cînd zăcămîntul este format din mai multe strate, filoane, corpuri, productivitatea totală este dată de relaţia :

2

1 1

/ ,n n

ap pi gi t mρ ⎡ ⎤= = ⋅ ⎣ ⎦∑ ∑

Suprafaţa secţiunii orizontale a zăcămîntului se determină cu relaţia:

20 ,S L g m⎡ ⎤= ⋅ ⎣ ⎦

în care : L este lungimea pe direcţie a cîmpului minier, în m;

g0 - grosimea orizontală a zăcămîntului, în m. Pentru o exploatare raţională, dimensiunile cîmpului

minier se determină pe baze economice. Dimensionarea cîmpului minier constituie o problemă care trebuie rezolvată la

45

deschiderea zăcămintelor cu dimensiuni mari pe direcţie şi înclinare. Dimensiunile cîmpului minier depind de o serie de factori : grosimea zăcămîntului, numărul stratelor sau cîmpurilor mineralizate, adîncimea exploatării şi capacitatea anuală de producţie.

Ţinînd seama de dimensiunile lor, cîmpurile miniere, în cazul zăcămintelor de minereuri, pot fi grupate în patru clase, după lungimea şi suprafaţa lor (tabelul 4.1).

Tabelul 4.1. Clasificarea cîmpurilor miniere după lungime şi suprafaţă

Categoria cîmpurilor miniere după dimensiunile

lor

Zăcăminte subţire şi de grosime

medie

Zăcăminte cu grozime inare

Lungimea cimpului pe derecţie (m)

Lungimea cimpului pe direcţie (m)

Suprafaţa cimpului (m2)

1. Cîmpuri cu dimensiuni reduse

Pînă la 500…600

Pînă la 300

Pînă la 4 - 5 000

2. Cîmpuri cu dimensiuni mijlocii

600….1 000

300…600

5 000…12 0003. Cîmpuri cu dimensiuni mari

1 000….15 000

600….1 000

1 200…25 0004. Cîmpuri cu dimensiuni foarte

mari

Peste 15 000

Peste 1 000

Peste 25 000

Ordinea de exploatare a cîmpurilor miniere in cadrul unei

întreprinderi poate să se facă concomitent, succesiv sau mixt. Exploatarea concomitentă a mai multor cîmpuri de

exploatare dintr-un zăcămint este foarte răspîndită în practică (fig. 4.2).

Alegerea intre exploatarea concomitentă, succesivă şi mixtă se face ţinînd seama de o serie de factori, ca :

46

Fig.4.2. Trei cîmpuri de

exploatare pe înclinarea zăcămîntuuii :

1 , 2 , 3 — pu ţur i ; / , / / , / / / — cîmpul pu ţurilor 1, 2, 3.

gradul de explorare, capacitatea de producţie,

volumul de investiţii etc.

4.3. Orizont, etaj, subetaj, panou de exploatare

Pentru exploatarea zăcămîntului, cimpul minier se împarte în unităţi mai mici, delimitate de lucrări miniere orizontale şi verticale.

Zăcămintele orizontale sau puţin înclinate se împart în porţiuni pătrate sau dreptunghiulare, mărginite pe înclinare de galerii direcţionale, iar pe direcţie de galerii sau plane înclinate, care fac legătura cu galeriile direcţionale.

Zăcămintele cu înclinare mai mare se delimitează de asemenea pe înclinare, prin galerii direcţionale, numite galerii de orizont, iar pe direcţie, de limitele naturale sau suitori.

Totalitatea lucrărilor miniere executate la acelaşi nivel se numeşte orizont de exploatare sau orizont.

Orizontul, ale cărui lucrări au ca scop principal transportul substanţei minerale utile spre puţul minei, se numeşte orizont de transport.

Orizontul ale cărui lucrări servesc în principal la evacuarea aerului, viciat din mină se numeşte orizont de aeraj.

Orizonturile se numesc în funcţie de destinaţia lor.

47

Etajul de exploatare este partea de zăcămînt din cuprinsul unui cîmp minier, delimitată pe înclinare de două orizonturi învecinate, iar pe direcţie, de limitele cîmpului minier sau de limitele naturale ale zăcămînlului (Fig4.3).

Fig. 4.3. Împărţirea unui cîmp de mină în etaje :

1 - puţ de extracţie ;2- galerii direcţionale ; 3 - limita cîm- pului de exploatare ;4- bloc de exploatare ; / -etaj exploa tat ; // — etaj în exploatare ; /// — etaj în pregătire.

In cadrul unui etaj se deosebesc : înălţimea pe verticală a

etajului şi înălţimea pe înclinare a etajului, reprezentînd distanţa pe verticală şi respectiv pe înclinare între cele două orizonturi care mărginesc etajul.

Etajul este delimitat pe înclinare prin galerii direcţionale executate pe toată lungimea cîmpului minier.

Galeria direcţională a orizontului inferior se numeşte galerie direcţională de bază sau transport, iar galeria direcţională a orizontului imediat superior se numeşte galeria direcţională de aeraj, sau galerie de cap.

Subetajul de exploatare este o parte a etajului în care se execută extragerea substanţei minerale utile, folosind lucrări suplimentare pentru asigurarea de capacităţi mari de extracţie sau atunci cînd se urmăreşte conţinutul, productivitatea şi calitatea produsului.

Etajul se împarte în subetaje prin galerii direcţionale intermediare, numite galerii de subetaj.

48

Numărul subetajelor variază după condiţiile de zăcămînt (2, 4 sau mai multe).

Panoul de exploatare se întîlneşte în cazul zăcămintelor orizontale sau puţin înclinate.

Fig. 4.4. Schema împărţirii cîmpului minier în panouri la un strat de

înclinare mică : I, 11, 111, IV, V, VI, VII, VIII - panouri dispuse în ordinea exploatării ;

a, b, c... — porţiuni de panou ; 1 - puţ de extracţie ; 2 - puţ de aeraj ; 3 - galerie principală de transport ; 4 -galerie principală de aeraj ; 5 - plan înclinat automotor de panou ; 6 - plan înclinat de circulaţie al panoului; 7 - plan înclinat al panoului în proiectare.

Panoul de exploatare (fig.4.4) reprezintă o parte a

cîmpului minier de formă pătrată sau dreptunghiulară mărginit pe înclinare prin galerii direcţionale, iar pe direcţie -cu galerii sau plane înclinate.

Schema împărţirii cîmpului minier în panouri este arătată în figura 4.4, în care se indică şi ordinea de exploatare a panourilor şi a porţiunilor de panou.

În cazul zăcămintelor cu înclinări mari se mai foloseşte noţiunea de bloc de exploatare, care este o parte a etajului de exploatare delimitată pe înclinare de galerii direcţionale de etaj, iar pe direcţie - de suitori.

49

Dimensiunile panourilor de exploatare şi a blocurilor de exploatare variază după forma zăcămîntului şi după metoda de exploatare aplicată.

Pe direcţie lungimea blocurilor de exploatare, în cazul zăcămintelor de minereuri cu înclinări mari, variază între 50 şi 100 m. La zăcămintele carbonifere lungimile sunt mai mari.

Înălţimea blocurilor corespunde înălţimii etajelor sau subetajelor măsurate pe înclinarea zăcămîntului.

4.4. Dimensionarea etajelor de exploatare şi

ordinea exploatării lor

Dimensiunile etajului se caracterizează prin lungimea lui pe direcţie, care este de regulă egală cu lungimea L a zăcămîntului sau a cîmpului minier la cotele respective, şi prin înălţimea lui pe verticală h sau pe înclinare H.

În practică, de cele mai multe ori, în calculele tehnico-economice se foloseşte înălţimea pe înclinare a zăcămîntului.

Înălţimea pe înclinare, a etajelor diferă în practică după natura zăcămîntului şi uneori chiar de la zăcămînt la zăcămînt.

La exploatarea zăcămintelor de minereuri se întilnesc înălţimi ale etajului cuprinse între 30 şi 50 m, iar la exploatările carbonifere, între 50 şi 100 m.

În problemele de proiectare, înălţimea etajului de exploatare este un parametru foarte important, care are influenţă asupra preţului de cost al producţiei şi al productivităţii muncii.

Alegerea înălţimii etajului este influenţată de: caracteristicile geometrice ale zăcămîntului, felul minereului sau al cărbunelui şi al rocilor înconjurătoare, metoda de exploatare şi timpul necesar pentru pregătirea şi exploatarea etajului.

50

Înălţimea optimă a unui etaj este aceea pentru care cheltuielile de investiţii şi de exploatare sunt minime şi care asigură siguranţa exploatării cu pierderi minime de substanţă minerală utilă. Stabilirea înălţimii etajului se poate face prin mai multe procedee, după criteriile care se iau în considerare. Astfel, înălţimea etajului se poate stabili ţinind seama de: capacitatea de producţie anuală, durata de exploatare şi preţul de cost al producţiei.

În cazul zăcămintelor mici şi mijlocii situate în relieful accidentat, explorate prin lucrări miniere, înălţimea etajului se alege prin analogie cu alte zăcăminte similare ce se găsesc în exploatare, sau se ia înălţimea etajelor create prin lucrări de exploatare. Tema 5 DESCHIDEREA ZĂCĂMINTELOR DE SUBSTANŢE MINERALE

UTILE [9] 5.1.Deschiderea zăcămintelor exploatabile în subteran 5.1.1. Deschiderea zăcămintelor de cărbuni

5.1.1.1. Deschiderea cu galerii de coastă 5.1.1.2. Deschiderea cu puţuri înclinate

5.1.1.3. Deschiderea cu puţuri verticale 5.1.1.4. Deschiderea cu metode combinate

5.1.2. Deschiderea zăcămintelor de minereuri 5.1.2.1. Deschiderea cu puţuri verticale

5.1.2.2. Deschiderea cu puţuri înclinate 5.1.2.3. Deschiderea cu galerii de coastă 5.1.2.4. Metode combinate de deschidere 5.2. Deschiderea zăcămintelor exploatabile la suprafată 5.2.1. Metode de deschidere cu tranşee exterioare 5.2.2. Metode de deschidere cu semitranşee interioare 5.2.3. Metode de deschidere cu lucrări miniere subterane 5.2.4. Metode combinate de deschidere

51

5.1.Deschiderea zăcămintelor exploatabile în subteran

5.1.1. Deschiderea zăcămintelor de cărbuni

Deschiderea zăcămintelor reprezintă un ansamblu de lucrări miniere care asigură accesul la zăcământ, făcând legătura între acesta şi suprafaţă. La stabilirea metodei de deschidere îşi exercită influenţa trei tipuri de factori: geologici, tehnici şi economici.

Factorii geologici sunt: grosimea şi înclinarea stratelor de cărbuni, adâncimea stratelor faţă de suprafaţă, prezenţa accidentelor tectonice, conţinutul de gaze şi de apă al zăcământului şi rocilor înconjurătoare, tendinţa de autoaprindere a cărbunelui etc.

Factorii tehnici mai reprezentativi sunt: mărimea rezervelor industriale, dimensiunile câmpului minier, nivelul tehnicii utilizate.

Cei mai importanţi factori economici sunt: nivelul investiţiilor, durata deschiderii zăcământului, costul tonei de cărbune.

La stabilirea metodei de deschidere trebuie să se urmărească realizarea unor investiţii capitale reduse, volum mic al lucrărilor de deschidere şi realizarea lor într-un timp scurt, concentrarea producţiei şi reducerea lungimii lucrărilor miniere aflate în întreţinere.

Clasificarea metodelor de deschidere [3] se poate face după următoarele criterii:

• tipul lucrării principale de deschidere: cu puţuri verticale; cu puţuri înclinate, cu galerii de coastă;

• amplasamentul lucrării principale de deschidere: în zăcământ, în culcuş, în acoperiş, străbate zăcământul, pe un flanc al zăcământului;

52

• numărul orizonturilor de transport: cu un orizont de transport; cu mai multe orizonturi de transport.

• prezenţa şi tipul lucrărilor auxiliare de deschidere

5.1.1.1. Deschiderea cu galerii de coastă

Această metodă de deschidere este aplicabilă îndeosebi atunci când zăcământul este situat într-o zonă cu teren accidentat [3, 13].

În funcţie de relieful terenului şi de poziţia stratului, galeria de coastă poate fi săpată fie direct pe strat, fie în rocile înconjurătoare.

Fig. 5.1. Deschiderea cu galerii de coastă.

La amplasarea galeriei de coastă trebuie să se ţină seama de faptul că la gura galeriei terenul trebuie să permită amplasarea obiectivelor necesare, să nu existe pericolul alunecărilor de teren şi să nu apară posibilitatea inundării prin ridicarea nivelului apelor din vale.

Aplicarea acestei metode de deschidere prezintă o serie de avantaje: durata de execuţie este mai redusă în comparaţie cu a

53

altor lucrări, cheltuielile sunt relativ mici şi nu necesită instalaţii costisitoare.

5.1.1.2. Deschiderea cu puţuri înclinate

Metoda este indicată a se aplica la strate cu înclinări mici, care sunt situate în apropierea suprafeţei sau în cazul când în acoperişul stratului de cărbuni se găsesc nisipuri acvifere [3].

Fig. 5.2. Deschiderea cu puţuri înclinate: 1 - puţuri înclinate, 2 - galerie direcţională de transport, 3 - galerie transversală de

transport, 4 - galerie direcţională de aeraj; 5 - galerie transversală de aeraj În figura 5.2 este ilustrată deschiderea cu puţuri înclinate

a unui pachet de strate cu înclinare mică. Puţurile înclinate se amplasează pe stratul din culcuş şi se

sapă de la suprafaţă până la limita inferioară a primului etaj, nivel la care se va săpa galeria direcţională de transport. Din aceasta se va săpa galeria transversală de transport, care va face legătura cu galeria direcţională de transport de pe stratul din acoperiş.

Pentru evacuarea aerului viciat, la nivelul orizontului de aeraj, se va săpa o galerie direcţională de aeraj pe fiecare strat. Acestea vor fi legate printr-o galerie transversală de aeraj, care va asigura dirijarea aerului viciat spre puţul înclinat de aeraj.

54

Avantajele aplicării acestei metode de deschidere sunt: cheltuielile capitale iniţiale au volum redus, asigurarea unei durate reduse de deschidere a minei şi posibilitatea introducerii unui transport continuu între abataj şi suprafaţă.

Ca dezavantaje pot fi menţionate: lungimea mare a puţurilor înclinate şi ca atare, cheltuieli ridicate la întreţinerea acestora, precum şi imobilizarea unei cantităţi însemnate de cărbune în pilierii de protecţie al puţurilor.

5.1.1.3. Deschiderea cu puţuri verticale

Între metodele de deschidere, răspândirea cea mai largă o are deschiderea cu puţuri verticale.

Când zăcământul este format dintr-un singur strat de cărbune cu înclinare mare, amplasarea puţurilor se va face în funcţie de grosimea stratului de cărbune.

Dacă stratul este subţire, puţurile verticale pot fi astfel încât să intersecteze stratul aproximativ în centrul câmpului minier (fig.5.3, a). Reţeaua lucrărilor de pregătire se situează în stratul de cărbune.

În cazul în care stratul este gros, puţurile se vor amplasa în rocile sterile din culcuş (fig.5.3,b). Distanţa între galeriile transversale intermediare se determină astfel încât fiecare câmp de abataj să fie exploatat înainte să poată avea loc autoaprinderea cărbunilor.

55

Fig. 5.3. Deschiderea unui strat de cărbune cu înclinare mare

cu puţuri verticale şi galerii transversale de etaj: a - strat subţire; b - strat gros

Dezavantajul principal al acestei metode este dat de

necesitatea adâncirii periodice a puţurilor verticale.

Fig. 5.4 Deschiderea a două strate cu puţuri

verticale şi galerie transversală principală pe un orizont.

Atunci când zăcământul este format din mai multe strate

de cărbune cu înclinare mică (fig.5.4), este necesară existenţa unei galerii transversale la orizontul principal al minei, care va

56

permite concentrarea producţiei de cărbune la nivelul acestui orizont.

Absenţa cheltuielilor capitale reprezentate de adâncirea puţurilor, precum şi a celor generate de pregătirea altui orizont şi durata mare de activitate a orizontului în exploatare constituie principalele avantaje ale acestei metode de deschidere. Dar aplicarea acestei metode este dificilă atunci când limitele stratelor care alcătuiesc zăcământul diferă de la strat la strat.

Fig. 5.5. Deschiderea stratelor cu înclinare mică cu puţuri verticale şi puţ

orb principal. Când stratele au înclinare foarte mică şi distanţă mare

între ele, devine raţională deschiderea lor cu două puţuri verticale săpate de la suprafaţă şi un puţ orb principal (fig.5.5). Fiecare strat se va pregăti independent. Producţia obţinută în stratul superior se va transporta pe planul înclinat de transport aferent acestuia până la puţul orb, prin intermediul căruia va fi coborâtă la nivelul orizontului de transport al stratului inferior, de unde va fi dirijată spre puţul de extracţie.

57

5.1.1.4. Deschiderea cu metode combinate

Executarea în acelaşi zăcământ a mai multor lucrări în vederea deschiderii lui constituie metode principale de deschidere.

La stratele de cărbuni cu înclinare mare situate în regiuni accidentate se întâlneşte deschiderea combinată cu galerii de coastă şi puţuri oarbe.

În general, partea superioară a stratului se deschide cu galerii de coastă, iar în adâncime deschiderea se realizează cu puţuri oarbe verticale, care pornesc de la nivelul galeriei de coastă.

O altă metodă reprezintă deschiderea cu puţuri verticale în trepte, astfel încât primul puţ porneşte de la zi, iar celălalt puţ este orb, ambele fiind legate prin galerii transversale.

5.1.2. Deschiderea zăcămintelor de minereuri

La deschiderea zăcămintelor de minereuri se utilizează aceleaşi lucrări ca la zăcămintele de cărbuni.

Metodele care folosesc o singură lucrare de deschidere sunt considerate metode simple, iar cele care îmbină lucrările principale de deschidere cu cele auxiliare sunt numite metode combinate.

După amplasamentul lucrărilor principale de deschidere faţă de zăcământ, metodele de deschidere se pot clasifica astfel [2]:

• cu lucrări principale săpate în zăcământ; • cu lucrări principale săpate în rocile înconjurătoare; • cu lucrări principale care străpung zăcământul; • cu săparea lucrărilor principale pe unul din

flancurile zăcământului. Zăcămintele cu înclinare medie sau mare se deschid cu

galerii transversale principale sau de etaj. În ce priveşte zăcămintele orizontale, amplasarea puţurilor se face astfel

58

încât pilierii acestora să se poată extrage odată cu exploatarea câmpului minier învecinat

5.1.2.1. Deschiderea cu puţuri verticale

Avantajul acestor metode de deschidere este pregnant la zăcămintele cu înclinare mare, deoarece lungimea galeriilor transversale este mai mică.

Dintre aceste metode, aplicabilitate mare are metoda cu amplasarea puţurilor verticale în culcuşul zăcământului, deoarece nu va mai fi necesară lăsarea pilierului pentru protecţia puţului. Dezavantajul metodei este dat de lungimea galeriilor transversale, care creşte proporţional cu adâncimea puţului.

Fig. 5.6. Deschiderea cu puţuri verticale.

Mai rar folosite sunt metodele care necesită amplasarea puţurilor verticale în acoperişul zăcământului, precum şi cele cu săparea puţurilor prin zăcământ, care presupun imobilizarea unor rezerve considerabile în pilierul puţului.

5.1.2.2. Deschiderea cu puţuri înclinate

Puţurile înclinate pot fi amplasate în culcuşul sau acoperişul zăcământului, în afara zonei de scufundare a

59

terenului, pe unul din flancurile zăcământului sau în corpul de minereu.

Fig. 5.7. Deschiderea cu puţuri înclinate

Aplicabilitatea cea mai mare o are varianta cu amplasarea puţurilor înclinate în culcuşul zăcământului, în afara zonei de scufundare. Atunci când zăcământul este orizontal şi se situează în apropierea suprafeţei, puţurile înclinate se pot amplasa în acoperişul zăcământului.

5.1.2.3. Deschiderea cu galerii de coastă

Metoda se aplică în cazul unui relief accidentat şi, în special, când o parte din zăcământ se află deasupra văilor. Avantajul acestei metode este dat de faptul că permite intrarea zăcământului în exploatare în scurt timp şi se reduc considerabil cheltuielile de investiţii.

5.1.2.4. Metode combinate de deschidere

Atunci când forma zăcământului necesită acest lucru, lucrările de deschidere se pot combina.

60

Fig. 5.8. Metode combinate de deschidere

Dacă relieful este acidentat, deschiderea se poate realiza de la suprafaţă cu galerii de coastă, iar în adâncime cu puţuri oarbe.

Când zăcământul se extinde mult în adâncime, se pot realiza combinaţii între puţurile verticale sau înclinate săpate de la suprafaţă şi puţurile oarbe verticale sau înclinate săpate în adâncime.

5.2. Deschiderea zăcămintelor exploatabile la suprafată

Deschiderea zăcământului se realizează prin săparea tranşeelor principale şi a tranşeelor de acces, care fac legătura zăcământului cu suprafaţa şi care constituie frontul iniţial la excavarea treptelor [5, 6, 7].

Modul de deschidere al zăcământului ce urmează a fi exploatat prin lucrări miniere la zi depinde de factorii următori: relieful terenului înconjurător, în funcţie de care se face amplasarea lucrărilor şi se stabileşte tipul de transport; condiţiile geologice şi hidrogeologice; proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor acoperitoare etc.

Tranşeele de deschidere se dimensionează în funcţie de capacitatea de transport, adâncimea la care ajung şi natura

61

rocii pe care trebuie să o străbată, iar înclinarea lor se alege în funcţie de felul transportului.

Tranşeea este o lucrare minieră deschisă cu secţiune trapezoidală. Când se execută pe povârnişuri, are profil transversal deschis şi poartă numele de semitranşee.

Tranşeele se pot clasifica după mai multe criterii: poziţia lor în raport cu conturul carierei, numărul treptelor deservite, destinaţia principală şi stabilitatea lor.

După poziţia faţă de conturul carierei se deosebesc tranşee exterioare şi tranşee interioare.

Tranşeele exterioare se execută în afara conturului carierei şi după numărul treptelor deservite pot fi individuale sau grupate. Dacă atât transportul sterilului cât şi al utilului se face pe aceeaşi tranşee, aceasta se numeşte comună. Tranşeele principale care deschid toate treptele carierei se numesc tranşee generale.

Tranşeele în al căror profil se amplasează una sau mai multe linii de transport pentru plin şi gol sunt simple. Atunci când transportul încărcăturilor se va face pe tranşee independente de cele destinate trecerii materialului rulant gol, tranşeele vor fi conjugate.

Tranşeele interioare se sapă în interiorul conturului definitiv al carierei şi, la rândul lor, pot fi şi ele individuale, grupate sau comune, simple sau conjugate.

După durata de funcţionare, tranşeele pot avea caracter provizori sau permanent.

5.2.1. Metode de deschidere cu tranşee exterioare

Aceste metode se aplică în cazul zăcămintelor stratiforme cu grosime şi înclinare mică, cu roci acoperitoare slabe şi cu grosime mică [5, 6].

Tranşeele de deschidere se amplasează direcţional sau transversal pe direcţia zăcământului şi sunt condiţionate de poziţia haldelor de steril şi a depozitelor de util, precum şi de

62

respectarea înclinării maxime admise pentru tipul de transport utilizat în carieră.

Fig. 5.9. Deschiderea cu tranşee exterioare individuale simple: ; 1-

front de lucru, 2 - tranşee

În cazul zăcămintelor stratiforme cu grosime şi înclinare mică, cu roci acoperitoare slabe, de grosime mică, se aplică metoda de deschidere cu tranşee exterioare individuale, care poate avea două variante: cu tranşee exterioare individuale simple (fig.5.9) sau cu tranşee exterioare individuale conjugate (fig.5.10).

Acestea sunt metode simple de deschidere şi asigură un transport în bune condiţii pe toată durata exploatării, dar necesită cheltuieli mari pentru săparea lucrărilor miniere.

63

Fig. 5.10. Deschiderea cu tranşee exterioare individuale conjugate Pentru zăcăminte relativ adînci, cu grosime medie sau mare, orizontale sau cu înclinare mică, se aplică metoda de deschidere cu tranşee exterioare grupate, care şi ea, poate avea două variante: cu tranşee exterioare simple (fig.5.11) sau cu tranşee comune (fig.5.12).

Fig.5.11Deschiderea cu tranşee exterioare grupate simple

64

Fig. 5.12. Deschiderea cu tranşee exterioare grupate comune. Avantajele aplicării acestei metode sunt date de buna

organizare şi de reducerea volumului lucrărilor faţă de metoda de deschidere cu tranşee exterioare individuale. Necesită, însă un volum mare de lucrări pentru realizarea grupurilor de tranşee.

5.2.2. Metode de deschidere cu semitranşee interioare Se pot aplica la zăcăminte de grosime medie şi mare,

cu înclinare mică şi foarte mică şi grosime mare la rocile acoperitoare[6]. Deschiderea cu semitranşee interioare prezintă avantajul reducerii considerabile a lucrărilor de săpare şi, în fncţie de condiţiile de zăcămînt, se poate aplica în mai multe variante:

Deschiderea cu semitranşee interioare individuale simple (fig.5.13)

65

Fig. 5.13. Deschiderea cu semitranşee interioare individuale simple. sau conjugate; Deschiderea cu semitranşee grupate simple (fig.5.14).

Fig. 5.14. Deschiderea cu semitranşee interioare grupate simple.

Aplicarea acestei metode necesită existenţa unor roci stabile în culcuşul zăcământului, acolo unde se sapă semitranşeele.

66

5.2.3. Metode de deschidere cu lucrări miniere subterane

Zăcămintele dezvoltate deasupra nivelului terenului înconjurător se deschid cu galerii de coastă şi rostogoluri. În cazul în care zăcămintele sunt situate la adâncime mare, lucrările miniere folosite pentru deschidere sunt: galerii de coastă, puţuri înclinate sau puţuri verticale, atunci când grosimea şi înclinarea zăcământului sunt mari.

Principalele avantaje ale acestor metode sunt date de folosirea pe scară largă a transportului gravitaţional, cheltuieli reduse la încărcarea substanţei minerale utile şi organizarea simplă a activităţii în carieră.

5.2.4. Metode combinate de deschidere

Prin metodele combinate de deschidere se asigură folosirea cât mai eficientă a condiţiilor locale în care se găseşte zăcământul. Variantele obişnuite de deschidere combinată sunt:

• deschiderea cu tranşee a treptelor de util şi fără tranşee a celor de steril, variantă ce se aplică la zăcămintele stratiforme orizontale sau cu înclinare mică şi cu roci acoperitoare de grosime mare; prezintă avantajul unui volum mic de lucrări de deschidere;

• deschiderea cu semitranşee interioare a treptelor de steril şi tranşee exterioare a treptelor de util, variantă indicată la deschiderea zăcămintelor cu grosime medie şi mare; se asigură organizare bună a transportului şi capacitate mare de transport, dar apare un număr mare de lucrări în carieră;

• deschiderea prin combinarea tranşeelor în spirală cu tranşee în unghi ascuţit; se aplică la zăcăminte în formă de stock şi, în general, la zăcăminte cu grosime şi înclinare medie şi mare;

• deschiderea combinată prin lucrări miniere la zi şi

67

lucrări miniere subterane; se aplică la deschiderea zăcămintelor sub formă de stockuri şi depozite situate deasupra nivelului terenului înconjurător. Prin complexul de lucrări subterane se colectează şi se transportă materialul rezultat din lucrările în carieră [14]. Avantajele acestor metode sunt date de posibilitatea adaptării lucrărilor de deschidere la condiţiile locale de relief şi de racordare la principalele artere de comunicaţie, instalaţii de preparare, alimentare cu energie electrică etc

Tema 6.

PREGĂTIREA ZĂCĂMINTELOR DE

SUBSTANŢE MINERALE UTILE [9]

6.1. Pregătirea zăcămintelor exploatabile în subteran 6.1.1. Pregătirea zăcămintelor de cărbuni 6.1.1.1. Pregătirea stratelor cu grosime mică şi medie 6.1.1.3. Clasificarea metodelor de pregătire 6.1.2. Pregătirea zăcămintelor de minereuri 6.1.2.1. Pregătirea zăcămintelor de formă filoniană 6.1.2.2. Pregătirea zăcămintelor cu grosime mare

6.2. Pregătirea zăcămintelor exploatabile la suprafaţa

6.1. Pregătirea zăcămintelor exploatabile în subteran

Pregătirea unui zăcământ urmează deschiderii lui şi cuprinde totalitatea lucrărilor care au ca destinaţie deservirea lucrărilor de extragere a substanţei minerale utile.

Lucrările de pregătire sunt, în general, legate de metodele de exploatare şi reprezintă o fază anterioară a acestora. Lucrările independente de metoda de exploatare sunt numite lucrări principale de pregătire (galerii direcţionale de etaj, suitori de panou), iar cele întâlnite doar la anumite metode de

68

exploatare sunt numite lucrări specifice de pregătire (rostogoluri, galerii de subetaj, galerii transversale scurte ele).

6.1.1. Pregătirea zăcămintelor de cărbuni

6.1.1.1. Pregătirea stratelor cu grosime mică şi medieDacă zăcământul este format dintr-un singur strat, lucrările de pregătire sunt relativ reduse, sunt executate chiar în stratul de cărbune şi sunt reprezentate de: galeria direcţională de transport, galeria direcţională de aeraj şi plane înclinate sau suitori de legătură, în funcţie de înclinarea stratului (fîg.6.1).Pentru un zăcământ format din mai multe strate, lucrările de pregătire diferă în funcţie de numărul de strate, distanţa dintre ele, înclinarea lor, iar pregatirea se poate face independent pentru fiecare strat sau poate exista o pregătire comună.

Fig. 6. l. Pregătirea unui strat:

1 - galerie direcţională de transport, 2 - galerie direcţională de aeraj, 3 - suitor.

Pregătirea independentă se aplică atunci când distanţa dintre strate este mare. Pentru fiecare strat, lucrările de pregătire se sapă în stratul de cărbune (fig.6.2).

69

Fig. 6 2. Pregătirea independentă a straielor cu înclinare mică. Atunci când distanţa dintre strate este mică, pentru reducerea cheltuielilor de pregătire se poate aplica pregătirea în grup a stratelor. La acest tip de pregătire, doar galeriile pentru concentrarea producţiei se sapă şi se întreţin pe toată lungimea câmpului minier, celelalte lucrări se vor lichida pe măsura ieşirii din funcţiune (fig.6.3). Lucrările principale de pregătire se vor amplasa în culcuşul pachetului de strate.

Fig. 6.3. Pregătirea în grup a stratelor cu înclinare mare.

6.1.1.2. Pregătirea stratelor cu grosime mare La pregătirea stratelor de cărbuni cu grosime

mare, lucrările principale de pregătire se sapă în rocile sterile din culcuşul stratului. Aceste lucrări

70

sunt galerina direcţională de transport şi galeria direcţională de aeraj. Galeriile direcţionale sunt numite galerii de câmp. Distanţa la care se sapă galeriile direcţionale de câmp

faţă de stratul de cărbune depinde de tăria şi stabilitatea rocilor din culcuş.Alte lucrări de pregătire sunt galeriile transversale intermediare, care se sapă pornind din galeria direcţională de câmp până la acoperişul stratului şi care împart stratul în câmpuri de abataj (fig.6.4).

Fig. 6.4 Pregătirea unui strat gros:1 - galerie direcţională de transport, 2 - galerie direcţională de aerai. 3 - galerie transversală de transport.

4 - galerie transversală de aeraj, 5 – suitor

Între galeriile transversale intermediare de la orizontul de transport şi galeriile transversale intermediare de la orizontul de aeraj se vor săpa suitori, care au rolul de a asigura legătura între cele două orizonturi. În funcţie de varianta metodei de exploatare aplicată, mai poate fi necesar un suitor sub acoperişul stratului gros.

71

6.1.1.3. Clasificarea metodelor de pregătire

Deoarece câmpul minier nu se poate exploata deodată pe toată suprafaţa sa, el va fi divizat în porţiuni mai mici. În funcţie de condiţiile de zăcământ şi de modul de împărţire a câmpului minier, metodele de pregătire se clasifică astfel:

• pregătirea câmpului minier în etaje; • pregătirea câmpului minier în panouri; • pregătirea combinată a câmpului minier. Pregătirea câmpului minier în etaje. Această metodă de

pregătire constă în divizarea pe înclinare a câmpului minier în porţiuni cu extindere mare pe direcţie, numite etaje (fig.6.5).

Fig. 6 5 Pregătirea câmpului minier în etaje

Fig. 6.6. Exploatarea unui etaj

72

Pregătirea câmpului minier în etaje se aplică la strate cu înclinare mică, medie sau mare [3] La stratele cu înclinare mică, galeriile direcţionale de etaj se sapă din planele înclinate, iar la strate cu înclinare mare, galeriile direcţionale de etaj se vor săpa din galeriile transversale.

Pe direcţie, etajele pot fi exploatate progresiv, de la planele înclinate spre hotarele câmpului minier, sau în retragere, de la hotare spre centrul cîmpului minier (fig.6.6).

Exploatarea progresivă a etajelor se aplică atunci când

stratele de cărbune au un conţinut ridicat de metan şi prezintă pericol de erupţii de gaze şi praf de cărbune.

Atunci când stratele au tendinţă mare de autoaprindere, se poate aplica exploatarea în retragere a etajelor, care prezintă avantajul unor cheltuieli de întreţinere mai reduse.

Pregătirea câmpului minier în panouri se aplică la strate orizontale sau cu înclinare mică. Panoul este o parte a câmpului minier elimitată pe înclinare, în amonte sau aval, de galerii principale sau de galeria principală şi una din limitele pe înclinare ale câmpului minier, iar pe direcţie de hotarele panourilor vecine [3].

73

Fig 6.7. Pregătirea câmpului minier în panouri

După înclinare, panoul se împarte în părţi mai mici cu extindere pe direcţie, care sunt numite porţiuni de panou. Acestea sunt părţi dintr-un PANOU, mărginite pe înclinare de galerii direcţionale de transport şi de aeraj.

Pregătirea câmpului minier în panouri prezintă următoarele avantaje: permite concentrarea producţiei pe strat; se poate aplica transportul în flux continuu; asigură condiţii favorabile exploatării în retragere, de la hotarele panoului spre planele înclinate. Dezavantajele acestei metode sunt: volumul mare de lucrări înclinate, transportul dificil al materialelor spre abataj, sistemă complicată de aeraj.

Pregătirea combinată a câmpului minier. Particularitatea acestei metode constă în combinarea metodelor de pregătire descrise anterior.

Astfel, câmpul din amonte poate fi pregătit în etaje, iar cel din aval se poate pregăti în panouri. Această metodă se aplică atunci când stratele au înclinare variabilă, sunt prezente accidente tectonice sau când este necesară creşterea producţiei minei.

74

6.1.2. Pregătirea zăcămintelor de minereuri

Pregătirea unui zăcământ de minereuri în vederea exploatării constă în împărţirea lui în etaje cu ajutorul lucrărilor orizontale principale şi în împărţirea etajului în câmpuri de abataj [2]. La zăcămintele cu înclinare mica, câmpul minier se împarte în panouri şi porţiuni de panou.

Schema şi ordinea de pregătire a zăcămintelor de minereuri se stabileşte în funcţie de condiţiile de zăcământ şi de metoda de exploatare aplicată.

6.1.2.1. Pregătirea zăcămintelor de formă filoniană

La aceste zăcăminte, lucrările principale de pregătire sunt reprezentate de galerii de etaj şi de suitori, care împart etajul în blocuri (fig.6.8).

În funcţie de metoda de exploatare aplicată, pot apare lucrări de pregătire specifice: galerii de preabataj, galerii de subetaj, suitor central de etaj, rostogoluri.

Fig 6 8. Pregătirea zăcămintelor de formă filoniană

75

6.1.2.2. Pregătirea zăcămintelor cu grosime mare

Similar zăcămintelor filoniene, lucrările principale de pregătire -galerii şi suitori - sunt însoţite de lucrări de pregătire specifice metodei de exploatare aplicată: galerii de preabataj, galerii de subetaj , galerii de felie, rostogoluri (fig.6.9).

Fig. 6.9 Pregătirea corpurilor groase de minereu:

a - cu amplasarea suitorilor în zăcământ; b - cu amplasarea suitorilor pe culcuşul zăcământului

6.2. Pregătirea zăcămintelor exploatabile la suprafaţă

După deschiderea câmpului de exploatare la zi, se sapă tranşeele de pregătire, în vederea extragerii masivului de roci sterile şi substanţe minerale utile. Tranşeele de pregătire străbat câmpul minier după o direcţie bine stabilită.

În funcţie de poziţia tranşeelor de deschidere, faţă de câmpul de exploatare la zi şi de poziţia tranşeelor de pregătire faţă de cele de deschidere, se deosebesc mai multe sisteme şi variante de pregătire.

Sistemul în paralel. Tranşeea de pregătire se sapă în prelungirea tranşeei de deschidere, iar frontul de lucru se

76

deplasează paralel cu el îsuşi, pe o direcţie perpendiculară pe tranşeea de pregătire [1,6]; sistemul se aplică la zăcăminte dezvoltate deasupra reliefului terenului înconjurător, precum şi la zăcăminte aflate la mică adâncime, orizontale sau cu înclinare foarte mică. Se poate aplica în două variante (fig.6.10).

Fig. 6.10. Sistemul de pregătire în paralel:

a - cu un front, b - cu două fronturi

Sistemul în L. Tranşeea de pregătire se sapă perpendicular pe cea de deschidere, iar frontul de lucru se deplasează paralel cu el însuşi. După poziţia tranşeei de pregătire faţă de câmpul în exploatare, sistemul poate avea trei variante: cu deplasarea frontului în avans (fig.6.11, a), cu deplasarea frontului în retragere (fig.6. 11, b) sau cu două fronturi [1, 6].

Fig 6.11. Sistemul de pregătire în L:

a - cu deplasarea frontului în avans, b - cu deplasarea frontului în retragere.

Sistemul în T. Tranşeea de pregătire este situată în câmpul de exploatare şi este perpendiculară pe tranşeea de deschidere, care se află în mijlocul câmpului de exploatare.

77

Sistemul se aplică în trei variante: cu deplasarea frontului în avans (fîg.6.12,a),cu deplasarea frontului în retragere (fig.6.12, b) sau cu două fronturi [1, 6].

Fig. 6.12. Sistemul de pregătire în T: a - cu deplasarea

frontalul în avans, b - cu deplasarea frontului în retragere

Sistemul cu transport în circuit, la care tranşeea de pregătire se sapă în prelungirea celei de deschidere, în lungul uneia din laturile mari ale câmpului de exploatare la zi.

Sistemul în evantai se caracterizează prin faptul că tranşeea de pregătire se sapă, de regulă, în lungul unei laturi şi în prelungirea tranşeei de deschidere. Frontul de lucru se roteşte în jurul unui punct fix.

Sistemul inelar se aplică la zăcămintele cu formă neregulată, transportul facându-se pe drumuri circulare ce au ramificaţii în dreptul punctelor de lucru.

Tema 7.

EXPLOATAREA ZĂCĂMINTELOR ÎN SUBTERAN [9]

7.1. Exploatarea zăcămintelor de cărbuni 7.1.1. Clasificarea metodelor de exploatare

7.1.2. Exploatarea stratelor cu grosime mică şi medie 7.1.3. Exploatarea stratelor cu grosime mare 7.1.3.1. Exploatarea stratelor groase în felii orizontale

7.1.3.2. Exploatarea stratelor groase în felii înclinate 7.1.3.3. Exploatarea stratelor groase cu surparea cărbunelui şi a rocilor înconjurătoare

78

7.1.4. Exploatarea cărbunilor prin gazificare 7.2. Exploatarea zăcămintelor de minereuri

7.2.1. Clasificarea metodelor de exploatare 7.2.2. Metode de exploatare cu goluri remanente 7.2.3. Metode de exploatare cu înmagazinarea

minereului în spaţiul exploatat 7.2.4. Metode de exploatare cu rambleerea spaţiului exploatat 7.2.5. Metode de exploatare cu susţinerea spaţiului exploatat

7.2.6. Metode de exploatare cu susţinerea şi rambleerea spaţiului exploatat 7.2.7. Metode de exploatare cu surparea rocilor înconjurătoare 7.2.8. Metode de exploatare cu surparea

minereului şi a rocilor înconjurătoare 7.2.9. Metode speciale de exploatare

7.1. Exploatarea zăcămintelor de cărbuni 7.1.1. Clasificarea metodelor de exploatare

Totalitatea lucrărilor de pregătire şi de exploatare a unui zăcământ, executate într-o anumită ordine, reprezintă metoda de exploatare.

În literatura de specialitate, există mai multe clasificări ale metodelor de exploatare a cărbunelui [3, 12, 14, 15]. La baza clasificării metodelor de exploatare stă succesiunea executării şi legătura existentă între lucrările de abataj şi cele de pregătire.

O clasificare generală a metodelor de exploatare se face după următoarele criterii: lungimea frontului de abataj, grosimea stratului, direcţia avansării frontului de abataj, schema de pregătire.

79

Ţinînd cont de aceste criterii, metodele de exploatare se pot clasifica asfel [3]:

1. Metode de exploatare fără împărţirea stratului în felii: • metode de exploatare cu front lung de

abataj: *metode de exploatare cu front continuu:

- pe înclinarea stratului; - pe direcţia stratului: varianta "abataj pe etaj",

varianta "abataj pe subetaj" (cu amplasarea planelor înclinate intermediare în spaţiul exploatat; cu amplasarea planelor înclinate intermediare în masivul de cărbune; cu amplasarea planelor înclinate în mijlocul câmpului de abataj - la strate cu înclinare mică şi medie);

- diagonal pe direcţia

stratului; metode de exploatare cu stâlpi:

- pe înclinarea stratului: - pe direcţia stratului: varianta "abataj pe etaj",

varianta" abataj pe subetaj" (cu transportul cărbunelui la planul înclinat din faţă; cu transportul cărbunelui la planul înclinat din spate; cu transportul cărbunelui la planul înclinat săpat în mijlocul câmpului de abataj - la strate cu înclinare mica şi medie);

- diagonal pe direcţia stratului; ■ metode de exploatare combinate;

•metode de exploatare cu front scurt de abataj: ■ metode de exploatare cu camere; ■ metode de exploatare cu camere şi stâlpi; ■ metode de exploatare cu stâlpi scurţi;

2. Metode de exploatare cu împărţirea stratului în felii:

80

• orizontale; • înclinate; • transversal-înclinate; • diagonale; • cu surparea cărbunelui şi a rocilor înconjurătoare (banc subminat).

7.1.2. Exploatarea stratelor cu grosime mică şi medie

Metoda de exploatare cu front continuu pe direcţie.

Particularitatea acestei metode de exploatare este dată de executarea simultană a lucrărilor de pregătire şi a celor de abataj pe toată înălţimea etajului sau a porţiunii de panou. În general, metoda de exploatare cu front continuu se aplică la strate subţiri, cu grosime constantă, la orice înclinare.

În funcţie de condiţiile de zăcământ, se poate aplica una din variantele, precizate în clasificarea metodelor de exploatare.

La strate cu neregularităţi pe înclinare, etajul se poate extrage fără a fi împărţit în subetaje.

Când înclinarea stratelor este mică sau medie, lucrările de pregătire sunt reprezentate de galeriile direcţionale de etaj (galerii de transport şi galerii de aeraj, împreună cu galeriile conjugate aferente), care se sapă de la planele înclinate principale înspre hotarul câmpului minier (fig.7.1).

81

Fig. 7.1. Metoda de exploatare cu front continuu: / - plan înclinat de transport, 2 - plan înclinat de circulaţie, 3 - galerie direcţională de transport, 4 - galerie conjugată de transport, 5 - galerie direcţională de aeraj; 6 - zid de rambleu, 7- galerie de ocol, 8 - camera troiului, 9 - pilieri, 10- front de abataj,

11 - plan înclinat de atac

Tăierea cărbunelui se poate face mecanizat, cu ajutorul combinelor de abataj, sau prin perforare-împuşcare, cu ajutorul explozivilor. În cazuri excepţionale, tăierea se poate face cu ajutorul ciocanelor de abataj. Transportul cărbunelui se face mecanizat.

Susţinerea abatajului se face fie mecanizat, fie cu stâlpi metalici şi grinzi.

Dirijarea presiunii în abataj se face, în general, prin prăbuşire totală.

Când înclinarea stratelor este mare, forma frontului de abataj variază în funcţie de modul de tăiere a cărbunelui. Dacă tăierea cărbunelui se realizează cu combine de abataj, frontul va avea formă rectilinie. Atunci cînd tăierea cărbunelui se realizează cu ciocane de abataj, se utilizează frontul în trepte răsturnate (fig.7.2), iar susţinerea abatajului se face în lemn.

82

În acest caz galeriile de pregătire se sapă din galeriile transversale de transport, respectiv de aeraj. Lucrările de abataj încep din suitorul de atac, ordinea de extragere a treptelor este ascendentă. Înălţimea treptei variază între 4 m şi 16 m, în funcţie de tăria cărbunelui.

Fig. 7.2. Metoda de exploatare cu front continuu în trepte răsturnate:

/ - galerie transversală de transport, 2 - galerie transversală de aeraj, 3 - galerie direcţională de transport, 4 - galerie conjugată de transport; 5 - galerie direcţională de

aeraj; 6 - galerie conjugată de aeraj; 7- suitor, 8 - pilier

Metoda de exploatare cu stâlpi lungi pe direcţie Caracteristica principală a acestei metode de exploatare este dată de faptul că lucrările de pregătire, care se execută în totalitate înaintea lucrărilor de abataj, delimitează stratul în porţiuni de forma unor stâlpi.

Fig. 7.3. Metoda de exploatare cu stâlpi

83

Domeniul de aplicare al acestei metode de exploatare îl

constituie stratele cu grosimi cuprinse între 1,2 m şi 3,5 m, cu roci înconjurătoare slabe, când nu este posibilă aplicarea metodelor de exploatare cu front continuu [15].

Procesul de producţie în abataj decurge, în general, similar celui de la metoda de exploatare cu front continuu.

Pregătirea se face cu galerii direcţionale de etaj (de transport şi de aeraj, precum şi galeriile conjugate corespunzătoare).

Această metodă de exploatare se poate aplica atât la strate cu înclinare mică (fig.7.3), cît şi la strate cu înclinare mare (fig.7.4).

Fig. 7.4. Metoda de exploatare cu stâlpi în trepte răsturnate.

Metoda de exploatare cu stâlpi lungi pe înclinare Această metodă are o aplicare largă datorită folosirii complexelor mecanizate.

Lăţimea stâlpilor este de 30-40 m, iar pregătirea acestora se realizează prin săparea ascendentă a lucrărilor înclinate perechi între galeria de transport şi galeria de aeraj a etajului (fig.7.5). Această metodă dc exploatare se aplică

84

pentru strate cu înclinare mai mică de 12-15° şi grosimi sub 5 m.

Metode de exploatare combinate. Metodele combinate sunt rodul îmbinării a două metode de exploatare cunoscute. O largă aplicabilitate în practică are metoda cu galerii perechi, care se obţine prin combinarea metodei cu front continuu cu metoda cu stâlpi lungi. Această metodă se aplică la exploatarea stratelor subţiri cu înclinare mică, a căror pregătire se va realiza în panouri.

Fig. 7.5. Metoda de exploatare cu stâlpi lungi pe înclinare

Pentru exploatarea porţiunilor de panou impare se aplică metoda cu front continuu, în timp ce pentru exploatarea porţiunilor de panou pare se aplică metoda cu stâlpi lungi.

7.1.3. Exploatarea stratelor cu grosime mare 7.1.3.1. Exploatarea stratelor groase în felii orizontale

Caracteristica principală a acestor metode constă în împărţirea stratului în felii orizontale, a căror grosime este cuprinsă între 2,5 şi 4 m, în funcţie de tipul de susţinere a spaţiului exploatat. Exploatarea feliilor poate decurge fie în mod descendent, cu surparea rocilor înconjurătoare, fie în mod ascendent, cu rambleerea spaţiului exploatat.

85

În vederea exploatării în felii orizontale, stratul trebuie să aibă înclinare mare, cărbune de tărie mică şi tendinţa de autoaprindere.

Pregătirea stratului se realizează cu galerii direcţionale de câmp (transport şi aeraj), din care se sapă galerii transversale intermediare care împart stratul în câmpuri de abataj. Legătura între galeriile intermediare de transport şi cele de aeraj se realizează prin intermediul suitorilor săpaţi în

culcuşul stratului. Distanţa la care se sapă galeriile de câmp este de aproximativ 30 m faţă de culcuşul stratului, iar suitorii se vor amplasa la maxim 10 m în culcuş. Distanţa dintre galeriile transversale intermediare este cuprinsă între 40 şi 60 m, dar în condiţii favorabile de zăcămînt poate atinge chiar 400m.

Metode de exploatare a feliilor orizontale în fâşii. Aceste metode se aplică la exploatarea stratelor groase cu înclinare mare, care au culcuş şi acoperiş neregulat, prezintă apofize, laminări şi îngroşări şi sunt afectate de accidente tectonice.

Din suitorii amplasaţi în culcuşul stratului, în centrul câmpului de abataj, se sapă la fiecare 8-12 m (înălţimea a 2-3 felii orizontale) galerii transversale scurte (baionete) până în culcuşul stratului. Accesul la feliile situate deasupra baionetei se realizează prin contrasuitori săpaţi pe culcuşul stratului.

După modul de extragere a fâşiilor, se pot distinge: varianta cu fâşii direcţionale şi varianta cu fâşii transversale.

Varianta în fâşii direcţionale. În vederea pregătirii feliei se va executa un preabataj transversal începând de la baionetă sau de la contrasuitor până la acoperiş. Fâşiile direcţionale se vor executa pe cele două aripi ale preabatajului. Lucrările de abataj se desfăşoară de la acoperiş spre culcuş, iar lungimea frontului de abataj este de 4 m (fig.7.6).

Varianta în fâşii transversale. Pregătirea feliei se va realiza prin săparea unui preabataj transversal de la baionetă

86

sau de la contrasuitor până la mijlocul stratului, din care se va realiza, de o parte şi de alta a sa, un preabataj direcţional până la hotarele câmpului de abataj. Din acesta, spre acoperiş respectiv spre culcuş, va începe extragerea fâşiilor transversale.

Fig. 7.6. Metoda de exploatare în felii orizontale extrase în fâşii direcţionale

Lucrările de abataj se desfăşoară de la hotarele câmpului de abataj spre mijlocul său (fig.7.7). Lăţimea fâşiei este de 4 m.

Fig. 7.7. Metoda de exploatare în felii orizontale extrase în fâşii transversale

87

În ambele cazuri extragerea cărbunelui se face fie prin perforare-împuşcare, fie cu ciocane de abataj, în funcţie de tăria cărbunelui şi de prezenţa metanului.

Transportul cărbunelui din abataj până la suitor se realizează cu transportor cu raclete.

Abatajul se susţine cu lemn, iar dirijarea presiunii se face prin prăbuşire totală. În stâlpii de lemn din abataj se perforează găuri, care apoi se împuşcă, provocând astfel prăbuşirea tavanului artificial.

Metoda de exploatare a feliilor orizontale cu abataj frontal. Are aplicabilitate în zonele de strat care nu prezintă neregularităţi pe direcţie şi înclinare, fără intercalaţii groase de steril sau apofize la culcuş sau acoperiş.

Stratul se exploatează în felii orizontale descendente, a căror grosime este cuprinsă între 2,7 şi 4 m, în funcţie de modul de susţinere a abatajului.

În funcţie de grosimea stratului, se pot distinge: varianta cu abataj frontal cu front scurt şi varianta cu abataj frontal cu front lung.

Varianta cu front scurt de abataj. Se aplică la strate cu grosime mai mică de 15 m. Pentru pregătirea feliei, din baionetă se sapă un preabataj direcţional pe culcuşul stratului.

Extragerea cărbunelui se face prin perforare-împuşcare

în câmpuri de 1, 2 m corelate cu lungimea grinzii de susţinere din abataj.

Susţinerea abatajului se realizează cu stâlpi metalici individuali şi grinzi. Tavanul artificial al abatajului se realizează din covoare de plasă metalică, derulate paralel cu frontul de abataj. Acestea se suprapun pe 15-25 CM şi se asamblează prin coasere cu şnur de ancoraj sau prindere cu sîrmă. Tavanul de rezistenţă se realizează din grinzi articulate,

88

aşezate pe vatra abatajului, perpendicular pe frontul de abataj, peste acestea derulîndu-se covoarele de plasă.

Dirijarea presiunii se face prin prăbuşire totală.

Fig. 7.8. Metoda de exploatare în felii orizontale cu front scurt de abataj.

Varianta cu front lung de abataj. Are aplicabilitate atunci când grosimea stratului depăşeşte 20 m, în zone cu o dezvoltare uniformă.

Extragerea cărbunelui se poate face fie prin perforare-împuşcare, fie mecanizat, cu combina de abataj, caz în care saltul este de 0,625 m, corespunzător pasului de avansare al susţinerii mecanizate.

Susţinerea se realizează, fie cu stâlpi metalici şi grinzi, fie mecanizat, în complex de susţinere.

Ca şi în cazul precedent, tavanul artificial se realizează din covoare de plasă metalică, derulate la tavan, paralel cu frontul de abataj.

Dirijarea presiunii se realizează prin prăbuşie cu

coborârea tavanului metalic flexibil pe vatra abatajului şi respectiv avansarea susţinerii mecanizate.

89

Fig. 7.9. Metoda de exploatare în felii orizontale cu front lung de abataj.

7.1.3.2. Exploatarea stratelor groase în felii înclinate

În vederea exploatării în felii înclinate, stratul se împarte în felii cu grosimea de 3,0-3,5 m, în funcţie de poziţia intercalaţilor sterile.

Fig. 7.10 Metoda de exploatare în felii înclinate

90

Extragerea feliilor se poare realiza atăt simultan,cu un decalaj oarecare între ele, căt şi succesiv. La extragerea simultană decalajul este dat de condiţiile geo+miniere şi, în general, este cuprins între 30 şi 80 m.

Pregătirea se poate face în panouri, care vor fi extrase în porţiuni de panou, sau în etaje, care se pot împărţi în subetaje.

Fiecare felie se va pregăti independent (fig.7.10) cu galerii direcţionale de transport şi de aeraj, care vor fi legate, prin intermediul galeriilor transversale, de galeriile direcţionale săpate în culcuşul stratului (transport şi aeraj).

7.1.3.3. Exploatarea stratelor groase cu surparea

cărbunelui şi a rocilor înconjurătoare. Aplicarea acestei metode impune împărţirea etajului în

subetaje şi extragerea bancului de cărbune prin surparea sa şi a rocilor înconjurătoare. Înălţimea unui subetaj variază în limitele 8+15 m, în funcţie de varianta de exploatare aleasă.

Fig. 7.11. Metoda de exploatare cu surparea cărbunelui şi a rocilor înconjurătoare (varianta 1 ).

91

Pentru grosimi ale stratului cuprinse între 4 şi 6 m se aplică varianta ilustrată în fig.7.11. Lucrările de pregătire din stratul de cărbune constau în săparea unui preabataj direcţional pe strat pănă la limita cămpului de abataj, de unde va începe extragerea cărbunelui. La fiecare al doilea subetaj se sapă în strat un suitor pentru asigurarea accesului la subetajul superior.

Surparea bancului de cărbune se realizează prin perforare-împuşcare cu ajutorul găurilor executate din preabataj. În vederea asigurării unei dislocări cît mai bune, amplasarea acestora se va face în evantai. Lungimea găurilor este de 2,5-3 m, în funcţie de posibilităţile tehnice de execuţie.

Dacă tăria cărbunelui impune acest lucru, din fiecare preabataj direcţional se execută suitori în vederea presfărmării cărbunelui. Distanţa dintre aceştia este de 6 m. În acest caz, găurile de mină se execută în pereţii frontului a suitorului.

Fig. 7.12. Metoda de exploatare cu surparea cărbunelui şi a

rocilor înconjurătoare (varianta 2).

Atunci când grosimea stratului depăşeşte 6 m, se aplică varianta din fig. 7.12. Lucrările de pregătire constau în săparea preabatajului direcţional sub acoperiş până la limita câmpului

92

de abataj. Din acesta se execută galerii transversale colectoare ce au între ele o distanţă de 5-6m, în funcţie de tăria cărbunelui. În vederea presfărmării, din galeriile transversale se execută la fiecare 6m suitori cu înălţimea de 6-8m. Susţinerea preabatajului direcţional şi a galeriilor transversale se face cu arce metalice, iar ca bandaje se utilizează jumătăţi de lemn rotund. Găurile de mină se execută în pereţii şi în frontul suitorului.

Fig. 7.13. Variaţia pierderilor de cărbune in funcţie de grosimea

bancului subminat

În fîg.7.13. este ilustrată variaţia pierderilor de cărbune în funcţie de grosimea bancului ce se surpă. O dimensionare corespunzătoare a bancului va asigura pierderi de cărbune cît mai reduse în spaţiul exploatat, în vederea diminuării pericolului de apariţie a fenomenului de autoaprindere a cărbunelui.

7.1.4. Exploatarea cărbunilor prin gazificare

Gazificarea reprezintă transformarea combustibililor solizi sau lichizi în combustibili gazoşi. Gazificarea poate fi

93

parţială, caz în care se numeşte distilare sau cocsificare, şi totală sau gazificare propriu-zisâ.

Gazificarea propriu-zisă constă într-o ardere incompletă a combustibilului, având ca rezultat obţinerea de gaze combustibile. Ca rezultat solid se obţine numai cenuşa, deci resturi necombustibile. Produsul gazificării este mult mai abundent în gaze decât acela ai distilării sau chiar al clasificării, însă gazele produse au putere calorică mai mică [19].

Cel mai simplu generator subteran de gaz constă din două găuri de sondă executate în stratul de cărbune, între care se găseşte un canal. În rocile de natura gazului care se doreşte a fi obţinut, printr-una din găuri se va injecta fie un curent de aer sau vapori, fie o combinaţie de aer îmbogăţit pe cale artificială cu oxigen, iar prin cealaltă gaură se va extrage gazul produs.

In ce priveşte arderea carbonului, exista trei teorii, însă toate trei reprezintă, de fapt, simplificări foarte pronunţate.

1. Teoria mai veche [19], pe baza căreia s-au şi denumit zonele din gazogen, admite o ardere completă a carbonului în zona de oxidare (ardere) a gazogenului, sub forma: kJCOOС .40727022 +=+ (7.1)

Bioxidul de carbon produs ajunge apoi în zona de reducere cu temperatură mai mare, unde trece peste carbonul solid incandescent şi se transformă în oxid de carbon:

kJCOCOC .1699002 22 −=+ (7.2)

Se ştie că bioxidul de carbon este înclinat la reacţii de acest gen şi că reacţia se produce aproape integral la temperatură foarte înaltă. Stratul de carbon îşi menţine temperatura prin coborîre din zona de oxidare, unde căldura

94

produsă exotermic este mult mai mare decât cea consumată endotermic, în zona de reducere.

În realitate, în gazogen se poate determina prezenţa oxidului de carbon şi în zona de ardere şi împreună cu el mai apar urme de: CH4, H2, C2H4 etc, din cauză că în gazogen nu se arde carbon pur, ci combustibil solid. În zonele cu temperatură mai scăzută predomină însă bioxidul de carbon, pe când în zonele cu temperatură mai ridicată se produce mai mult reacţia (7.2), deci predomină oxidul de carbon.

2. A doua teorie [19] consideră de la început arderea ca fiind incompletă, deci sub forma reacţiei:

kJCOOC .12410021

2 +=+ (7.3)

bioxidul de carbon prezent în gazul de gazogen fiind considerat ca fiind rezultatul unei arderi secundare ulterioare a oxidului de carbon:

kJCOOCO .28316021

2 −=− (7.4)

Această teorie este în concordanţă cu procesele de ardere rapidă obţinute mai ales printr-o viteză mai mare de insuflare a aerului gazogen.

3. Conform celei de-a treia teorii [19] bioxidul şi oxidul de carbon se formează concomitent în diferite proporţii, după conducerea procesului de gazificarei conform ecuaţiei generale:

nCOmCOOnmCnm +=+++ 22)2

()( (7.5)

Proporţia de oxid de carbon din gaze creşte dacă se măreşte

viteza de insuflare a aerului până la o anumită limită, ceea ce echivalează de fapt cu activarea proceselor.

95

Continuarea procesului de ardere se poate reduce la următoarele relaţii [18]:

kJSOOS

kJOHOH

kJOHOH

v

u

296000

242000)(21

287000)(21

22

222

222

+=+

+=+

+=+

Simbolul chimic din aceste formule înseamnă, în acelaşi timp, că se lucrează cu 1 kmol din elementul respectiv, dacă nu se specifică altă cantitate prin coeficientul aflat în faţa simbolului. Pentru corpurile solide greutatea moleculară se ia egală cu greutatea atomică, deoarece nu se poate defini componenţa reală a unei molecule, din cauza legăturilor strânse dintre atomii vecini, indiferent cărei molecule ar aparţine ei.

Uscarea şi distilarea uscată nu se produc doar în urma zonei de reducere, ci şi de-a lungul frontului de cărbune, în adâncimea stratului, pe o zonă de 10-15 m [11].

Gazificarea subterană poate decurge prin două metode: metoda prin lucrări miniere, conform căreia pregătirea stratului pentru gazificare se realizează prin lucrări miniere subterane; metoda prin foraje, la care pregătirea stratului se realizează prin foraje cu diametrul redus..

Aplicare pe scară largă are metoda de gazificare prin foraje. Dispunerea găurilor de sondă se poate face în linie, hexagonal sau după alte scheme de amplasare. La amplasarea în linie, un ansamblu de trei găuri formează o celulă, gaura centrală fiind destinată gazului, iar celelalte alimentării. La amplasarea hexagonală, gaura centrală este destinată gazului, iar celelalte şase găuri periferice sunt destinate alimentării.

Particularitatea acestei metode este dată de faptul că toate fazele procesului de gazificare se execută de la suprafaţă şi se

96

desfăşoară în următoarea ordine: forarea de la suprafaţă a găurilor de sondă care să intersecteze stratul în vederea alimentării cu agent şi a evacuării gazelor, crearea în stratul de cărbune a canalelor (fisuri) de comunicaţie între foraje-demararea procesului propriu-zis prin injectarea agentului de gazificare.

Fig. 7.14. Conducerea procesului de gazificare: a - mod

echicurent; b - mod contracurent

În funcţie de sensul de deplasare al frontului de combustie, se deosebesc umătoarele moduri de conducere a procesului:

• modul echicurent, în care frontul avansează în acelaşi sens cu cel de curgere a agentului; recomandat, îndeosebi, în cazul fisuraţiei reduse a stratului de cărbune şi atunci când există pericolul aportului excesiv de apă, deoarece presiunea ridicată a agentului de gazificare nu permite intrarea apei în gazogeneratorul subteran [11];

• modul contracurent, când frontul avansează spre sursa de alimentare cu agent de gazificare; recomandat atunci când permeabilitatea stratului permite trecerea unui debit important de aer.

Pe plan mondial, cea mai largă utilizare în gazificarea cărbunelui are procedeul LWG (Longwall generator), a cărui aplicare se pretează la o multitudine de condiţii geo-miniere

97

ale zăcămintelor de cărbune. Acesta utilizează combinaţii de foraje verticale dirijate cu ajutorul laserului (fig.7.15).

Fig. 7.15 Gazificare subterană prin procedeul LWG 7.2. Exploatarea zăcămintelor de minereuri 7.2.1. Clasificarea metodelor de exploatare

Zăcămintele de substanţe minerale utile prezintă o mare varietate de forme, dimensiuni, condiţii, proprietăţi fizico-mecanice ale zăcământului şi rocilor înconjurătoare, adâncimea de la suprafaţă etc, toate acestea generând condiţii variate de exploatare.

În literatura de specialitate,nu există o clasificare unitară a metodelor de exploatare, aceasta facându-se îndeosebi în funcţie de modul de susţinere a spaţiului exploatat [2, 4, 8, 12, 14, 15].

În lucrare [9] s-a adoptat o clasificare detaliată, frecvent întîlnită în literatura de specialitate [2, 4]. Conform acestei clasificări, se disting opt clase de metode de exploatare (notate cu cifre romane), care la rândul lor sunt divizate în grupe notate cu α, β, γ, δ ) şi subgrupe.

98

La împărţirea metodelor pe grupe trebuie avute în vedere următoarele precizări:

• din prima grupă, notată cu α şi numită grupa metodelor de exploatare cu abatarea minereului în blocuri, fac parte acele metode la care pregătirea se face în etaje, iar acestea sunt, la rândul lor, împărţite în blocuri;

• din a doua grupă, notată cu β şi numită grupa metodelr de exploatare cu abatarea minereului cu camere, fac parte metodele la care are loc abatarea iniţială a camerelor şi apoi a pilierilor dintre camere;

• din a treia grupă, notată cu γ şi numită grupa metodelor de exploatare cu abatarea minereului cu front continuu, fac parte metodele caracterizate prin abatarea minereului după una sau mai multe direcţii cu un singur front;

• din grupa a patra, notată cu δ şi numită gupa metodelor de exploatare cu abatarea minereului cu camere şi stâlpi, fac parte metodele în care se abatează camerele, iar stâlpii se abandonează definitiv în spaţiul exploatat. .

Clasificarea detaliată a metodelor de exploatare pe clase şi pe grupe este următoarea:

I. Metode de exploatare cu goluri remanente: α, β, γ, δ ; II. Metode de exploatare cu înmagazinarea minereului în

spaţiul exploatat: α, β, γ, δ ; III.Metode de exploatare cu rambleerea spaţiului exploatat: α, β, γ; IV. Metode de exploatare cu susţinerea spaţiului exploatat: α, γ; V. Metode de exploatare cu susţinerea şi rambleerea

spaţiului exploatat: α, β, γ; VI. Metode de exploatare cu surparea rocilor înconjurâtoare: α, β, γ;

99

VII. Metode de exploatare cu surparea minereului şi a

rocilor înconjurătoare: α ; VIII.Metode de exploatare combinate: β.

La alegerea metodei de exploatare trebuie să se ţină seama de mai mulţi factori, între care pot fi menţionaţi: proprietăţile fizico-mecanice ale minereului şi rocilor înconjurătoare; grosimea şi înclinarea corpului de minereu; adîncimea la care se găseşte; tendinţa minereului la cimentare, oxidare şi autoaprindere; condiţiile hidrogeologice ale zăcământului şi, nu în ultimul rând. valoarea minereului [4, 8, 15].

Un procedeu facil de alegere a metodei de exploatare este descris de prof. M. Georgescu [8], Acesta necesită parcurgerea a două etape, în prima etapă se face selecţia metodelor de exploatare care se pot aplica zăcământului în condiţiile analizate folosind "logica simbolică", adică pe baza comparării prin mijloace obişnuite sau electronice a "formulei” zăcământului cu "formulele" metodelor de exploatare standard. În etapa a doua se alege, dintre cele selectate în prima etapă, metoda de exploatare :cea mai avantajoasă din punct de vedere economic.

7.2.2. Metode de exploatare cu goluri remanente

Metodele de exploatare din această clasă au particularitatea că în .urma extragerii minereului rămâne un spaţiu gol, lăsat în părăsire. Aceste metode se aplică atunci când minereul şi rocile înconjurătoare au rezistenţă şi stabilitate mare.

Metode de exploatare cu împărţirea etajului în blocuri pe direcţie. Exploatarea zăcămintelor filoniene de aur sau metale rare, cu înclinare mare (peste 45°) şi grosime mică (0,7-1 m), decurge cu împărţirea etajului în blocuri pe direcţie, în care forma frontului este în trepte răsturnate (fig.7.16).

100

Fig 7 16 Metoda de exploatare cu front în trepte răsturnate

Zăcământul se pregăteşte în etaje cu înălţimea de 40-60 m, care la rîndul lor sunt împărţite în blocuri prin intermediul suitorilor cu două compartimente executaţi la intervale de 40-50 m pe direcţie.

Atunci când minereul este sărac în componenţi utili, deasupra galeriei de transport se lasă pilieri, care vor fi străpunşi de rostogoluri.

Minereul se abatează prin perforare-împuscare, iar transportul lui se face prin cădere liberă.

Metode de exploatare cu camere. Când zăcământul are grosime şi înclinare mare, tăria minereului este medie sau mare, fără intercalaţii sterile şi roci înconjurătoare stabile, se poate aplica metoda de exploatare cu camere direcţionale în subetaje (fig.7.17).

Zăcământul se pregăteşte în etaje, care vor fi extrase în subetaje cu abatarea minereului în felii verticale.

101

Fig. 7.17. Metoda de exploatare cu camere direcţionale în subetaje

Tăierea minereului se realizează prin perforare-împuşcare cu găuri dispuse în evantai, iar transportul are loc prin cădere liberă, minereul ajungând în pâlniile de evacuare sub acţiunea greutăţii proprii.

Metoda de exploatare cu camere abatate în felii. Dacă zăcământul are grosime mare şi constantă, pregătirea lui se poate realiza în etaje. În limitele camerei, rezerva de minereu se abatează cu felii verticale sau orizontale cu ajutorul găurilor lungi de sondă, care se execută în evantai din camere de foraj. În funcţie de tăria minereului, grosimea feliilor abatate variază în intervalul 2-5 m.

Camerele vor fi amplasate direcţional atunci când grosimea zăcământului este mai mică de 15 m (fig.7.18.) şi transversal în caz contrar.

Înaintea începerii extragerii minereului, la baza camerei se va executa aşa-numita cameră de compensare, în vederea subminării masivului de minereu.

102

Feliile se vor extrage ascendent, în mod succesiv, iar minereul abatat cade prin greutate proprie în pâlniile de evacuare. De aici va fi, în continuare, sfărâmat şi va ajunge la orizontul de transport.

Fig. 7.18. Metoda de exploatare cu camere abatate în felii orizontale

Metode de exploatare cu front continuu. La corpurile de minereu cu înclinare mică şi medie şi grosime de până la 4-5 m, cu valoare mică, se aplică metoda de exploatare cu front continuu. Abatarea minereului se poate face pe direcţia zăcământului, ascendent sau descendent pe înclinare.

Spaţiul exploatat se susţine cu pilieri de minereu. Metodele de exploatare cu camere şi stâlpi s-au

aplicat multă vreme la extragerea zăcămintelor de sare. În funcţie de natura terenului, zăcământul poate fi

deschis cu galerii de coastă, sau cu puţuri verticale. Dacă deschiderea zăcământului se face cu două puţuri,

acestea se leagă între ele, la diferite orizonturi, prin galerii principale. Pe cele două părţii ale galeriei principale se sapă lateral, la intervale de 120 m, galerii paralele, perpendiculare pe galeria principală., care împart zăcământul în panouri. Din

103

galeriile de pregătire se sapă la intervale de 30 m galerii de abataj. Între camere se lasă un stâlp de susţinere cu lăţimea de 10 m.

Grosimea planşeului dintre camere este de 8-10 m, iar înălţimea unei camere este de 12 m.

Extragerea se face prin împuşcarea tavanului, pornind de la una din extremităţile camerei

Fig. 7.19. Metoda de exploatare cu camere dreptunghiulare şi stâlpi.

Tavanul se atacă în trepte răsturnate, fiecăreia dintre trepte corespunzându-i o felie orizontală. Sarea se evacuează sub formă de bulgări şi se trece la extragerea treptelor următoare.

7.2.3. Metode de exploatare cu înmagazinarea minereului în spaţiul exploatat

Caracteristica principală a metodelor de exploatare din această clasă constă în abatarea ascendentă a minereului şi înmagazinarea lui în spaţiul exploatat. Pe măsura desfăşurării lucrărilor de abataj, din minereul înmagazinat se va evacua o cantitate corespunzătoare coeficientului de afânare.

104

Metodele de exploatare din această clasă se aplică atunci când rocile înconjurătoare sunt tari, stabile şi nu se surpă în timp ce minereul este înmagazinat în spaţiul exploatat.

Metode de exploatare cu împărţirea etajului în blocuri pe direcţie. Zăcămintele de minereu cu grosimea cuprinsă între 0,7 şi 3 m se pregătesc în etaje cu înălţimea de 50-60 m, care se împart în blocuri cu lungimea de maxim 60 m (fig.7.20).

Fig. 7 20 Metoda de exploatare cu înmagazinare, cu abatarea minereului cu găuri

de mină obişnuite.

Fig 7.21. Metoda de exploatare cu înmagazinare, cu abatarea

minereului cu găuri lungi de sondă.

Această metodă se aplică la filoane cu grosime mică. Metode de exploatare cu camere pe direcţie. La

zăcămintele cu înclinare mare şi grosime mai mică de 15 m se poate aplica varianta de exploatare cu camere pe direcţie, iar la cele cu grosimi mai mari se poate aplica varianta de

105

exploatare cu camere transversale.Lucrările de pregătire, indiferent de varianta aplicată, sunt reprezentate de galeriile de etaj şi suitorii care separă camerele. In prima variantă abatarea se desfăşoară cu înmagazinarea minereului în spaţiul exploatat, iar forma frontului este în trepte răsturnate (fîg.7.22).

La varianta cu camere pe direcţie lungimea camerei poate atinge 60 m, iar la varianta cu camere direcţionale lungimea camerei este de maxim 50 m.

Fig. 7.22. Metoda de exploatare cu camere pe direcţie.

Atunci când grosimea zăcămintelor este mare, abatarea minereului se poate face în felii orizontale extrase cu ajutorul găurilor lungi de sondă. Exploatarea va decurge în mod ascendent.

Fig. 7.23. Metoda de exploatare cu camere pe direcţie şi abatarea

minereului în felii orizontale cu găuri lungi de sondă.

106

Metode de exploatare cu front continuu. Când se aplică metodele de exploatare din această grupă, extragerea minereului are loc pe direcţie, iar forma frontului este fie rectilinie, fie în trepte răsturnate, în funcţie de înclinarea zăcământului.

În minereul abatat se construiesc rostogoluri pentru circulaţie şi pentru aprovizionarea cu materiale.

La minereuri valoroase, după evacuarea minereului din magazin se exploatează şi pilierul de sub galeria de aeraj.

Fig. 7.24. Metoda de exploatare cu front continuu în trepte răsturnate

Taluzul minereului înmagazinat trebuie să aibă o înclinare mai mică de 30° pentru a evita rostogolirea bucăţilor mari de minereu înmagazinat.

7.2.4. Metode de exploatare cu rambleerea spaţiului exploatat

Particularitatea metodelor de exploatare din această clasă este dată de faptuul că spaţiul rămas în urma extragerii minereului din zăcământ se umple cu rambleu. Aceste metode se aplică doar la exploatarea unui zăcământ de minereu valoros sau cînd se doreşte protejarea suprafeţei de la zi, deoarece costul lor este foarte ridicat.

Domeniul de aplicabilitate al lor este foarte larg, dar vizează în mod deosebit zăcămintele de minereu cu apofize şi ramificaţii, cu intercalaţii de steril, precum şi pe cele cu tendinţă de cimentare sau oxidare.

107

Metode de exploatare cu împărţirea etajului în blocuri. Extragerea minereului în limitele blocului se poate realiza în fîşii orizontale sau în fâşii înclinate, cu abatare totală sau cu abatare selectivă.

La aplicarea variantei de exploatare cu abatare totală, lungimea blocului este de 45 m, iar abatarea fâşiilor poate fi făcută fie convergent (fig.7.25), fie divergent.

Varianta de exploatare cu abatarea selectivă a minereului (fig.7.26) se aplică la filoane foarte subţiri, cu înclinare mare. Se întâlneşte la exploatarea zăcămintelor cu valoare mare.

Fig. 7.25. Varianta de exploatare cu abatarea în fâşii orizontale convergente

Fig. 7.26. Varianta de exploatare cu abatarea selectivă a minereului.

108

In vederea reducerii pierderilor de minereu trebuie acordată importanţă realizării poditurii pe care cade minereul abatat.

Metode de exploatare cu camere. Aceste metode se aplică la exploatarea corpurilor de minereu groase şi stabile, cu înclinare mai mare de 50°, cantonate în roci cu tărie şi stabilitate mică.

La grosimi sub 12 m camerele vor fi dispuse direcţional. Lăţimea camerelor şi a pilierilor dintre ele este de aproximativ 8-10 m. Când grosimea zăcământului depăşeşte 12 m, camerele vor fi dispuse transversal, iar lăţimea lor şi a pilierului dintre ele este de 6 m.

Abatarea minereului în camere se realizează în fâşii ascendente. Spaţiul exploatat se rambleează după extragerea fiecărei fâşii. Rambleul este coborât de la orizontul superior prin suitorul săpat în culcuşul zăcământului, iar minereul este coborât la orizontul de transport prin rostogolurile ridicate în rambleu, al căror număr scade atunci când. transportul se face mecanizat.

109

Fig. 7.27. Metoda de exploatare cu camere transversale

Transportul minereului şi al rambleului se face cu vagonete sau cu screper.

Metode de exploatare cu front continuu. Se aplică la filoane subţiri, cu înclinare mică. Frontul de abataj poate avansa pe direcţie sau ascendent pe înclinare, iar abatarea minereului poate decurge selectiv.

7.2.5. Metode de exploatare cu susţinerea spaţiului exploatat

Metodele din această clasă se aplică îndeosebi atunci cînd zăcământul este cantonat în roci înconjurătoare instabile. Grosimea corpului de minereu trebuie să fie situată sub 5 m pentru a nu crea complicaţii la susţinerea abatajului. Susţinerea se poate realiza în următoarele moduri: cu stâlpi şi

110

grinzi întărite, cu schelărie, cu cadre prismatice sau cu cadre deschise.

La exploatarea filoanelor subţiri cu înclinare mare etajul se poate împărţi în blocuri pe direcţie, iar susţinerea se poate face în oricare din cele patru variante precizate.

În cazul zăcămintelor subţiri, cu înclinare mică şi medie, se aplică metode de exploatare cu front continuu.

7.2.6. Metode de exploatare cu susţinerea şi rambleerea spaţiului exploatat

Metodele din această clasă se caracterizează prin folosirea susţinerii în abataj şi a rambleului pentru preluarea presiunii rocilor înconjurătoare şi protejarea suprafeţei de la zi.

Cu toate că domeniul lor de aplicare poate fi foarte larg, datorită costului ridicat, metodele din această clasă se aplică doar la exploatarea minereurilor valoroase.

Metode de exploatare cu împărţirea etajului în blocuri pe direcţie. În cadrul blocului, zăcămîntul este împărţit în felii orizontale, care pot fi extrase în fâşii direcţionale sau în fâşii transversale.

Fig. 7.28. Metoda de exploatare în felii orizontale.

Abatarea minereului se face prin perforare-împuşcare cu găuri de mină obişnuite. Spaţiul liber se armează în câmpuri de

111

0,5-1,0 m, iar pereţii laterali se bandajează. Minereul abatat cade pe vatra podită a abatajului, de unde, cu ajutorul maşinii de încărcat, este transportat la rostogolul central.

Spaţiul exploatat se umple cu ajutorul rambleerii hidraulice. Lentilele de formă neregulată, cu înclinare şi grosime

mare, se pregătesc în etaje cu înălţimea de 50 m, iar lungimea blocului este de maxim 80 m (fig.7.29).

Fig.7.29. Metoda de exploatare în felii orizontale extrase cu

fâşii transversale

În cazul zăcămintelor cu grosime mare, situate în roci slabe, corpul de minereu se extrage succesiv în felii verticale. La rândul ei, fiecare felie se împarte în fîşii orizontale extrase ascendent şi susţinute cu cadre prismatice. Această metodă permite o sortare bună a minereului.

Metode de exploatare cu camere. Zăcămintele cu grosime mai mică de 10 m se exploatează cu camere pe direcţie, iar cele cu grosime ce depăşeşte această limita se exploatează cu camere transversale. Dacă înălţimea etajului depăşeşte 40 m, acesta se împarte în subetaje.

Metode de exploatare cu front continuu.Se împarte în subetaje.continuu. Se aplică la zăcăminte groase cu înclinare mare. Condiţia necesară aplicării acestor metode este ca

112

minereul şi rocile înconjurătoare să fie stabile. Metodele din această grupă prezintă avantajul exploatării zăcământului pe o suprafaţă mare.

7.2.7. Metode de exploatare cu surparea rocilor înconjurătoare

Caracteristica principală a acestor metode de exploatare este dată de faptul că, în urma extragerii minereului, spaţiul gol va fi umplut cu roci înconjurătoare surpate.

Cu toate că forma şi înclinarea zăcământului nu limitează domeniul de aplicare al acestor metode, ele sunt inaplicabile la zăcăminte cu tendinţă de autoaprindere sau când rocile înconjurătoare conţin apă ori când este necesară protejarea suprafeţei de la zi.

Metode de exploatare cu împărţirea zăcământului în blocuri sau panouri. Dacă grosimea şi înclinarea zăcământului sunt mari, extragerea blocurilor se face în felii, iar dacă zăcămintele au grosimea de 2-3 m şi înclinare mică, extragerea lor se va face într-o singură felie.

Filoanele cu înclinare mare se pot pregăti în etaje, a căror extragere poate decurge în sub etaje.

În primul caz, extragerea feliilor în cadrul blocului se poate face fie cu fâşii transversale, fie cu abataj frontal. Abatajul este dispus transversal pe zăcământ şi este susţinut fie cu stâlpi de lemn, fie cu stâlpi metalici şi grinzi cu lungimea de 2-5 m.

113

Fig. 7.30. Metoda de exploatare în felii orizontale cu abataj frontal şi surpare

Abatarea minereului se face prin perforare-împuşcare cu găuri de mină obişnuite. Transportul se poate realiza cu screper, cu transportoare cu raclete sau cu maşini de încărcat şi transport.

Metode de exploatare cu camere. Aceste metode constau în împărţirea zăcământului în camere şi pilieri, extragîndu-se în prima fază camerele, după care se trece la extragerea pilierilor. Prăbuşirea acoperişului se face treptat, după extragerea pilierilor. Camerele pot fi orientate pe direcţie sau pe înclinare.

Metodele din această grupă se aplică la zăcăminte de minereu orizontale sau cu înclinare mică şi grosime medie.

Metode de exploatare cu front continuu. Au aplicabilitate la zăcăminte de minereu stratiforme, cu grosime şi înclinare mică. În funcţie de caracteristicile zăcământului, poate fi aplicată una din următoarele variante: cu abataj pe etaj sau cu abataj pe subetaj.

114

Principala caracteristică a acestor metode este desfăşurarea lucrărilor de pregătire simultan cu lucrările de abataj.

Lucrările de pregătire sunt protejate cu pilieri.

7.2.8. Metode de exploatare cu surparea minereului şi a rocilor înconjurătoare

În prezent se cunoaşte un număr mare de variante ale acestor metode de exploatare, adaptate diverselor condiţii de zăcământ [4]. Aplicabilitate mare are varianta de exploatare cu surparea în subetaje.

Fig. 7.31. Varianta de exploatare cu surparea în subetaje

Aceasta se aplică la corpuri stabile de minereu, pregătite în etaje care, la rîndul lor, se împart în subetaje cu înălţimea de 8-10 m. La nivelul fiecărui subetaj se sapă galerii direcţionale la culcuşul corpului de minereu. Din acestea se execută, apoi, galerii transversale la fiecare 10 m.

Extragerea minereului se desfăşoară de la acoperiş spre culcuş cu ajutorul găurilor perforate în evantai.

115

7.2.9. Metode speciale de exploatare

Metodele speciale de exploatare se aplică în condiţiile în care, din punct de vedere tehnic sau economic, nu este indicată aplicarea metodelor convenţionale de exploatare [11].

Aceste metode se pot clasifica astfel [2, 4]: • metode de exploatare geotehnologice: prin dizolvare,

prin leşiere, prin topire, prin sublimare; • metode de exploatare prin hidromecanizare; • metode de exploatare a substanţelor minerale utile

aflate în perimetrul mărilor sau oceanelor: situate pe fundul apelor, situate sub nivelul mărilor şi oceanelor, dizolvate în apa mărilor şi oceanelor.

Metode de exploatare geotehnologice. Metoda de exploatare prin dizolvare. Se aplică la exploatarea sării geme în două variante.

Prima variantă, prin dizolvare statică, foloseşte lucrări miniere subterane, care sunt umplute cu apă. Aceasta dizolvă pereţii de sare până la obţinerea unei soluţii concentrate, însă aplicarea ei este redusă datorită dezavantajelor create de durata mare şi costul ridicat al lucrărilor de deschidere şi pregătire.

A doua variantă, prin dizolvare cinetică [2,4,11], se bazează pe forarea în masivul de sare a unor găuri de sondă în care se introduce un curent de apă dulce.

Găurile au diametrul de 100-150 mm, se tubează şi se amplasează în reţea. Fiecare gaură se dotează cu o coloană de exploatare şi o alta de extracţie pe care circulă apa dulce şi salamura.

Procesul cuprinde trei faze succesive. Faza I, de preamorsare, constă în crearea unei cavităţi

cilindrice în partea inferioară a sondei prin menţinerea fixă a coloanei de exploatare timp de două săptămâni, la 8 m deasupra găurii de sondă. Curentul de apă dulce are sens

116

ascendent (pătrunde prin coloana de extracţie şi iese prin coloana de exploatare).

Faza a doua, de amorsare, durează 20 de luni, timp în care dizolvarea continuă prin ridicare progresivă a coloanei de exploatare, până la formarea unei cavităţi cu diametrul de maxim 50 m. În această fază circuitul apei este descendent (apa pătrunde prin coloana de exploatare, iar salamura se evacuează prin coloana de extracţie).

Fig. 7.32. Exploatarea sării prin dizolvare cinetică.

Faza a treia, de exploatare, durează până când diametrul excavaţiei atinge înălţimea de 50-100 m. Salamura care se obţine are o concentraţie de 31-32°Kappeler.

Metoda de exploatare prin leşiere. Această metodă de exploatare se poate aplica în două variante. Domeniul de aplicare al primei variante, leşiere subterană cu ajutorul găurilor de sondă, îl constituie zăcămintele cu conţinut redus în componenţi utili. Zăcământul trebuie să fie suficient de poros pentru a permite infiltrarea solventului în masiv, metalul din minereu trebuie să se dizolve uşor sub acţiunea

117

solventului, iar rocile înconjurătoare să fie impermeabile pentru soluţia de leşiere.În cazul zăcămintelor sărace, cu rezerve mari, se aplică varianta a doua - leşiere subterană cu sfărâmarea prealabilă a minereului. În cadrul acestei metode solventul este introdus prin găuri de sondă în minereul afinat prin împuşcare, iar soluţia obţinută în urma leşierii este colectată în bazine subterane.

Reacţiile chimice de leşiere [11] sunt următoarele: Cupru: Cu2S + H2SO4 +1/2 O2 → CuSO4 + CuS CuS + 2 O2 → CuSO4 Zinc: ZnS + 2 O2 → ZnSO4 Plumb: PbS + 2 O2 → PbSO4 Aur/Argint: 2 Au + 4 CN- + O2 + 2 H2O → 2 Au (CN)-2 + + H2O2 + 2 OH- 4 AU + 8 CN- + O2 + 2 H2O → 4 Au (CN)-2 + 4 OH

Fig. 7.33. Leşiere subterană cu sfărâmarea prealabilă a minereului. Pentru accelerarea proceselor chimice se pot utiliza bacterii ca

118

Thiobacillus-ferrooxidans şi Thiobacillus-thiooxidans. Metoda de exploatare prin topire. Această metodă are aplicabilitate mare la exploatarea zăcămintelor de sulf.

În vederea exploatării, zăcământul se străpunge cu găuri de sondă dispuse în reţea, la distanţe de 30-60 mm. Fiecare gaură este prevăzută cu patru tuburi concentrice: de cimentare a găurii de sondă; de injectare a apei fierbinţi; de extragere a soluţiei de sulf; pentru introducerea aerulu comprimat.

Sulful extras are o puritate de 99,5 % şi poate fi utilizat fără aplicarea unui tratament de purificare.

Metoda de exploatare prin sublimare. La baza metodei stă principiul trecerii unei substanţe din stare solidă în stare de vapori la contactul cu aerul supraîncălzit. Vaporii obţinuţi sunt, apoi, condensaţi.

Dintre mineralele care sublimează se pot aminti: realgarul, auripigmentul, antimonitul etc.

Zăcământul se împarte în etaje şi blocuri prin intermediul unei reţele de galerii şi suitori. Minereul este supus unei sfărâmări prealabile obţinute în urma împuşcării găurilor perforate radial. Prin zona formată circulă un curent de aer fierbinte care duce la trecerea mineralului în stare gazoasă. Acesta se transportă la suprafaţă, unde are loc condensarea în instalaţii speciale.

119

Tema 8.

EXPLOATAREA ZĂCĂMINTELOR ÎN CARIERĂ [9]

8.1. Metode de exploatare cu depunerea directă a sterilului în halde interioare

8.2. Metode de exploatare cu transbordarea rocilor sterile la halde

8.3. Metode de exploatare cu transportul rocilor sterile la halde

8.4. Metode de exploatare combinate

Clasificarea metodelor de exploatare în carieră se poate face după mai multe criterii, însă cel mai utilizat este modul de organizare şi executare a lucrărilor de descopertare [15],

În funcţie de modul de evacuare din front şi de transportul sterilului la halde, metodele de exploatare în carieră se pot grupa în clase astfel:

• metode de exploatare cu depunerea directă a sterilului în halde; • metode de exploatare cu transbordarea rocilor sterile la halde; • metode de exploatare cu transportul rocilor sterile la halde; • metode de exploatare combinate; • metode de exploatare speciale. La rândul ei, fiecare clasă din cele cinci se poate divide

în grupe de metode de exploatare.

120

8.1. Metode de exploatare cu depunerea directă a sterilului în halde interioare

Aceste metode se aplică la exploatarea zăcămintelor stratiforme orizontale sau cu înclinare foarte mică, de grosime mică, situate la adâncime mică şi cu rocile din copertă de tărie mică sau medie.

Metoda de excavare, transport şi haldare cu excavatoare lopată mecanică. Materialul din descopertă este extras, evacuat şi depozitat în spaţiul exploatat cu ajutorul excavatorului lopată mecanică. Pentru fiecare intrând se formează o haldă paralelă cu frontul de lucru (fig.8.1).

Extragerea utilului se face cu excavatorul lopată mecanică, iar transportul se realizează cu mijloace auto. Metoda de excavare, transport şi haldare cu excavatoare de tip draglină. La aceste metode de exploatare, extragerea şi depozitarea sterilului în spaţiul exploatat se realizează cu ajutorul excavatoarelor de tip draglină. Deplasarea draglinei are loc pe treapta superioară . După extragere, aceasta depune materialul în haldă (fîg.8.2).

Fig. 8.1. Metoda de excavare, transport şi haldare cu excavatorul lopată

mecanică.

121

Fig. 8.2. Metoda de excavare, transport şi haldare cu excavatorul de tip draglină.

Metode de exploatare cu reexcavarea parţială a sterilului din locul iniţial de depozitare . În cadrul acestor metode de exploatare, sterilul provenit din descopertă este reexcavat parţial din locul iniţial de depozitare. Excavarea iniţială şi depunerea în halda interioară se face cu excavatoare lopată mecanică, iar reexcavarea şi depunerea în halda secundară se face cu dragline (fîg.8.3).

Fig. 8 3. Metoda de exploatare cu reexcavarea parţială a

sterilului din locul iniţial de depozitare

Dacă se instalează dragline pe halda primară, sterilul se poate excava în totalitate din locul iniţial de depozitare.

122

8.2. Metode de exploatare cu transbordarea rocilor sterile la halde

In cazul acestor metode de exploatare, rocile sterile sunt depozitate în halde interioare cu ajutorul unor instalaţii mobile de tipul benzilor transportoare în consolă sau al podurilor transbordoare cu deschidere mare [6].

Fig. 8.4. Metoda de exploatare cu transbordarea sterilului în haldă, cu transbordor

cu braţ în consolă Aceste metode se caracterizează prin costuri reduse şi

simplitate din punct de vedere al procesului tehnologic, dar este redus volumul rezervelor dezvelite şi pregătite pentru exploatare [15].

Atunci când pentru transportarea şi depozitarea sterilului în halde se folosesc poduri transbordoare, extragerea rocilor sterile se face cu ajutorul excavatoarelor cu acţiune continuă. În acest mod se pot exploata stratele orizontale cu copertă de tărie şi grosime mică.

8.3. Metode de exploatare cu transportul rocilor sterile la halde

Caracteristica principală a acestor metode de exploatare constă în utilizarea mijloacelor de transport pentru depozitarea rocilor sterile în halde.

Tăierea se poate face fie prin perforare-împuşcare, fie mecanizat, iar încărcarea este mecanizată. Transportul se poate face pe cale ferată, auto sau cu ajutorul transportoarelor cu bandă.

În funcţie de locul în care se situează halda, se deosebesc următoarele grupe de metode de exploatare [14, 15]:

123

• cu transportul rocilor sterile la halde interioare; • cu transportul rocilor sterile la halde exterioare; • cu transportul rocilor sterile la halde interioare şi exterioare. În funcţie de modul de pregătire, de direcţia de deplasare

a frontului de lucru şi de tipul de transport pentru care se optează, aceste grupe pot cuprinde, la rândul lor, variante de metode de exploatare.

Metodele de exploatare cu transportul rocilor sterile la halde interioare se aplică la zăcăminte orizontale sau cu înclinare foarte mică, a căror copertă încape în totalitate în spaţiul exploatat.

În cazul acestor metode de exploatare, atît transportul rocilor sterile la halde interioare, cât şi cel al utilului în exteriorul carierei se pot face fie în mod continuu, fie cu mijloace feroviare de transport. în cazul carierelor cu rezerve mici şi cu viteză mare de deplasare a frontului de lucru se poate opta pentru un transport auto.

În comparaţie cu aceste metode de exploatare, metodele de exploatare cu transportul sterilului la halde exterioare sunt mai complicate şi necesită costuri mai ridicate. Cu toate că transportul rocilor sterile se poate face şi continuu, în majoritatea cazurilor se optează pentru transportul cu mijloace feroviare sau cu autobasculante, caz în care este destul de complicată organizarea circulaţiei.

Metode de exploatare cu transportul rocilor sterile la halde interioare şi exterioare. Metodele de exploatare din această grupă sunt utilizate, în general, atunci când o parte din rocile sterile poate fi depozitată în halde interioare. Domeniul de aplicare al acestor metode de exploatare îl constituie zăcămintele stratiforme situate la adâncime, orizontale sa cu înclinare mică. Pentru a evita transportul integral al rocilor sterile la halde interioare, organizarea va fi făcută astfel: sterilul aflat în stratele acoperitoare superioare este transportat

124

la halde exterioare, iar sterilul din stratele acoperitoare inferioare este transportat la halde interioare.

Pentru transportul sterilului şi al substanţei minerale utile se pot utiliza transportoarele cu bandă, mijloace auto sau mijloace feroviare de transport.

8.4. Metode de exploatare combinate

Aceste metode se caracterizează prin faptul că o parte din steril se depozitează direct sau prin transbordare. iar o altă parte este transportată la halde exterioare sau interioare.

Metodele de exploatare combinate se aplică la exploatarea stratelor orizontale sau puţin înclinate, de grosime limitată, cu rocile din copertă de grosime mare şi de tărie medie sau mică. Grosimea frecventă a copertei este de 60-75 m sau chiar mai mult [6].

Aplicarea acestor metode de exploatare are scopul de a lărgi domeniul metodelor economice de exploatare cu deplasarea transversală a rocilor sterile în spaţiul exploatat. In cazul metodelor combinate de exploatare, partea cea mai mare a copertei este excavată şi depozitată direct sau transbordată în halde interioare, iar o parte mai mică a copertei este excavată şi transportată la halde.

125

Tema 9.

AERAJ MINIER [9]

9.1. COMPOZIŢIA AERULUI

9.2. PARAMETRII CLIMATULUI MINIER 9.3. SCHEME DE AERAJ

9.1. COMPOZIŢIA AERULUI

9.1.Aerul atmosferic este un amestec al următoarelor gaze: azot, oxigen, bioxid de carbon şi gaze inerte [10]. In urma circulaţiei prin lucrările miniere subterane, acesta îşi schimbă atât compoziţia cât şi proprietăţile fizice, scăzându-i conţinutul în oxigen şi crescându-i conţinutul în bioxid de carbon şi praf.

Schimbarea compoziţiei aerului în subteran are următoarele cauze:

• oxidarea cărbunelui; • focuri şi incendii subterane; • explozii de metan şi praf de cărbune; • respiraţia oamenilor; • lucrările de împuşcare cu explozivi. Componenţii aerului de mină sunt: oxigen, azot, bioxid

de carbon, monoxid de carbon, oxizi de azot, hidrogen sulfurat, bioxid de sulf, metan, hidrogen, amoniac, aldehide şi gaze radioactive.

Oxigenul, O2, este un gaz incolor, care prin combinare cu alte elemente duce la apariţia fenomenului de oxidare. Scăderea conţinutului de oxigen este determinată de respiraţia oamenilor, emanaţiile de gaze din zăcământ, focuri endogene,

126

incendii etc. O scădere a conţinutului de oxigen sub 17 % provoacă respiraţie scurtă şi palpitaţii.

Azotul, N2, este gaz incolor, fără gust şi miros, a cărui creştere în compoziţia aerului de mină este provocată de scăderea conţinutului de oxigen, lucrări de împuşcare cu explozivi şi degajări naturale. În aerul de mină azotul se găseşte în proporţie de 71-81%.

Bioxidul de carbon, CO2 este gaz fără culoare şi miros, cu gust acru, slab acid, nu arde şi nu întreţine arderea. El poate apare în aerul de mină datorită oxidării cărbunilor, putrefacţiei materiilor organice, degajării din rocile înconjurătoare, lucrărilor de împuşcare cu explozivi. Concentraţia maximă admisă este de 1% în aerul de mină.

Monoxidul de carbon, CO, este gaz fără culoare, gust şi miros, foarte toxic în urma combinaţiei sale cu hemoglobina din sânge, aceasta este împiedicată să transporte oxigenul de la plămâni la ţesuturi. Acest gaz apare în aerul de mină datorită focurilor subterane, exploziilor de metan şi praf de cărbune, lucrărilor de împuşcare cu explozivi, degajării naturale. În aerul de mină se admite o concentraţie maximă de 0,004%.

Oxizii de azot sunt incolori, cu efect iritant asupra mucoaselor căilor respiratorii. Cu excepţia N2O, toţi ceilalţi sunt foarte toxici.

Hidrogenul sulfurat, H2S, este gaz fără culoare, cu miros caracteristic, neplăcut. El este inflamabil şi foarte toxic. Acesta poate apare în aerul de mină datorită descompunerii substanţelor organice şi degajărilor.

Bioxidul de sulf, SO2, este incolor, cu miros caracteristic de sulf ars, înecăcios. Este foarte toxic şi atacă membranele mucoase, îndeosebi ale ochilor. El se formează în timpul incendiilor subterane, în urma lucrărilor de împuşcare şi prin degajare.

Metanul, CH4, nu are culoare, miros şi gust, dar, datorită prezenţei hidrocarburilor aromatice, primeşte uneori

127

miros asemănător celui de mere coapte. Acumularea sa în cantităţi mari poate provoca sărăcirea aerului în oxigen.

Metanul formează cu aerul amestecuri explozive. Limita inferioară de explozivitate a amestecului metan-aer este 5-6%, iar cea superioară este 14-16%.

Hidrogenul, H2, este gaz fără culoare şi gust, uşor inflamabil, care poate forma cu aerul amestec exploziv.

Amoniacul, NH3, este gaz fără culoare, cu miros iritant caracteristic, uşor solubil în apă şi slab inflamabil. Acesta este exploziv în amestec cu oxigenul.

Aldehidele, HxCyOz, apar în urma funcţionării motoarelor cu ardere internă sau ca rezultat al distilării uscate. Nu au culoare, în schimb au miros iritant şi gust acru.

Gazele radioactive care apar în aerul de mină sunt thoronul şi radonul. Concentraţia medie admisă de radon este 2.10--10 curie/l aer, iar cea maximă admisă pentru thoriu şi compuşii săi este 10-10 curie/l aer.

9.2. PARAMETRII CLIMATULUI MINIER

Climatul minier este influenţat de următorii factori climaterici: temperatură, presiune, umiditate şi viteza de mişcare a aerului.

Temperatura aerului de mină depinde de temperatura aerului de la suprafaţă. Variaţiile de temperatură în lucrările miniere depind de următorii factori:

• comprimarea adiabată a aerului la intrarea în mină; • schimbul de căldură dintre rocă şi aer; • variaţia umidităţii aerului; • procesele exotermice şi endotermice din subteran; • variaţia presiunii barometrice. În fronturile de lucru din subteran, temperatura maximă

admisă a aerului este sub 25°C. Temperatura aerului se măsoară cu termometre, iar variaţia sa în timp cu termografe.

128

Presiunea aerului în mină este mai mare decât cea de la suprafaţă. Ea creşte cu 12 milibari pentru fiecare 100 m adâncime. Variaţiile presiunii barometrice de la suprafaţă se resimt şi în subteran şi trebuie urmărite continuu prin măsurători.

Umiditatea aerului se poate exprima în mai multe moduri:

• umiditatea absolută - cantitatea de apă sub formă de vapori aflată într-un metru cub de aer umed;

• umiditatea specifică - cantitatea de vapori de apă ce revin unui kilogram de aer uscat; * umeditatea relativă - raportul dintre umiditatea absolută şi umiditatea absolută în stare de saturaţie.

Viteza de mişcare a aerului în lucrările miniere influenţează climatul minier.

Aerul circulă în subteran cu viteze cuprinse între câţiva centimetri pe scundă şi 15 m/s. Viteza maximă reglementată de norme este:

• în fronturi de lucru aerisite sub depresiunea generală a minei:4 m/s;

• în lucrări miniere de transport şi circulaţie pentru personal: 8 m/s;

• în crosinguri: 10 m/s; • în lucrări miniere destinate numai

aerajului: 15 m/s; Viteza minimă reglementată de norme este de 0,2 m/s.

9.3. SCHEME DE AERAJ

Schemele de aeraj sunt reprezentări grafice ale reţelelor sau sistemelor de aeraj.

129

Reţeaua de aeraj reprezintă totalitatea lucrărilor miniere prin care curg curenţii de aer, iar sistemul de aeraj este modul de reunire într-un ansamblu comun a curenţilor de aer ce curg printr-o reţea de aeraj.

Schemele de aeraj pot fi: • spaţiale, când redau grafic reţeaua de aeraj; • principale, când redau grafic sistemul de aeraj. Schemele spaţiale sunt reprezentări grafice ale reţelelor

de aeraj, facilitînd orientarea generală în modul de aerisire al minei.

Schemele spaţiale geometrice redau particularităţile reţelei de aeraj.

Schemele spaţiale simple sunt reprezentări grafice tridimensionale ale ansamblului de lucrări miniere ce compun reţeaua de aeraj (fig.9.1).

Fig. 9.1 Schemă spaţială simplă

130

Fig. 9.2. Schemă spaţială orientativă

Schemele spaţiale orientative sunt necesare atunci cînd se redau doar unele elemente caracteristice schemei de bază (fig.9.2).

Schemele principale sunt reprezentări structurale ale curenţilor sau sistemelor de curenţi.

Schemele canonice au ca scop indicarea clară a sistemului de aeraj, facilitând proiectarea şi studierea aerajului. Pe aceste scheme se marchează sensul curenţilor de aer, locul de amplasare a ventilatoarelor, construcţiile de aeraj etc. (fig. 9.3).

Fig. 9.3. Schemă canonică

131

Fig. 9.4. Schemă cantitativă

Schemele cantitative sumt scheme canonice la care grosimea ramificaţiilor corespunde la reprezentare debitului de aer vehiculat prin ele (fig.9.4).

Schemele potenţiale permit evaluarea raporturilor energetice din cadrul sistemului de aeraj. Ele se întocmesc pe baza schemelor canonice, reprezentate în sistemul de referinţă unidimensional al depresiunilor.

132

Tema 10

METODE DE EXPLOATARE A ZĂCĂMINTELOR NEMETALIFERE

10.1. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere subţiri şi cu grosime medie 10.2. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere cu grosime mare

10.1. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere subţiri şi cu grosime medie

Din această categorie fac parte zăcămintele care permit exploatarea concomitentă pe toată grosimea lor[14].

După înclinarea zăcămîntului şi natura substanţelor minerale şi a rocilor înconjurătoare se aplică fie metoda de exploatare cu stîlpi scurţi, fie metoda de exploatare cu stîlpi lungi abandonaţi.

10.1.1. Metoda de exploatare cu stîlpi scurţi abandonaţi. Se aplică la zăcămintele tabulare orizontale sau cu înclinare mică sau medie (pînă la 30°), (fig. 10.1).

Stîlpii scurţi pot fi lăsaţi într-o anumită ordine, stîlpi scurţi regulaţi sau neregulaţi. În primul caz se împarte zăcămîntul prin galerii după două direcţii perpendiculare. Profilul galeriilor constituie însăşi camerele de exploatare,iar porţiunile mineralizate, rămase în punctele de intersecţie ale galeriilor, formează stîlpi regulaţi.Dacă mineralizaţia este neuniformă, se lasă în mod neregulat stîlpi în zonele mai

133

sărace din zăcămînt, aşa cum s-a arătat la descrierea metodelor cu susţinerea naturală.

Fig. 10.1. Metode de exploatare cu stîlpi scurţi abandonaţi :

H — adîncimea de la suprafaţă pînă la planşeul camerelor ; h — înălţimea camerei ; d — lăţimea camerei ; l — lăţimea stîlpului.

Fig. 10.2. Metoda de exploatare cu stîlpi lungi abandonaţi

134

10.1.2. Metoda de exploatare cu stîlpi lungi abandonaţi. Exploatarea substanţei minerale se face în aceleaşi condiţii ca şi în cazul precedent. Galeriile care constituie camerele de exploatare propriu-zise se execută direcţional sau pe înclinarea stratului, lăsîndu-se între ele stîlpi lungi direcţionali, abandonaţi (fig. 10.2). Dimensiunile galeriilor şi ale stîlpilor lungi depind de natura zonei mineralizate şi a rocilor din culcuş şi acoperiş. În figura 10.3 este arătată varianta cu stîlpi pe înclinare aplicată la un zăcămînt de ghips (fosta U.R.S.S.), cu grosimi de 15. . .17 m şi înclinare de 2. . .3°. Pentru circu-laţia între camere, stîlpii sunt străpunşi prin camere scurte.

Fig. 10.3. Metoda de exploatare cu stîlpi lungi pe înclinare

aplicată la exploatarea unui zăcămînt de ghips : 1 — cameră ; 2 — tavanul camerei.

135

10.2. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere cu grosime mare. Exploatarea zăcămintelor de sare

Pentru zăcămintele cu grosime mare, exploatarea se face în felii, lăsîndu-se planşee de siguranţă între spaţiul dintre felii şi stîlpii de siguranţă. Din această grupă de zăcăminte nemetalifere fac parte şi masivele de sare[14].

Extensiunea mare a masivelor de sare, cît şi valoarea redusă a sării in comparaţie cu alte substanţe minerale, alături de alte particularităţi fizico-mecanice ale sării, impun alegerea unor metode de exploatare prin lucrări subterane şi cît mai puţin costisitoare. Acest lucru este posibil întrucît, în marea majoritate, lucrările miniere pot fi executate în masivul de sare, fără a fi nevoie de lucrări pentru susţinerea lor.

În prezent exploatarea sării se face prin metoda cu camere şi stîlpi şi prin metoda de exploatare prin dizolvare. Metoda cu camere şi stîlpi are două variante :

- metoda cu camere de profil trapezoidale şi abataj descendent ;

- metoda cu, camere de profil dreptunghiular, şi abataj ascendent. Metodele de exploatare cu camere se folosesc, în general,

în cazul zăcămintelor de sare curate sau cu puţine impurităţi şi cînd se urmăreşte obţinerea sării sub formă de bulgări sau mărunţită. Cînd însă se urmăreşte obţinerea sării sub formă de soluţie sau sub formă de salamură concentrată, se aplică metoda de exploatare prin dizolvare. Aceasta din urmă se va trata în capitolul, “Metode speciale de exploatare.”

10.2.1. Metoda de exploatare cu camere de profil trapezoidal şi cu abataj descendent. În trecut, exploatarea zăcămintelor de sare din România s-a făcut prin camere izolate începute direct de la suprafaţă sau prin camere sub formă de con, butelie sau clopot, începute dintr-o lucrare de deschidere de la zi. Camera astfel începută se adîncea atît

136

cît permitea condiţiile naturale şi cele de ordin tehnico-economic, după care se abandona şi se trecea la exploatarea altei camere. Metoda de exploatare prin camere izolate realiza un coeficient de extracţie foarte scăzut şi prezenta o serie de neajunsuri de ordin tehnic şi organizatoric. Din aceste motive s-a trecut la exploatarea prin camere de profil trapezoidal, care asigură mai bine securitatea exploatării, înlătură în bună parte neajunsurile camerelor izolate şi permite realizarea în bune condiţii a unui procent ridicat de sare bulgări (peste 70% din producţia totală).

Exploatarea prin camere de profil trapezoidal a fost folosită începînd din anul 1777 la salinele din Transilvania, iar din anul 1845 s-a introdus şi la cele din Moldova şi Muntenia.

• Deschiderea zăcămîntului. Deschiderea masivului de sare se face, ca şi în cazul celorlalte zăcăminte de substanţe minerale utile, fie prin galerie de coastă, fie prin puţ, după configuraţia terenului din care apoi se execută galeriile de deschidere ale viitorului cîmp de exploatare.

După extinderea masivului de sare, exploatarea se poate face cu un singur cîmp de exploatare sau mai multe. În cazul din urmă, următoarele cîmpuri se deschid fie în adîncime, pe un alt orizont, fie la nivelul aceluiaşi orizont.

Pentru asigurarea aerajului şi pentru salvare se execută tot în cadrul lucrărilor de deschidere o a doua ieşire, puţ de aeraj sau galerie de coastă. Puţul sau galeria de aeraj se sapă concomitent cu puţul de extracţie şi chiar în avans faţă de acesta..

Schemele de deschidere a cîmpurilor de exploatare în adîncime pe două orizonturi (etaje) şi a cîmpului de exploatare la un sirgur orizont sunt redate în figurile 10.4 şi 10.5.Galeriile de deschidere se sapă cu secţiunea dreptunghiulară, avînd lăţimea de 4.. .4,5 m şi înălţimea de 2.. .2,5 m.

137

Fig. 10.4. Schema de deschidere a cîmpurilor de exploatare în adîncime pe două orizonturi (etaje).

Proiectarea acestor lucrări se face pe traseul, cel mai scurt de legătură dintre puţul de extracţie şi cel de aeraj în scopul de a asigura aerajul natural pentru celelalte lucrări din cîmpul de exploatare. Legătura între cîmpul de exploatare şi puţul de extracţie se face printr-o cameră specială, numită camera staţiei de încărcare-descărcare a puţului. Această cameră de profil dreptunghiular se adînceşte cu puţul de extracţie pe măsură ce se adînceşte exploatarea, pentru ca nivelul acesteia să corespundă tot timpul cu cel al puţului şi al camerei de exploatare. De aceea, puţul de extracţie, pe toată porţiunea săpată în sare, are numai trei pereţi, peretele din faţa camerei fiind liber.

138

Fig. 10.5. Schema de deschidere a cîmpului de exploatare la un

singur orizont: CD — camere de exploatare ; 1 — puţ de extracţie ; 2 — camera staţiei de încărcare-descărcare : 3 — puţ de aeraj ; 4 - puţ orb de salvare.

Ca amplasament, puţul de extracţie poate să fie săpat în

masivul de sare sau în afara acestuia. În scopul împiedicării infiltraţiei apelor de suprafaţă în

zăcămînt, deasupra primului orizont de exploatare se lasă un planşeu de protecţie de 20... 100 m grosime. Dacă exploatarea se face în cîmpuri de exploatare pe verticală, între orizonturi se lasă, de asemenea, planşee a căror grosime este cuprinsă între 10 şi 30 m.

139

• Lucrări de pregătire. În cîmpurile delimitate prin lucrările de deschidere se pregătesc camerele de exploatare. Pregătirea camerelor constă din săparea unor galerii numite galerii de trasare, aşezate perpendicular pe galeriile de deschidere.

Galeriile de trasare sunt plasate în axul viitoarelor camere de exploatare, avînd secţiunea de 10x2,5 m2. Săparea lor se poate face în două variante : săparea iniţială a galeriei cu secţiunea de 4,5x2,5 şi apoi lărgirea acesteia la 10 m (deschiderea admisă pentru tavanul camerei de exploatare), sau săparea.de la început a galeriei de trasare la secţiunea de 10x2,5 m2. A doua variantă este mai economică decît prima, însă necesită utilaj corespunzător pentru săpare. Operaţia de săpare pe secţiunea de 10 X 2,5 m2 constă din tăierea făgaşului orizontal la talpa galeriei şi a făgaşelor verticale la pereţi, cu ajutorul maşinii de havat cu braţ şi lanţ, după care se perforează găurile de mină ce se încarcă cu exploziv şi se împuşcă. Materialul rezultat în urma exploziei se sparge în bucăţi mai mici şi se evacuează. După aceea, se face cioplirea tavanului fie manual, fie mecanic, cu maşini de havat speciale. Cioplirea se execută în scopul de a înlătura blocurile de sare incomplet desprinse din tavan în urma împuşcării şi de a permite observarea eventualelor fisuri ce apar în tavan în timpul săpării sau după terminarea lucrărilor de deschidere şi pregătire.

140

Tema 11.

EXPOATAREA ROCILOR ORNAMENTALE ÎN SUBTERAN 11.1. Noţiuni generale 11.2 Deschiderea zăcămintelor de roci ornamentale 11.3. Metoda de exploatare cu camere şi stilpi abandonaţi cu secţiunea pătrată 11.4. Varianta de exploatare cu perforare ştanţare 11.5. Varianta de exploatare cu xaveze 11.6. Varianta cu filou diamantat 11.7. Metoda de exploatare cu camere şi stîlpi abandonaţi cu secţiunea dreptunghiulară

11.1. Noţiuni generale Exploatarea rocilor ornamentale în subteran pentru

obţinerea blocurilor industriale a fost şi este practicată în multe ţări, existînd în acest domeniu o experienţă remarcabilă[17]. Exploatarea, în subteran a devenit posibilă, mai ales după ce .s-au înregistrat progrese considerabile în tehnica abaterii. În prezent, adoptarea unor maşini cu productivitate ridicată în tăiere, la exploatarea unor zăcăminte de roci ornamentale, face posibilă şi competitivă producţia de blocuri industriale realizate din exploatarea în subteran.

În general, valorificarea unui zăcămînt de roci ornamentale este preferabil să se facă în carieră, date fiind avantajele pe care le oferă o activitate care se desfăşoară la lumina zilei. Există însă în natură numeroase zăcăminte cu volum mare şi calităţi ornamentale superioare care datorită reliefului accidentat în care sunt cantonate, a unei coperte sterile groase, a lipsei spaţiilor pentru haldare, ş.a., nu întrunesc condiţiile tehnice (geologice şi miniere) pentru a putea fi exploatate în condiţii economice avantajoase prin lucrări la zi.

141

În prezent, existenţa unor coperte groase, face tot. mai prohibitivă exploatarea în cariere a zăcămintelor care se găsesc în această situaţie dat fiind că derocarea, încărcarea şi transportul la haldă implică un consum mare de carburanţi lichizi şi alte materiale deficitare, iar durata de punere în exploatare a carierei depăşeşte limitele normale admise.

Relieful în care este cantonat zăcămîntul poate contribui,de asemenea,hotărîtor în alegerea exploatării în subteran. Dacă acesta este accidentat, cu pante foarte abrupte, nu se pot realiza platforme cu dimensiuni suficient de mari pentru o exploatare mecanizată în carieră pe de o parte, pe de altă parte, păstrarea uuor pereţi verticali cu înălţime mare, de cele mai multe ori, reprezintă un pericol permanent din punctul de vedere al securităţii miniere datorită faptului că nu pot fi menţinuţi sub un control eficient.

Zăcămintele care sunt situate la altitudini mari, unde iarna se instalează timpuriu şi are durată mare, este preferabil să se exploateze subteran, dacă întrunesc celelalte condiţii, deoarece exploatarea se poate desfăşura normal,independent de anotimpuri.

Pentru a se putea adopta una din metodele de exploatare în subteran a rocilor ornamentale, zăcămîntul trebuie să îndeplinească o sumă de condiţii care să asigure securitatea muncii, să elimine necesitatea susţinerii lucrărilor miniere, să nu determine modificări nedorite ale terenului de la suprafaţă care ar afecta obiectivele existente în zonă (construcţii de orice fel, cursuri de apă ş.a.).

Elementele principale de care se ţine seama la alegerea unei metode de exploatare în subteran sunt următoarele :

— forma şi dimensiunile zăcămîntului; — relieful în care este cantonat zăcămîntul;

142

— proprietăţile fizice şi mecanice ale rocii utile, precum şi ale rocilor înconjurătoare ;

— volumul de producţie finită (blocuri industriale) care se poate obţine din unitatea de volum a rezervelor excavate;

— situaţia suprafeţelor de minimă rezistenţă pe care le conţine zăcămîntul (suprafeţe de stratificaţie, plane de fisuraţie naturale, suprafeţe de clivaj, zone de carsturi etc).

Punerea în aplicare a unei metode de exploatare în subteran la un zăcămînt dat este precedată de un studiu geomecanic precum şi de lucrări miniere experimentale prin care să se verifice parametrii principali ai metodei de exploatare.

În cadrul exploatării zăcămintelor de roci ornamentale în subteran, ne vom ocupa de două metode principale cu aplicabilitate mai frecventă şi care pot fi clasificate în subvariante în funcţie de metoda de abatare adoptată. Metodele de exploatare în subteran sunt aplicate numai în zacăminte metamorfice şi sedimentare, rocile magmatice fiind exploatate la zi.

Metodele de exploatare pe care le vom descrie sunt următoarele :

— metoda de exploatare cu camere şi stîlpi abandonaţi cu secţiunea,pătrată:

— metoda de exploatare cu camere şi stîlpi abandonaţi cu secţiunea dreptunghiulară.

În cazul ambelor metode, sensul de exploatare luat în considerare este descendent.

11.2.Deschiderea zăcămintelor de roci ornamentale

În funcţie de relieful în care este cantonat zăcămîntul, există, mai multe posibilităţi de a executa lucrările de deschidere[17]. Dacă zăcămîntul este cantonat într-o zonă situată deasupra nivelului solului şi prezintă versanţi înalţi,

143

deschiderea se realizează cu galerii de coastă. 0 galerie de coastă asigură deschiderea rezervelor situate în etajul pe care-1 deserveşte. Pentru punerea în exploatare a rezervelor situate în etajul imediat inferior, se sapă o nouă galerie de coastă. Lucrarea de deschidere trebuie să fie racordată la căile de comunicaţie existente în zonă. (drum, cale ferată) prin plane înclinate, releu de materiale sau alte mijloace. Racordarea are ca scop asigurarea transportului în şi din subteran a utilajelor, producţiei şi a rocii mărunte, dacă aceasta nu poate fi în întregime depozitată în subteran. Înălţimea unui etaj este stabilită prin studiul geomecanic pentru fiecare zăcămînt în parte şi reprezintă suma înălţimii abatajului camerei şi al grosimii planşeului.

Daca separarea unor galerii de coastă, pentru deschiderea fiecărui etaj ridică probleme deosebite sau din cauza reliefului nu pot fi realizate, deschiderea unui etaj inferior se poate realiza şi cu plan înclinat săpat fie de la zi, fie orb. Deschiderea etajelor inferioare poate fi, de asemenea, realizată prin săparea unor puţuri de la zi sau oarbe.

În figura 11.1 e prezentat schematic modul de deschidere al etajelor inferioare cu plan înclinat (orb) în situaţia că etajul E1 este deschis prin galerie de coastă. Săparea planului înclinat ca şi a lucrărilor de pregătire se realizează înainte ca rezervele din etajul E1 să se epuizeze. Producţia din etajul E2 se transportă la suprafaţă prin planul înclinat.

Avînd în vedere durata mare de utilizare a lucrărilor de deschidere şi importanţa lor, acestea se protejează cu pilieri de siguranţă dimensionaţi corespunzător.

Deschiderea cu puţ săpat de la zi este redată în figura 11.2. Alegerea amplasării puţului se face în aşa fel încît prin adîncirea lui treptată să se asigure accesul pe întreaga adîncime cu rezerve exploatabile.

144

Fig. 11.1. Exemplu la deschiderea etajelor inferioare cu plan Înclinat (orb).

E1... E4 — etaje; a — acoperiş roci sterile: S — slilpi părăsiţi; p — plan înclinat ; Pe1 . .. Pe4 — planşee.

Fig. 11.2. Exemplu !a deschiderea etajelor cu puţ la zi :

a — acoperiş roci sterile ; c—cameră : Ei .... E;

4 — ETAJE: p — p uţ ; PE1 ....pE4— planşee : S — slilpi.

145

La nivelul fiecărui etaj, în dreptul puţului, se construieşte

o rampă prin care să se poată tranzita producţia, materialele. 11.3. Metoda de exploatare cu camere şi stilpi abandonaţi

cu secţiunea pătrată

Înţelegem prin exploatarea subterană a unui zăcămînt de roci ornamentale, totalitatea operaţiilor şi lucrărilor miniere care se execută pentru a obţine un produs finit avînd caracteristici dimensionale prestabilite[17]. În ce priveşte natura produsului finit, acesta poate fi un bloc industrial destinat prelucrării ulterioare, sau pot fi blocuri cu dimensiuni reduse utilizate ca atare în construcţii.

Principalele lucrări miniere de deschidere şi pregătire sunt galeriile, planele înclinate şi puţurile. Galeriile dacă sunt săpate de la zi se numesc galerii de coastă. Puţurile dacă nu sunt săpate de la zi se numesc oarbe. Lucrările de exploatare se desfăşoară în abataje care datorită formei pe care o au se numesc camere.

Lucrările miniere de_pregătire, ca şi cele de exploatare se sapă pînă la limitele perimetrului cu rezerve omologate, considerat în plan longitudinal şi transversal, astfel încît rezervele să fie exploatate integral cu excepţia volumului cuprins în stîlpi. Stîlpii, avînd secţiunea pătrată, au rolul de a prelua forţele care se manifestă asupra tavanului şi de a asigura securitatea lucrărilor miniere pe toată durata exploatării rezervelor (fig.11.3).

146

Fif. 11.3. Metoda de exploatare cu camere şi

stflpi părăsiţi cu secţiunea pătrată : E — etaje ; p — planşeuri; S — stîlpi.

După exploatarea rezervelor situate la nivelul unui etaj,

exploatarea este continuată într-un etaj situat sub cel iniţial, în acelaşi fel după ce s-au executat lucrările de deschidere şi pregătire. Între etaje se păstrează un planşeu, iar stîlpii din primul etaj se păstrează în prelungire, astfel încît să se supra-pună perfect.

Adoptarea metodei de exploatare cu camere şi stîlpi părăsiţi cu secţiunea pătrată este, aşa cum s-a amintit, precedată de studii geomecanice prin care se dimensionează toate lucrările miniere.

In cazul multor zăcăminte, avînd condiţii adecvate, exploatarea camerelor începe de la zi cu săparea în prealabil a unor galerii scurte de pregătire (galerii de coastă), care se armează la intrare cu zidărie sau cu beton armat, pentru a se asigura integritatea lor pe durata exploatării (fig. 11.4).

147

Fig. 11. 4. Exemplu de deschidere şi exploatare a unui zăcămînt

în subteran. L— lungimea şi lăţimea camerei; S—stîlpi. Funcţie de mijloacele cu care se realizează abatarea

_rocii, la aceasta metodă de exploatare se evidenţiază trei variante:

- varianta cu perforare -ştaţare; - varianta cu haveze;

-varianta cu filou diamantat.

11.4. Varianta de exploatare cu perforare ştanţare Referindu-ne la schema din figura 11.5, camera este

caracterizată dimensional prin cele trei elemente, exploatarea ei realizîndu-se pe porţiuni care reprezintă felii considerate în plan vertical, excavate din lungimea L. Grosimea acestei felii, în funcţie de caracteristicile rocii, este de 1 - 1,5 m.

148

Fig 11.5. Detaliu la metoda de exploatare cu camere şi

slîlpi părăsiţi eu secţiune pătrată — varianta de perforare mecanică cu sau fără ştanţare :

L, I,i—lungimea, lăţimea şi înălţimea camerei; a — adincimea de perforare a camerei; S - stîlp.

Dimensiunile camerei de exploatare, aşa cum sa arătat, se stabilesc pentru un zăcămînt dat prin studii geomecanice. În principiu, înălţimea, camerei se împarte în două sau mai multe părţi, iar lăţimea l, în funcţie de lungimea necesară la care trebuie realizate blocurile. În figura 11.5 este redat în detaliu o schemă exemplu pentru cazul cel mai simplu.

Pe aliniamentele AB, CD, EF, A E, GH, IJ şi DF se perforează găuri la echidistanţe, coplanar. În unele roci, blocurile se pot detaşa din masiv fără a fi necesară şi operaţia de stanţa-re. În general însă aceasta se execută asigurînd astfel crearea a cinci suprafeţe libere pentru toale blocurile.

Detaşarea blocului, (fig.11.5), se realizează mai greu datorită faptului că, în spate, cea de a şasea faţă liberă trebuie realizată prin rupere. Ruptura se provoacă prin introducerea penelor de oţel în găurile sub fanta stanţată, succesiv, pe aliniamente opuse. După producerea rupturii, extragerea blocului se face paralel cu suprafeţele ştanţate pentru a reduce la minimum forţele de frecare. În acest scop, se practică în mijlocul suprafeţei anterioare a blocului cu şpriţul, o gaură pentru introducerea gripiei de care apoi se ancorează un cablu şi se tractează cu un mijloc adecvat, (troliu manual sau

149

electric). Blocul din poziţia 2 se va putea extrage mai uşor prin acelaşi procedeu, cu deosebirea că dacă ruptura pe faţa din spate nu se produce uşor, se pot perfora, cîteva găuri scurte în planul de rupere, accesul fiind asigurat de lipsa blocului din poziţia 1. Toate celelalte blocuri se detaşează şi se excavează în acelaşi fel. Se impune menţionat faptul că dacă înălţimea camerei este mare şi trebuie împărţită în mai mult de două, atunci exploatarea ei se va realiza în felii succesive, descendent.

Pentru exemplificare se poate cita cazul zăcămîntului de calcar de la Le Perou (Franţa,) unde s-a aplicat această variantă (fig. 11.5). Zăcămîntul este constituit din calcar oolitic vacuolar (CaCO3 98 — 99 %) сu oolite avînd un diametru mediu de 0,5 mm.

La exploatarea camerei pe aliniamentele stabilite s-au perforat găuri pe o adîncime (a) de 3,65 m cu un set de burghie cu lungimi diferite (1 ; 1,35; 1,65; 2,0; 2,35; 2,70; 3,0; 3,65 m). După perforarea găinilor pe toate aliniamentele, blocurile se extrag potrivit procedeului descris.

Fig. 11.6. Schemă de lucru la varinta de exploatare eu haveze : S - slilp.

Roca. măruntă, rezultată în timpul exploatării, se depozitează in zonele exploatate, astfel incît să nu blocheze căile de transport. Volumul care nu poate fi depozitat în

150

subteran este evacuat la suprafaţă pe plan înclinat şi puţ, deschiderea zăcămîntului fiind realizată, cu aceste lucrări.

Stilpii abandonaţi cu secţiunea pătrată au latura de 2,20 m, iar lăţimea camerelor se menţine la 4,50 m. În urma perfecţionării şi adaptării havezelor pentru lucrul în subteran, metoda de exploatare sa păstrat, modificîndu-se numai varianta.

11.5.Varianta de exploatare cu xaveze Atît în zăcămintele sedimentare cît şi în cele

metamorfice, varianta asigură, obţinerea unor productivităţi superioare, faţă de varianta prezentată anterior[17].

În această variantă, exploatarea urmăreşte detaşarea blocurilor industriale din masiv prin efectuarea tăieturilor pe cinci feţe, sau chiar şase. Schematic varianta este prezentată în figura 11.6 şi constă în executarea următoarelor operaţii:

— realizarea unui făgaş la baza blocului pe o înălţime de aproximativ 20 cm, pe toată lungimea camerei; pentru aceasta se execută două tăieturi paralele cu haveza la baza blocurilor, apoi roca dintre două fante se elimină cu exploziv; rezultă astfel suprafaţa, liberă 1 ;

— tăierea în plan vertical, între tavan şi vatră, pentru crearea a două suprafeţe libere între stîlp şi bloc, 2;

— tăierea. în plan vertical, între tavan şi vatră, al celui de al treilea făgaş 3, care creează două suprafeţe libere; unul pentru, blocul 1 şi altul pentru blocul 11.

Urmare realizării acestor operaţii, blocul 1 este înconjurat de cinci suprafeţe libere. În roci cu tărie mică, detaşarea din masiv se realizează cu motostivuitoare de construcţie specială, echipate cu furcă şi berbec. Berbecul acţionind cu o lovitură puternică asupra blocului, în sensul indicat de săgeată, produce ruperea blocului la tavan şi căderea lui pe furca motostivuitorului. Acest utilaj evacuează

151

blocul industrial la punctul de recepţie de la zi, sau din subteran.Dacă forţa necesară pentru desprinderea blocului este mai mare decît posibilitatea motostivuitorului, se realizează o tăietură. în plan orizontal şi la tavan 4. Înainte ca blocul să se desprindă de la tavan, se introduce furca motostivuitorului în făgaşul de la bază, sau se asigura păstrarea făgaşului cu alte mijloace în vederea încărcării ulterioare a blocului pe furca motostivuitorului.

În figura 11.7 este redat un exemplu de aplicare a metodei de exploatare cu camere şi stîlpii părăsiţi, cu secţiunea pătrată (după A. Herkeck). Metoda este aplicată într-un zăcămînt constituit din strate cu înclinare mică. Caracteristic pentru acest exemplu este modul de exploatare a camerelor în felii, descendent, păstrînd stîlpii.

Fig.11.7 Metoda de exploatare cu ca- mere şi stilpi părăsiţi cu secţiune pă-

Irată (după A. Herbeck) : S — stîlpi.

Un alt exemplu de aplicare a acestei metode de exploatare, în varianta, cu hareze, este cel aplicat în Bazinul Parizian (Franţa). Zăcămîntul exploatat este un calcar cu foraminifere luteţiene avînd densitatea aparentă 1620 — 1780 kg/m3, rezistenţa de rupere la compresiune 100 — 150 daN/cm2 şi o porozitate medie de 37 %.

Exploatarea este situată la circa 20 m sub nivelul suprafeţei, zăcămîntul fiind deschis prin puţ. Dimensiunile camerelor sunt următoarele: lăţimea 7,5 m şi înălţimea 3,0 m.

152

Stîlpii au secţiunea pătrată cu latura de 9 m. Exploatarea camerelor se realizează cu Haveze. Pentru detaşarea blocurilor din masiv se realizează trei tăieturi orizontale: două tăieturi paralele la vatră la distanţa de 25 — 30 cm între ele şi a treia la tavan. Placa de la vatră se îndepărtează, apoi în locul ei se introduc bile de lemn. Tăierea blocului la tavan are loc numai după ce bilele au fost introduse.

Pentru detaşarea primului bloc se utilizează un cerc hidraulic, iar pentru celelalte un motostivuitor ca cel descris anterior. Productivitatea realizată în această exploatare este de circa 100 m3/om şi lună bloeuri industriale. Aerajul se realizează artificial cu ventilatoare. Se remarcă aici faptul că o parte din zonele exploatate în subteran sunt amenajate si ulizate pentru cultivarea ciupercilor, iar în alte zone se depozitează roca măruntă. Zonele care nu prezintă siguranţă la tavan sunt susţinute cu ancore.

11.6.Varianta cu filou diamantat Această variantă se aplică de cîţiva ani în unele

zăcăminte de marmură din Carrara (Italia) după ce filoul cu cablu diamantat a fost perfecţionat[17].

Dacă ne referim la exemplele din figurile 11.6 şi 11.7, la varianta cu haveze, principial varianta cu filon nu diferă decît prin specificitatea tăierii cu cablu diamantat. Modul de utilizare şi de lucru al filoului cu cablu diamantat au fost descrise la metoda de exploatare cu felii orizontale. În situaţia exploatării în subteran cu metoda de exploatare descrisă, tăieturile în plan orizontal (la vatră şi tavan), respectiv tăieturile verticale, se realizează cu filoul cu cablu diamantat.

Varianta poate fi aplicata atît în cazul zăcămintelor stratificate cît şi nestratificate. Condiţia esenţială pentru aplicarea variantei este existenţa suprafeţei superioare libere, aceasta realizîndu-se de obicei prin una din celelalte variante prezentate (fig. 11.5).

153

11.7. Metoda de exploatare cu camere şi stîlpi abandonaţi cu secţiunea dreptunghiulară

Această metodă de exploatare se deosebeşte de precedenta prin forma şi dimensiunile stîlpilor abandonaţi care prin aceste caracteristici oferă posibilităţi de aplicare în zăcăminte diversificate din punctul de vedere al caracteristicilor geologice şi miniere[17]. În cazul acestei metode de exploatare pot fi aplicate variantele de perforare-stanţare, cu haveze şi cu filou diamantat.

Schematic metoda de exploatare este redata în figura 11.8. Detaliile de lucru la toate variantele sunt asemănătoare cu cele descrise la metoda de exploatare cu camere şi stîlpi părăsiţi cu secţiunea pătrată.

Fig. 11.8. Metoda de exploatare cu camere şi stîlpi

părăsiţi cu secţiunea dreptunghiulară : S — slilpi.

Metoda de exploatare cu camere şi stîlpi lungi poate fi considerată ca un caz particular metodei cu camere şi stîlpi cu secţiunea dreptunghiulară avînd o arie de răspîndire redusă (fig. 11.9).

154

Fig. 11.9. Metoda de exploatare cu camere şi slîlpi lungi

Dacă în lucrările miniere din subteran sunt infiltraţii de apă, acestea se dirijează la unul sau la mai multe bazine de colectare echipate cu instalaţie de evacuare la suprafaţă.

Tavanul lucrărilor miniere din subteran nu se armează decît în situaţia traversării unor zone puternic fisurate care prezintă nesiguranţă. Dacă lucrarea nu poate fi abandonată, acesta fiind cazul lucrărilor care servesc drept căi de transport, tavanul lucrării miniere se susţine în zonele periculoase.

Procedeul cel mai des folosit pentru susţinerea tavanului este cel cu ancore. Acesta asigură o susţinere definitivă bună, se realizează în timp scurt şi cu cheltuieli minime în comparaţie cu alte procedee.

155

Fig 11.10. Cap pentru fixarea ancorelor din cabluri u z a t e : 1 -pana; 2 -cablu uzat; :3 - manşon ; 4 - a r e ; 5 - opritor

Ancorele (fig. 11.10) se confecţionează din cabluri de

oţel ieşite din uz avînd capetele de fixare în rocă prevăzute cu pene metalice, manşon cochilie cu nervuri exterioare, stabilizate într-o poziţie determinată prin arcuri. Pentru fixarea ancorelor în tavanul lucrărilor miniere, se perforează găuri, apoi capetele ancorelor se întroduc în aceste găuri luînd măsura de a sprijini opritorul resortului cu o tijă din metal. Aşa cum rezultă din figura 11.11 prin montarea celor două capete ale ancorelor, trebuie să se realizeze în lungul zonei periclitate un sistem de grinzi din cabluri care să protejeze tavanul împotriva surpării.

156

157

BIBLIOGRAFIE 1. COVACI Şt. Exploatarea zăcămintelor de substanţe

minerale utile în subterane, vol.1, Editura Tehnică, Bucureşti, 1972.

2. COVACI, Şt. Exploatarea zăcămintelor de substanţe minerale utile în subteran, vol.2, Editura tehnică, Bucureşti,1975.

3. COVACI Şt. Exploatări miniere subterane, vol.1,Editură Didactică şi Pedagogică,Bucureşti, 1983.

4. COVACI, Şt., ONCIOTU, Gh., COZMA, E., BĂDULESCU, D., HRENIUC, P. Exploatări miniere subterane, vol.11, Editura Corvin, Deva, 1999.

5. FODOR, D. Exploatări miniere la zi, Editura Didactică şi Pedagogică, B ucureşti, 1980.

6. FODOR, D. Exploatăi miniere la zi, în Manualul inginerului de mine,vol. 111, Editura Tehnică,Bucureşti, 1986.

7. FODOR, D. Exploatarea zăcămintelor de minerale şi roci utile prin lucrări la zi, vol.1,Editura Tehnică,Bucureşti,1995.

8. GEORGESCU, M. Optimizarea lucrărilor de exploatare în subteran a zăcămintelor metalifere. Editura Tehnică, Bucureşti, 1986.

9. GOLDAN, T. Tehnică minieră, Editura Focus, 2002. 10. GOTEAN, Z.,MATEI, I., BĂLTĂREŢU, FI. Aeraj minier,

în Manualul ingenerului de mine, vol. V, Editura Tehnică, Bucureşti

11. ONICA, I. Impactul exploatării zăcămintelor de substanţe minerale utile asupra mediului. Editura Universitas, Petroşani, 2001

12. POPA, A. Exploatări miniere, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1976.

13. POPA, A., COVACI, Şt. ş.a.Exploatări miniere în subteran, în Manualul inginerului de mine, vol1V, Editura tehnică Bucureşti,1988.

158

14. POPA, A., ROTUNJANU, I. ş.a. Exploatări, miniere, Editura Didactică şi Pedagogică R.A., Bcureşti, 1993.

15. POPA, A., FODOR, D., CÎMPEAN, S. Tehnologii miniere, Editura Infomin,Deva, 2000.

16. ПОПОВ, В. L. Ocновы горного дела, москва. Недра, 1990.

17. SCHIGHOFFER,R., FODOR, D. Tehnologii pentru valorificarea complexă a rocilor ornamentale.Editura Tehnică, Bucureşti, 1986.

18. VLĂDEA, I. Manual de termotehnică, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1963.

19. VLĂDEA, I. Tratat de termodinamică tehnică şi transmiterea căldurii, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1974.

159

BAZELE MINERITULUI

Ciclu de prelegeri

Autor: C.Tarnovschi

Redactor: Irina Enache ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Bun de tipar 20.12.07. Formatul hârtiei 60x84 1/16. Hârtie ofset. Tipar Riso. Tirajul 75 ex. Coli de tipar 10,5 Comanda nr.169 ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

U.T.M., 2004, Chişinău, bd. Ştefan cel Mare, 168. Secţia Redactare şi Editare a U.T.M.

2068,Chişinău, str. Studenţilor, 9/9.

160

Universitatea Tehnică a Moldovei

BAZELE MINERITULUI

Ciclu de prelegeri

Chişinău 2007