Ci sono miniere sotterranee in tutto il mondo che presentano un caleidoscopio di metodi e attrezzature. Esistono circa 650 miniere sotterranee, ciascuna con una produzione annua che supera le 150,000 tonnellate, che rappresentano il 90% della produzione di minerale del mondo occidentale. Inoltre, si stima che esistano 6,000 miniere più piccole che producono ciascuna meno di 150,000 tonnellate. Ogni miniera è unica con luoghi di lavoro, installazioni e lavorazioni sotterranee dettate dai tipi di minerali ricercati e dalla posizione e dalle formazioni geologiche, nonché da considerazioni economiche come il mercato per il particolare minerale e la disponibilità di fondi per gli investimenti. Alcune miniere sono in funzione ininterrottamente da più di un secolo mentre altre sono appena agli inizi.

Le miniere sono luoghi pericolosi in cui la maggior parte dei posti di lavoro comporta un lavoro arduo. I pericoli affrontati dai lavoratori vanno da catastrofi come crolli, esplosioni e incendi a incidenti, esposizione alla polvere, rumore, calore e altro ancora. La protezione della salute e della sicurezza dei lavoratori è una considerazione importante nelle operazioni minerarie correttamente condotte e, nella maggior parte dei paesi, è richiesta da leggi e regolamenti.

La miniera sotterranea

La miniera sotterranea è una fabbrica situata nel substrato roccioso all'interno della terra in cui i minatori lavorano per recuperare i minerali nascosti nella massa rocciosa. Perforano, caricano e fanno esplodere per accedere e recuperare il minerale, cioè la roccia contenente una miscela di minerali di cui almeno uno può essere trasformato in un prodotto che può essere venduto con profitto. Il minerale viene portato in superficie per essere raffinato in un concentrato di alta qualità.

Lavorare all'interno dell'ammasso roccioso in profondità sotto la superficie richiede infrastrutture speciali: una rete di pozzi, tunnel e camere che si collegano con la superficie e consentono il movimento di lavoratori, macchine e roccia all'interno della miniera. Il pozzo è l'accesso al sottosuolo dove le derive laterali collegano la stazione del pozzo con le fermate di produzione. La rampa interna è una deriva inclinata che collega livelli sotterranei a diverse quote (cioè profondità). Tutte le aperture sotterranee necessitano di servizi quali ventilazione di scarico e aria fresca, energia elettrica, acqua e aria compressa, scarichi e pompe per la raccolta delle acque sotterranee di infiltrazione e un sistema di comunicazione.

Impianti e sistemi di sollevamento

Il headframe è un edificio alto che identifica la miniera in superficie. Si trova direttamente sopra il pozzo, l'arteria principale della miniera attraverso la quale i minatori entrano ed escono dal loro posto di lavoro e attraverso la quale vengono calati rifornimenti e attrezzature e vengono portati in superficie minerali e materiali di scarto. Le installazioni del vano e del paranco variano a seconda delle necessità di portata, profondità e così via. Ogni miniera deve avere almeno due pozzi per fornire un percorso alternativo per la fuga in caso di emergenza.

Il sollevamento e la traslazione del vano sono regolati da norme rigorose. Le attrezzature di sollevamento (ad es. avvolgitore, freni e fune) sono progettate con ampi margini di sicurezza e vengono controllate a intervalli regolari. L'interno del pozzo viene regolarmente ispezionato da persone in piedi sopra la gabbia e i pulsanti di arresto in tutte le stazioni attivano il freno di emergenza.

I cancelli davanti al pozzo barricano le aperture quando la gabbia non è alla stazione. Quando la gabbia arriva e si ferma completamente, un segnale autorizza l'apertura del cancello. Dopo che i minatori sono entrati nella gabbia e hanno chiuso il cancello, un altro segnale autorizza la gabbia a salire o scendere dal pozzo. La pratica varia: i comandi di segnalazione possono essere impartiti da un tender in gabbia oppure, seguendo le istruzioni affisse in ciascuna stazione del pozzo, i minatori possono segnalare autonomamente le destinazioni del pozzo. I minatori sono generalmente abbastanza consapevoli dei potenziali pericoli durante la guida e il sollevamento dell'albero e gli incidenti sono rari.

Perforazione diamantata

Un deposito minerale all'interno della roccia deve essere mappato prima dell'inizio dell'estrazione. È necessario sapere dove si trova il giacimento e definirne larghezza, lunghezza e profondità per ottenere una visione tridimensionale del giacimento.

La perforazione a diamante viene utilizzata per esplorare un ammasso roccioso. La perforazione può essere effettuata dalla superficie o dalla deriva nella miniera sotterranea. Una punta da trapano tempestata di piccoli diamanti taglia un'anima cilindrica che viene catturata nella serie di tubi che segue la punta. Il nucleo viene recuperato e analizzato per scoprire cosa c'è nella roccia. I campioni di carote vengono ispezionati e le porzioni mineralizzate vengono divise e analizzate per il contenuto di metallo. Sono necessari programmi di perforazione estesi per localizzare i depositi di minerali; i fori vengono praticati a intervalli sia orizzontali che verticali per identificare le dimensioni del giacimento (vedi figura 1).

Figura 1. Schema di perforazione, Garpenberg Mine, una miniera di piombo-zinco, Svezia

Il mio sviluppo

Lo sviluppo della miniera comporta gli scavi necessari per stabilire le infrastrutture necessarie per fermare la produzione e per preparare la futura continuità delle operazioni. Gli elementi di routine, tutti prodotti con la tecnica del trapano-esplosione-scavo, includono cumuli orizzontali, rampe inclinate e rilievi verticali o inclinati.

Affondamento dell'albero

L'affondamento del pozzo comporta lo scavo della roccia che avanza verso il basso e di solito è assegnato agli appaltatori piuttosto che essere eseguito dal personale della miniera. Richiede lavoratori esperti e attrezzature speciali, come un telaio per l'affondamento dell'albero, un paranco speciale con un grande secchio appeso alla fune e un dispositivo per lo smarino dell'albero a presa di cactus.

L'equipaggio che affonda il pozzo è esposto a una varietà di pericoli. Lavorano sul fondo di uno scavo profondo e verticale. Persone, materiale e roccia esplosa devono condividere tutti il ​​grande secchio. Le persone sul fondo del pozzo non hanno un posto dove nascondersi dalla caduta di oggetti. Chiaramente, l'affondamento dell'albero non è un lavoro per gli inesperti.

Alla deriva e in rampa

Una deriva è un tunnel di accesso orizzontale utilizzato per il trasporto di roccia e minerale. Lo scavo alla deriva è un'attività di routine nello sviluppo della miniera. Nelle miniere meccanizzate, per la perforazione frontale vengono utilizzati jumbo di perforazione elettroidraulici a due bracci. I tipici profili di deriva sono 16.0 m² in sezione e il fronte è perforato per una profondità di 4.0 m. I fori vengono caricati pneumaticamente con un esplosivo, solitamente olio combustibile a base di nitrato di ammonio (ANFO), da uno speciale camion di ricarica. Vengono utilizzati detonatori non elettrici (Nonel) a breve ritardo.

Lo sterramento viene effettuato con veicoli con guida a sinistra (carico-trasporto-scarico) (vedi figura 2) con una capacità della benna di circa 3.0 m³. Il letame viene trasportato direttamente al sistema di passaggio del minerale e trasferito su camion per tragitti più lunghi. Le rampe sono passaggi che collegano uno o più livelli con pendenze comprese tra 1:7 e 1:10 (una pendenza molto ripida rispetto alle strade normali) che forniscono una trazione adeguata per mezzi semoventi pesanti. Le rampe sono spesso guidate in una spirale verso l'alto o verso il basso, simile a una scala a chiocciola. Lo scavo della rampa è una routine nel programma di sviluppo della miniera e utilizza la stessa attrezzatura della deriva.

Figura 2. Caricatore con guida a sinistra

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Raccolta

Un rialzo è un'apertura verticale o fortemente inclinata che collega diversi livelli della miniera. Può servire come scala di accesso alle fermate, come passaggio per il minerale o come via aerea nel sistema di ventilazione della miniera. L'allevamento è un lavoro difficile e pericoloso, ma necessario. I metodi di sollevamento variano dalla semplice perforazione manuale con esplosivo allo scavo meccanico della roccia con macchine di perforazione in rimonta (RBM) (vedere la figura 3).

Figura 3. Metodi di sollevamento

Sollevamento manuale

L'allevamento manuale è un lavoro difficile, pericoloso e fisicamente impegnativo che sfida l'agilità, la forza e la resistenza del minatore. È un lavoro da affidare solo a minatori esperti e in buone condizioni fisiche. Di norma la sezione rialzata è divisa in due comparti da una parete in legno. Uno è tenuto aperto per la scala utilizzata per salire in parete, tubi dell'aria, ecc. L'altro si riempie di roccia esplosiva che il minatore utilizza come piattaforma durante la perforazione del round. La divisione in legno viene estesa dopo ogni round. Il lavoro prevede l'arrampicata su scale, il legname, la perforazione della roccia e l'esplosivo, il tutto svolto in uno spazio angusto e scarsamente ventilato. È tutto eseguito da un singolo minatore, poiché non c'è spazio per un aiutante. Le miniere cercano alternative ai pericolosi e laboriosi metodi di sollevamento manuale.

L'arrampicatore

Il raise climber è un veicolo che evita l'arrampicata su scala e gran parte della difficoltà del metodo manuale. Questo veicolo si arrampica sull'altura su un binario di guida imbullonato alla roccia e fornisce una robusta piattaforma di lavoro quando il minatore sta perforando il round sopra. Rialzi molto alti possono essere scavati con il raise climber con una sicurezza molto migliorata rispetto al metodo manuale. Lo scavo in elevazione, tuttavia, rimane un lavoro molto pericoloso.

La macchina in rilancio

L'RBM è una macchina potente che rompe meccanicamente la roccia (vedi figura 4). Viene eretto in cima al rialzo pianificato e viene praticato un foro pilota di circa 300 mm di diametro per sfondare un obiettivo di livello inferiore. La punta pilota viene sostituita da una testa di alesaggio con il diametro del rilancio previsto e l'RBM viene invertito, ruotando e tirando la testa di alesaggio verso l'alto per creare un rilancio circolare a grandezza naturale.

Figura 4. Alesatrice in sollevamento

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Controllo a terra

Il controllo a terra è un concetto importante per le persone che lavorano all'interno di un ammasso roccioso. È particolarmente importante nelle miniere meccanizzate che utilizzano attrezzature con pneumatici in gomma dove le aperture di deriva sono 25.0 m² in sezione, a differenza delle miniere con cumuli di rotaia dove sono solitamente solo 10.0 m². Il tetto a 5.0 m è troppo alto perché un minatore possa utilizzare una barra graduata per controllare potenziali cadute di massi.

Diverse misure vengono utilizzate per fissare il tetto nelle aperture sotterranee. Nella sabbiatura liscia, i fori del contorno vengono praticati uno vicino all'altro e caricati con un esplosivo a bassa potenza. L'esplosione produce un contorno liscio senza fratturare la roccia esterna.

Tuttavia, poiché spesso ci sono crepe nell'ammasso roccioso che non si vedono in superficie, le cadute di massi sono un pericolo sempre presente. Il rischio è ridotto dalla bullonatura da roccia, cioè dall'inserimento di barre d'acciaio nei fori e dal loro fissaggio. Il bullone da roccia tiene insieme l'ammasso roccioso, impedisce la propagazione delle crepe, aiuta a stabilizzare l'ammasso roccioso e rende più sicuro l'ambiente sotterraneo.

Metodi per l'estrazione mineraria sotterranea

La scelta del metodo di estrazione è influenzata dalla forma e dalle dimensioni del giacimento, dal valore dei minerali contenuti, dalla composizione, stabilità e robustezza dell'ammasso roccioso e dalle esigenze di produttività e condizioni di lavoro sicure (che a volte sono in conflitto ). Sebbene i metodi di estrazione mineraria si siano evoluti dall'antichità, questo articolo si concentra su quelli utilizzati nelle miniere semi-meccanizzate durante la fine del ventesimo secolo. Ogni miniera è unica, ma tutte condividono gli obiettivi di un posto di lavoro sicuro e di un'attività commerciale redditizia.

Estrazione mineraria a stanze piatte e pilastri

L'estrazione in camera e pilastro è applicabile alla mineralizzazione tabulare con inclinazione da orizzontale a moderata con un angolo non superiore a 20° (vedi figura 5). I depositi sono spesso di origine sedimentaria e la roccia è spesso sia in parete sospesa che in mineralizzazione competente (un concetto relativo qui poiché i minatori hanno la possibilità di installare bulloni da roccia per rinforzare il tetto dove la sua stabilità è in dubbio). La stanza e il pilastro è uno dei principali metodi di estrazione del carbone sotterraneo.

Figura 5. Estrazione a camera e pilastri di un giacimento piatto

Stanza e pilastro estrae un giacimento minerario mediante perforazione orizzontale che avanza lungo un fronte a più facce, formando stanze vuote dietro il fronte di produzione. I pilastri, sezioni di roccia, sono lasciati tra le stanze per evitare che il tetto crolli. Il risultato usuale è uno schema regolare di stanze e pilastri, la cui dimensione relativa rappresenta un compromesso tra il mantenimento della stabilità dell'ammasso roccioso e l'estrazione della maggior quantità possibile di minerale. Ciò comporta un'attenta analisi della resistenza dei pilastri, della portata degli strati del tetto e di altri fattori. I bulloni da roccia sono comunemente usati per aumentare la resistenza della roccia nei pilastri. Le fermate scavate fungono da carreggiata per i camion che trasportano il minerale al silo di stoccaggio della miniera.

La facciata della camera e del pilastro è forata e fatta saltare come in un drifting. La larghezza e l'altezza dello stope corrispondono alla dimensione della deriva, che può essere piuttosto grande. I grandi jumbo di perforazione produttivi vengono utilizzati nelle miniere di altezza normale; gli impianti compatti vengono utilizzati dove il minerale ha uno spessore inferiore a 3.0 m. Lo spesso giacimento minerario viene estratto a gradini partendo dall'alto in modo che il tetto possa essere fissato a un'altezza conveniente per i minatori. La sezione sottostante viene recuperata in fette orizzontali, praticando fori piatti e sabbiatura contro lo spazio soprastante. Il minerale viene caricato sui camion in faccia. Normalmente vengono utilizzati normali caricatori frontali e autocarri con cassone ribaltabile. Per la miniera ad altezza ridotta sono disponibili autocarri da miniera speciali e veicoli con guida a sinistra.

Room-and-pillar è un metodo di mining efficiente. La sicurezza dipende dall'altezza delle stanze aperte e dagli standard di controllo a terra. I rischi principali sono gli incidenti causati dalla caduta di massi e dalle attrezzature in movimento.

Estrazione mineraria inclinata di stanze e pilastri

La stanza e il pilastro inclinati si applicano alla mineralizzazione tabulare con un angolo o inclinazione da 15 ° e 30 ° rispetto all'orizzontale. Questo è un angolo troppo ripido per i veicoli gommati da salire e troppo piatto per un flusso roccioso assistito dalla gravità.

L'approccio tradizionale al giacimento inclinato si basa sul lavoro manuale. I minatori praticano fori esplosivi nelle fermate con perforatrici da roccia manuali. La stoppa viene pulita con raschiatori per fanghiglia.

La fermata inclinata è un luogo difficile in cui lavorare. I minatori devono arrampicarsi sui ripidi cumuli di roccia esplosa portando con sé le loro perforatrici, la puleggia del fanghiglia e i fili d'acciaio. Oltre alle cadute di massi e agli incidenti, ci sono i pericoli del rumore, della polvere, della ventilazione e del calore inadeguati.

Laddove i depositi minerari inclinati sono adattabili alla meccanizzazione, viene utilizzato il "step-room mining". Questo si basa sulla conversione della pedana "difficile immersione" in una "scala" con gradini ad angolo conveniente per le macchine senza cingoli. I gradini sono prodotti da uno schema a rombi di fermate e vie di trasporto all'angolo selezionato attraverso il giacimento.

L'estrazione del minerale inizia con unità di arresto orizzontali, che si diramano da una deriva combinata di trasporto di accesso. La stoppa iniziale è orizzontale e segue il muro pensile. La fermata successiva inizia poco più in basso e segue lo stesso percorso. Questa procedura viene ripetuta spostandosi verso il basso per creare una serie di passaggi per estrarre il giacimento.

Sezioni della mineralizzazione sono lasciate a sostenere il muro pensile. Questo viene fatto estraendo due o tre stope drive adiacenti per l'intera lunghezza e quindi avviando il successivo stope drive un gradino più in basso, lasciando un pilastro allungato tra di loro. Sezioni di questo pilastro possono essere successivamente recuperate come ritagli che vengono perforati e fatti saltare dalla fermata sottostante.

Le moderne attrezzature senza binari si adattano bene all'estrazione in step-room. L'arresto può essere completamente meccanizzato, utilizzando attrezzature mobili standard. Il minerale esploso viene raccolto nelle fermate dai veicoli con guida a sinistra e trasferito al camion della miniera per il trasporto al pozzo/passo del minerale. Se la fermata non è abbastanza alta per il carico dei camion, i camion possono essere riempiti in apposite baie di carico scavate nel viale di trasporto.

Arresto del restringimento

L'arresto del ritiro può essere definito un metodo di estrazione "classico", essendo stato forse il metodo di estrazione più popolare per la maggior parte del secolo scorso. È stato in gran parte sostituito da metodi meccanizzati, ma è ancora utilizzato in molte piccole miniere in tutto il mondo. È applicabile a depositi minerari con confini regolari e avvallamento ripido ospitati in un ammasso roccioso competente. Inoltre, il minerale esploso non deve essere influenzato dallo stoccaggio nei pendii (ad esempio, i minerali di solfuro hanno la tendenza ad ossidarsi e decomporsi se esposti all'aria).

La sua caratteristica più importante è l'uso del flusso per gravità per la movimentazione del minerale: il minerale proveniente dalle fermate cade direttamente nei vagoni ferroviari tramite scivoli evitando il caricamento manuale, tradizionalmente il lavoro più comune e meno apprezzato nell'estrazione mineraria. Fino alla comparsa della pala pneumatica a bilanciere negli anni '1950, non esisteva una macchina adatta al caricamento della roccia nelle miniere sotterranee.

L'arresto del restringimento estrae il minerale in fette orizzontali, partendo dal fondo dello stope e avanzando verso l'alto. La maggior parte della roccia esplosa rimane nello stope fornendo una piattaforma di lavoro per i minatori che praticano i fori nel tetto e servono a mantenere stabili le pareti dello stope. Poiché l'esplosivo aumenta il volume della roccia di circa il 60%, circa il 40% del minerale viene prelevato sul fondo durante l'arresto per mantenere uno spazio di lavoro tra la sommità del mucchio di letame e il tetto. Il minerale rimanente viene prelevato dopo che la sabbiatura ha raggiunto il limite superiore della fermata.

La necessità di lavorare dall'alto del cumulo di letame e l'accesso con scala rialzata impedisce l'uso di attrezzature meccanizzate in sosta. Possono essere utilizzate solo attrezzature sufficientemente leggere da consentire al minatore di maneggiarle da solo. L'air-leg e la perforatrice da roccia, con un peso combinato di 45 kg, è lo strumento abituale per la perforazione della barriera di restringimento. In piedi in cima al cumulo di letame, il minatore raccoglie la trivella/l'alimentazione, ancora la gamba, sostiene la perforatrice da roccia/l'acciaio della trivella contro il tetto e inizia a perforare; non è un lavoro facile.

Estrazione mineraria taglia e riempi

L'estrazione mineraria cut-and-fill è adatta per un deposito minerale a forte immersione contenuto in un ammasso roccioso con stabilità da buona a moderata. Rimuove il minerale in fette orizzontali partendo da un taglio inferiore e avanza verso l'alto, consentendo di regolare i confini dello stope per seguire la mineralizzazione irregolare. Ciò consente di estrarre selettivamente sezioni di alta qualità, lasciando sul posto il minerale di bassa qualità.

Dopo che lo stope è stato ripulito, lo spazio estratto viene riempito per formare una piattaforma di lavoro quando viene estratta la fetta successiva e per aggiungere stabilità alle pareti dello stope.

Lo sviluppo per l'estrazione mineraria in cut-and-fill in un ambiente privo di binari comprende un azionamento di trasporto a terra lungo il giacimento al livello principale, sottosquadro della fermata dotato di scarichi per il rinterro idraulico, una rampa a spirale scavata nel muro con deviazioni di accesso a le fermate e un rialzo dalla fermata al livello superiore per la ventilazione e il trasporto del riempimento.

Arresto overhand viene utilizzato con lo scavo e il riporto, sia con roccia asciutta che con sabbia idraulica come materiale di riempimento. Overhand significa che il minerale viene perforato dal basso facendo saltare una fetta da 3.0 ma 4.0 m di spessore. Ciò consente di perforare l'intera area di stope e di eseguire la sabbiatura dell'intero stope senza interruzioni. I fori “superiori” vengono praticati con semplici trapani a carro.

La perforazione e l'esplosione del foro lasciano una superficie rocciosa ruvida per il tetto; dopo il letame, la sua altezza sarà di circa 7.0 m. Prima che i minatori possano entrare nell'area, il tetto deve essere messo in sicurezza tagliando i contorni del tetto con sabbiatura liscia e successiva scalatura della roccia sciolta. Questo viene fatto dai minatori che utilizzano perforatrici da roccia manuali che lavorano dal muckpile.

In arresto anteriore, attrezzature senza cingoli vengono utilizzate per la produzione di minerali. I residui di sabbia vengono utilizzati per il rinterro e distribuiti nelle fermate sotterranee tramite tubi di plastica. Le fermate sono riempite quasi completamente, creando una superficie sufficientemente dura per essere attraversata da attrezzature gommate. La produzione della fermata è completamente meccanizzata con drifting jumbo e veicoli con guida a sinistra. La facciata dello stope è una parete verticale di 5.0 m che attraversa lo stope con una fessura aperta di 0.5 m al di sotto di essa. Fori orizzontali lunghi cinque metri vengono perforati in faccia e il minerale viene fatto saltare contro la fessura inferiore aperta.

Il tonnellaggio prodotto da una singola esplosione dipende dall'area del fronte e non è paragonabile a quello prodotto dall'esplosione di stope overhand. Tuttavia, l'output dell'attrezzatura senza binari è di gran lunga superiore al metodo manuale, mentre il controllo del tetto può essere ottenuto dal trapano jumbo che pratica fori a getto liscio insieme allo stope blast. Dotato di una benna sovradimensionata e di pneumatici di grandi dimensioni, il veicolo con guida a sinistra, uno strumento versatile per lo sfangamento e il trasporto, si sposta agevolmente sulla superficie di riempimento. In un arresto a doppia faccia, il trapano jumbo lo innesta su un lato mentre l'LHD gestisce il cumulo di letame all'altra estremità, fornendo un uso efficiente dell'attrezzatura e migliorando la produttività.

Arresto sottolivello rimuove il minerale nelle fermate aperte. Il rinterro degli stop con riempimento consolidato dopo l'estrazione consente ai minatori di tornare in un secondo momento per recuperare i pilastri tra gli stop, consentendo un tasso di recupero molto elevato del giacimento minerario.

Lo sviluppo per l'arresto di livello inferiore è ampio e complesso. Il giacimento è suddiviso in sezioni con un'altezza verticale di circa 100 m in cui vengono predisposti sottolivelli e collegati tramite una rampa inclinata. Le sezioni del giacimento sono ulteriormente suddivise lateralmente in fermate e pilastri alternati e nella pedana, in basso, viene creato un azionamento per il trasporto della posta con ritagli per il caricamento del punto di prelievo.

Una volta estratta, la fermata del sottolivello sarà un'apertura rettangolare attraverso il giacimento. Il fondo dello stope è a forma di V per incanalare il materiale sabbiato nei punti di prelievo. Sui sottolivelli superiori vengono preparati i cumuli di perforazione per l'impianto a foro lungo (vedi figura 6).

Figura 6. Arresto sottolivello mediante perforazione ad anello e carico trasversale

La sabbiatura richiede spazio affinché la roccia si espanda di volume. Ciò richiede che venga preparata una fessura larga pochi metri prima dell'inizio del brillamento a foro lungo. Ciò si ottiene allargando un rilancio dal basso verso l'alto dello stope fino a una fessura completa.

Dopo aver aperto lo slot, l'impianto a foro lungo (vedi figura 7) inizia la perforazione di produzione in cumuli di sottolivello seguendo esattamente un piano dettagliato progettato da esperti di sabbiatura che specifica tutti i fori di esplosione, la posizione del collaring, la profondità e la direzione dei fori. L'impianto di perforazione continua a perforare fino al completamento di tutti gli anelli su un livello. Viene quindi trasferito al sottolivello successivo per continuare la perforazione. Nel frattempo i fori vengono caricati e un modello di esplosione che copre un'ampia area all'interno dello stope rompe un grande volume di minerale in un'unica esplosione. Il minerale esploso cade sul fondo dello stope per essere recuperato dai veicoli con guida a sinistra che si depositano nel punto di pescaggio sotto lo stope. Normalmente, la perforazione di fori lunghi anticipa la carica e la sabbiatura fornendo una riserva di minerale pronto per l'esplosione, creando così un programma di produzione efficiente.

Figura 7. Perforatrice per fori lunghi

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L'arresto di sottolivello è un metodo di mining produttivo. L'efficienza è migliorata dalla possibilità di utilizzare impianti produttivi completamente meccanizzati per la perforazione di fori lunghi oltre al fatto che l'impianto può essere utilizzato continuamente. È anche relativamente sicuro perché la perforazione all'interno di cumuli di sottolivello e il letame attraverso i punti di prelievo elimina l'esposizione a potenziali cadute di massi.

Estrazione mineraria a cratere verticale

Come l'arresto del sottolivello e l'arresto del restringimento, l'estrazione del ritiro del cratere verticale (VCR) è applicabile alla mineralizzazione in strati a forte immersione. Utilizza però una tecnica di brillamento diversa, rompendo la roccia con cariche pesanti e concentrate poste in fori (“crateri”) di diametro molto grande (circa 165 mm) a circa 3 m di distanza da una superficie rocciosa libera. L'esplosivo rompe un'apertura a forma di cono nell'ammasso roccioso attorno al foro e consente al materiale esploso di rimanere nello stope durante la fase di produzione in modo che il materiale di riempimento possa aiutare a sostenere le pareti dello stope. La necessità di stabilità della roccia è inferiore rispetto all'arresto sotto il livello.

Lo sviluppo per l'estrazione di VCR è simile a quello per l'arresto di sottolivello, tranne per la necessità di scavi sia sopra che sotto scavo. L'overcut è necessario nella prima fase per accogliere il rig che perfora i fori di esplosione di grande diametro e per l'accesso durante il caricamento dei fori e l'esplosione. Lo scavo sottosquadro ha fornito la superficie libera necessaria per la sabbiatura VCR. Può anche fornire l'accesso a un veicolo con guida a sinistra (azionato da telecomando con l'operatore che rimane fuori dalla fermata) per recuperare il minerale esploso dai punti di prelievo sotto la fermata.

La solita esplosione del videoregistratore utilizza fori in uno schema di 4.0 × 4.0 m diretti verticalmente o fortemente inclinati con cariche posizionate con cura a distanze calcolate per liberare la superficie sottostante. Le cariche cooperano per rompere una fetta di minerale orizzontale di circa 3.0 m di spessore. La roccia esplosa cade nella stoppa sottostante. Controllando la velocità di escrezione, lo stope rimane parzialmente riempito in modo che il rock fill aiuti a stabilizzare le pareti dello stope durante la fase di produzione. L'ultima esplosione rompe il sovrataglio nello stope, dopodiché lo stope viene ripulito e preparato per il riempimento posteriore.

Le miniere VCR utilizzano spesso un sistema di fermate primarie e secondarie al giacimento. Le fermate primarie vengono estratte nella prima fase, quindi riempite con materiale di riempimento cementato. La stoppa viene lasciata in modo che il riempimento si consolidi. I minatori poi tornano e recuperano il minerale nei pilastri tra le fermate primarie, le fermate secondarie. Questo sistema, in combinazione con il rinterro cementato, si traduce in un recupero vicino al 100% delle riserve di minerale.

Speleologia di sottolivello

La speleologia di sottolivello è applicabile a depositi minerali con avvallamento da ripido a moderato e grande estensione in profondità. Il minerale deve rompersi in un blocco gestibile con l'esplosione. Il muro sospeso crollerà in seguito all'estrazione del minerale e il terreno sulla superficie sopra il giacimento del minerale si abbasserà. (Deve essere barricato per impedire a qualsiasi persona di entrare nell'area.)

La speleologia del sottolivello si basa sul flusso gravitazionale all'interno di una massa rocciosa frantumata contenente sia minerale che roccia. L'ammasso roccioso viene prima fratturato mediante trivellazione ed esplosioni e poi espulso attraverso le intestazioni di deriva sotto la grotta dell'ammasso roccioso. Si qualifica come un metodo di mining sicuro perché i minatori lavorano sempre all'interno di aperture di dimensioni di deriva.

La speleologia di sottolivello dipende da sottolivelli con modelli regolari di cumuli preparati all'interno del giacimento minerario a spaziature verticali piuttosto ravvicinate (da 10.0 m a 20 0 m). La disposizione dei cumuli è la stessa su ciascun sottolivello (ovvero, trasmissioni parallele attraverso il giacimento minerario dall'unità di trasporto della parete inferiore al muro sospeso) ma i modelli su ciascun sottolivello sono leggermente sfalsati in modo che i cumuli su un livello inferiore si trovino tra il va alla deriva nel sottolivello sopra di esso. Una sezione trasversale mostrerà un motivo a rombi con derive a spaziatura verticale e orizzontale regolare. Pertanto, lo sviluppo per la speleologia di livello inferiore è ampio. Lo scavo alla deriva, tuttavia, è un compito semplice che può essere facilmente meccanizzato. Lavorare su più intestazioni di deriva su più sottolivelli favorisce un elevato utilizzo dell'attrezzatura.

Quando lo sviluppo del sottolivello è completato, l'impianto di perforazione a foro lungo si sposta per praticare fori di esplosione secondo uno schema a ventaglio nella roccia sovrastante. Quando tutti i fori di esplosione sono pronti, il carro di perforazione a foro lungo viene spostato al livello inferiore sottostante.

L'esplosione del lungo foro frattura la massa rocciosa sopra la deriva del sottolivello, dando inizio a una caverna che inizia al contatto con la parete sospesa e si ritira verso la parete inferiore seguendo un fronte rettilineo attraverso il giacimento del minerale nel sottolivello. Una sezione verticale mostrerebbe una scala in cui ogni sottolivello superiore è un gradino avanti rispetto al sottolivello sottostante.

L'esplosione riempie il fronte del sottolivello con un misto di minerali e rifiuti. Quando arriva il veicolo con guida a sinistra, la grotta contiene il 100% di minerale. Man mano che il carico continua, la proporzione di roccia di scarto aumenterà gradualmente fino a quando l'operatore decide che la diluizione dei rifiuti è troppo alta e interrompe il caricamento. Mentre il caricatore si sposta verso il deposito successivo per continuare a contaminare, il blaster entra per preparare il successivo anello di fori per l'esplosione.

Mucking su sottolivelli è un'applicazione ideale per il veicolo con guida a sinistra. Disponibile in diverse dimensioni per soddisfare situazioni particolari, riempie la benna, percorre circa 200 m, svuota la benna nel passaggio del minerale e ritorna per un altro carico.

La speleologia del sottolivello presenta un layout schematico con procedure di lavoro ripetitive (sviluppo alla deriva, perforazione di fori lunghi, caricamento e brillamento, caricamento e trasporto) che vengono eseguite in modo indipendente. Ciò consente alle procedure di spostarsi continuamente da un sottolivello all'altro, consentendo l'uso più efficiente delle squadre di lavoro e delle attrezzature. In effetti la miniera è analoga a una fabbrica dipartimentalizzata. Il sublevel mining, tuttavia, essendo meno selettivo rispetto ad altri metodi, non produce tassi di estrazione particolarmente efficienti. La grotta comprende dal 20 al 40% di rifiuti con una perdita di minerale che varia dal 15 al 25%.

Block-speleologia

Il block-caving è un metodo su larga scala applicabile alla mineralizzazione dell'ordine di 100 milioni di tonnellate in tutte le direzioni contenute in ammassi rocciosi suscettibili di speleologia (cioè con sollecitazioni interne che, dopo la rimozione degli elementi di supporto nell'ammasso roccioso, favoriscono la fratturazione del blocco minato). Una produzione annua compresa tra 10 e 30 milioni di tonnellate è la resa prevista. Questi requisiti limitano lo scavo di blocchi a pochi depositi minerali specifici. In tutto il mondo esistono miniere scavatrici di blocchi che sfruttano giacimenti contenenti rame, ferro, molibdeno e diamanti.

Bloccare si riferisce al layout minerario. Il giacimento è suddiviso in grandi sezioni, blocchi, ciascuno contenente un tonnellaggio sufficiente per molti anni di produzione. Lo spacco viene indotto rimuovendo la forza portante dell'ammasso roccioso direttamente sotto il blocco mediante un sottosquadro, una sezione di roccia alta 15 m fratturata mediante perforazione a foro lungo e brillamento. Sollecitazioni create da forze tettoniche naturali di notevole entità, simili a quelle che causano movimenti continentali, creano fessure nell'ammasso roccioso, rompendo i blocchi, nella speranza di superare le aperture dei punti di pescaggio nella miniera. La natura, tuttavia, ha spesso bisogno dell'assistenza dei minatori per maneggiare massi di grandi dimensioni.

La preparazione per lo scavo del blocco richiede una pianificazione a lungo termine e un ampio sviluppo iniziale che coinvolge un complesso sistema di scavi sotto il blocco. Questi variano con il sito; generalmente includono sottosquadri, drawbells, grizzlies per il controllo di passaggi di roccia e minerale di grandi dimensioni che incanalano il minerale nel carico del treno.

I drawbell sono aperture coniche scavate sotto il sottosquadro che raccolgono il minerale da una vasta area e lo convogliano nel punto di prelievo al livello di produzione sottostante. Qui il minerale viene recuperato in veicoli con guida a sinistra e trasferito ai passaggi del minerale. I massi troppo grandi per il secchio vengono fatti esplodere nei punti di pescaggio, mentre quelli più piccoli vengono affrontati dal grizzly. I grizzly, serie di barre parallele per la vagliatura di materiale grossolano, sono comunemente usati nelle miniere di speleologia di blocchi sebbene, sempre più spesso, si preferiscano i demolitori idraulici.

Le aperture in una miniera di speleologia di blocchi sono soggette a un'elevata pressione della roccia. I cumuli e le altre aperture, quindi, vengono scavati con la minore sezione possibile. Tuttavia, per mantenere intatte le aperture sono necessarie ampie chiodature da roccia e rivestimento in cemento.

Applicato correttamente, il block-caving è un metodo di estrazione di massa produttivo a basso costo. Tuttavia, la suscettibilità di un ammasso roccioso alla speleologia non è sempre prevedibile. Inoltre, lo sviluppo globale richiesto si traduce in un lungo lead time prima che la miniera inizi a produrre: il ritardo nei guadagni può avere un'influenza negativa sulle proiezioni finanziarie utilizzate per giustificare l'investimento.

Miniere a parete lunga

L'estrazione a parete lunga è applicabile a depositi stratificati di forma uniforme, spessore limitato e grande estensione orizzontale (ad esempio, un giacimento di carbone, uno strato di potassa o la barriera corallina, il letto di ciottoli di quarzo sfruttato dalle miniere d'oro in Sud Africa). È uno dei metodi principali per estrarre il carbone. Recupera il minerale a fette lungo una linea retta che si ripetono per recuperare materiali su un'area più ampia. Lo spazio più vicino alla parete rimane aperto mentre il muro sospeso può crollare a distanza di sicurezza dietro i minatori e le loro attrezzature.

La preparazione per l'estrazione a parete lunga coinvolge la rete di cumuli necessari per l'accesso all'area mineraria e il trasporto del prodotto estratto al pozzo. Poiché la mineralizzazione è sotto forma di un foglio che si estende su una vasta area, le derive possono essere solitamente disposte in uno schema reticolare schematico. Le derive di trasporto sono preparate nella cucitura stessa. La distanza tra due derive di trasporto adiacenti determina la lunghezza della parete lunga.

riempimento

Il rinterro delle miniere impedisce il crollo della roccia. Preserva la stabilità intrinseca dell'ammasso roccioso che promuove la sicurezza e consente un'estrazione più completa del minerale desiderato. Il riempimento è tradizionalmente utilizzato con il taglio e il riempimento, ma è comune anche con l'arresto di sottolivello e il mining VCR.

Tradizionalmente, i minatori hanno scaricato la roccia di scarto dallo sviluppo in fermate vuote invece di trasportarla in superficie. Ad esempio, in scavo e riporto, la roccia di scarto viene distribuita sulla fermata vuota da raschiatori o bulldozer.

Riempimento idraulico utilizza gli scarti dell'impianto di ravvivatura della miniera che vengono distribuiti nel sottosuolo attraverso fori e tubi di plastica. Gli sterili vengono prima sgrassati, solo la frazione grossolana viene utilizzata per il riempimento. Il riempimento è una miscela di sabbia e acqua, di cui circa il 65% è materia solida. Mescolando il cemento nell'ultimo getto, la superficie del riempimento si indurirà in un fondo stradale liscio per attrezzature gommate.

Il riempimento viene utilizzato anche con l'arresto di sottolivello e l'estrazione di VCR, con la roccia frantumata introdotta come complemento al riempimento con sabbia. La roccia frantumata e vagliata, prodotta in una vicina cava, viene consegnata nel sottosuolo attraverso apposite sponde dove viene caricata su autocarri e consegnata alle stazioni dove viene scaricata in apposite sponde. Gli stop primari vengono riempiti con materiale di riempimento in roccia cementata prodotto spruzzando un impasto di cenere volante di cemento sul materiale di riempimento prima che venga distribuito agli stop. Il rockfill cementato si indurisce in una massa solida formando un pilastro artificiale per l'estrazione dello stop secondario. L'impasto cementizio generalmente non è necessario quando si riempiono gli arresti secondari, ad eccezione degli ultimi getti per stabilire un solido pavimento di letame.

Attrezzature per miniere sotterranee

L'estrazione sotterranea sta diventando sempre più meccanizzata ovunque le circostanze lo consentano. Il carro sterzante articolato con pneumatici in gomma, motore diesel, trazione integrale è comune a tutte le macchine mobili interrate (vedere figura 8).

Figura 8. Face rig di piccole dimensioni

Atlas Copco

Fresa frontale jumbo per foratura di sviluppo

Questo è un cavallo di battaglia indispensabile nelle miniere che viene utilizzato per tutti i lavori di scavo nella roccia. Trasporta uno o due bracci con perforatrici da roccia idrauliche. Con un operaio al pannello di controllo, in poche ore completerà uno schema di 60 fori di esplosione profondi 4.0 m.

Carro di perforazione per la produzione di fori lunghi

Questo impianto (vedi figura 7) pratica fori di esplosione in una zona radiale attorno al cumulo che copre un'ampia area di roccia e rompe grandi volumi di minerale. potente perforatrice da roccia idraulica e magazzino a carosello per aste di prolunga, l'operatore utilizza i telecomandi per eseguire perforazioni da roccia da una posizione sicura.

Camion di ricarica

Il camion di ricarica è un complemento necessario al jumbo alla deriva. Il vettore monta una piattaforma di servizio idraulica, un contenitore esplosivo ANFO pressurizzato e un tubo di ricarica che consentono all'operatore di riempire fori di esplosione su tutto il viso in brevissimo tempo. Allo stesso tempo, possono essere inseriti detonatori Nonel per la corretta tempistica delle singole esplosioni.

Veicolo con guida a sinistra

Il versatile veicolo di carico-trasporto-ribaltabile (vedi figura 10) viene utilizzato per una varietà di servizi tra cui la produzione di minerali e la movimentazione dei materiali. È disponibile in una scelta di dimensioni che consente ai minatori di selezionare il modello più appropriato per ogni attività e ogni situazione. A differenza degli altri veicoli diesel utilizzati nelle miniere, il motore del veicolo con guida a sinistra funziona generalmente ininterrottamente a piena potenza per lunghi periodi di tempo generando grandi volumi di fumo e gas di scarico. Un sistema di ventilazione in grado di diluire ed esaurire questi fumi è essenziale per il rispetto di standard di respirazione accettabili nell'area di carico.

Trasporto sotterraneo

Il minerale recuperato in soste sparse lungo un giacimento viene trasportato in una discarica situata in prossimità del pozzo di sollevamento. Livelli di trasporto speciali sono predisposti per trasferimenti laterali più lunghi; comunemente presentano installazioni di binari ferroviari con treni per il trasporto del minerale. La ferrovia ha dimostrato di essere un sistema di trasporto efficiente che trasporta volumi maggiori per distanze maggiori con locomotive elettriche che non contaminano l'atmosfera sotterranea come i camion diesel utilizzati nelle miniere senza binari.

Manipolazione del minerale

Nel suo percorso dalle fermate al pozzo di sollevamento, il minerale passa diverse stazioni con una varietà di tecniche di movimentazione dei materiali.

I Slusher utilizza un secchio raschietto per estrarre il minerale dalla fermata al passaggio del minerale. È dotato di tamburi rotanti, fili e pulegge, predisposti per produrre un percorso raschiante avanti e indietro. Il fanghiglia non ha bisogno di preparazione del pavimento stope e può estrarre il minerale da un cumulo di fango ruvido.

I Veicolo con guida a sinistra, alimentato a diesel e che viaggia su pneumatici in gomma, porta il volume contenuto nella sua benna (le dimensioni variano) dal mucchio di letame al passaggio del minerale.

I passaggio del minerale è un'apertura verticale o fortemente inclinata attraverso la quale la roccia scorre per gravità dai livelli superiori a quelli inferiori. I passaggi del minerale sono talvolta disposti in sequenza verticale per raccogliere il minerale dai livelli superiori a un punto di consegna comune a livello di trasporto.

I Scivolo è il cancello situato in fondo al passo del minerale. I passaggi di minerale normalmente finiscono nella roccia vicino al cumulo di trasporto in modo che, quando lo scivolo viene aperto, il minerale può scorrere per riempire le auto sul binario sottostante.

Vicino al pozzo, i treni del minerale passano a stazione di scarico dove il carico può essere lasciato cadere in a contenitore, Un grizzly alla stazione di scarico impedisce che le rocce di grandi dimensioni cadano nel bidone. Questi massi vengono spaccati mediante esplosioni o martelli idraulici; un frantoio grossolano può essere installato sotto il grizzly per un ulteriore controllo delle dimensioni. Sotto il cestino c'è un misura tasca che verifica automaticamente che il volume ed il peso del carico non superino le portate del cassone e del paranco. Quando un vuoto Salta, un contenitore per il viaggio verticale, arriva al stazione di rifornimento, uno scivolo si apre sul fondo della tasca di misura riempiendo la benna con un carico adeguato. Dopo il sollevamento solleva in superficie il cassone carico fino al telaio della testata, si apre uno scivolo per scaricare il carico nel cassone di stoccaggio in superficie. Il sollevamento con cassone ribaltabile può essere azionato automaticamente utilizzando la televisione a circuito chiuso per monitorare il processo.

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