L'obiettivo principale del controllo a terra è quello di mantenere scavi sicuri nella roccia e nel suolo (i termini controllo degli strati ed gestione delle piste sono utilizzati anche nelle miniere sotterranee e nelle miniere di superficie, rispettivamente). Il controllo a terra trova anche molte applicazioni in progetti di ingegneria civile come tunnel, centrali idroelettriche e depositi di scorie nucleari. È stata definita come l'applicazione pratica della meccanica delle rocce all'attività mineraria quotidiana. Il National Committee on Rock Mechanics degli Stati Uniti ha proposto la seguente definizione: “La meccanica delle rocce è la scienza teorica e applicata del comportamento meccanico della roccia e degli ammassi rocciosi; è quel ramo della meccanica che si occupa della risposta della roccia e degli ammassi rocciosi ai campi di forza del loro ambiente fisico”.
Gli ammassi rocciosi mostrano un comportamento estremamente complesso e la meccanica delle rocce e il controllo del suolo sono stati oggetto di considerevoli ricerche fondamentali e applicate in tutto il mondo sin dagli anni '1950. Per molti versi il controllo a terra è un mestiere più che una scienza. Il controllo del suolo richiede una comprensione della geologia strutturale, delle proprietà delle rocce, dei regimi di sollecitazione delle acque sotterranee e del suolo e di come questi fattori interagiscono. Gli strumenti includono i metodi di indagine del sito e di prova della roccia, le misure per ridurre al minimo i danni all'ammasso roccioso causati dall'esplosione, l'applicazione delle tecniche di progettazione, il monitoraggio e il supporto del terreno. Negli ultimi anni si sono verificati diversi importanti sviluppi nella meccanica delle rocce e nel controllo del suolo, tra cui lo sviluppo di tecniche di progettazione empirica e di analisi al computer per la progettazione delle miniere, l'introduzione e l'ampio utilizzo di una varietà di strumenti di monitoraggio del suolo e lo sviluppo di strumenti di supporto a terra specializzati e tecniche. Molte operazioni minerarie dispongono di reparti di controllo a terra composti da ingegneri e tecnici specializzati.
Le aperture sotterranee sono più difficili da creare e mantenere rispetto ai pendii rocciosi o nel suolo, quindi le miniere sotterranee generalmente devono dedicare più risorse e sforzi di progettazione al controllo del suolo rispetto alle miniere e alle cave di superficie. Nei tradizionali metodi di estrazione sotterranea, come il ritiro e il taglio e il riempimento, i lavoratori sono direttamente esposti a terreni potenzialmente instabili nella zona mineraria. Nei metodi di estrazione alla rinfusa, come l'arresto del blasthole, i lavoratori non entrano nella zona mineraria. Negli ultimi decenni c'è stata una tendenza ad allontanarsi dai metodi selettivi ai metodi di massa.
Tipi di guasto a terra
La struttura e lo stress della roccia sono importanti cause di instabilità nelle miniere.
Un particolare ammasso roccioso è costituito da roccia intatta e da un numero qualsiasi di strutture rocciose o discontinuità strutturali. I principali tipi di strutture rocciose includono piani di lettiera (piani di divisione che separano i singoli strati), pieghe (curvature negli strati rocciosi), faglie (fratture su cui si è verificato il movimento), dicchi (intrusioni tabulari di roccia ignea) e giunti (interruzioni di rocce geologiche) origine lungo la quale non c'è stato alcuno spostamento visibile). Le seguenti proprietà delle discontinuità strutturali influenzano il comportamento ingegneristico degli ammassi rocciosi: orientamento, spaziatura, persistenza, rugosità, apertura e presenza di materiale di riempimento. La raccolta di informazioni strutturali pertinenti da parte di ingegneri e geologi è una componente importante del programma di controllo a terra in un'operazione mineraria. Sono ora disponibili sofisticati programmi per computer per analizzare i dati strutturali e la geometria e la stabilità dei cunei nelle miniere di superficie o sotterranee.
Anche le sollecitazioni nella roccia possono causare instabilità nelle miniere; la conoscenza del comportamento sforzo-deformazione degli ammassi rocciosi è essenziale per una solida progettazione ingegneristica. Prove di laboratorio su provini cilindrici di roccia prelevati da carote di perforazione possono fornire utili indicazioni di resistenza e deformabilità relative alla roccia intatta; diversi tipi di roccia si comportano in modo diverso, dal comportamento plastico del sale al comportamento elastico e fragile di molte rocce dure. La giunzione influenzerà notevolmente la resistenza e la deformabilità dell'intero ammasso roccioso.
Esistono alcuni tipi comuni di cedimenti dei pendii rocciosi nelle miniere e nelle cave di superficie. La modalità di rottura del blocco scorrevole si verifica quando il movimento avviene lungo una o più strutture rocciose (taglio piano, percorso a gradino, cuneo, cuneo a gradino o cedimenti di lastre); una rottura per taglio rotazionale può verificarsi in un terreno o in un pendio di ammasso roccioso debole; ulteriori modalità di cedimento includono il ribaltamento di blocchi formati da strutture che si abbassano ripidamente e lo sfilacciamento (ad esempio, lo spostamento di blocchi a causa di gelo-disgelo o pioggia).
I principali cedimenti dei pendii possono essere catastrofici, sebbene l'instabilità dei pendii non significhi necessariamente il cedimento dei pendii dal punto di vista operativo. La stabilità dei singoli banchi è solitamente di interesse più immediato per l'operazione, poiché il guasto può verificarsi con poco preavviso, con potenziale perdita di vite umane e danni alle apparecchiature.
Nelle miniere sotterranee, l'instabilità può derivare dal movimento e dal collasso di blocchi di roccia a seguito di instabilità strutturale, cedimento della roccia attorno all'apertura a seguito di condizioni di elevata sollecitazione della roccia, una combinazione di cedimento della roccia indotto da sollecitazione e instabilità strutturale e instabilità causata da scoppi di roccia. La struttura rocciosa può influenzare la scelta di un metodo di estrazione sotterranea e la progettazione dei layout minerari perché può controllare campate di scavo stabili, capacità di supporto dei requisiti e subsidenza. La roccia in profondità è soggetta a sollecitazioni derivanti dal peso degli strati sovrastanti e da sollecitazioni di origine tettonica, e le sollecitazioni orizzontali sono spesso superiori a quelle verticali. Sono disponibili strumenti per determinare il livello di sollecitazione del terreno prima dell'inizio dell'attività mineraria. Quando viene scavata un'apertura di una miniera, il campo di sollecitazione attorno a questa apertura cambia e forse supera la forza dell'ammasso roccioso, con conseguente instabilità.
Esistono anche vari tipi di guasti che si osservano comunemente nelle miniere sotterranee di roccia dura. A bassi livelli di sollecitazione, i cedimenti sono in gran parte controllati strutturalmente, con cunei o blocchi che cadono dal tetto o scivolano fuori dalle pareti delle aperture. Questi cunei o blocchi sono formati dall'intersezione di discontinuità strutturali. A meno che non siano supportati cunei o blocchi sciolti, il cedimento può continuare fino a quando non si verifica l'inarcamento naturale dell'apertura. Nei depositi stratificati, la separazione del letto e il cedimento possono verificarsi lungo i piani di lettiera. Sotto elevati livelli di sollecitazione, il cedimento consiste in fragili scheggiature e placche nel caso di un massiccio ammasso roccioso con pochi giunti, fino a un tipo più duttile di cedimento per ammassi rocciosi fortemente articolati.
Un rockburst può essere definito come un danno ad uno scavo che si verifica in modo improvviso o violento ed è associato ad un evento sismico. Sono stati identificati vari meccanismi di danno da rockburst, vale a dire l'espansione o l'instabilità della roccia dovuta a fratture attorno all'apertura, cadute di massi indotte da scuotimento sismico ed espulsione di roccia dovuta al trasferimento di energia da una sorgente sismica remota. Le esplosioni di roccia e gas si verificano in modo catastrofico in alcune miniere di carbone, sale e altre miniere a causa di elevate sollecitazioni della roccia e grandi volumi di metano compresso o anidride carbonica. Nelle cave e nelle miniere a cielo aperto si è verificato anche un improvviso cedimento e sollevamento dei pavimenti rocciosi. In diversi paesi sono state condotte ricerche considerevoli sulle cause e sulla possibile attenuazione delle esplosioni di massi. Le tecniche per ridurre al minimo le esplosioni di roccia includono l'alterazione della forma, dell'orientamento e della sequenza di estrazione, l'uso di una tecnica nota come destress blasting, il riempimento rigido della miniera e l'uso di sistemi di supporto specializzati. Sofisticati sistemi di monitoraggio sismico locale o in tutta la miniera possono aiutare nell'identificazione e nell'analisi dei meccanismi di origine, sebbene la previsione delle esplosioni di roccia rimanga al momento inaffidabile.
Nella provincia canadese dell'Ontario, quasi un terzo di tutti gli infortuni mortali sotterranei nell'industria mineraria altamente meccanizzata deriva da frane e scoppi di massi; la frequenza di incidenti mortali per frane e scoppi di massi per il periodo 1986-1995 è stata di 0.014 per 200,000 ore lavorate nel sottosuolo. Nelle industrie minerarie sotterranee meno meccanizzate, o dove il supporto a terra non è ampiamente utilizzato, ci si può aspettare una frequenza di infortuni e decessi notevolmente più elevata a causa di cadute di terra e scoppi di massi. Il record di sicurezza relativo al controllo a terra per le miniere di superficie e le cave è generalmente migliore rispetto alle miniere sotterranee.
Metodi di progettazione
La progettazione di scavi sotterranei è il processo di prendere decisioni ingegneristiche su questioni quali l'ubicazione, le dimensioni e le forme degli scavi e dei pilastri di roccia, la sequenza mineraria e l'applicazione dei sistemi di supporto. Nelle miniere a cielo aperto, è necessario scegliere un angolo di inclinazione ottimale per ogni sezione della fossa, insieme ad altri aspetti progettuali e al supporto del pendio. La progettazione di una miniera è un processo dinamico che viene aggiornato e perfezionato man mano che maggiori informazioni diventano disponibili attraverso l'osservazione e il monitoraggio durante l'estrazione. I metodi di progettazione empirica, osservativa e analitica sono comunemente usati.
Metodi empirici spesso utilizzano un sistema di classificazione degli ammassi rocciosi (sono stati sviluppati diversi schemi di questo tipo, come il Rock Mass System e il Rock Tunneling Quality Index), integrato da raccomandazioni di progettazione basate sulla conoscenza della pratica accettata. Diverse tecniche di progettazione empirica sono state applicate con successo, come il metodo del grafico di stabilità per la progettazione di stope aperte.
Metodi osservativi fare affidamento sul monitoraggio effettivo del movimento del terreno durante lo scavo per rilevare instabilità misurabili e sull'analisi dell'interazione terreno-supporto. Esempi di questo approccio includono il nuovo metodo di tunneling austriaco e il metodo di convergenza-confinamento.
metodi analitici utilizzare l'analisi delle sollecitazioni e delle deformazioni intorno alle aperture. Alcune delle prime tecniche di analisi delle sollecitazioni utilizzavano soluzioni matematiche in forma chiusa o modelli fotoelastici, ma la loro applicazione era limitata a causa della complessa forma tridimensionale della maggior parte degli scavi sotterranei. Recentemente sono stati sviluppati numerosi metodi numerici basati su computer. Questi metodi forniscono i mezzi per ottenere soluzioni approssimate ai problemi di sollecitazioni, spostamenti e cedimenti nella roccia che circonda le aperture della miniera.
Recenti perfezionamenti hanno incluso l'introduzione di modelli tridimensionali, la capacità di modellare le discontinuità strutturali e l'interazione roccia-supporto e la disponibilità di interfacce grafiche user-friendly. Nonostante i loro limiti, i modelli numerici possono fornire informazioni reali sul comportamento complesso delle rocce.
Le tre metodologie sopra descritte devono essere considerate come parti essenziali di un approccio unificato alla progettazione di scavi in sotterraneo piuttosto che come tecniche indipendenti. L'ingegnere progettista dovrebbe essere preparato a utilizzare una serie di strumenti ea rivalutare la strategia di progettazione quando richiesto dalla quantità e qualità delle informazioni disponibili.
Controlli di perforazione e sabbiatura
Una preoccupazione particolare con l'esplosivo è il suo effetto sulla roccia nelle immediate vicinanze di uno scavo. Fratture locali intense e disgregazione dell'integrità dell'assieme interconnesso e articolato possono essere prodotte nella roccia del campo vicino da una cattiva progettazione dell'esplosione o da procedure di perforazione. Danni più estesi possono essere indotti dalla trasmissione di energia esplosiva al campo lontano, che può innescare instabilità nelle strutture della miniera.
I risultati dell'esplosione sono influenzati dal tipo di roccia, dal regime di stress, dalla geologia strutturale e dalla presenza di acqua. Le misure per ridurre al minimo i danni da esplosione includono la scelta corretta dell'esplosivo, l'uso di tecniche di esplosione perimetrale come l'esplosione pre-divisa (fori paralleli e ravvicinati, che definiranno il perimetro dello scavo), cariche di disaccoppiamento (il diametro dell'esplosivo è inferiore a quello del blasthole), temporizzazione del ritardo e fori del buffer. La geometria dei fori praticati influisce sul successo di un'esplosione di controllo del muro; la disposizione dei fori e l'allineamento devono essere attentamente controllati.
Il monitoraggio delle vibrazioni delle esplosioni viene spesso eseguito per ottimizzare i modelli di esplosioni ed evitare danni all'ammasso roccioso. Sono stati sviluppati criteri empirici di danno da esplosione. Le apparecchiature di monitoraggio delle esplosioni sono costituite da trasduttori montati in superficie oa fondo foro, cavi che portano a un sistema di amplificazione e un registratore digitale. La progettazione dell'esplosione è stata migliorata dallo sviluppo di modelli computerizzati per la previsione delle prestazioni dell'esplosione, compresa la frammentazione, il profilo del letame e la penetrazione delle crepe dietro i fori dell'esplosione. I dati di input per questi modelli includono la geometria dello scavo e del modello perforato e caricato, le caratteristiche di detonazione degli esplosivi e le proprietà dinamiche della roccia.
Ridimensionamento del tetto e delle pareti degli scavi
Il ridimensionamento è la rimozione di lastre di roccia sciolte dai tetti e dalle pareti degli scavi. Può essere eseguita manualmente con una barra abrasiva in acciaio o alluminio o utilizzando una macchina abrasiva meccanica. Durante la scalatura manuale, il minatore controlla la solidità della roccia colpendo il tetto; un suono simile a un tamburo di solito indica che il terreno è sciolto e dovrebbe essere bloccato. Il minatore deve seguire regole rigide per evitare lesioni durante la scalata (ad esempio, scalare da un terreno buono a un terreno non controllato, mantenere un buon appoggio e un'area libera per ritirarsi e assicurarsi che la roccia scagliata abbia un posto adeguato su cui cadere). Il ridimensionamento manuale richiede uno sforzo fisico considerevole e può essere un'attività ad alto rischio. Ad esempio, in Ontario, Canada, un terzo di tutti gli infortuni causati da cadute di massi si verificano durante il ridimensionamento.
L'uso di cestelli su bracci estensibili in modo che i minatori possano scalare manualmente gli schienali alti introduce ulteriori rischi per la sicurezza, come il possibile ribaltamento della piattaforma di scalatura a causa della caduta di massi. Gli impianti di ridimensionamento meccanici sono ormai all'ordine del giorno in molte grandi operazioni minerarie. L'unità di scagliatura è costituita da un martello demolitore idraulico pesante, raschiatore o martello battente, montato su un braccio girevole, a sua volta fissato a un telaio mobile.
Supporto a terra
L'obiettivo principale del supporto al suolo è quello di aiutare l'ammasso roccioso a sostenersi. Nel rinforzo della roccia, i bulloni da roccia sono installati all'interno dell'ammasso roccioso. Nel supporto roccioso, come quello fornito da insiemi di acciaio o legno, viene fornito un supporto esterno all'ammasso roccioso. Le tecniche di supporto del terreno non hanno trovato ampia applicazione nelle miniere di superficie e nelle cave, in parte a causa dell'incertezza della geometria ultima della fossa e in parte a causa dei problemi di corrosione. Un'ampia varietà di sistemi di bullonatura è disponibile in tutto il mondo. I fattori da considerare quando si seleziona un particolare sistema includono le condizioni del terreno, la durata prevista dello scavo, la facilità di installazione, la disponibilità e il costo.
Il rockbolt ancorato meccanicamente è costituito da un guscio di espansione (sono disponibili vari design per adattarsi a diversi tipi di roccia), bullone in acciaio (filettato o con testa forgiata) e piastra frontale. Il guscio di espansione è generalmente costituito da lame dentate di ghisa malleabile con un cuneo conico filettato ad un'estremità del bullone. Quando il bullone viene ruotato all'interno del foro, il cono viene forzato nelle lame e le preme contro le pareti del foro. Il guscio di espansione aumenta la sua presa sulla roccia all'aumentare della tensione sullo spit. Sono disponibili bulloni di varie lunghezze, insieme a una gamma di accessori. I rockbolt ancorati meccanicamente sono relativamente economici e, quindi, più ampiamente utilizzati per il supporto a breve termine nelle miniere sotterranee.
Il tassello cementato è costituito da una barra di rinforzo nervata che viene inserita in un foro e incollata alla roccia per tutta la sua lunghezza, fornendo un rinforzo a lungo termine alla massa rocciosa. Vengono utilizzati diversi tipi di malta cementizia e resina poliestere. La malta liquida può essere posizionata nel foro mediante pompaggio o utilizzando cartucce, il che è rapido e conveniente. Sono disponibili tasselli in acciaio e fibra di vetro di vari diametri e i bulloni possono essere non tesi o tesi.
Lo stabilizzatore di attrito è comunemente costituito da un tubo di acciaio scanalato per tutta la sua lunghezza, che, quando inserito in un foro leggermente sottodimensionato, si comprime e sviluppa attrito tra il tubo di acciaio e la roccia. Il diametro del foro deve essere controllato entro tolleranze ristrette affinché questo bullone sia efficace.
Il rockbolt Swellex è costituito da un tubo d'acciaio ad evolvente che viene inserito in un foro ed espanso mediante pressione idraulica mediante una pompa portatile. Sono disponibili vari tipi e lunghezze di tubi Swellex.
Il bullone del cavo stuccato viene spesso installato per controllare la speleologia e stabilizzare i tetti e le pareti delle fermate sotterranee. Generalmente viene utilizzata una malta cementizia Portland, mentre le geometrie dei cavi e le procedure di installazione variano. Nelle miniere si trovano anche barre di armatura ad alta capacità e ancoraggi da roccia, insieme ad altri tipi di bulloni, come i bulloni tubolari ancorati meccanicamente con malta liquida.
Cinghie o reti in acciaio, realizzate con filo intrecciato o saldato, sono spesso installate nel tetto o nelle pareti dell'apertura per sostenere la roccia tra i bulloni.
Le operazioni minerarie dovrebbero sviluppare un programma di controllo della qualità, che può includere una serie di test sul campo, per garantire che il supporto a terra sia efficace. Installazioni di supporto a terra inadeguate possono essere il risultato di una progettazione inadeguata (mancata scelta del tipo, della lunghezza o del modello di supporto a terra corretti per le condizioni del terreno), materiali di supporto a terra inferiori agli standard (come forniti dal produttore o danneggiati durante la movimentazione o a causa delle condizioni di stoccaggio nel sito della miniera), carenze di installazione (attrezzature difettose, tempi di installazione inadeguati, preparazione inadeguata della superficie rocciosa, scarsa formazione delle squadre o mancato rispetto delle procedure specificate), effetti indotti dall'attività mineraria imprevisti in fase di progettazione (variazioni di stress, stress o frattura/scheggiatura indotta da esplosione, rilassamento articolare o esplosione di massi) o modifiche al progetto della miniera (modifiche alla geometria dello scavo o alla durata di servizio più lunga di quanto originariamente previsto).
Il comportamento degli ammassi rocciosi rinforzati o supportati rimane incompletamente compreso. Sono state sviluppate regole empiriche, linee guida di progettazione empiriche basate su sistemi di classificazione degli ammassi rocciosi e programmi per computer. Tuttavia, il successo di un particolare progetto dipende in gran parte dalla conoscenza e dall'esperienza dell'ingegnere di controllo a terra. Un ammasso roccioso di buona qualità, con poche discontinuità strutturali e piccole aperture di vita utile limitata, può richiedere poco o nessun supporto. Tuttavia, in questo caso potrebbero essere necessari bulloni da roccia in posizioni selezionate per stabilizzare i blocchi che sono stati identificati come potenzialmente instabili. In molte miniere, la bullonatura del modello, l'installazione sistematica di bulloni da roccia su una griglia regolare per stabilizzare il tetto o le pareti, è spesso specificata per tutti gli scavi. In tutti i casi, minatori e supervisori devono avere esperienza sufficiente per riconoscere le aree in cui potrebbe essere necessario un supporto aggiuntivo.
La forma di sostegno più antica e più semplice è il palo di legno; a volte vengono installati puntelli e presepi in legno durante l'estrazione su terreni instabili. Gli archi in acciaio e i set in acciaio sono elementi ad alta capacità di carico utilizzati per sostenere gallerie o carreggiate. Nelle miniere sotterranee, un ulteriore e importante supporto del terreno è fornito dal riempimento della miniera, che può essere costituito da roccia di scarto, sabbia o residui di macinazione e un agente cementante. Il riempimento viene utilizzato per riempire i vuoti creati dall'estrazione mineraria sotterranea. Tra le sue numerose funzioni, il riempimento aiuta a prevenire cedimenti su larga scala, confina e quindi fornisce resistenza residua ai pilastri rocciosi, consente il trasferimento delle sollecitazioni rocciose, aiuta a ridurre la subsidenza superficiale, consente il massimo recupero del minerale e fornisce una piattaforma di lavoro in alcuni metodi di estrazione.
Un'innovazione relativamente recente in molte miniere è stata l'uso di calcestruzzo spruzzato, che è cemento spruzzato su una parete rocciosa. Può essere applicato direttamente su roccia senza altra forma di supporto, oppure può essere spruzzato su rete e tasselli, formando parte di un sistema di supporto integrato. È possibile aggiungere fibre di acciaio, insieme ad altri additivi e mix design per conferire proprietà specifiche. Esistono due diversi processi di spritzcreting, denominati dry mix e wet mix. Il calcestruzzo proiettato ha trovato numerose applicazioni nelle miniere, inclusa la stabilizzazione di pareti rocciose che altrimenti si disgregherebbero a causa della loro stretta giunzione. Nelle miniere a cielo aperto, il calcestruzzo proiettato è stato utilizzato con successo anche per stabilizzare i cedimenti progressivi da sfilacciamento. Altre innovazioni recenti includono l'uso di rivestimenti spray in poliuretano nelle miniere sotterranee.
Per funzionare efficacemente durante un'esplosione, i sistemi di supporto devono possedere determinate caratteristiche importanti, tra cui la deformazione e l'assorbimento di energia. La selezione del supporto in condizioni di rockburst è oggetto di ricerca in corso in diversi paesi e sono state sviluppate nuove raccomandazioni di progettazione.
Nelle piccole aperture sotterranee, l'installazione manuale del supporto a terra viene comunemente eseguita utilizzando un trapano a tappo. Negli scavi più grandi sono disponibili attrezzature semi-meccanizzate (perforazione meccanizzata e attrezzatura manuale per l'installazione di bulloni da roccia) e attrezzature completamente meccanizzate (perforazione meccanizzata e installazione di bulloni da roccia controllate da un pannello dell'operatore situato sotto il tetto imbullonato). L'installazione manuale del supporto a terra è un'attività ad alto rischio. Ad esempio, in Ontario, Canada, un terzo di tutti gli infortuni causati da cadute di massi durante il periodo 1986-1995 si è verificato durante l'installazione di bulloni da roccia e l'8% di tutti gli infortuni sotterranei si è verificato durante l'installazione di bulloni da roccia.
Altri pericoli includono possibili schizzi di malta cementizia o resina negli occhi, reazioni allergiche da fuoriuscita di sostanze chimiche e affaticamento. L'installazione di un gran numero di bulloni da roccia è resa più sicura ed efficiente dall'uso di macchine di serraggio meccanizzate.
Monitoraggio delle condizioni del suolo
Il monitoraggio delle condizioni del suolo nelle miniere può essere effettuato per una serie di motivi, tra cui l'ottenimento dei dati necessari per la progettazione della miniera, come la deformabilità dell'ammasso roccioso o le sollecitazioni della roccia; verificare i dati e le ipotesi di progettazione, consentendo in tal modo la calibrazione dei modelli informatici e l'adeguamento dei metodi di estrazione per migliorare la stabilità; valutare l'efficacia del supporto a terra esistente ed eventualmente dirigere l'installazione di supporto aggiuntivo; e avviso di potenziali guasti a terra.
Il monitoraggio delle condizioni del terreno può essere effettuato visivamente o con l'ausilio di strumenti specializzati. Le ispezioni superficiali e sotterranee devono essere eseguite con attenzione e con l'ausilio di luci di ispezione ad alta intensità se necessario; minatori, supervisori, ingegneri e geologi hanno tutti un ruolo importante da svolgere nello svolgimento di ispezioni regolari.
Segni visivi o udibili di cambiamento delle condizioni del terreno nelle miniere includono ma non sono limitati alla condizione del carotaggio diamantato, contatti tra tipi di roccia, terreno a forma di tamburo, presenza di caratteristiche strutturali, carico evidente del supporto del terreno, sollevamento del pavimento, nuove crepe su pareti o tetti, falde acquifere e cedimenti di pilastri. I minatori spesso si affidano a strumenti semplici (ad esempio, cuneo di legno nella fessura) per fornire un avviso visivo che si è verificato il movimento del tetto.
La pianificazione e l'implementazione di un sistema di monitoraggio comporta la definizione dello scopo del programma e delle variabili da monitorare, la determinazione dell'accuratezza di misurazione richiesta, la selezione e l'installazione delle apparecchiature e la definizione della frequenza delle osservazioni e dei mezzi di presentazione dei dati. Le apparecchiature di monitoraggio devono essere installate da personale esperto. La semplicità, la ridondanza e l'affidabilità dello strumento sono considerazioni importanti. Il progettista dovrebbe determinare ciò che costituisce una minaccia per la sicurezza o la stabilità. Ciò dovrebbe includere la preparazione di piani di emergenza nel caso in cui questi livelli di allerta vengano superati.
I componenti di un sistema di monitoraggio includono un sensore, che risponde ai cambiamenti nella variabile monitorata; un sistema di trasmissione, che trasmette l'uscita del sensore alla posizione di lettura, utilizzando aste, cavi elettrici, linee idrauliche o linee radiotelemetriche; un'unità di lettura (ad esempio, comparatore, manometro, multimetro o display digitale); e un'unità di registrazione/elaborazione (ad es. registratore a nastro, datalogger o microcomputer).
Esistono varie modalità di funzionamento dello strumento, vale a dire:
- meccanico: spesso forniscono i metodi più semplici, economici e affidabili di rilevamento, trasmissione e lettura. I rilevatori di movimento meccanici utilizzano un'asta o un nastro d'acciaio, fissati alla roccia a un'estremità e in contatto con un comparatore o un sistema elettrico all'altra. Il principale svantaggio dei sistemi meccanici è che non si prestano né alla lettura a distanza né alla registrazione continua.
- ottico: utilizzato nei metodi di rilevamento convenzionali, precisi e fotogrammetrici per stabilire i profili degli scavi, misurare i movimenti dei confini degli scavi e monitorare i cedimenti superficiali.
- idraulico e pneumatico: trasduttori a membrana utilizzati per misurare la pressione dell'acqua, sostenere carichi e così via. La grandezza misurata è una pressione del fluido che agisce su un lato di un diaframma flessibile in metallo, gomma o plastica.
- elettrico: la modalità strumento più comune utilizzata nelle miniere, sebbene i sistemi meccanici trovino ancora un uso diffuso nel monitoraggio degli spostamenti. I sistemi elettrici funzionano secondo uno dei tre principi, estensimetro a resistenza elettrica, filo vibrante e autoinduttanza.
Le variabili più comunemente monitorate includono il movimento (utilizzando metodi di rilevamento, dispositivi di superficie come fessurimetri ed estensimetri a nastro, dispositivi da foro come estensimetri ad asta o inclinometri); sollecitazioni della roccia (sollecitazione assoluta o variazione della sollecitazione dai dispositivi di trivellazione); pressione, carico e deformazione sui dispositivi di supporto a terra (es. celle di carico); eventi sismici e vibrazioni esplosive.