A produção de carvão subterrâneo começou com túneis de acesso, ou aditamentos, sendo extraídos em veios de seus afloramentos superficiais. No entanto, problemas causados ​​por meios de transporte inadequados para trazer o carvão à superfície e pelo risco crescente de inflamar bolsões de metano de velas e outras luzes de chama aberta limitaram a profundidade em que as primeiras minas subterrâneas poderiam ser exploradas.

A crescente demanda por carvão durante a Revolução Industrial incentivou o afundamento de poços para acessar reservas de carvão mais profundas e, em meados do século XX, de longe, a maior proporção da produção mundial de carvão veio de operações subterrâneas. Durante as décadas de 1970 e 1980, houve um desenvolvimento generalizado de novas minas de carvão de superfície, particularmente em países como Estados Unidos, África do Sul, Austrália e Índia. Na década de 1990, no entanto, o interesse renovado na mineração subterrânea resultou no desenvolvimento de novas minas (em Queensland, Austrália, por exemplo) a partir dos pontos mais profundos das antigas minas de superfície. Em meados da década de 1990, a mineração subterrânea representava talvez 45% de todo o carvão extraído em todo o mundo. A proporção real variou muito, variando de menos de 30% na Austrália e na Índia a cerca de 95% na China. Por razões econômicas, o linhito e o carvão marrom raramente são extraídos no subsolo.

Uma mina subterrânea de carvão consiste essencialmente em três componentes: uma área de produção; transporte de carvão ao pé de um poço ou declínio; e içar ou transportar o carvão para a superfície. A produção também inclui os trabalhos preparatórios necessários para permitir o acesso às futuras áreas de produção de uma mina e, conseqüentemente, representa o maior nível de risco pessoal.

Desenvolvimento de mina

O meio mais simples de acessar um veio de carvão é segui-lo a partir de seu afloramento superficial, uma técnica ainda amplamente praticada em áreas onde a topografia sobrejacente é íngreme e os veios são relativamente planos. Um exemplo é o campo carbonífero dos Apalaches, no sul da Virgínia Ocidental, nos Estados Unidos. O método de mineração real usado na jazida é irrelevante neste ponto; o fator importante é que o acesso pode ser obtido de forma barata e com esforço mínimo de construção. Adits também são comumente usados ​​em áreas de mineração de carvão de baixa tecnologia, onde o carvão produzido durante a mineração do adit pode ser usado para compensar seus custos de desenvolvimento.

Outros meios de acesso incluem declives (ou rampas) e poços verticais. A escolha geralmente depende da profundidade do veio de carvão a ser trabalhado: quanto mais profundo o veio, mais caro é desenvolver uma rampa graduada ao longo da qual possam operar veículos ou transportadores de correia.

O afundamento do poço, no qual um poço é extraído verticalmente para baixo da superfície, é caro e demorado e requer um tempo de espera mais longo entre o início da construção e o primeiro carvão sendo extraído. Nos casos em que os veios são profundos, como na maioria dos países europeus e na China, os poços geralmente precisam ser afundados em rochas com água que cobrem os veios de carvão. Nesse caso, técnicas especializadas, como congelamento do solo ou rejunte, devem ser usadas para evitar que a água escorra para o poço, que é então revestido com anéis de aço ou concreto moldado para fornecer uma vedação de longo prazo.

Declínios são normalmente usados ​​para acessar camadas que são muito profundas para mineração a céu aberto, mas que ainda estão relativamente próximas à superfície. No campo de carvão de Mpumalanga (transvaal oriental) na África do Sul, por exemplo, as jazidas lavráveis ​​ficam a uma profundidade de não mais de 150 m; em algumas áreas, eles são extraídos a céu aberto e, em outras, a mineração subterrânea é necessária, caso em que os declives são frequentemente usados ​​para fornecer acesso a equipamentos de mineração e para instalar os transportadores de correia usados ​​para transportar o carvão cortado para fora da mina.

Os declives diferem dos declives porque geralmente são escavados em rocha, não em carvão (a menos que a costura desça a uma taxa constante) e são extraídos em um gradiente constante para otimizar o acesso de veículos e transportadores. Uma inovação desde a década de 1970 tem sido o uso de transportadores de correia operando em declives para transportar a produção de minas profundas, um sistema que tem vantagens sobre o içamento de eixo tradicional em termos de capacidade e confiabilidade.

Métodos de Mineração

A mineração subterrânea de carvão abrange dois métodos principais, dos quais muitas variações evoluíram para abordar as condições de mineração em operações individuais. A extração de salas e pilares envolve túneis de mineração (ou estradas) em uma grade regular, muitas vezes deixando pilares substanciais para suporte de longo prazo do telhado. A mineração Longwall alcança a extração total de grandes partes de uma camada de carvão, fazendo com que as rochas do telhado desmoronem na área minerada.

Mineração de quartos e pilares

A mineração de salas e pilares é o mais antigo sistema de mineração subterrânea de carvão e o primeiro a usar o conceito de suporte de telhado regular para proteger os trabalhadores da mina. O nome mineração de quarto e pilar deriva dos pilares de carvão que são deixados para trás em uma grade regular para fornecer no local apoio ao telhado. Foi desenvolvido em um método mecanizado de alta produção que, em alguns países, é responsável por uma proporção substancial da produção subterrânea total. Por exemplo, 60% da produção de carvão subterrâneo nos Estados Unidos vem de minas de salas e pilares. Em termos de escala, algumas minas na África do Sul têm capacidades instaladas superiores a 10 milhões de toneladas por ano de operações de seção de produção múltipla em veios de até 6 m de espessura. Por outro lado, muitas minas de quartos e pilares nos Estados Unidos são pequenas, operando em camadas com espessuras de até 1 m, com a capacidade de parar e reiniciar a produção rapidamente conforme as condições do mercado.

A mineração de salas e pilares é normalmente usada em camadas mais rasas, onde a pressão aplicada pelas rochas sobrepostas nos pilares de suporte não é excessiva. O sistema tem duas vantagens principais sobre a mineração longwall: sua flexibilidade e segurança inerente. Sua principal desvantagem é que a recuperação do recurso de carvão é apenas parcial, a quantidade precisa dependendo de fatores como a profundidade da costura abaixo da superfície e sua espessura. Recuperações de até 60% são possíveis. Noventa por cento de recuperação é possível se os pilares forem extraídos como uma segunda fase do processo de extração.

O sistema também é capaz de vários níveis de sofisticação técnica, variando de técnicas de mão-de-obra intensiva (como “mineração de cestos” em que a maioria das etapas da mineração, incluindo o transporte de carvão, são manuais), até técnicas altamente mecanizadas. O carvão pode ser escavado da face do túnel usando explosivos ou máquinas de mineração contínua. Veículos ou esteiras transportadoras móveis fornecem transporte mecanizado de carvão. Parafusos e cintas de metal ou madeira são usados ​​para suportar o telhado da estrada e as interseções entre as estradas onde o vão aberto é maior.

Um minerador contínuo, que incorpora um cabeçote de corte e um sistema de carregamento de carvão montado em esteiras, normalmente pesa de 50 a 100 toneladas, dependendo da altura operacional em que foi projetado para trabalhar, da potência instalada e da largura de corte necessária. Alguns são equipados com máquinas de instalação de rockbolt a bordo que fornecem suporte de telhado simultaneamente com o corte de carvão; em outros casos, mineradores contínuos separados e máquinas roofbolter são usadas sequencialmente.

Os transportadores de carvão podem ser alimentados com energia elétrica a partir de um cabo umbilical ou podem ser alimentados por bateria ou motor a diesel. Este último oferece maior flexibilidade. O carvão é carregado da parte traseira do minerador contínuo para o veículo, que carrega uma carga útil, geralmente entre 5 e 20 toneladas, a uma curta distância até um funil de alimentação para o sistema transportador de correia principal. Um triturador pode ser incluído no alimentador da tremonha para quebrar carvão ou rocha de tamanho grande que possa bloquear os chutes ou danificar as correias transportadoras ao longo do sistema de transporte.

Uma alternativa ao transporte veicular é o sistema de transporte contínuo, um transportador seccional flexível montado sobre esteiras que transporta o carvão cortado diretamente do minerador contínuo para a moega. Estes oferecem vantagens em termos de segurança do pessoal e capacidade produtiva, e seu uso está sendo estendido para sistemas de desenvolvimento de gateroad longwall pelas mesmas razões.

As estradas são minadas com larguras de 6.0 m, normalmente a altura total da costura. Os tamanhos dos pilares dependem da profundidade abaixo da superfície; Pilares quadrados de 15.0 m em centros de 21.0 m seriam representativos do projeto de pilares para uma mina rasa e de baixa profundidade.

Mineração Longwall

A mineração de Longwall é amplamente vista como um desenvolvimento do século XX; no entanto, acredita-se que o conceito tenha sido desenvolvido mais de 200 anos antes. O principal avanço é que as operações anteriores eram principalmente manuais, enquanto, desde a década de 1950, o nível de mecanização aumentou a ponto de uma face longwall ser agora uma unidade de alta produtividade que pode ser operada por uma equipe muito pequena de trabalhadores.

O longwalling tem uma vantagem primordial em comparação com a mineração de quarto e pilar: ele pode obter a extração total do painel em uma passagem e recuperar uma proporção geral mais alta do recurso total de carvão. No entanto, o método é relativamente inflexível e exige um grande recurso lavrável e vendas garantidas para ser viável, devido aos altos custos de capital envolvidos no desenvolvimento e equipamento de uma face longwall moderna (mais de US$ 20 milhões em alguns casos).

Enquanto no passado minas individuais muitas vezes operavam simultaneamente várias faces longwall (em países como a Polônia, mais de dez por mina em vários casos), a tendência atual é de consolidação da capacidade de mineração em menos unidades pesadas. As vantagens disso são requisitos de mão de obra reduzidos e a necessidade de desenvolvimento e manutenção de infraestrutura subterrânea menos extensa.

Na mineração longwall, o telhado é deliberadamente desmoronado à medida que a costura é extraída; apenas as principais vias de acesso subterrâneas são protegidas por pilares de sustentação. O controle do telhado é fornecido em uma face longwall por suportes hidráulicos de duas ou quatro pernas que recebem a carga imediata do telhado sobrejacente, permitindo sua distribuição parcial para a face não minada e os pilares de cada lado do painel e protegem o equipamento da face e pessoal do telhado desabado atrás da linha de suportes. O carvão é cortado por um cortador elétrico, geralmente equipado com dois tambores de corte de carvão, que extrai uma faixa de carvão de até 1.1 m de espessura da face a cada passagem. O tosquiador corre e carrega o carvão cortado em um transportador blindado que serpenteia para a frente após cada corte pelo movimento sequencial dos suportes faciais.

Na extremidade frontal, o carvão cortado é transferido para uma correia transportadora para transporte até a superfície. Em uma face de avanço, a correia deve ser estendida regularmente à medida que a distância do ponto de partida da face aumenta, enquanto que na parede longitudinal recuada, o oposto se aplica.

Nos últimos 40 anos, houve aumentos substanciais tanto no comprimento da face longwall minerada quanto no comprimento do painel longwall individual (o bloco de carvão através do qual a face progride). A título de ilustração, nos Estados Unidos, o comprimento médio da face longwall aumentou de 150 m em 1980 para 227 m em 1993. Na Alemanha, a média da década de 1990 foi de 270 me estão sendo planejados comprimentos de face superiores a 300 m. Tanto no Reino Unido quanto na Polônia, as faces são minadas com até 300 m de comprimento. Os comprimentos dos painéis são amplamente determinados pelas condições geológicas, como falhas ou pelos limites das minas, mas agora são consistentemente superiores a 2.5 km em boas condições. A possibilidade de painéis de até 6.7 quilômetros está sendo discutida nos Estados Unidos.

A mineração de recuo está se tornando o padrão da indústria, embora envolva gastos de capital iniciais mais altos no desenvolvimento de estradas até a extensão máxima de cada painel antes que o longwall possa começar. Sempre que possível, as estradas são agora exploradas na costura, usando mineradores contínuos, com suporte de rockbolt substituindo os arcos de aço e treliças que eram usados ​​anteriormente para fornecer suporte positivo às rochas sobrejacentes, em vez de reação passiva aos movimentos das rochas. Sua aplicabilidade é limitada, no entanto, para rochas de telhado competentes.

Precauções de segurança

As estatísticas da OIT (1994) indicam uma ampla variação geográfica na taxa de fatalidades na mineração de carvão, embora esses dados devam levar em conta o nível de sofisticação da mineração e o número de trabalhadores empregados país a país. As condições melhoraram em muitos países industrializados.

Os principais incidentes de mineração são agora relativamente raros, pois os padrões de engenharia melhoraram e a resistência ao fogo foi incorporada a materiais como correias transportadoras e fluidos hidráulicos usados ​​no subsolo. No entanto, o potencial para incidentes capazes de causar danos pessoais ou estruturais permanece. Explosões de gás metano e poeira de carvão ainda ocorrem, apesar das práticas de ventilação amplamente aprimoradas, e as quedas de telhados são responsáveis ​​pela maioria dos acidentes graves em todo o mundo. Incêndios, seja em equipamentos ou ocorridos como resultado de combustão espontânea, representam um perigo particular.

Considerando os dois extremos, mineração intensiva em mão-de-obra e altamente mecanizada, também existem grandes diferenças nas taxas de acidentes e nos tipos de incidentes envolvidos. Os trabalhadores empregados em uma mina manual de pequena escala têm maior probabilidade de sofrer ferimentos devido a quedas de rocha ou carvão do teto ou das paredes laterais da estrada. Eles também correm maior risco de exposição a poeira e gases inflamáveis ​​se os sistemas de ventilação forem inadequados.

Tanto a mineração de pilares quanto o desenvolvimento de estradas para fornecer acesso a painéis longwall requerem suporte para o telhado e rochas laterais. O tipo e a densidade do suporte variam de acordo com a espessura do veio, competência das rochas sobrejacentes e profundidade do veio, entre outros fatores. O local mais perigoso em qualquer mina é sob um teto sem suporte, e a maioria dos países impõe restrições legislativas estritas sobre o comprimento da estrada que pode ser desenvolvido antes da instalação do suporte. A recuperação de pilares em operações de salas e pilares apresenta riscos específicos por meio do potencial de colapso repentino do telhado e deve ser programada com cuidado para evitar o aumento do risco para os trabalhadores.

Faces longwall modernas de alta produtividade requerem uma equipe de seis a oito operadores, de modo que o número de pessoas expostas a riscos potenciais é consideravelmente reduzido. A poeira gerada pelo tosquiador longwall é uma grande preocupação. O corte de carvão é, portanto, às vezes restrito a uma direção ao longo da face para aproveitar o fluxo de ventilação para afastar a poeira dos operadores do tosquiador. O calor gerado por máquinas elétricas cada vez mais potentes nos limites da face também tem efeitos potencialmente deletérios sobre os trabalhadores faciais, especialmente à medida que as minas se tornam mais profundas.

A velocidade com que os tosquiadores trabalham ao longo da face também está aumentando. Taxas de corte de até 45 m/minuto estão sendo consideradas ativamente no final dos anos 1990. A capacidade dos trabalhadores de acompanhar fisicamente o cortador de carvão movendo-se repetidamente em uma face de 300 m de comprimento para um turno de trabalho completo é duvidosa, e aumentar a velocidade do cortador é, portanto, um grande incentivo para a introdução mais ampla de sistemas de automação para os quais os mineradores agiriam. como monitores e não como operadores práticos.

A recuperação de equipamentos faciais e sua transferência para um novo local de trabalho oferece riscos únicos para os trabalhadores. Métodos inovadores foram desenvolvidos para proteger o telhado longwall e face de carvão, a fim de minimizar o risco de queda de rochas durante a operação de transferência. No entanto, os itens individuais do maquinário são extremamente pesados ​​(mais de 20 toneladas para um grande suporte facial e consideravelmente mais para um tosquiador) e, apesar do uso de transportadores personalizados, ainda existe o risco de esmagamento pessoal ou lesões por levantamento durante o salvamento longwall .

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