Exploatari Miniere Subterane

EXPLOATĂRI MINIERE

SUBTERANE

Cuprins

Prefață

Tema 3 nr.1 Noțiuni referitor la exploatarea zăcămintelor

de substanțe minerale utile

1.1. Noțiuni generale

1.1.1. Condițiile industriale

1.1.2. Condițiile geologice și hidrogeologice

1.1.3.Condițiile tehnico-miniere

1.1.4.Condițiile economice

1.2.Intreprinderea minieră. Mina. Cîmpul minier

1.3. Orizont, etaj, subetaj, panou de exploatare

1.4. Dimensionarea etajelor de exploatare și ordinea exploatăriilor

Tema nr. 2 Deschiderea zăcămintelor de substanțe minerale utile

2.1. Metode de deschidere și clasificarea lor

2.2. Deschiderea prin galerii de coastă

2.3. Deschiderea prin plane înclinate

2.4. Deschiderea prin puțuri înclinate

2.4.1. Deschiderea prin puț înclinat situat în zăcămînt

2.4.2. Deschiderea prin puț înclinat situat în rocile din culcuș

2.4.3. Deschidere prin puț înclinat așezat în acoperișul zăcămîntului

2.5. Deschiderea prin puțuri verticale

2.5.1. Varianta de deschidere prin puțuri verticale

2.5.1.1. Amplasarea puțurilor față de zăcămint

2.5.1.2. Amplasarea puțurilor față de limitele cîmpului minier

2.5.2. Deschiderea prin puțuri verticale a unui zăcămînt format dintr-un singur strat

2.5.3. Deschiderea prin puțuri verticale a zăcămintelor formate din mai multe strate sau corpuri de minereuri

2.5.3.1. Deschiderea unei serii de strate orizontale

prin puțuri verticale și puțuri oarbe de legătură.

2.5.3.2. Deschiderea stratelor cu înclinare mică

prin puțuri verticale și galerii transversale de legătură

2.5.3.3. Deschiderea stratelor cu înclinare mică prin puțuri

verticale și contraplane înclinate

2.5.3.4. Deschiderea stratelor cu înclinare mare

prin puțuri verticale

2.6. Deschiderea prin metode combinate

2.7. Deschiderea zăcămintelor dislocate

Tema nr. 3 Pregătirea zăcămintelor

3.1. Lucrări de pregătire

3.2. Alegerea lucrărilor de pregătire în funcție de

metoda de exploatare

3.2.1. Pregătirea zăcămintelor de minereuri

3.2.2. Pregătirea zăcămintelor de cărbuni

3.3. Scheme generale de pregătire

3.3.1. Pregătirea în zăcămînt

3.3.2. Pregătirea în afara zăcămîntului (în steril

3.3.3. Pregătirea mixtă

3.4. Clasificarea metodelor de pregătire

3.5. Descrierea lucrărilor miniere de pregătire

3.5.1. Lucrările orizontale de pregătire

Tema nr.4Exploatarea zăcămintelor de substanțe

minerale utile

4.1. Noțiuni generale

4.2. Principalele operații ale procesului tehnologic de extragere din abataje

4.2.1. Extragerea (tăierea) substanțelor minerale utile

4.2.2. Încărcarea și transportul în abataj

4.2.3. Susținerea abatajelor

Tema nr.5 Dirijarea presiunii rocilor în abataje

5.1. Presiunea rocilor în abataj

5.1.1. Ipoteza bolții de presiune

5.1.2. Ipoteze care presupun încovoierea stratelor din acoperiș

5.1.3. Alte ipoteze

5.2. Calculul presiunii miniere asupra susținerii în abataj

5.2.1. Calculul presiunii miniere pe susținerea obișnuită

din abataj

5.2.2. Calculul presiunii pe susținerea specială

5.3. Dirijarea presiunii acoperișului în abataje

Tema nr.6 Metode de exploatare

6.1. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere subțiri și

cu grosime medie

6.2. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere

cu grosime mare. Exploatarea zăcămintelor de sare

Tema nr.7 Exploatarea rocilor ornamentale în subteran

7.1. Noțiuni generale

7.2 Deschiderea zăcămintelor de roci ornamentale

7.3. Metoda de exploatare cu camere și stîlpi abandonați

cu secțiunea pătrată

7.4. Varianta de exploatare cu perforare ștanțare

7.5. Varianta de exploatare cu haveze

7.6. Varianta cu filou diamantat

7.7. Metoda de exploatare cu camere și stîlpi abandonați cu

secțiunea dreptunghiulară

Prefață

Prezentul curs de „Exploatări miniere subterane” urmărește scopul de a-i ajuta pe studenții de la specialitatea Exploatări miniere să-și formeze o gîndire inginerească, complet coerentă și critică în ceia ce privește certitudinea unei exploatări miniere fără pericol.

În conformitate cu programul de învățămînt lucrarea cuprinde 8 teme, care reflectă fundamentele teoretice și practice ale activității inginerești privind deschiderea, pregătirea și extracția rocilor utile și sterile în subteran.

Fiecare temă a cursului debutează cu enunțarea planului, scopului și a unui set de obiective de studiu care scoate în evidență concepțiile fundamentale astfel încît să ajute studentului la însușirea materialului respectiv și la pregătirea pentru susținerea examenului.

Prudența și stăruința studenților acestui curs le va permite cunoașterea metodelor eficiente de deschidere, pregătire și exploatare a rocilor utile în subteran.

Tema nr.1

NOȚIUNI ASUPRA EXPLOATĂRII ZĂCĂMINTELOR DE SUBSTANȚE MINERALE UTILE

1.1. Noțiuni generale

1.1.1. Condițiile industriale

1.1.2. Condițiile geologice și hidrogeologice

1.1.3.Condițiile tehnico-miniere

1.1.4.Condițiile economice

1.2.Intreprinderea minieră. Mina. Cîmpul minier

1.3. Orizont, etaj, subetaj, panou de exploatare

1.4. Dimensionarea etajelor de exploatare și ordinea exploatăriilor

1.1. Noțiuni generale

Exploatarea propriu-zisă a unui zăcămînt constă în extragerea substanței minerale utile din zăcamînt și transportul acesteia la suprafață în vederea utilizării ei, fie în stare directă în care este obținută din mină, fie după о preparare prealabilă.

În acest scop se execută un ansamblu de lucrări miniere și de operații în zăcămînt și în rocile înconjurătoare.

Executarea lucrărilor miniere într-o anumită ordine și succesiune în timp și în spațiu, precum a operațiilor și proceselor auxiliare, constituie procesul de exploatare, iar lucrările miniere prin care se urmărește deschiderea, pregătirea și extragerea (abatajul) se numesc lucrări miniere de exploatare.

În raportul geologic care se incheie în urma lucrărilor de explorare, după cantitatea și calitatea rezervelor determinate, a gradului lor de cunoaștere, a tehnologiei de preparare și extragere metalurgică etc.,.se trag concluzii asupra exploatabilității zăcămîntului.

Se consideră zăcămintele exploatabile sau industriale, zăcămintele ale căror rezerve de substanță minerală utilă pot fi folosite la nivelul actual al tehnicii și care sunt solicitate de economia națională.

Zăcămintele a căror rezerve nu prezintă importanță economică în prezent sau nu pot fi valorificate la nivelul actual al tehnicii, dar care în viitor pot constitui obiective industriale, se numesc zăcăminte neexploatabile sau neindustriale.

Exploatabilitatea zăc ămîntului se stabilește în urma examinării amănunțite a mai multor condiții, cum sunt: condițiile industriale, geologice și hidrogeologice, tehnico-miniere și economice.

1.1.1. Condițiile industriale

Acestea prezintă о importanță mare, atît în evaluarea economico-industrială a zăcămintelor, cît și în calculul rezervelor. Ele sunt definite de conținutul mediu minim, conținutul minim industrial pentru componenții accesorii, conținutul minim limită (conținutul marginal) componenții dăunători, coeficientul de mineralizare minim, grosimea minimă a corpului de substanța utilă etc.

Conținutul mediu minim în componență utilă reprezintă conținutul mediu cel mai mic pentru care zăcămîntul respectiv poate fi exploatat respectînd cerințele impuse de economia națională.

Pentru determinarea conținutului minim se impune condiția ca prețul de cost P al extracției și preparării unei tone de substanță minerală utilă să fie mai mic decît valoarea V a componentului sau componenților utili în produsul finit, corespunzătoare valorii reper W (preț de catalog).

Dacă avem un singur component util al cărui conținut se exprimă în procente, valoarea metalului care se extrage dintr-o tonă de minereu este dată de relația :

(1.1.)

în care :

V este valoarea metalului în produsul finit al întreprinderii miniere,

corespunzătoare valorii reper a metalului ce se extrage dintr-o tonă de substanță minerală utilă;

W – valoarea reper (prețul de catalog) a unei tone de metal ;

Cm – conținutul mediu de metal în zăcămînt;

r – coeficientul de extracție în metal;

d – diluția, exprimată în procente.

Cînd conținutul mediu Cm este exprimat în grame pe tonă, cum este cazul metalelor prețioase, valoarea metalului este dată de relația :

(1.2.)

în care W este valoarea reper a unui gram de metal în produsul finit.

Ținînd seama de condiția pusă ca P ≤ V, valoarea minimă a lui Cm care satisface această condiție corespunde conținutului mediu minim. Egalînd deci pe P cu V, rezultă :

(1.3.)

În calcule, pentru P se ia costul planificat pentru zăcăminte similare în curs de exploatare, pentru W se iau prețurile din catalog cele mai ridicate pentru întreprinderea în activitate, iar pentru r se ia valoarea corespunzătoare extracției de metal la conținutul mediu minim al minereului și nu cel corespunzător conținutului mediu al minereului de alimentare.

Diluția se calculează cu formula :

(1.4.)

în care:

Cz este conținutul minereului în zăcămînt;

Ce – conținutul unei tone de minereu extras.

Conținutul minim limită în zăcămînt (conținutul marginal) reprezintă conținutul minim pe baza căruia se trasează conturul rezervelor de bilanț și în afară de bilanț. . Conținutul limită C se poate calcula în % sau g/t, cu relația:

(1.5.)

în care :

C este conținutul în component util al sterilului rezultat de la uzina de preparare ;

p – pierderea de metal în exploatare.

1.1.2. Condițiile geologice și hidrogeologice

Aceste condiții sunt exprimate prin forma și structura zăcămîntului, poziția sa în scoarță, grosimea și gradul de tectonizare, natura și poziția față de zăcămînt a stratelor acvifere, debitul și presiunea acestora.

Forma și structura zăcămîntului pot influența negativ exploatabilitatea zăcămîntului datorită volumului mare de lucrări necesare, în cazul zăcămintelor neregulate ca forma sau cu intercalații numeroase de steril, care dăunează calitativ substanței minerale utile.

Poziția zăcămîntului influențează asupra exploatabilității prin adîncimea la care se găsește localizat în scoarță față de suprafață. La adîncimi mari, condițiile de exploatare sunt foarte costisitoare, datorită presiunilor mari ale rocilor, debitelor mari de apă, aerajului costisitor, temperaturilor ridicate, transportului dificil etc.

Adîncimea pînă la care se poate exploata un zăcămînt depinde de valoarea industrială a acestuia.

La unele exploatări aurifere din Africa de Sud, în care se valorifică și alte elemente concomitent cu aurul, s-a ajuns la adincimi de peste .

Pentru zăcămintele de huilă se consideră astăzi ca adîncime maximă 1 200 — , iar pentru zăcămintele de sare exploatate prin camere, .

Grosimea zăcămîntului alături de celalte caracteristici geometrice ale zăcămîntului influențează exploatabilitatea zăcămîntului. Această influență depinde însă de natura și calitatea substanțelor minerale respective. Pentru metale rare și prețioase cu conținut bogat devin exploatabile și filoanele cu grosimi de cîțiva centimetri, cum este cazul filoanelor subțiri de și Roșia Montană. Pentru stratele de lignit, grosimea minimă exploatabilă se consideră de , pentru cărbune brun de , iar pentru huilă și antracit de .

După mărimea grosimii se folosește ca metodă de exploatare metoda globală sau selectivă. De regulă, în cazul grosimilor mici de strate sau filoane metalifere, limita de exploatabilitate se stabilește la o valoare limită a produsului dintre grosime și conținut, produs ce se numește puterea filonului (stratului) sau densitatea de mineralizare liniară.

Gradul de tectonizprimat în grame pe tonă, cum este cazul metalelor prețioase, valoarea metalului este dată de relația :

(1.2.)

în care W este valoarea reper a unui gram de metal în produsul finit.

Ținînd seama de condiția pusă ca P ≤ V, valoarea minimă a lui Cm care satisface această condiție corespunde conținutului mediu minim. Egalînd deci pe P cu V, rezultă :

(1.3.)

În calcule, pentru P se ia costul planificat pentru zăcăminte similare în curs de exploatare, pentru W se iau prețurile din catalog cele mai ridicate pentru întreprinderea în activitate, iar pentru r se ia valoarea corespunzătoare extracției de metal la conținutul mediu minim al minereului și nu cel corespunzător conținutului mediu al minereului de alimentare.

Diluția se calculează cu formula :

(1.4.)

în care:

Cz este conținutul minereului în zăcămînt;

Ce – conținutul unei tone de minereu extras.

Conținutul minim limită în zăcămînt (conținutul marginal) reprezintă conținutul minim pe baza căruia se trasează conturul rezervelor de bilanț și în afară de bilanț. . Conținutul limită C se poate calcula în % sau g/t, cu relația:

(1.5.)

în care :

C este conținutul în component util al sterilului rezultat de la uzina de preparare ;

p – pierderea de metal în exploatare.

1.1.2. Condițiile geologice și hidrogeologice

Aceste condiții sunt exprimate prin forma și structura zăcămîntului, poziția sa în scoarță, grosimea și gradul de tectonizare, natura și poziția față de zăcămînt a stratelor acvifere, debitul și presiunea acestora.

Forma și structura zăcămîntului pot influența negativ exploatabilitatea zăcămîntului datorită volumului mare de lucrări necesare, în cazul zăcămintelor neregulate ca forma sau cu intercalații numeroase de steril, care dăunează calitativ substanței minerale utile.

Poziția zăcămîntului influențează asupra exploatabilității prin adîncimea la care se găsește localizat în scoarță față de suprafață. La adîncimi mari, condițiile de exploatare sunt foarte costisitoare, datorită presiunilor mari ale rocilor, debitelor mari de apă, aerajului costisitor, temperaturilor ridicate, transportului dificil etc.

Adîncimea pînă la care se poate exploata un zăcămînt depinde de valoarea industrială a acestuia.

La unele exploatări aurifere din Africa de Sud, în care se valorifică și alte elemente concomitent cu aurul, s-a ajuns la adincimi de peste .

Pentru zăcămintele de huilă se consideră astăzi ca adîncime maximă 1 200 — , iar pentru zăcămintele de sare exploatate prin camere, .

Grosimea zăcămîntului alături de celalte caracteristici geometrice ale zăcămîntului influențează exploatabilitatea zăcămîntului. Această influență depinde însă de natura și calitatea substanțelor minerale respective. Pentru metale rare și prețioase cu conținut bogat devin exploatabile și filoanele cu grosimi de cîțiva centimetri, cum este cazul filoanelor subțiri de și Roșia Montană. Pentru stratele de lignit, grosimea minimă exploatabilă se consideră de , pentru cărbune brun de , iar pentru huilă și antracit de .

După mărimea grosimii se folosește ca metodă de exploatare metoda globală sau selectivă. De regulă, în cazul grosimilor mici de strate sau filoane metalifere, limita de exploatabilitate se stabilește la o valoare limită a produsului dintre grosime și conținut, produs ce se numește puterea filonului (stratului) sau densitatea de mineralizare liniară.

Gradul de tectonizare creează greutăți mari în exploatarea continuă și folosirea rațională a volumului de lucrări miniere de exploatare. Adesea, volumul lucrărilor de deschidere și pregătire a zonelor tectonizate create foarte mult, în anumite cazuri unele sectoare fiind de-a dreptul părăsite.

Formațiunile acvifere, prin numărul, debitul și poziția lor față de zăcămînt, pot să creeze condiții dificile și costisitoare de exploatare.

1.1.3. Condițiile tehnico-miniere

Condițiile tehnico-miniere de exploatare de care depinde exploatabilitatea zăcămintelor sunt date de proprietățile fizico-mecanice ale substanței minerale utile și ale rocilor înconjurătoare, prezența gazelor nocive, posibilitățile de utilizare a echipamentului, utilajului și mașinilor moderne etc.

În funcție de proprietățile fizico-mecanice ale rocilor se aleg metodele de exploatare cele mai productive și mecanizarea cît mai largă a proceselor complexe de extracție din subteran și de la suprafață.

În cazul exploatărilor la zi, natura și grosimea stratelor acoperitoare au influență hotărîtoare la stabilirea economicității exploatării la zi în comparație cu exploatarea subterană.

1.1.4. Condițiile economice

Condițiile economice după care se studiază exploatabilitatea zăcămîntului se exprimă prin următorii factori: așezarea geografică a zăcămîntului, posibilitățile de asigurare cu material, forțe de muncă, resurse de energie, volumul rezervelor și necesitatea substanței minerale utile respective pentru economia națională, posibilitățile de desfacere etc.

În exprimarea factorilor economici, raționalitatea economică a exploatării unui zăcămînt se determină avînd în vedere cerințele țării și valorificarea cît mai complexă și integrală a bogățiilor naturale.

1.2.Intreprinderea minieră. Mina. Cîmpul minier

Întreprinderea industrială a cărui obiectiv este explorarea sau exploatarea zăcămintelor de substanțe minerale utile se numește întreprindere minieră.

Mina este unitatea de producție în cadrul unei întreprinderi miniere, care, prin lucrările miniere și instalațiile de care dispune, asigură procesul de extragere a substanței minerale utile din zăcămînt pînă la zi, aerajul, iluminatul și evacuarea apelor.

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

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

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

Cîmp minier de exploatare se numește partea dintr-un zăcămînt care se poate exploata prin aceeași rețea de lucrări miniere de deschidere.

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

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

Forma cîmpului minier depinde de felul de prezentare a zăcămîntului. Dacă zăcămîntul are forma unui strat cu înclinarea și grosimea aproape constante, cîmpul minier are și el o formă alungită dreptunghiulară (fig. 1.1) cu latura mare orientară pe direcția zăcămîntului.

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

Fig. 1.1. Schema unui cîmp minier al unui strat regulat înclinat :

/ — secțiune în planul stratului ; // — în proiecție orizontală ; /// — în proiecție verticală ; IV — secțiune verticală transversală.

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

Cîmpul în suiș sau din amonte al cîmpului minier este numit ca partea cîmpului minier situat deasupra orizontului principal de transport.

Cîmpul în coborîș sau din aval este numit partea cîmpului minier situat sub orizontul principal de transport.

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

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

Caracteristicile structurale și calitative ale zăcămîntului în cuprinsul unui cîmp minier se reprezintă prin.planuri de structură și de calitate. Planul de structură se construiește din curbele izohipse ale culcușului (plan hip-sometric) sau din curbele izogrosimilor (planul izogrosimilor), iar ca plan de calitate se construiește planul izoliniilor de conținut și planul izoliniilor de rezerve liniare.

Legătura între suprafață și lucrările miniere subterane dintr-un cîmp minier se face prin două lucrări miniere distincte, distanțate cu cel puțin și amenajate pentru circulație care pot fi: două puțuri, unul, de extracție și unul pentru aeraj ; două galerii de coastă plasate la aceeași cotă sau la cote diferite, una pentru transport și una pentru aeraj, un puț de extracție și un suitor sau un plan înclinat de aeraj sau o galerie de coastă și un suitor sau plan înclinat de aeraj.

Caracteristicile naturale ale unui cîmp sunt: productivitatea zăcămîntului cuprins în cîmpul minier și suprafața secțiunii orizontale a zăcămîntului.

– Productivitatea reprezintă rezervele zăcămîntului exprimate în tone pe metru pătrat de suprafață a zăcămîntului și este dată de relația :

în care:

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

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

-Suprafața secțiunii orizontale a zăcămîntului se determină cu relația:

în care :

L este lungimea pe direcție a cîmpului minier, în m ;

g0 – grosimea orizontală a zăcămîntului, în m.

Pentru o exploatare rațională, dimensiunile cîmpului minier se determină pe baze economice. Dimensionarea cîmpului minier constituie o problemă care trebuie rezolvată la deschiderea zăcămintelor cu dimensiuni mari pe direcție și înclinare. Dimensiunile cîmpului minier depind de o serie de factori : grosimea zăcămîntului, numărul stratelor sau cîmpurilor mineralizate, adîncimea exploatării și capacitatea anuală de producție.

Ținînd seama de dimensiunile lor, cîmpurile miniere, în cazul zăcămintelor de minereuri, pot fi grupate în patru clase, după lungimea și suprafața lor (tabelul 1.1).

Tabelul 1.1.

Clasificarea cîmpurilor miniere după lungime și suprafață

Ordinea de exploatare a cîmpurilor miniere în cadrul unei întreprinderi poate să se facă concomitent, succesiv sau mixtExploatarea concomitentă a mai multor cîmpuri de exploatare dintr-un zăcămînt este foarte răspîndită în practică (fig. 1.2)

Alegerea între exploatarea concomitentă, succesivă și mixtă se face ținînd seama de o serie de factori, ca :

Fig. 1.2. Trei cîmpuri de exploatare pe înclinarea zăcămîntuUii :

1, 2, 3 — puțuri ; /, //, /// — cîmpul puțurilor 1, 2, 3.

gradul de explorare, capacitatea de producție, volumul de investiții etc.

1.3. Orizont, etaj, subetaj, panou de exploatare

Pentru exploatarea zăcămîntului, cîmpul minier se împarte în unități mai mici, delimitate de lucrări miniere orizontale și verticale.

Zăcămintele orizontale sau puțin înclinate se împart în porțiuni pătrate sau dreptunghiulare, mărginite pe înclinare de galerii direcționale, iar pe direcție de galerii sau plane înclinate, care fac legătura cu galeriile direcționale.

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

Totalitatea lucrărilor miniere executate la același nivel se numește orizont de exploatare sau orizont.

Orizontul, ale cărui lucrări au ca scop principal transportul substanței minerale utile spre puțul minei, se numește orizont de transport.

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

Orizonturile se numesc în funcție de destinația lor .

Etajul de exploatare este partea de zăcămînt din cuprinsul unui cîmp minier, delimitată pe înclinare de două orizonturi învecinate, iar pe direcție, de limitele cîmpului minier sau de limitele naturale ale zăcămînlului (Fig 1.3).

Fig. 1.3. Împărțirea unui cîmp de mină în etaje :

– puț de extracție ;2- galerii direcțio nale ; 3 – limita cîm-
pului de exploatare ;4- bloc de exploatare ; / -etaj exploa
tat ; // — etaj în exploatare ; /// — etaj în pregătire.

În cadrul unui etaj se deosebesc : înălțimea pe verticală a etajului și înălțimea pe înclinare a etajului, reprezentînd distanța pe verticală și respectiv pe înclinare între cele două orizonturi care mărginesc etajul.

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

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

Subetajul de exploatare este o parte a etajului în care se execută extragerea substanței minerale utile, folosind lucrări suplimentare pentru asigurarea de capacități mari de extracție sau atunci cînd se urmărește conținutul, productivitatea și calitatea produsului.

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

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

Panoul de exploatare se întîlnește în cazul zăcămintelor orizontale sau puțin înclinate.

Panoul de exploatare (fig. 1.4) reprezintă o parte a cîmpului minier de formă pătrată sau dreptunghiulară mărginit pe înclinare prin galerii direcționale, iar pe direcție -cu galerii sau plane înclinate.

Schema împărțirii cîmpului minier în panouri este arătată în figura 1.4, în care se indică și ordinea de exploatare a panourilor și a porțiunilor de panou.

Fig. 1.4. Schema împărțirii cîmpului minier în panouri la un strat de înclinare mică :

I, 11, 111, IV, V, VI, VII, VIII – panouri dispuse în ordinea exploatării ; a, b, c… — porțiuni de panou ; 1 – puț de extracție ; 2 – puț de aeraj ; 3 – galerie principală de transport ; 4 -galerie principală de aeraj ; 5 – plan înclinat automotor de panou ; 6 – plan înclinat de circulație al panoului; 7 – plan înclinat al panoului în proiectare.

În cazul zăcămintelor cu înclinări mari se mai folosește noțiunea de bloc de exploatare, care este o parte a etajului de exploatare delimitată pe înclinare de galerii direcționale de etaj, iar pe direcție – de suitori.

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

Pe direcție lungimea blocurilor de exploatare, în cazul zăcămintelor de minereuri cu înclinări mari, variază între 50 și . La zăcămintele carbonifere lungimile sunt mai mari.

Înălțimea blocurilor corespunde înălțimii etajelor sau subetajelor măsurate pe înclinarea zăcămîntului.

1.4. Dimensionarea etajelor de exploatare și ordinea exploatăriilor

Dimensiunile etajului se caracterizează prin lungimea lui pe direcție, care este de regulă egală cu lungimea L a zăcămîntului sau a cîmpului minier la cotele respective, și prin înălțimea lui pe verticala h sau pe înclinarea H.

În practică, de cele mai multe ori, în calculele tehnico-economice se folosește înălțimea pe înclinarea zăcămîntului.

Înălțimea pe înclinarea etajelor diferă în practică după natura zăcămîntului și uneori chiar de la zăcămînt la zăcămînt.

La exploatarea zăcămintelor de minereuri se întîlnesc înălțimi ale etajului cuprinse între 30 și , iar la exploatările carbonifere, între 50 și .

În problemele de proiectare, înălțimea etajului de exploatare este un parametru foarte, important, care are influență asupra prețului de cost al producției și al productivității muncii.

Alegerea înălțimii etajului nu este influențată de : caracteristicile geometrice ale zăcămîntului, felul minereului sau al cărbunelui și al rocilor înconjurătoare, metoda de exploatare și timpul necesar pentru pregătirea și exploatarea etajului.

Înălțimea optimă a unui etaj este acea pentru care cheltuielile de investiții și de exploatare sînt minime și care asigură siguranța exploatării cu pierderi minime de substanță minerală utilă. Stabilirea înălțimii etajului se poate face prin mai multe procedee, după criteriile care se iau în considerare. Astfel, înălțimea etajului se poate stabili ținind seama de : capacitatea de producție anuală, durata de exploatare și prețul de cost al producției.

În cazul zăcămintelor mici și mijlocii situate în relief accidentat, explorate , prin lucrări miniere, înălțimea etajului se alege prin analogie cu alte zăcăminte similare ce se găsesc în exploatare, sau se ia înălțimea etajelor create prin lucrări de exploatare.

Tema nr.2

DESCHIDEREA ZĂCĂMINTELOR DE SUBSTANȚE

MINERALE UTILE

2.1. Metode de deschidere și clasificarea lor

2.2. Deschiderea prin galerii de coastă

2.3. Deschiderea prin plane înclinate

2.4. Deschiderea prin puțuri înclinate

2.5. Deschiderea prin puțuri verticale

2.6. Deschiderea prin metode combinate

2.7. Deschiderea zăcămintelor dislocate

2.1. Metode de deschidere și clasificarea lor

După stabilirea rezervelor zăcămîntului de substanțe
baza lucrărilor de explorare, se trece la proiectarea lucrărilor miniere de deschidere, dacă rezervele prin cantitatea și calitatea lor justifică punerea în exploatare a zăcămîntului.

Lucrările miniere de deschidere sunt lucrări de acces la zăcămînt, făcînd legătura între acesta și suprafață. Ele sunt destinate să asigure : transportul substanței minerale utile extrase din zăcămînt la suprafață, transportul oamenilor și al materialelor necesare în exploatare, aerajul general al minei și al locurilor de muncă, drenarea și evacuarea apelor, conducerea liniilor de forță (energie electrică și aer comprimat) etc.

În ansamblul lor, lucrările de deschidere trebuie astfel concepute încît să fie satisfăcute condițiile necesare unei exploatări raționale.

Ca lucrări de deschidere sunt considerate :

lucrările executate la zi, cum sunt : galeriile de coastă, planele înclinate, puțurile, tranșeele și semitranșeele ;

lucrările executate în întregime în subteran, ca : puțurile oarbe sau auxiliare, galeriile transversale principale și de etaj, galeriile direcționale amplasate în steril sau în zăcămînt pentru deschiderea orizontului principal de transport și planele înclinate. Aceste lucrări executate de la suprafață și în subteran sunt considerate lucrări principale de deschidere. În afara acestora mai există o serie de lucrări de deschidere -speciale sau auxiliare, care au ca scop să asigure :

-aerajul general al minei (puțuri, galerii, suitori, plane înclinate de aeraj);

-evacuarea apelor (camere de pompe, bazine pentru colectarea apelor, puțuri de absorbție etc.) ;

-transportul (rampe de puț, camere pentru mașini de extracție, remize pentru locomotive, galerii de ocol, silozuri subterane) ;

-diverse deserviri (camerele compresoarelor și ale transformatoarelor, depozitele de explozivi, magaziile de materiale, camera de salvare, săli de așteptare subterane etc).

Ansamblul lucrărilor miniere de deschidere, plasarea lor față de zăcămînt și legătura dintre ele constituie metoda de deschidere. Metodele de deschidere ale zăcămintelor sunt numeroase și diferă în funcție de condițiile de zăcămînt (strate, filoane, stocuri), de numărul stratelor sau al filoanelor, de distanța dintre ele, de înclinarea lor, de adîncimea la care se află, de natura rocilor și a zăcămîntului și de rezervele acestuia, precum și de o serie de factori tehnici și economici.

Factorii tehnici mai importanți de care depinde alegerea metodei de deschidere sunt : producția anuală și durata de activitate, rezerva industrială a cîmpului minier, forma și dimensiunile cîmpului minier, prezența obiectivelor de suprafață, prezența obstacolelor naturale (rîuri, bazine de apă) etc.Dintre factorii economici mai importanți sunt : costul investițiilor, prețul de cost al producției, durata deschiderii sub aspectul economic și organizatoric în general. La alegerea metodei de deschidere trebuie să se urmărească realizarea unor investiții capitale minime, volum mic al lucrărilor de deschidere și executarea lor într-un timp scurt, continuitatea transportului, asigurarea fiecărui etaj sau panou cu rezerve suficiente pentru a evita adîncirea puțurilor la intervale scurte de timp și asigurarea unei scheme de aeraj simple și corecte care să asigure aerisirea corespunzătoare a minei.Datorită acestor factori multipli, care determină metoda de deschidere, și a clasificărilor acestor metode care sunt numeroase.

Ele se pot clasifica ținînd seama de :

felul lucrărilor de deschidere ;

modul de așezare a lucrărilor de deschidere față de zăcămînt;

ordinea de deschidere a diferitor orizonturi;

schema de deschidere a unui grup de corpuri sau strate, care formează același zăcămînt.

După felul lucrărilor de deschidere se deosebesc : metode de deschidere care folosesc numai o singură lucrare minieră principală (puț, plan înclinat sau galerie de coastă) și metode combinate de deschidere, care folosesc mai multe lucrări (puț vertical continuat cu plan înclinat, sau galerie de coastă continuă cu un puț orb etc). '

După modul de așezare a lucrărilor de deschidere față de zăcămînt se deosebesc :

-metode de deschidere prin lucrări miniere săpate în zăcămînt;

– metode de deschidere prin lucrări miniere săpate în steril;

-metode de deschidere prin lucrări miniere săpate în steril și zăcămînt.
După ordinea de deschidere a diferitelor orizonturi, lucrările de deschidere pot fi executate în ordine ascendentă, descendentă și mai rar, combinată. După schema de deschidere, cînd zăcămîntul este format din mai multe strate, filoane, lentile etc, se deosebesc ca metode de deschidere :

-deschiderea separată, fiecare strat fiind deschis printr-o lucrare minieră independentă;

-deschiderea comună, seria de strate fiind deschisă printr-o lucrare minieră comună ;

– deschiderea combinată, folosind o lucrare principală comună și lucrări independente.

Cea mai utilizată clasificare a metodelor de deschidere este clasificarea care ține seama de felul lucrărilor de deschidere, redată în tabelul 2.1.

Clasificarea metodelor de deschidere

Tabelul 2.1

2.2. Deschiderea prin galerii de coastă

Galeriile de coastă sunt indicate ca lucrări de deschidere în cazurile în care zăcămîntul este localizat într-un teren accidentat și cînd o parte din zăcămînt se găsește deasupra văilor.

Galeriile de coastă, numite și galerii de pătrundere, încep de la suprafață și se sapă transversal sau diagonal spre zăcămînt, iar atunci cînd zăcămîntul aflorează la coasta dealului, galeriile de pătrundere se pot săpa în zăcămînt, deschizîndu-1 direcțional (fig. 2.1).

Deschiderea cu galerie de coastă direcțională plasată în zăcamînt are unele avantaje ca : recuperarea parțială a cheltuielilor de săpare, a galeriei prin valorificarea producției realizată din săparea galeriei, se realizează o mai bună cunoaștere a zăcămîntului, se elimină galeriile transversale și se execută într-un timp mai scurt.

Cînd zăcămîntul nu aflorează sau cînd relieful nu permite deschiderea prin galerie de coastă direcțională, atunci se recurge la deschiderea cu galerii de coastă transversale plasate în culcușul sau acoperișul zăcămîntului. Galeriile de coastă transversale plasate fie în culcuș, fie în acoperiș permit deschiderea unei serii de strate sau filoane și servesc ca galerii principale pentru transportul la mai multe orizonturi.

În numeroase cazuri, mai ales la deschiderea zăcămintelor de minereuri sub formă de filoane (fig. 2.2), se sapă o succesiune de galerii de coastă, așezate la înălțimi diferite, fie în scopul de a determina continuitatea pe verticală a zăcămîntului, dacă aceasta nu a fost suficient clarificată prin lucrările de explorare, fie în scopul exploatării, cînd galeriile se sapă la baza etajelor de exploatare.

Locul de amplasare la suprafață a galeriei de coastă trebuie astfel ales încît la gura galeriei să fie asigurat spațiul corespunzător pentru depozitarea sterilului rezultat din săpare, a materialelor necesare executării galeriei și a altor lucrări miniere, să nu fie periclitat de alunecări de teren și să fie ferit de pericolul de inundare ce poate surveni în timpul ploilor torențiale sau în caz de topire a zăpezilor, avalanșele etc. Cînd una din galeriile de coastă este dimensionată ca galerie principală de transport și de circulație, locul de amplasare trebuie să permită crearea incintei minei, cu spațiile corespunzătoare pentru construcția obiectivelor de

Fig. 2.1. Deschiderea prin Fig. 2.2. Deschiderea mai multor

galeria de coastă plasată di- filoane prin galerii de coastă :

direcțional în zăcămînt. glt g2, g3 — galerii de coastă.

suprafață, a căilor de transport și manevră etc, necesare pentru exploatarea zăcămintelor. Se caută întotdeauna ca prin galeriile de coastă să se deschidă o rezervă cît mai mare deasupra ei.

Secțiunea și dimensiunile galeriilor de coastă, ca și ale celorlalte tipuri de galerii, sunt tipizate pentru exploatările din țara noastră.

În cazuri cu totul speciale se pot folosi profile de dimensiuni diferite față de acelea ale galeriilor tipizate.

Deschiderea prin galerii de coastă, atunci cînd condițiile permit aplicarea acestei metode, prezintă o serie de avantaje în comparație cu alte metode de deschidere. Astfel, durata de săpare a galeriilor este mai scurtă, prețul de cost pe metru cub de rocă excavată mai mic, cheltuielile pentru evacuarea apelor și pentru aeraj, minime. Această metodă permite o cunoaștere mai bună a zăcămîntului, cînd acesta este urmărit direcțional, și o recuperare parțială a cheltuielilor de săpare prin valorificarea producției realizate în urma săpării etc.

În cazul afluxurilor mari de apă, considerentul evacuării apelor, folosind scurgerea liberă a acestora fără folosirea instalațiilor mecanice, constituie elementul precumpănitor în alegerea metodei de deschidere prin galeriile de coastă.

Marea majoritate a zăcămintelor metalifere din România au fost deschise prin galerii de coastă, ca de exemplu : zăcămintele metalifere din zona Baia Mare, Munții Apuseni, Poiana Ruscăi etc. Tot prin galerii de coastă au fost deschise și zăcămintele noi puse în exploatare în ultimii ani, ca : zăcămintele cuprifere de , Moldova Nouă, Leșu Ursului și cele aurifere de la Șuior – Baia Mare.

Deschiderea prin galerii de coastă este mai puțin întîlnită în cazul zăcămintelor carbonifere din cauza condițiilor de zăcămînt, care diferă de cele ale zăcămintelor metalifere. Acolo însă unde configurația terenului permite, se aplică deschiderea prin galerii de coastă.

În cazul unui strat de cărbune cu înclinare mică, situat în terenul accidentat, deschiderea se face prin două galerii de coastă : de transport 1 și de aeraj 2 din care la intersecția cu stratul se execută galeria direcțională principală 3 și galeria direcțională de aeraj 4. În continuare, deschiderea stratului în amonte se face cu plane înclinate automotoare și de circulație 5 și 6 și cu plane înclinate de transport și de circulație în aval (fig. 2.3). în cazul acesta galeriile de coastă constituie orizontul principal de transport, ceea ce asigură concentrarea producției pe un singur orizont de transport.

În funcție de condițiile concrete de zăcămînt, pentru asigurarea aerajului, la limita superioară a zăcămîntului se poate executa un suitor de aeraj, eliminîndu-se astfel circulația descendentă a aerului viciat.

Dacă stratul de cărbune are înclinare mare, deschiderea în adîncime se face prin galerii de coastă, puțuri oarbe și galerii transversale (fig. 2.4).

Fig. 2.3. Deschiderea cu galerii de coastă Fig. 2.4. Deschiderea cu a unui strat de cărbune cu înclinare și gro- galerie de coastă a unui

sirne mică strat de cărbune cu

În clinare mare și grosime

mică .

2.3. Deschiderea prin plane înclinate

Această metodă de deschidere este cea mai veche și a avut o largă răspîndire în trecut, deoarece necesită cheltuieli mai mici de investiție, valorificîndu-se producția rezultată din săparea planelor înclinate, precum și datorită faptului că, la scara redusă a producției, în trecut se exploatau de regulă părțile superioare ale zăcămintelor prin unități mici de producție.

Deschiderea prin plane înclinate este indicată în următoarele condiții :

– la înclinări mici ale stratului, cu continuitate pe direcție și înclinare, situate aproape de suprafață ;

– la zăcămintele parțial explorate, urmărindu-se prin săparea planului înclinat și explorarea amănunțită ;

– la trecerea de la exploatările la zi la exploatările subterane ;

– în unele condiții grele geologice, cînd în culcușul și acoperișul stratului se găsesc nisipuri acvifere – cazul unor zăcăminte de lignit de la noi – a căror străpungere necesită metode speciale de săpare.

În cazul zăcămintelor de cărbuni (fig.2.5), săparea planelor înclinate se începe de la suprafața terenului, străbătînd formațiile acoperitoare dacă acestea există și se continuă în strat (cărbune), pînă la limita inferioară a primului etaj. Din planele înclinate se separă galeriile direcționale de etaj Gd (galeria direcțională de transport și de aeraj).

Pentru aerajul lucrărilor subterane se execută în paralel cu planul înclinat de extracție Pe, un plan înclinat auxiliar Pa, amplasat la o distanță de 30…40 m pe primul.

Planul înclinat de aeraj este suficient să fie săpat numai pînă la galeria direcțională superioară de aeraj a etajului respectiv, ca să asigure aerajul subteran.

Dacă exploatarea se face progresiv, atunci pe ambele aripi ale etajului se sapă suitorii de atac, la o distanță de 30.. de planele înclinate, care constituie frontul de abataj.

Pe măsura extragerii cărbunelui, frontul de abataj se deplasează pe direcția stratului pînă ce ajunge la hotarul cîmpului minier.

Fig. 2.5. Deschiderea cu plane înclinate :

Pe — plan înclinat de extracție ; Pa — plan înclinat de aeraj.

Fig. 2.6. Deschiderea etajului II, prin săparea ascendentă a planului

înclinat.

La exploatarea în retragere, galeriile de transport și de aeraj se sapă o dată pe toată lungimea cîmpului minier, iar suitorii de atac se sapă la hotarele lui. În modul acesta, frontul de abataj început din suitorul de atac va avansa spre planurile înclinate săpate în mijlocul cîmpului minier.

În timp ce se exploatează primul etaj de deschidere, se pregătește al doilea etaj.

În acest scop, planele înclinate se adîncesc pînă la orizontul galeriei de transport al celui de-al doilea etaj. Celelalte lucrări de deschidere pregătite și exploatate sunt analoage celor din etajul întîi, în mod similar se pregătesc și celelalte etaje inferioare.

În practică, pentru a nu împiedica transportul pe planul înclinat de extracție, se adîncește planul înclinat de atraj pînă la galeria de bază a etajului II și apoi se începe săparea ascendentă a planului înclinat de extracție (fig.2.6). în mod analog se procedează și pentru celelalte etaje.

La exploatarea progresivă, pe măsura avansării frontului de abataj se lasă stîlpi de siguranță deasupra galeriei de transport.și sub galeria de aeraj.

Aerajul lucrărilor miniere se realizează după următoarea schemă : aerul proaspăt intră pe planul înclinat de transport pînă la galeria de ocol de unde se ramifică pe cele două aripi ale cîmpului minier și ajunge în abataj prin galeria de transport. Din abataje prin galeria de aeraj, aerul viciat se îndreaptă spre planul de aeraj. În apropierea planului de aeraj se montează un ventilator aspirant care se leagă cu planul de aeraj printr-un canal special și un suitor scurt, prin care aerul viciat iese la suprafață. Dirijarea aerului proaspăt și a celui viciat se face prin construcții de aeraj, uși de aeraj, diguri „crosing-uri".

Dacă planul înclinat de aeraj este amplasat pe flancuri, exploatarea primului etaj se face la fel ca la amplasarea centrală a planurilor înclinate.

După săparea planurilor înclinate și a lucrărilor de pregătire la cel de-al doilea etaj se trece de la aerajul central la schema de aeraj diagonal.

Amplasarea diagonală a planurilor de aeraj are o serie de avantaje față de amplasarea centrală : se reduc cheltuielile de întreținere a galeriilor de aeraj, permite un aeraj independent al celor două aripi ale cîmpului minier, se reduc scurgerile și pierderile de aer, deoarece aerul viciat se îndreaptă direct spre planurile de aeraj și se .asigură căi suplimentare de ieșire la zi.

Dezavantajul aerajului din diagonală constă în cheltuieli suplimentare necesare săpării și întreținerii planurilor de aeraj situate în flancurile miniere.

În cazul stratelor groase cu înclinare mică, deschiderea se face prin plane înclinate săpate în roca sterilă din culcușul stratului, pentru a preveni auto-aprinderea cărbunilor lăsați în stîlpul de siguranță și evitarea imobilizării cărbunelui în acești stîlpi.

Deschiderea cu plane înclinate amplasate în culcuș este totuși o metodă mai puțin folosită la zăcămintele carbonifere.

În cazul stratelor orizontale sau cu înclinare foarte mică și situate aproape de suprafață (30.. ) și în condiții geologice și hidrogeologice favorabile se pot folosi două plane înclinate săpate sub un unghi de. 15. . .18° în rocile din acoperișul stratului.

În aplicarea acestor metode la zăcămintele de minereuri trebuie să se țină seama de unele particularități ale acestor zăcăminte.

Transportul din abataj a cărbunelui la galeria de transport se face cu ajutorul transportului cu raclete, pe galeria direcțională cu transportoare cu benzi sau cu vagonete iar extracția cărbunelui sau a mineritului pe planele înclinate poate fi realizată cu vagonete sau cu transportoare cu benzi.

Transportoarele cu benzi pot fi folosite pînă la înclinări de 18°.

Deschiderea prin plane înclinate prezintă anumite avantaje, cum sunt :

-cheltuieli mai reduse de investiții, prin valorificarea, producției,- obținute la săparea planului înclinat în zăcămînt;

-asigură deschiderea cîmpului minier într-un timp mai scurt ;

-oferă posibilitatea cunoașterii mai detaliate a stratului în ceea ce privește calitatea cărbunelui, proprietățile fizico-mecanice ale stratului și rocilor înconjurătoare etc.;

-permite deschiderea zăcămîntului fără a intersecta stratele acvifere, eliminînd astfel greutățile și cheltuielile ce ar surveni prin traversarea acestora ;

-îngăduie organizarea și folosirea transportorului cu benzi pînă la înclinări de 18°. "

Ca dezavantaje se menționează :

-lungimea mai mare a planului în comparație cu un puț, vertical, ceea ce atrage după sine cheltuieli suplimentare de întreținere, de transport etc. ;

-necesitatea de a lăsa stîlpi de protecție, care imobilizează cantități mari de cărbuni;

-capacitatea de transport limită în cazul unor lungimi mari ale planelor înclinate.

Dintre variantele de deschidere cu plane înclinate plasate în zăcămînt, în rocile din culcuș și în rocile din acoperiș se folosește frecvent, varianta cu amplasarea în zăcămînt.

2.4. Deschiderea prin puțuri înclinate

La stratele sau corpurile de minereuri cu înclinare medie sau mare (20… 70 ), care aflorează sau sunt aproape de suprafață, deschiderea se poate face cu puțuri înclinate. La aplicarea acestei metode se pot folosi mai multe variante, în funcție de înclinarea zăcămintelor, de forma lor și de poziția puțului înclinat față de zăcămînt.

După poziția puțului înclinat față de zăcămînt se deosebesc următoarele variante :

-deschiderea prin puț înclinat situat în zăcămînt (fig. 2.7, a) ;

-deschiderea prin puț înclinat așezat în rocile din culcuș (fig. 2.7.b) ;

-deschiderea prin puț înclinat situat în acoperișul zăcămintului (fig.2.8.)

2.4.1. Deschiderea prin puț înclinat situat în zăcămînt

Această variantă se aplică la zăcămintele înclinate cu grosime mare și medie. Puțul înclinat se sapă în zăcămînt, cu partea lui de jos așezată în rocile. din culcuș, iar pe ambele părți se lasă stîlpi de siguranță din substanța minerală utilă, sau se sapă integral în minereu. În acest din urmă caz însă apar o serie de neajunsuri datorită fie dislocărilor, fie neregularităților culcușului,. ceea ce face să se piardă importante rezerve sau să fie imobilizate în stîlpi de protecție.

De aceea, cînd apar condiții favorabile de deschidere a zăcămîntului prin puțuri înclinate, se preferă varianta cu puțul înclinat plasat în culcuș unit cu zăcămîntul prin traversele scurte (v. fig. 2.8,b). În România au fost explorate și deschise prin plane înclinate și puțuri înclinate unele zăcăminte de metale rare și bauxită. La bauxită, unele corpuri lenticulare au fost deschise la contact altele în culcuș, fără să se țină seama de detaliile structurale sau de deranjamentele tectonice.

Transportul cărbunelui sau al minereului pe puțurile înclinate se face cu ajutorul skipului sau cu vagonete așezate pe platforme speciale.

Avantajele arătate la planele înclinate sunt în bună parte valabile și pentru puțurile înclinate. Acestea, în comparație cu puțurile verticale, prezintă însă o serie de

Fig. 2.7. Deschiderea cu puț în- Fig. 2.8. Deschiderea cu puț în-

clinat : clinat săpat în acoperiș.

a — puț înclinat , săpat în zăcă-

mînt; b — puț înclinat săpat în

culcuș.

inconveniente, dintre care : rezistență mai mică la presiunea terenului, uzură mărită a mijloacelor de transport, viteza de extracție mai mică și o întreținere costisitoare.

2.4.2. Deschiderea prin puț înclinat situat în rocile din culcuș

În acest caz, puțul înclinat se sapă în culcușul zăcămîntului, la o anumită distanță de zăcămînt, în funcție de : grosimea zăcămîntului, unghiul de înclinare, tăria rocilor din culcuș, unghiul lor de surpare la suprafață și neregularitățile zăcămîntului (v. fig. 2.8, b).

Dacă zăcămîntul are o grosime mare, distanța dintre puțul înclinat și zăcămînt trebuie să fie suficient de mare ca să nu fie nevoie să se lase un stîlp de siguranță din zăcămînt. în condiții favorabile, distanța minimă dintre puțul înclinat și contactul rocii din culcuș cu zăcămîntul se ia egală cu , iar la grosimi mari de zăcămînt,. această distanță crește la 30. . . .

2.4.3. Deschidere prin puț înclinat așezat în acoperișul zăcămîntului

Această variantă se aplică în cazuri rare, atunci cînd rocile din culcușul zăcămîntului sunt slabe, îmbibate cu apă sau sunt curgătoare în unele cazuri, cînd zăcămîntul este orizontal sau slab înclinat și aproape de suprafață, se poate aplica deschiderea cu puț înclinat sau plan înclinat săpat în rocile din acoperiș, dacă acestea apar în condiții favorabile geologice (v. fig. 2.8). Prin săparea puțului la o înclinare convenabilă se poate asigura un transport continuu din abataj pînă la suprafață.

2.5. Deschiderea prin puțuri verticale

Deschiderea prin puțuri verticale este cea mai folosită dintre metodele de deschidere a zăcămintelor. Ea se aplică atît la deschiderea zăcămintelor carbonifere, cît și a celor metalifere, indiferent de înclinarea și grosimea stratelor, de numărul lor, de capacitatea de producție a minei sau de alți factori tehnico-minieri.

2.5.1. Varianta de deschidere prin puțuri verticale

Metodele de deschidere cu puțuri verticale se pot clasifica după mai multe criterii : în funcție de amplasarea puțurilor în raport cu zăcămîntul, de modul de amplasare față de limitele cîmpului minier și de modul de amplasare al puțurilor de aeraj în raport cu puțul de extracție.

2.5.1.1. Amplasarea puțurilor față de zăcămînt.

După modul de amplasare față de zăcâmînt, se deosebesc variantele : cu amplasarea puțurilor în acoperișul zăcămîntului, în culcuș, în zăcămînt sau în extremitatea zăcămîntului (fig. 2.9).

Fig. 2.9. Deschiderea cu puț vertical: I — puț vertical în acoperiș ;

II — puț vertical în culcuș ; III— puț vertical în. zăcămînt ; IV— puț vertical în extremitatea zăcămîntului.

Varianta de amplasare în acoperiș (v. fig. 2.9, poziția I) este mai rar întîlnită, deoarece nu prezintă nici un avantaj față de varianta amplasării în culcuș. Ea se alege numai atunci cînd anumite condiții locale, cum sunt : prezența rocilor acvifere în culcuș, existența la suprafață a diferitor construcții industriale etc, împiedică amplasarea puțului în culcuș sau cînd, din cauza formei reliefului, prin plasarea în acoperiș se ajunge la zăcămînt la o adîncime mai mică. Varianta aceasta se aplică de obicei în cazul zăcămintelor carbonifere de grosime mică. În cazul zăcămintelor de minereuri se lasă un stîlp de siguranță în jurul puțului pentru protecția casei puțului și a construcțiilor din jur, cît și pentru asigurarea stabilității puțului. Pornind de la puț se execută galerii transversale pînă la întîlnirea zăcămîntului.Varianta de amplasare în culcuș (v. fig. 2.9, poziția //) este varianta cea mai des întîlnită în minerit, în special la zăcămintele de minereuri.În această variantă se evită lăsarea stîlpului de siguranță în jurul puțului, și deci imobilizarea unei părți din rezerva zăcămîntului, lucru de mare importanță în special pentru zăcămintele valoroase și cu rezerve mici. Inconvenientele ei sunt lungimile mai mari ale galeriilor transversale de la puț la zăcămînt și, în consecință, distanța mai mare de parcurs în timpul transportului, ca și volumul mai mare al cheltuielilor de execuție pentru aceste galerii transversale, dar aceste neajunsuri sunt compensate de buna stabilitate a puțului.În vederea plasării puțului în zăcămînt (v. fig. 2.9, poziția III), adică atunci cînd străbate stratul, suma lungimilor galeriilor transversale este mai mică decît în variantele de amplasare în acoperiș și culcuș, însă, ca și la varianta în acoperiș, este nevoie să se lase stîlpi de siguranță, care imobilizează rezerve însemnate de substanță minerală utilă.Varianta amplasării puțului în afară sau în extremitatea zăcămîntului (v. fig. 2.9, poziția IV) prezintă inconvenientul unor lungimi mari ale galeriilor transversale. Se ivesc adesea cazuri cînd această variantă este mai indicată chiar și față de varianta amplasării puțului în culcuș, mai ales atunci cînd, în urma exploatării parțiale a zăcămîntului și rocile din culcuș au tendința să se deplaseze, deci să pună în pericol stabilitatea puțului.

2.5.1.2. Amplasarea puțurilor față de limitele cîmpului minier

În raport cu limitele cîmpului minier, puțul vertical de deschidere poate ocupa diferite poziții (fig. 2.10), dintre care cele mai frecvente sunt amplasamentele :

-la limita superioară a cîmpului (v. fig. 2.10, poziția I) ;

la limita inferioară (v. fig. 2.10, poziția //);

la mijlocul cîmpului (v. fig. 2.10, poziția ///).

Fig. 2.10. Amplasarea puțului vertical în raport cu cîmpul de mină.

Fig. 2.11. Amplasarea puțurilor principale și auxiliare

în limitele cîmpului minier.

Ținînd seama de adîncimea de săpare a puțurilor în cele trei poziții, de lucrările necesare în zăcămînt, de transportul substanței minerale utile, nu este greu de observat că poziția ///, corespunzătoare amplasării centrale a puțului, este cea mai indicată. La stabilirea variantei de deschidere trebuie să se țină seama și de schema de aeraj, în special atunci cînd pentru aeraj se va folosi tot un puț vertical. La stabilirea acestei scheme o importanță deosebită o are alegerea poziției puțului de aeraj față de puțul de extracție.

Din acest punct de vedere se deosebesc următoarele poziții de amplasare a puțului de aeraj (auxiliar): amplasare centrală (fig. 2.l1, a), amplasare centrală dar la distanță (fig. 2.11, b) și amplasarea diagonală sau de flanc (fig. 2.11, c).

La amplasarea centrală puțurile se sapă la o distanță de 10…50m unul față de celălalt și se leagă prin galeriile de ocol.

Pe puțul de extracție se extrage producția și pătrunde aerul proaspăt în mină. Pe puțul de aeraj se face transportul personalului, a utilajelor, materialelor, a sterilului și iese aerul viciat.

Avantajele amplasării centrale a puțului principal și de aeraj constau în sistematizarea mai bună la suprafață a construcțiilor din jurul puțurilor, legarea puțurilor prin galeriile de ocol se face într-un timp mai scurt, iar puțul de aeraj poate fi folosit în caz de necesități pentru extracție și pentru salvare sau pentru săparea puțului de extracție de jos în sus.

Dezavantajele constau în dificultatea dirijării în jos a aerului viciat spre puțul de aeraj la exploatarea rezervelor situate în amonte și necesitatea uneori de a se săpa un al treilea puț la limita superioară a cîmpului minier sau a unei galerii transversale de aeraj pînă la puțul de aeraj.

Pe de altă parte, traseul de circulație a aerului este lung și variabil iar la exploatarea progresivă pot avea loc scurtcircuitări și pierderi de aer (fig. 2.12).

Amplasarea centrală a puțurilor se folosește de regulă la deschiderea minelor cu capacități mari de producție.

-La amplasarea central distanțată puțul de aeraj (auxiliar) se sapă la limita superioară a cîmpului minier pe linia ce împarte cîmpul minier în două părți egale sau aproape egale.

Avantajul acestei scheme constă în realizarea unui aeraj direct ascendent, în schimb necesită lungimi mai mari de galerii pentru legarea celor două puțuri iar în cazul exploatării progresive se mențin dezavantajele amplasării centrale.

– La amplasarea diagonală puțurile de aeraj se sapă la limita superioară a celor două flancuri ale cîmpului minier. Această amplasare oferă un traseu de lungime constantă a aerului, se evită scurtcircuitările de aer însă prezintă dezavantajul unui volum mai mare de lucrări pentru legarea celor două puțuri, imobilizării

Fig. 2.12. Schema de aeraj a cîmpului"mi

nier deschis cu puțuri verticale amplasate

central:

I, II… V — etaje ; 1 — puț de extracție 2 — puț de aeraj.

mai mari de rezerve în pilierii celor două puțuri în comparație cu amplasarea centrală.

Amplasarea puțurilor în poziția central distanțată și diagonal sau în flanc se practică la minele cu capacități mici de producție sau atunci cînd există posibilitatea de folosire a puțurilor de extracție sau de aeraj a cîmpurilor învecinate, deja exploatate.

2.5.2. Deschiderea prin puțuri verticale a unui zăcămînt format dintr-un singur strat

În cazul zăcămîntului format dintr-un strat cu înclinarea mică deschiderea se face prin puțuri verticale 1 și 2 amplasate central la o distanță de 30. unul de altul, ce intersectează stratul la o distanță mică de limita superioară a etajului ///. Legarea puțurilor se face prin galeriile de ocol 3 din care se deschide stratul la nivelul orizontului de transport al etajului 11 I, săpîndu-se galeria de transport 4. Pentru asigurarea aerajului în timpul săpării galeriei de transport se sapă o galerie paralelă 12. numită și galerie conjugată situată la 8.. în amonte de prima galerie (fig. 2.13).

Din galeria direcțională de transport pe înclinarea stratului se sapă planele înclinate 5 .și 6 la distanța de 30…40 m, distanțe pentru transportul producției (planul înclinat automotor 5) și pentru circulație (planul de circulație 6). La capătul planului automotor se sapă camera pentru troliu 7.

Din planele înclinate se sapă o galerie direcțională de aeraj 8 la limita superioară etajului 1 iar la limita inferioară a etajului 1 se sapă o galerie de transport 9 și una conjugată 13.

O altă variantă de deschidere prin puțuri verticale a unui strat cu înclinare mică este deschiderea prin puțuri verticale și galerii transversale principale (fig. 2.14).

Din puțurile verticale 1 și 2 se deschide stratul la nivelul primului orizont (1) prin galeria transversală 3. Se delimitează față de acest orizont un cîmp în amonte 1 și un cîmp în aval 11 ce pot fi exploatate în panouri cu concentrarea producției la nivelul galeriei transversale principale 3.

Fig. 2.13. Vedere spațială a deschiderii prin puțuri verticale amplasate central a unui strat cu înclinare mică.

Pentru deschiderea orizontului inferior (2) se adîncesc puțurile vertical 1 și 2 pînă la nivelul acestui orizont și apoi se sapă galeria transversală principală 5 pînă cînd intersectează stratul de cărbune. Se delimitează astfel din nou două cîmpuri în amonte 111 și în aval IV.

Metoda prezintă avantajul deschiderii cîmpurilor miniere de dimensini mari, asigurînd o existență îndelungată pentru fiecare orizont în parte, cu cheltuieli relativ mici de deschidere.

În cazul unui zăcămînt format dintr-un singur corp sau filon, deschidera se face prin puțuri verticale și galerii transversale de etaj. La nivelul fiecărei galerii transversale de etaj se sapă în jurul puțurilor galerii de ocol.

Fig. 2.14. Deschiderea unui strat cu înclinarea mică prin puțuri ver-ticale și galerii transversale.

Pentru deschiderea orizontului inferior (2) se adîncesc puțurile vertical 1 și 2 pînă la nivelul acestui orizont și apoi se sapă galeria transversală principală 5 pînă cînd intersectează stratul de cărbune. Se delimitează astfel din nou două cîmpuri în amonte 111 și în aval IV.

Metoda prezintă avantajul deschiderii cîmpurilor miniere de dimensini mari, asigurînd o existență îndelungată pentru fiecare orizont în parte, cu cheltuieli relativ mici de deschidere.

În cazul unui zăcămînt format dintr-un singur corp sau filon, deschiderea se face prin puțuri verticale și galerii transversale de etaj. La nivelul fiecărei galerii transversale de etaj se sapă în jurul puțurilor galerii de ocol.

2.5.3. Deschiderea prin puțuri verticale a zăcămintelor formate din mai multe strate sau corpuri de minereuri

Zăcămintele de substanțe minerale utile apar adeseori formate dintr-o serie de strate sau corpuri de minereuri, a căror localizare în scoarță față de suprafață și a căror poziție relativă pot fi diferite.

Cînd stratele sau corpurile se află la distanțe mari unele față de altele atunci se procedează la deschiderea fiecărui strat sau corp printr-un puț vertical sau altă lucrare de deschidere, dacă, bineînțeles, rezerva stratului justifică punerea sa în exploatare în asemenea condiții.

Dacă însă stratele sunt apropiate, ele se pot deschide în comun, folosind aceeași lucrare de deschidere. În acest caz, stratele sau corpurile, ținînd seamă de distanța dintre ele și de unghiul lor de înclinare, se leagă între ele prin lucrări

Fig. 2.15. Deschiderea prin puțuri verticale a două strate orizontale

1 – puț ; 2 – puț orb ; 3 – strate.

miniere, care pot fi : galerii transversale, puțuri oarbe sau plane înclinate.

2.5.3.1. Deschiderea unor serii de strate orizontale prin puțuri verticale și puțuri oarbe de legătură

Dacă stratele sunt apropiate și sunt orizontale sau au o înclinare foarte mică, ele se deschid în comun prin puțuri verticale (fig. 2.15). Legătura între strate poate să fie făcută printr-un puț orb, iar cărbunele provenit din cele două strate se ridică pe puțul de extracție la suprafață, numai prin rampa inferioară de la stratul 2, nefiind necesară și rampa de la stratul 1.

Fig. 2.16. Deschiderea prin puțuri verticale a mai multor strate

și legarea lor printr-o galerie transversală principală.

2.5.3.2. Deschiderea stratelor cu înclinare mică prin puțuri verticale și galerii transversale de legătură

Se pot evidenția două variante.

Deschiderea prin puțuri verticale și galerii transversale principale. Dacă legarea seriei de strate se face printr-o singură galerie transversală ab, așa cum se indică în figura 2.16, fiecare strat se deschide și se pregătește, ca și cum stratul ar fi deschis printr-un puț vertical amplasat în punctul de intersecție a galeriei transversale cu stratul. În această variantă de deschidere, producția din partea superioară a stratului situat deasupra galeriei transversale se coboară pe plane înclinate automotoare, iar din partea inferioară se ridică pe plane înclinate motoare. În figura 2.17 este arătată deschiderea a două strate în proiecție axonomatică. Puțurile principale 1 și 2 se sapă la mijlocul cîmpului minier, astfel ca numărul de panouri din amonte să fie egal cu cel al cîmpului din aval. Din galeriile de ocol puțurilor se sapă galeria transversală principală 4, care intersectează cele două strate. Din galeria transversală se sapă galeriile principale de transport ale minei 5. Pentru pregătirea fiecărui strat se sapă planele înclinate automotoare și de circulație 6 și 7 în cîmpul din amonte și planele înclinate 9 și 10 în cîmpul din aval.

Aerajul se poate face separat pentru fiecare strat, cu ajutorul suitorilor și al ventilatoarelor, sau în comun, săpîndu-se galeria transversală principală de aeraj a1 b1 și un suitor sau puț de aeraj prin care, cu ajutorul unui ventilator aspirant, se aduce la suprafață aerul viciat.

Deschiderea prin puțuri verticale și galerii transversale săpate la mai multe orizonturi Inconvenientul mare al variantei de deschidere prin puțuri verticale și a galeriei transversale principale constă în aceea că necesită plane
înclinate, motoare și automotoare foarte lungi, ale căror condiții de exploatare (transport, susținere, aeraj, evacuarea apelor) sunt cu mult mai grele decît în cazul galeriilor transversale.

Din această cauză se preferă varianta deschiderii comune prin puț și legarea stratelor prin galerii transversale (fig. 2.18) săpate la mai multe orizonturi.

La această variantă distanța pe înclinare între orizonturi nu depășește iar pe verticală se iau 70… . Puțurile de extracție și de aeraj se sapă inițial pînă la primul orizont iar stratele se deschid printr-o galerie transversală. Pe măsura exploatării rezervelor din amonte, puțurile se adîncesc pînă la al doilea orizont iar stratele se deschid printr-o galerie transversală, în mod similar se procedează pentru celelalte orizonturi inferioare.

Varianta de deschidere cu puțuri verticale și galerii transversale la mai multe orizonturi prezintă unele avantaje față de varianta de deschidere cu puțuri verticale și galerii transversale principale, și anume :

-planele înclinate automotoare din amonte și planele înclinate din aval, nemaifiind săpate în trepte, capacitatea de transport crește, iar datorită volumului mai mic de lucrări scad corespunzător cheltuielile de săpare și de întreținere ;

-condițiile de aeraj sunt mai bune ;

-oferă posibilitatea organizării mai bune a muncii și a dotării cu utilaje corespunzătoare a fiecărui orizont.

Ca neajunsuri ale variantei se remarcă transportul mai complicat al produsului util din abataj pînă la puțul de extracție.

2.5.3.3. Deschiderea stratelor cu înclinare mică prin puțuri verticale și contraplane înclinate. Această variantă se aplică în cazul stratelor cu înclinare mică, la care deschiderea prin puț vertical și galerii transversale ar conduce la o lungime prea mare a galeriilor transversale sau cînd stratele au suferit accidente tectonice.

Amplasarea contraplanelor înclinate depinde de poziția relativă a stratelor. În cazul unui pachet de trei strate limitate pe înclinare de o falie, din puțurile verticale 1 și 2 stratele apropiate se deschid printr-o galerie transversală 3, iar stratul mai depărtat, situat în acoperișul stratelor apropiate, se deschide printr-un contraplan automotor 4 care leagă stratul cu galeria transversală (fig. 2.19). Dacă deschiderea pachetului de strate s-ar fi făcut prin puțuri verticale și galerie transversală, se observă că ar fi fost nevoie de o lungime mult prea mare a galeriei transversale și de o lucrare suplimentară înclinată, săpată în steril, pentru deschiderea stratului din acoperiș pe porțiunea ab.

Fig. 2.17.Deschderea prin puțuri verticale și o galerie transversală a două cu înclinare mică.

Fig. 2.18. Deschiderea prin puț vertical și legarea stratelor prin galerii transversale la mai multe orizonturi.

Fig. 2.19: Deschiderea unui pachet de strate cu înclinare mică prin puțuri verticale și contraplane înclinate.

2.5.3.4. Deschiderea stratelor eu înclinare mare prin puțuri verticale

Zăcămintele stratiforme cu înclinare mare se deschid prin puțuri verticale și galerii transversale de etaj (fig. 2.20)

Puțurile verticale se amplasează fie în culcușul zăcămîntului fie în centrul cîmpului minier traversînd stratele.

Amplasarea puțurilor în culcuș prezintă avantajul unei mai mari stabilități a puțurilor ele nefiind afectate de lucrările de exploatare a zăcămîntului și nu se imobilizează rezerve în pilierii puțurilor, în schimb, necesită galerii transversale mai lungi în comparație cu deschiderea centrală prin puțuri verticale care intersectează stratele

Fig. 2.20. Deschiderea prin puț vertical a unei serii de strate cu înclinare mare.

. Ordinea de executare a lucrărilor de deschidere este următoarea : după amplasarea centrală a puțurilor verticale (de extracție și aeraj) se execută galeria de ocol a primului orizont și galeriile transversale de transport și de aeraj, ale etajului /, care leagă stratele între ele.
Din punctele de intersecție ale galeriilor transversale de etaj cu stratele se sapă galeriile direcționale de transport și de aeraj. Pe măsura exploatării primului etaj se deschide și se pregătește în mod analog etajul //, adîncindu-se puțurile și săpînd celelalte lucrări miniere aferente etajului etc. Aerajul
se poate face separat pentru fiecare strat sau comun, executînd la limita superioară a cîmpului o galerie transversală de aeraj. În figura 2.21 este reprezentată succesiunea deschiderii etajelor la zăcămintele de înclinare mare. În figura 2.22 este prezentată deschiderea cu puțuri verticale plasate în culcușul zăcămîntului. Puțul principal este amplasat în culcuș, la jumătate, pe direcția cîmpului minier. Dată fiind prezența stratelor mai subțiri în acoperișul stratelor cu grosime mare, deschiderea stratelor se face simultan pe două etaje în scopul evitării subminării stratelor din acoperiș în urma exploatării stratelor groase din culcuș.

Fig. 2.21. Succesiunea deschiderii etajelor la zăcămintele cu înclinări mari.

În felul acesta, în timp ce se exploatează stratul gros în primul etaj, stratele subțiri se exploatează în etajul al doilea. Cîmpul minier se împarte în blocuri, delimitate pe direcția accidentelor tectonice.

Fig. 2.22. Deschiderea unui pachet de strate cu înclinare mare, de diferite grosimi cu plasarea puțului vertical în culcușul pachetului de strate.

Blocurile sunt deschise prin galeriile direcționale 1 și galeriile transversale 2. Pentru exploatare, transport și aeraj în fiecare strat gros se mai execută galeriile direcționale 3 și galeriile transversale intermediare 4 și de subetaj 5, precum și puțurile oarbe 6. Pentru realizarea aerajului și evitarea recircuitării curenților de aer la nivelul orizontului //, se montează o ușă de aeraj 7 iar aerul viciat provenit de la exploatarea stratelor din acoperiș trece prin galeria de ocol 8 de unde este condus printr-un suitor la galeria de aeraj a primului etaj, de aici prin puțul înclinat iese la suprafață.

2.6. Deschiderea prin metode combinate

Executarea în același zăcămînt a puțurilor verticale și înclinate cît și a planelor înclinate însoțite de lucrările auxiliare respective (galeriile transversale, galerii direcționale etc.) pentru deschiderea lui constituie metode combinate de deschidere.

Deschiderea prin puț vertical, care trece apoi în puț înclinat este o variantă de deschidere puțin întîlnită și constă dintr-o combinație de puț vertical, în partea superioară a zăcămîntului, urmată de un puț înclinat, în partea inferioară, variantă cunoscută și sub numele de puț frînt.

Neajunsul principal al acestui fel de deschidere constă în faptul că este nevoie de un transport suplimentar pentru a face legătura între puțul înclinat și puțul vertical și instalații de transport diferite pentru fiecare puț.

Deschiderea combinată prin galerii de coastă și puțuri oarbe este o variantă de deschidere foarte des întîlnilă, mai ales la zăcămintele cu înclinare mare, situate în regiuni accidentate (fig. 2.23).

În general, partea superioară a zăcămintelor se deschide prin galerii de coastă, iar atunci cînd acest lucru nu mai este posibil, se trece la deschiderea părților inferioare prin puțuri oarbe, de obicei verticale, pornite de la nivelul galeriei de coastă inferioară, care servește în continuare drept galerie de transport, de evacuare a apelor și de aeraj.

Fig. 2.23.Deschiderea cu Fig.2.24. Deschiderea

galerie de coastă și puț orb : combinată prin puțuri

1, 2, 3 -galerii de coastă ; verticale în culcuș:

4 – puț orb ; 5 -galerii 3 – galerii transversale.

transversale.

Fig. 2.25. Deschiderea unui pachet de strate cu înclinare mică.

Deschiderea prin puțuri verticale în trepte (fig. 2.24) constă în deschiderea unui zăcămînt prin două puțuri verticale așezate în culcuș, astfel încît primul puț 1 pornește de la zi, iar celălalt puț 2 este orb, decalate pe orizontală, și legate între ele cu zăcămînt prin galerii transversale. Prezintă avantajul unor transversale mai scurte, însă are inconvenientul că fiecare puț trebuie să aibă mașina lui de extracție și personal de deservire propriu.

Deschiderea combinată prin galerii de coastă, puțuri verticale și plane înclinate, a unui pachet de strate cu înclinare mică, este redată în figura 2.25.

Pachetul de strate este deschis, din acoperiș și pînă în culcuș, prin două galerii de coastă paralele 1 și 2 amplasate la jumătate, pe direcția cîmpului minier, prin două puțuri verticale amplasate în cele două flancuri ale cîmpului minier care împreună cu planul înclinat situat central în culcușul pachetului de strate, stabilesc legătura galeriilor direcționale cu suprafața.

Deschiderea stratelor sub nivelul galeriilor de coastă este realizată printr-un puț orb central felul aceasta a fost deschis cîmpul minier Lupeni din bazinul Văii Jiului.

Pentru zăcămintele situate la adîncimi mari de peste , la deschiderea lor trebuie să se aibă în vedere anumite particularități, ca : schimbarea proprietăților fizico-mecanice, creșterea presiunii miniere, prezența pînzelor de ape subterane, creșterea emanațiilor de gaze, creșterea frecvenței erupțiilor de cărbune și gaze, temperatura mai ridicată care influențează deschiderea și exploatarea.

Pentru reducerea influenței acestor factori, deschiderea se face prin mai multe puțuri verticale amplasate, pe cît posibil, în rocile sterile din culcușul zăcămîntului și prin galerii transversale principale de etaj pentru asigurarea debitului de aer necesar în subteran.

Un exemplu de deschidere prin puțuri verticale și galerii transversale pentru adîncimi mari îl constituie zăcămîntul carbonifer de , a cărui exploatare a depășit , zăcămîntul format din șapte strate sub formă de anticlinal este deschis printr-un puț vertical de execuție PE amplasat în partea nordică a anticlinalului și două puțuri de aeraj PA situate în flancurile estic și vestic al anticlinalului. În adîncime din puțul vertical de extracție se execută galeria transversală 1, și galeriile direcționale 2 pe ambele flancuri ale anticlinulului care se leagă prin galeria transversală cu cele două puțuri de aeraj PA (fig. 2.26).

2.7. Deschiderea zăcămintelor dislocate

În scoarță, zăcămintele de substanțe minerale utile suferă adesea deformări față de poziția și forma inițială din timpul formării lor.

Pentru delimitarea cîmpului minier și alegerea metodei de deschidere este necesar să se cunoască suficient de amănunțit condițiile de zăcămînt, extinderea pe zone și sectoare a porțiunilor mineralizate și natura deranjamentelor tectonice (cute, falii, efilări, îngroșări, deplasări, variații pe înclinarea și direcția stratului etc). În funcție de aceste particularități, determinate prin lucrări de explorare, se stabilește metoda de deschidere pentru fiecare caz în parte. De cele mai multe ori însă deschiderea zăcămintelor puternic dislocate se face prin puțuri și galerii transversale de etaj. În limitele zonelor determinate de falii se execută lucrări auxiliare de deschidere. Presupunînd un pachet de strate cu înclinare mică dislocat printr-un sistem de falii, așa cum se arată în figura 2.27, prin lucrările de deschidere cîmpul minier a fost împărțit în etaje.

După numărul și extinderea stratelor faliate, etajul se împarte în zone și apoi în interiorul fiecărei zone se execută lucrări auxiliare de deschidere : puțuri oarbe, plane înclinate etc.

Pentru cazul considerat, zona 1 este delimitată spre nord de o falie, iar la sud, de puțul orb de legătură dintre galeria de cap (aeraj) și galeria de bază și cuprinde porțiuni din stratele ///, IV, V .și VI.

Fig. 2.26. Deschiderea unui pachet de strate la

adîncime mare :

PE -puț vertical de extracție ; PA – puț vertical de aeraj; 2 – galerie transversală în axul anticlinalului ; 2 – galerie direcțională pe ambele flancuri ale anticlinalu-lui ; 3 – galerie transversală de etaj ; 4 – suitori : 5 – galerie transversală ; 6 – puț orb.

Fig. 2.27. Deschiderea în zăcămînt faliat.

Pentru exploatarea stratelor /// și // (porțiunile din partea superioară a zonelor 2, 3), situate în primul suborizont, se execută în partea nordică un puț orb, iar pentru stratele inferioare – un altul ca și primul în culcușul faliei.

În unele cazuri, aceleași lucrări pot deservi exploatarea a două zone sau sectoare. De exemplu : stratul V situat în zona 1 poate fi exploatat împreună cu porțiunea stratului V situat în zona 2, folosind lucrările din zona 2.

De regulă, însă, la zăcămintele puternic faliate, în proiectare se pune problema găsirii pentru fiecare zonă sau sector a metodei de deschidere și de exploatare, cea mai simplă și cea mai economică și la un ritm de producție astfel stabilit încît, prin însumarea capacității de producție a fiecărui sector, să se asigure producția anuală a minei fixată prin planul de stat.

Tema nr.3

PREGĂTIREA ZĂCĂMINTELOR

3.1. Lucrări de pregătire

3.2. Alegerea lucrărilor de pregătire în funcție de metoda de exploatare

3.3. Scheme generale de pregătire

3.4. Clasificarea metodelor de pregătire

3.5. Descrierea lucrărilor miniere de pregătire

3.1. Lucrări de pregătire

Pentru extragerea substanței minerale utile din zăcămînt, cîmpul minier, după ce a fost deschis, se împarte prin lucrări miniere în unități mai mici : etaje, subetaje, panouri de exploatare, stîlpi, felii etc, după specificul metodei de exploatare.

Lucrările miniere cu ajutorul cărora se face împărțirea sistematică a cîmpului minier, în vederea pregătirii lui pentru exploatare, formează o categorie aparte de lucrări, numite lucrări de pregătire. Aceste lucrări trebuie să asigure în același timp extragerea, transportul, circulația și aerajul potrivit specificului metodei de exploatare aplicate.

Deși obiectivele deschiderii și pregătirii zăcămintelor sunt distincte, o separare netă între lucrările de deschidere și cele de pregătire nu este întotdeauna posibilă. Așa, de exemplu, unele lucrări care inițial au servit ca lucrări de deschidere pot să devină lucrări de pregătire, cum sunt unele galerii folosite inițial pentru transport și apoi utilizate pentru aeraj, sau pot servi în același timp și ca lucrări de deschidere și de pregătire, cu plane înclinate, puțuri oarbe etc.în categoria acestora se încadrează următoarele lucrări :

lucrările miniere executate în zăcămînt ca : plane înclinate,galerii direcționale de etaj, galeriile direcționale de subetaj (sau intermediare), planele înclinate de compartimentare, preabatajele, suitorii și coborîtorii de compartimentare a blocurilor de exploatare. După cum se observă lucrările de pregătire în zăcămînt pot fi executate pe direcție sau pe înclinare și uneori diagonal. Cele pe înclinare pot fi executate ascendent (planuri înclinate, suitori) sau descendent (coborîtori, planuri înclinate). Pe lîngă celelalte funcționalități, ele dau posibilitatea cercetării zăcămîntului în extindere și de probare, sistematică a acestuia ;

lucrările miniere executate în steril ca : puțuri oarbe, galeriile direcționale săpate în steril de-a lungul zăcămîntului și galeriile transversale de legătură dintre acestea și zăcămînt, galeriile diagonale, galeriile de colectare a apelor din sectoare diferite ale minei sau cele destinate trecerii diferitelor
conducte subterane, suitorii executați în rocile din culcușul și acoperișul zăcămîntului, rostogolurile principale, galeriile de aeraj executate în rocile sterile etc.

Lucrările de pregătire sunt, în general, legate de metodele de exploatare ele reprezentînd o fază pregătitoare a lucrărilor de abataj. Unele lucrări sunt însă independente de metoda de exploatare. Acestea din urmă se numesc lucrări de pregătire principale și constau din galeriile direcționale de etaj și suitorii de panou. Restul lucrărilor de pregătire se numesc lucrări de pregătire specifice și se întîlnesc numai în cadrul anumitor metode de exploatare. Din această grupă de lucrări fac parte : rostogolurile, galeriile de subetaj sau intermediare, transversalele scurte de trecere de la suitori la abataje, suitorii din abataj, galeriile de ocol întîlnite în special la pregătirea zăcămintelor sub formă de stoc sau de coloană și preabatajele care premerg direct lucrările de abataj.

3.2. Alegerea lucrărilor de pregătire în funcție de

metoda de exploatare

Ansamblul lucrărilor de pregătire necesare pentru execuția în bune condiții tehnice și în perfectă securitate a lucrărilor de abataj dintr-un panou sau dintr-o anumită parte de zăcămînt constituie metoda de pregătire.

Metoda și ordinea de pregătire, precum și așezarea, dimensiunile și amenajarea lucrărilor de pregătire trebuie să îndeplinească următoarele condiții :

să asigure pregătirea la timp a etajului sau a panourilor pentru a le avea gata. pentru exploatare ;

să asigure accesul ușor al personalului și materialelor în abataje ;

să creeze condiții de transport al substanței minerale utile din abataj

să permită o bună aerisire a frontului de lucru ;

să asigure reducerea la minimum a pierderilor de minereu în stîlpii de siguranță ;

să asigure condiții bune de lucru în abataje ;

— să dea posibilitatea cercetării zăcămîntului în extindere și a calității acestuia (conținut în componenți utili și dăunători etc).

Ținînd seama că metodele de exploatare la cărbuni, minereuri și roci sunt foarte numeroase, și metodele de pregătire respective sunt foarte diferite.

La zăcămintele de minereuri care au forme mai complicate, variații mari de conținut, metodele de exploatare trebuie să fie elastice, să se poată adapta ușor condițiilor de zăcămînt, de unde rezultă că și lucrările de pregătire specifice metodei diferă ca volum, formă, amplasare etc.

În ceea ce privește ordinea de exploatare, în general, se urmărește ca în timp ce un etaj este în exploatare, următorul etaj să fie în pregătire și să poată intra în exploatare fără întrerupere iar al treilea etaj să fie în deschidere.

Intervalele de timp între cele trei faze : de abataj, pregătire și deschidere trebuie să fie minime pentru ca lucrările miniere respective să nu aibă o durată prea lungă și să necesite cheltuieli suplimentare de întreținere. Pentru ca lucrările de pregătire să nu necesite întreținere prea îndelungată ele trebuie executate cu rapiditate maximă și numai atît cît să preceadă abatajul.

La minele de minereuri metalifere datorită variației mari a caracteristicilor geometrice și conținutului este recomandabil ca concomitent cu etajul în exploatare, următorul să fie gata pregătit, al treilea să fie în pregătire și al patrulea în deschidere și cercetare.

Volumul și executarea lucrărilor de pregătire trebuie astfel concepute, încît cu un volum minim de lucrări să se pregătească un maxim de rezervă.Cu cît tonajul extras pe 1 metru de lucrări de pregătire este mai mare, cu atît indicatorii metodei de exploatare sunt mai favorabili.

În practică, la pregătirea pentru exploatare a unui zăcămînt se urmărește ca volumul lucrărilor de pregătire să asigure realizarea producției din lucrările de abataj pe o perioadă de 1.. .1,5 ani, iar pentru zăcămintele filoniene cu grosimi mici și forme complicate pe o perioadă de 6… 12 luni.

În cele ce urmează sunt redate pe scurt lucrările de pregătire în cadrul metodelor de exploatare obișnuite folosite la exploatarea zăcămintelor de minereuri și cărbuni din România.

3.2.1. Pregătirea zăcămintelor de minereuri

3.2.1.1. Zăcăminte de formă filoniană. Specifice pentru exploatarea zăcămintelor filoniene sunt metodele de exploatare cu felii orizontale, cu rambleiere, metoda cu înmagazinare și metoda de exploatare cu trepte răsturnate.

— La metoda de exploatare cu felii orizontale urmate de rambleiere (fig.3.1), lucrările de pregătire sunt mai numeroase și constau din :

cei doi suitori de compartimentare a blocului de exploatare ;

galerii de preabataj, săpate numai în cazul cînd deasupra galeriei direcționale de transport se lasă un masiv de protecție ;

rostogolul de rambleu, așezat în mijlocul blocului, care servește la coborîrea în abataj a rambleului adus cu vagonetele pe galeria superioară direcțională ;

amenajarea gurilor de rostogol care străbat masivul de protecție și care vor deservi rostogolurile de minereu ce se vor ridica prin rambleu, pe măsură ce abatajul se ridică ca urmare a înaintării exploatării.

În cazul unor filoane subțiri în care mecanizarea operațiilor din abataj se face cu ajutorul screperului, lucrările de pregătire se reduc la suitorul din mijlocul blocului, care face legătura cu galeria superioară sau de cap, servind atît pentru aeraj cît și pentru aducerea rambleului, și la cei doi suitori laterali ai blocului, care însă nu se sapă decît în măsura în care înaintează linia abatajelor. Ei vor servi pentru intrarea aerului, circulația personalului și aducerea materialelor necesare în abataj.

— La metoda de exploatare cu înmagazinare, lucrările de pregătire constau din :

amenajarea gurilor de rostogol pentru evacuarea minereului, așezate la distanțe variabile în funcție de grosimea filonului ;

amenajarea unui suitor de aeraj în mijlocul blocului de exploatare care face legătura între abataj și galeria superioară ;

amenajarea pe laturile blocului exploatat a cîte un suitor pentru circulația oamenilor, aducerea materialelor și sculelor, ca și pentru intrarea aerului în abataje.

Fig. 3.1. Lucrările de pregătire la metodele de exploatare, cu felii orizontale, cu rambleiere :

1 – suitor de bloc;2- rostogol central de
rambleu ; 3 -guri de rostogol ; 4 -galerie direcțională de bază ;5 – galerie direcțională de cap ; 6 – rostogol pen/tna util.

Fig. 3.2. Lucrările de pregătire Ia metodele de exploatare cu abatajul

în trepte răsturnate :a – cu spațiul nesusținut; b -cu rarnbleiere.

— La metoda de exploatare cu trepte răsturnate, lucrările de pregătire se reduc la executarea celor doi suitori de compartimentare ai blocului de exploatare și la amenajarea gurilor de rostogol în tavanul susținerii galeriei de transport. Figura 3.2 indică lucrările de pregătire la metodele de exploatare cu abatajul în trepte răsturnate, cu spațiul nesusținut, respectiv cu rambleiere ;

Fig. 3.3. Metoda de exploatare prin camere de minare din galerii de subetaj:

a – secțiune transversală ; b -secțiune longitudinală.

3.2.1.2. Zăcăminte sub formă de stok, corpuri sau lentile cu grosime mare. Metodele de exploatare aplicate sunt metodele de exploatare în subetaje cu înmagazinarea minereului și metodele de exploatare cu surpare.

— în cazul metodelor de exploatare cu înmagazinare prin camere de minare din galerii de subetaj (fig. 3.3), lucrările de pregătire constau din săparea galeriilor de transport Gt și a galeriilor orizontului de sfărîmare Ga la deasupra orizontului principal, a camerelor de sfărîmare K legate cu
galeriile Ga prin străpungeri scurte. Fiecare cameră este unită cu galeria de transport prin rostogolurile de acumulare R. De la orizontul de abataj se sapă suitorii de abataj B din care se sapă camerele de minare M.

În varianta de exploatare prin găuri lungi de mină din suitori, lucrările de pregătire constau din lucrările miniere în steril și în zăcămînt la orizontul principal de transport și la orizontul de sfărîmare.

— în cadrul metodelor de exploatare cu surpare în subetaje, lucrările de pregătire constau din galerii de bază ale blocului, galerii de subetaj, suitor în bloc și rostogoluri așa cum se vede în figura 3.4.

Fig. 3.4. Metoda de exploatare prin surpare în subetaje :

1, 2 -galerii de bază ale blocului; 3-rostogol; 4 -suitor ; 5, 6, 8 -galerii de subetaj ; 7 – suitor de culcuș ; 9 – galerie de aeraj a blocului.

3.2.2. Pregătirea zăcămintelor de cărbuni

3.2.2.1. Pregătirea în stratele do cărbuni subțiri și de grosime medie.În această categorie, de strate, metodele de exploatare cel mai des folosite sunt :

metodele de exploatare cu front lung ;

metodele de exploatare cu stîlpi ;

— metodele de exploatare cu camere și stîlpi.

În toate aceste cazuri, lucrările de pregătire sunt relativ reduse și executate chiar în stratul de cărbune. Ele constau din : galeria de transport, galeria de aeraj și suitori de legătură.

La metodele cu dirijarea acoperișului prin surpare se pot ivi situații în care lucrările de pregătire constau din executarea galeriilor de abataj și transport, cît și a rostogolurilor pentru cărbuni ori a galeriilor intermediare și a suitorului de circulație prevăzut cu două compartimente.

La exploatarea stratelor de cărbuni subțiri sau de grosime medie, lucrările de pregătire diferă în funcție de numărul de strate, distanța între strate și înclinarea lor, pregătirea putîndu-se face separat pe fiecare strat sau o pregătire comună.

Cînd distanța între strate este mare și au înclinare mică și medie, pregătirea separată a stratelor constă în executarea pe fiecare strat a unui plan înclinat de transport și a unuia sau două plane înclinate de circulație din care se execută galeriile direcționale de transport și de aeraj pe etaj (fig. 3.5).

La pregătirea în panouri, de la galeria transversală principală se sapă galeriile direcționale principale, iar din ele plane înclinate de panou, de transport și circulație. Pentru aeraj se execută puțuri scurte de aeraj pe fiecare strat.

Pregătirea comună a stratelor cu înclinare mică și medie se aplică la exploatarea a două sau cel mult trei strate de cărbuni. La pregătirea comună în etaje, planul înclinat de transport și de circulație se sapă numai în sterilul din culcuș. De la planul înclinat automotor, se sapă galerii transversale de etaj, din care, se sapă galeriile direcționale de etaj pe stratul de acoperiș.

Producția din stratul de acoperiș se dirijează pe galeria direcțională și transversală în galeria direcțională a stratului inferior numită galerie de concentrare de unde împreună cu producția stratului inferior se transportă pe planul înclinat automotor la orizontul principal de transport.

Fig. 3.5. Pregătirea separată a unui pachet de strate cu înclinare și grosime mică :

1 — galerie transversală principală; 2 — galerii direcționale principale; 3 — planuri înclinate de transport și circulație ; 4, 5 — puțuri scurte de aeraj ; 6 — galerie transversală de aeraj ; 7 — galerie direcțională de aeraj.

Pregătirea comună în panouri, a două sau cel mult trei strate, se face cu plane înclinate săpate pe fiecare panou de la nivelul orizontului principal de transport. Legătura între panouri se face prin galerii transversale intermediare săpate din galeria direcțională principală de transport a stratului din culcuș. Producția din stratul superior este dirijată în planul înclinat de transport al panoului și prin galeria transversală intermediară în galeria direcțională principală de transport din stratul inferior.

Pregătirea comună a stratelor cu înclinare mare constă în săparea în ambele părți de la galeria transversală de transport a fiecărui orizont a galeriilor direcționale pe fiecare strat, apoi se execută galeriile de concentrare și galeriile transversale intermediare.

3.2.2.2. Pregătirea în strate groase de cărbuni. Stratele groase se exploatează prin metode care împart grosimea stratului în mai multe felii orizontale sau pe înclinarea stratului, procedîndu-se apoi la extragerea fiecărei felii în parte. '

Lucrările de pregătire depind atît de numărul de felii în care se împarte stratul, cît și de felul cum sunt așezate aceste felii (orizontal sau înclinat).

La exploatarea prin felii orizontale, pregătirea stratului între două orizonturi se face prin două galerii direcționale săpate în culcușul stratului. Din ele se duc galerii transversale distanțate la 20. . și care se leagă între ele prin suitori, din care se pregătește fiecare felie orizontală prin preabataje.

3.3. Scheme generale de pregătire

Schemele generale de pregătire sunt definite de modul de amplasare a lucrărilor de pregătire față de zăcămînt.

Lucrările de pregătire pot fi amplasate în zăcămînt, în afara zăcămîntului sau parțial în zăcămînt și steril.

3.3.1. Pregătirea în zăcămînt

La această schemă, galeriile direcționale de etaj sunt amplasate în zăcămînt. După cum se arată în figura 3.6, aceste lucrări pot fi executate pe culcușul zăcămîntului (fig. 3.6, a), pe acoperiș (fig. 3.6, c) sau în mijlocul zacă-

Fig. 3.6. Lucrări de pregătire executate în zăcămînt:

a — amplasate pe culcuș ; b — în mijlocul zăcămîntului ;

c — amplasate pe acoperiș ; d — amplasate pe culcuș și

în zăcămînt.

mîntului (fig. 3.6, b). în ceea ce privește înclinarea, la zăcămintele subțiri la care suitorii se sapă pe linia de cea mai mare pantă la contactul zăcămîntului fie pe culcuș, fie pe acoperiș, înclinarea suitorului depinde de înclinarea zăcămîntului, iar dacă nevoile impun o înclinare mai mică, atunci suitorul se sapă oblic la înclinarea dorită în planul zăcămîntului.

La zăcămintele groase, suitorii se pot săpa în planul, zăcămîntului la o înclinare mai mare decît linia de cea mai mare pantă a zăcămîntului, ajungîndu-se pînă la verticală (v. fig. 3.6, d). în asemenea cazuri, suitorul este pornit din galeria direcțională de bază situată în culcușul zăcămîntului, iar capătul suitorului situat mai aproape de acoperiș sau la mijlocul grosimii zăcămîntului se unește cu galeria direcțională de cap printr-o scurtă galerie transversală în zăcămînt.

Pregătirea în zăcămint are avantaje în privința săpării lucrărilor și a valorificării produsului minier rezultat.

3.3.2. Pregătirea în afara zăcămîntului (în steril)

În multe situații nu este posibil sau nu este indicat să se facă pregătirea în zăcămînt. Asemenea cazuri apar atunci cînd zăcămîntul este mai puțin rezistent și nu asigură suficientă stabilitate lucrărilor de pregătire. Din această cauză, cheltuielile de întreținere devin costisitoare, iar numeroasele intervenții pentru reparare, rectificare, înlocuirea armăturilor etc. produc strangulări în circulație și transport, perturbînd astfel întregul proces de producție. După datele statistice, în asemenea împrejurări costul întreținerii galeriilor întrece de 5… 10 ori pe cel al galeriilor săpate în steril.

În afară de acestea, necesitatea lăsării de stîlpi de protecție în jurul lucrărilor de pregătire atrage după sine pierderi în zăcămînt, deoarece nu se pot extrage integral, și cheltuieli suplimentare pentru extragerea, pe lîngă greutățile ce survin în faza de lichidare a acestora.

În unele cazuri, amplasarea tuturor lucrărilor de pregătire în steril este impusă, în afara condițiilor tehnico-economice, de motive de siguranță în exploatare a zăcămîntului și a personalului, cum este cazul zăcămintelor cu tendințe de autoaprindere sau cu emanații puternice de gaze.

La pregătirea în steril, galeriile direcționale de bază și de cap și suitorii se sapă în steril în culcușul zăcămîntului și se leagă cu zăcămîntul prin scurte galerii transversale (fig.3.7).

3.3.3. Pregătirea mixtă

La această schemă, lucrările principale de pregătire, adică galeriile de bază și de cap se execută în steril, iar suitorii de legătură în zăcămînt și anume pe culcușul zăcămîntului (fig. 3.8). Legătura între galeriile de transport . și aeraj, suitorii de legătură se fac prin galerii scurte transversale.

Fig. 3.7. Lucrări de pregătire executate în steril.

Fig. 3.8. Lucrări de pregătire executate în steril și zăcămînt.

3.4. Clasificarea metodelor de pregătire

După cum s-a menționat, volumul ca și tipul lucrărilor de pregătire diferă foarte mult după metodele de exploatare aplicate. În schema de pregătire s-au arătat lucrările de pregătire ținînd seama de amplasamentul lor față de zăcămînt.

După condițiile de zăcămînt și lucrările principale de pregătire, metodele de pregătire pot fi clasificate luînd în considerare modul în care se face împărțirea cîmpului minier, deosebindu-se astfel trei metode :

pregătirea în etaje ;

pregătirea în panouri ;

pregătirea mixtă sau combinată.

Pregătirea cîmpului minier în etaje se aplică în special la exploatarea stratelor cu înclinare mare peste 45° și se realizează prin galerii direcționale de etaj ce se sapă din galeriile transversale de etaj. Ea se poate aplica și la zăcămintele cu înclinări mici sau medii dar cu extindere mică pe direcție. Pregătirea și împărțirea cîmpului minier în etaje este simplă, se execută într-un timp scurt însă prezintă unele dezavantaje din punct de vedere al transportului, el executîndu-se în general cu vagonete și necesită cheltuieli de întreținere mai mari.

Pregătirea cîmpului minier în panouri se aplică la stratele cu înclinare mică, medie sau orizontale. Această pregătire dă posibilitatea realizării unei linii active a fronturilor de abataj mult mai mari prin exploatarea simultană a mai multor porțiuni de panou, oferă condiții favorabile de folosire a transportoarelor cu bandă și cu raclete, care necesită o secțiune mai mică a galeriilor de transport, în schimb necesită un volum mai mare de lucrări de pregătire, transport mai greu al materialelor și utilajelor spre abataj și o schemă mai complicată de aeraj și cheltuieli de transport mai mari.

Pregătirea combinată a cîmpului minier constă în pregătirea în etaje a cîmpului din amonte și în panouri a cîmpului din aval.

Se aplică în cazul cînd cîmpul minier este deschis cu plane înclinate și cînd cu pregătirea în etaje s-a atins limita de adîncime a planelor înclinate.

După tipul, numărul și amplasamentul lucrărilor principale, metodele de pregătire se împart în :

metode de pregătire simple ; '

metode de pregătire combinate.

Fig. 3.9. Pregătirea cîmpului minier în panouri cu exploatarea pe o singură aripă :

1-galerie principală de transport; 2-galerie principală de aeraj ; 3 – plan înclinat de transport; 4 -plan înclinat de aeraj ; 5 -galerie de transport; 6 – galerii conjugate.

Fig. 3.10. Pregătirea zăcămîntului pentru exploatare fără împărțirea în panouri :

1 – puț principal; 2 -puț auxiliar ; 3- galerie principală de transport;4 -galerie principală de aeraj ; 5 — galerii de extragere.

Ca exemplu de metode de pregătire, figurile 3.9 și 3.10 redau pregătirea cîmpului minier în panouri cu exploatare pe o singură aripă și pregătirea simplă a zăcămîntului pentru exploatare fără împărțirea în panouri.

3.5. . Descrierea lucrărilor miniere de pregătire

3.5.1. Lucrări orizontale de pregătire

Profilul lucrărilor miniere de pregătire depinde de proprietățile fizico-mecanice ale rocilor, de mărimea presiunilor, de utilajul folosit etc. în funcție de aceste elemente se utilizează pentru lucrările de pregătire orizontale profile dreptunghiulare, trapezoidale, poligonale, boltite în arc și circulare.

Dintre acestea, profilul dreptunghiular și trapezoidal se aplică atunci cînd nu există presiuni mari din partea rocilor înconjurătoare. Susținerea poate fi făcută din lemn, metal, prefabricate și mixtă.

Celelalte profile, poligonale, boltite în arc și circulare, se aplică în cazul presiunilor mari.

3.5.1.1. Galeriile direcționale de pregătire. Se numește galerie direcțională, galeria săpată pe direcția zăcămîntului, în zăcămînt sau în steril, paralel cu zăcămîntul. Prin galeriile direcționale zăcămîntul este împărțit pe înclinare în etaje, subetaje sau panouri de exploatare. Cînd delimitează un etaj pe înclinarea zăcămîntului, el poate fi de bază, de cap sau de aeraj. Ele asigură în același timp transportul substanței mineriale utile sau al rambleului, aerajul, circulația personalului și cercetează zăcămîntul pe direcție ca grosime, conținut și deranjamente tectonice. Galeriile direcționale au o ușoară pantă de la extremitățile zăcămîntului spre galeria transversală de transport. Această pantă asigură scurgerea apelor și ușurează transportul vagonetelor pline. În general panta variază între 2. ..6%0. La alegerea pantei se ține seama ca efortul pentru coborîrea vagonetelor pline să fie egal cu efortul necesar pentru urcarea vagonetelor goale. O altă cerință este ca panta să fie uniformă pe întregul traseu al galeriei. întrucît la săparea lor în zăcămînt ele urmăresc toate sinuozitățile, pentru ușurința transportului, schimbarea de direcție trebuie să se facă prin curbe de rază corespunzătoare. La transportul cu locomotive raza de curbură trebuie să fie minimum la un ecartament de .

Secțiunea lucrărilor de pregătire orizontale depinde de caracteristicile zăcămîntului, consistența rocilor înconjurătoare, de mijloacele de transport al producției, materialelor și personalului și de cantitatea de aer ce trebuie să treacă prin aceste lucrări. În proiectarea lucrărilor se folosesc profile tipizate.

La zăcămintele cu afluență de apă, lățimea la bază a galeriei trebuie să permită și amenajarea canalului de scurgere dimensionat în funcție de debitul de apă.

În stratele subțiri de cărbuni cu înclinare mică și medie, galeriile de pregătire direcționale și de aeraj pot fi săpate printr-un front unic, abatîndu-se simultan stratul de cărbuni și rocile sterile, sau prin fronturi în trepte, abatîndu-se separat cărbunele și separat rocile sterile.

Săparea simultană se aplică la stratele de cărbuni cu grosimi pînă la . Ea prezintă avantajul unei organizări simple a lucrărilor, însă se pierde cărbune în steril.

La săparea cu frontul în trepte a galeriilor de pregătire, înaintarea se poate face cu front îngust sau cu front lat. Săparea cu front îngust se face în limitele profilului proiectat al galeriei, roca sterilă fiind transportată la suprafață. Se extrage întîi stratul de cărbuni și apoi, la o distanță în urmă de 1,5.. , roca sterilă. Amplasarea găurilor de împușcare se face pe un rînd, dacă stratul de cărbuni are grosimea pînă la (fig. 3.11) și pe mai multe rînduri la stratele mai groase de (fig. 3.12).

Fig. 3.11. Amplasarea găurilor In

stratele de cărbune cu o grosime de pînă la :

a — cu înclinarea găurilor într-un singur sens ; b — cu înclinarea găurilor în două sensuri.

Fig. 3.12. Amplasarea găurilor Ia stratele de cărbune cu o grosime de
peste :

a – cu înclinarea găurilor în două sensuri ; b – cu înclinarea găurilor într-un singur sens.

În cazul stratelor de grosime mică și cu înclinare mare sau al filoanelor, lucrările de pregătire orizontale se pot executa astfel încît zăcămîntul să apară în mijlocul secțiunii galeriei, sau să ocupe unul din pereții galeriei (fig. 3.13,a, b și c). Cînd zăcămîntul nu are o formă regulată, este faliat sau are ramificații sau mineralizări difuze în pereți, este indicată plasarea galeriei conform schemei care dă posibilitatea să se urmărească mai bine zăcămîntul.

Fig. 3.13. Amplasamentul galeriilor de pregătire în zăcăminte subțiri cu înclinare mare :a – cu stratul (filonul) în mijloc ;b – cu stratul (filonul) în peretele din culcuș ; c – cu stratul (filonul) în peretele din acoperiș.

Fig. 3.14. Plasarea galeriilor direcționale în zăcăminte cu grosime mare:

a și e — pe culcușul zăcămîntului ;b și d — în mijlocul zăcămîntului ;

c — pe acoperișul zăcămîntului.

La zăcămintele cu grosime mare, galeriile direcționale de bază se pot plasa la contactul cu culcușul, acoperișul zăcămîntului sau în mijlocul zăcămîntului în funcție de proprietățile fizico-mecanice ale zăcămîntului și a rocilor înconjurătoare, de înclinarea zăcămîntului și de metoda de exploatare aplicată (fig. 3.14).

Plasarea în acoperiș este aleasă numai atunci cînd culcușul zăcămîntului este alcătuit din roci moi iar acoperișul din roci mai rezistente sau atunci cînd apar unele mineralizări în acoperiș.

Plasarea galeriei în culcușul zăcămîntului este indicată atunci cînd este necesară urmărirea culcușului și reducerea înălțimii stîlpului de protecție de deasupra galeriei.

Plasarea la mijlocul grosimii sau aproape de mijlocul grosimii zăcămîntului este indicată la zăcămintele rezistente și care își mențin grosimea constantă.

Dacă grosimea zăcămîntului este variabilă se caută să se mențină constantă direcția galeriei, săpîndu-se străpungeri în ambele părți, dacă galeria este plasată în mijloc sau traversal pînă la marginea opusă în cazul plasării galeriei direcționale în culcuș sau acoperiș.

La grosimi foarte mari, pentru ușurarea transportului de la orizontul de bază la o anumită distanță se fac scurte traversări în care se amenajează rostogolurile pentru evacuarea substanței minerale utile sau se execută două galerii direcționale paralele unite prin străpungeri la anumite distanțe.

Săparea galeriilor direcționale în steril, deși costul săpării lor este mai ridicat în comparație cu săparea galeriilor direcționale în zăcămînt, se practică în cazul în care zăcămîntul este mai puțin rezistent și este fișurat, din care cauză este necesară întreținerea și refacerea de mai multe ori a susținerii galeriei. Pe lîngă cheltuielile mari de întreținere care uneori depășesc de 5.. .10 ori costul întreținerii galeriilor direcționale în steril, frecventele reparații produc greutăți în transport, influențînd negativ bunul mers al exploatării. Un alt considerent pentru care se recurge la săparea galeriilor direcționale în steril este evitarea stîlpilor de protecție din zăcămînt deasupra tavanului galeriei direcționale în care se imobilizează rezerve și care uneori nu se pot recupera în totalitate sau necesită cheltuieli suplimentare pentru extragerea lor.

Pe de altă parte galeriile în steril asigură un aeraj mai bun și o siguranță mai mare contra incendiilor subterane și în transport. Principalele dezavantaje ale săpării galeriilor direcționale în steril constau în cheltuielile mai mari pentru săpare și un timp mai lung de execuție. La plasarea în steril a galeriilor direcționale de bază, legătura cu zăcămîntul se face prin scurte galerii transversale care se sapă pînă în acoperișul zăcămîntului și în care se amenajează rostogolurile pentru minereuri sau cărbuni.

În anumite situații în afară de galeria direcțională în steril și de străpungerile respective se mai execută încă o galerie direcțională în zăcămînt, ceea ce permite organizarea transportului în ambele galerii în mod independent sau în circuit.

Tema nr.4

EXPLOATAREA ZĂCĂMINTELOR DE SUBSTANȚE MINERALE UTILE

4.1. Noțiuni generale

4.2. Principalele operații ale procesului tehnologic de extragere din abataje

4.2.1. Extragerea (tăierea) substanțelor minerale utile

4.2.2. Încărcarea și transportul în abataj

4.2.3. Susținerea abatajelor

4.1.Noțiuni generale

Metoda de exploatare cuprinde ansamblul lucrărilor de pregătire și de extragere propriu-zisă a substanței minerale utile din zăcămînt, executate într-o anumită succesiune în spațiu și în timp, așa încît să asigure o exploatare rațională a întregului zăcămînt sau a unei părți din zăcămint.

Prin metoda de exploatare trebuie să se urmărească realizarea unei securități depline a muncii și exploatarea economică și cît mai completă a zăcămîntului. Aplicarea unor metode necorespunzătoare condițiilor de zăcămînt poate provoca accidente grave și catastrofale, cu pierderi de vieți omenești și degradarea zăcămîntului (incendii, prăbușiri, alterări etc). Din aceste motive, considerațiile de tehnică a securității muncii trebuie să constituie elementul precumpănitor în stabilirea metodei de exploatare.

Metoda de exploatare este economică dacă asigură costul cel mai redus al producției și o valorificare cît mai complexă a zăcămîntului.

Valorificarea complexă la nivelul tehnicii actuale a zăcămîntului și extragerea cît mai completă a lui reprezintă problema de bază ale metodei de exploatare, nu numai sub aspect economic, dar și datorită faptului că rezervele zăcămîntului apar limitate în scoarță și nu se regenerează. În activitatea unei exploatări miniere pot să apară situații în care, urmărindu-se realizarea unui cost redus, se lasă neexploatate unele zone mai sărace, sau cînd exploatarea concomitentă a zonelor bogate și a celor mai sărace duc la o exploatare neeconomică. În asemenea situații, la stabilirea metodei de exploatare nu trebuie să se piardă din vedere posibilitatea de exploatare în viitor a acestor zone, astfel încît să nu se ajungă sub nici o formă la degradarea unor părți de zăcămînt.

Metoda de exploatare reprezintă, în esență, modul de organizare și coordonare din punctul de vedere al tehnicii miniere, a lucrărilor de pregătire și a operațiilor de producție necesare extragerii substanței minerale utile din zăcămînt.

4.2.Principalele operații ale procesului tehnologic de extragere din abataje

Procesul tehnologic de extragere din abataje cuprinde următoarele operații principale :

extragerea (tăierea) substanței minerale utile;

încărcarea și transportul acesteia din abataj ;

susținerea golului creat în urma tăierii în abataj ;

aerajul locului de muncă.

Fiecare din aceste operații de producție poate îmbrăca forme variate în timpul exploatării, dar rămîne în permanență într-o strinsă legătură cu celelalte.

4.2.1. Extragerea (tăierea) substanțelor minerale utile

Extragerea sau tăierea substanței minerale utile din zăcămînt se poate face prin diferite procedee : manual, mecanic și cu explozivi, în funcție de natura și tăria rocilor.

4.2.1.1. Extragerea manuală. Extragerea manuală constă în tăierea sau dislocarea rocilor cu ajutorul unor unelte manuale. Se practică astăzi pe o scară foarte redusă, la exploatarea rocilor moi și friabile, sau cînd se exploatează filoane foarte subțiri, la care se urmărește înlăturarea amestecului de minereu cu steril.

4.2.1.2. Extragerea mecanică. Se folosește pe scară largă la exploatarea cărbunilor, a substanței friabile și semitari, utilizînd mașini acționate cu aer comprimat, electric sau hidraulic, ca : ciocanul de abataj, mașina de havat, combine și. pluguri de cărbune.

Ciocanul de abataj este folosit frecvent la exploatările carbonifere pentru tăiere, în cadrul metodelor de exploatare în trepte răsturnate, folosind fețele de clivaj, iar în exploatările de minereu, la spargerea blocurilor mari de minereu sau rocă.

Mașina de havat (fig. 4.1) se folosește la tăierea făgașului în strate, de regulă la baza frontului, creîndu-se astfel a doua față liberă. Dislocarea din front a stratului de cărbune rămas în consolă se face apoi cu ciocanul de abataj sau cu găuri de mină și explozivi. Adîncimea făgașului este de 1,5. . și înălțimea de 12. . . Mașina de havat este acționată electric sau pneumatic și execută făgașul cu ajutorul unui braț prevăzut cu lanț fără fine și cuțite tăietoare. Deplasarea mașinii de-a lungul frontului se face cu ajutorul unui cablu care, sub acțiunea motorului mașinii, se înfășoară pe toba acesteia, avînd celălalt capăt fixat la o distanță de 25. . de-a lungul frontului de un stîlp de ancorare. Viteza lanțului cu cuțite este de 1. . .2 m/s, iar viteza de înaintare a mașinii de havat de 0,2.. .1 m/min. Mai răspîndite sunt havezele de tip KMP-1, KMP-3, MV-60 utilizate la exploatările carbonifere. Aplicarea havezelor este limitată în prezent la exploatarea unor zăcăminte de cărbuni și roci utile, locul lor ocupîndu-1 combinele.

Fig. 4.1. Mașină de havat cu braț și lanț :

1 — braț cu lanț tăietor ; 2 — cutie cu angrenaje ; 3 — motor ; 4, — cutia tobei pentru cablu ; 5 — cablu.

Fig. 4.2. Combina UKT-1 :

1 — freze frontale ; 2 — lanțul tăietor și transportor ; 3 — motor ; 4 — tobă pentru cablu ; 5 — sania pentru ghidaj.

Combinele spre deosebire de mașinile de havat, execută simultan trei operații : tăierea, încărcarea cărbunilor și transportul din abataj. După modul de construcție și funcționare, combinele se pot clasifica conform următoarelor criterii:

– după unghiul de înclinare al stratelor de cărbuni ; combine pentru strate cu înclinare mică, pînă la 25°; combine pentru strate cu înclinare medie,
pînă la 45° și pentru strate cu înclinare mare, peste 45°;

– după lățimea fîșiei tăiate : cu fîșii înguste sub și cu fîșii late peste Im;

– după schema de lucru : combine care taie frontul de abataj lateral numai într-un singur sens, combine care taie în ambele sensuri sau cu tăiere în suveică, ambele sensuri fără întoarcere la capete, funcționînd după schema de lucru în suveică ;

– după tipul organului de lucru : combine cu braț prevăzut cu lanț cu cuțite tăietoare, combine cu tobe sau bare cu disc, combine cu coroane sau freze, precum și combine cu organe de lucru combinate.

Dintre combinele ce acționează prin frezare se menționează combina UKT-1 (fig. 4.2), al cărei organ tăietor este prevăzut cu patru freze de forma unor furci așezate pe peretele frontal al mașinii, acționînd în plan perpendicular pe sensul de înaintare a mașinii. Combina funcționează productiv atît la curse ascendente, cît și la întoarcerea ei, în sensul descendent. În figura 4.3 este reprezentată schema de lucru a combinei UKT-1 care funcționează după principiul „suveică"

Pe același principiu lucrează și alte tipuri de combine : Gorniak, Sahtior, combina Joy, Komol etc.

În Româniă s-au introdus diferite tipuri constructive de combine de abataj : K- ; 1K-52 ; KS-1K ; KU-60 (fosta U.R.S.S.) ; KWB-2 (Polonia} ; Anderson (Anglia); ES-12OL (Germania); CA-1 și CA-2 (România), exploatările aparțin combinatelor miniere din Oradea, Ploiești și Motru.

În ultimul timp s-au construit combine cu unul sau două tambure elicoidale, bidirecționale și bifuncționale, cum este combina Anderson-Mavor (Anglia), folosită și la minele din bazinul Motru, în abatajele cu susținere CMA-2, și care realizează o adîncime de tăiere de , avînd puterea motorului de acționare de 170 kW (fig. 4.4).

Fig. 4.3. Schema de lucru a combinei UKT-1, care funcționează după principiul «suveică" :

1 — transportor ; 2 — combina UKT-1 ; 3 — sanie ; 4 — cablu de tracțiune ; 5 — stîlp. de ancorare.

În general, la alegerea tipului de combină trebuie să se țină seama de următorii factori : înclinarea și uniformitatea stratului de cărbune, grosimea și structura stratului, tăria cărbunilor și sorturile de cărbuni ce trebuie realizate.

Perfecționările aduse în ultima vreme combinelor constau în :

mărimea puterii de acționare, ajungînd pînă la 300 kW cu tendința de mărire în viitor pînă la 500 kW ; '

reglarea automată a avansului ;

— perfecționări aduse organelor de tăiere (numărul și forma tamburelor, geometria și așezarea cuțitelor etc).

Combinele cele mai folosite sunt cele care taie fîșii înguste cu deplasare de transportor în abatajele cu front lung, deplasarea combinei se poate face pe vatră sau pe transportor prin alunecare.

Fig. 4.4. Combina Anderson-Mavor.

Plugul de cărbune (fig. 4.5) se folosește în abatajele cu front lung, la exploatarea stratelor subțiri. Constă dintr-un bloc de oțel 1, care formează corpul propriu-zis al plugului, la care sînf montate cuțite tăietoare 2. Ele sunt trase de două trolii mecanice situate în galeriile de etaj, de-a lungul frontului de lucru, efectuînd o mișcare de dute- vino cu o viteză de 40. . . 60 m/min . În această mișcare, cuțitele tăietoare se înfig în cărbune și detașează așchii de 50.. și chiar mai mult după tăria cărbunelui.

Primele pluguri au fost aplicate între anii 1945 – 1950 în bazinele Donbass și Ruhr, la tăierea cărbunilor de tărie mică și medie.

Pentru aplicarea plugurilor și în cazul cărbunilor cu tărie mare s-au construit pluguri la care cuțitele au mișcări de percuție de o anumită amplitudine, numite pluguri dinamice. Acestea pot fi percutante sau vibrante. La plugurile percutante cuțitele sunt ținute în contact permanent cu stratul de cărbune și primesc lovituri prin pistoane sau alte mecanisme de lovire.

Fig. 4.5. Plug de cărbune Westfalia :

1 — bloc de oțel ; 2 — cuțite de așchiere ; 3 — .eormană ; 4 — transportor ; 5 — legătura cu lanțul ; 6 — ramura lanțului liber.

Plugurile vibrante au fie întregul corp al plugului prevăzut cu vibratoare cu mase excentrice, vibrînd astfel întregul corp, fie pluguri la care vibrează numai organul tăietor. Plugurile dinamice nu au dat rezultate pozitive, datorită construcției complicate și datorită energiei insuficiente de percuție și de aceea s-a căutat să se perfecționeze primul tip de pluguri, plugurile statice (fig. 4.6).

În timpul deplasării de-a lungul frontului, plugul este împins spre strat de către transportor, prin cricuri sau piese pneumatice.

Fig. 4.6. Schema plugului static de cărbune :1 — corpul plugului ; 2 — dispozitiv de curățire a vetrei frontului; 3 — cuțit; 4 — scripete pentru cablul de tracțiune ; 5 — cablu ; 6 — adîncimea tăieturii ; 7 — transportor.

După construcția organului de tăiere, plugurile statice pot avea organul de tăiere dintr-un cuțit-bloc sau cu dinți.

Plugurile cu dinți sunt mai des folosite și pot lucra fie după schema suveică, fie numai într-un sens cu avansarea de jos în sus, iar la cursa inversă execută curățirea și încărcarea cărbunelui pe transportor.

La abatajul prin hidromecanizare care se aplică în anumite condiții, detașarea rocilor sau a substanței minerale utile se face sub acțiunea unui jet puternic de apă sub presiune, folosindu-se în acest scop instalații speciale care alimentează cu apă hidromonitoarele din frontul de lucru. Acest procedeu de abataj se descrie în cadrul metodelor speciale de exploatare.

4.2.1.3. Extragerea eu explozivi. La exploatarea rocilor și a substanțelor minerale utile tari și foarte tari, procedeul de abataj cu explozivi este cel mai răspîndit. Se disting trei variante ale procedeului de abataj cu explozivi : cu găuri de mină obișnuite cu găuri lungi de mină și cu camere.de minare.

Abatajul cu găuri de mină obișnuite se aplică în general la exploatarea zăcămintelor de minereuri, cărbuni și alte substanțe minerale. În cazul exploatării prin felii orizontale cu trepte drepte, lungimea găurilor, ca și distanța dintre ele, variază după dimensiunile treptei și natura rocilor și a zăcămîntului. În roci și substanțe minerale utile moi distanța maximă dintre găurile de mină poate ajunge la 75.. .100% din lungimea găurii de mină. În rocile tari, distanța dintre găurile de mină este de 50% din lungimea găurii de mină.

În cazul frontului de abataj cu trepte răsturnate, găurile de mină se perforează orizontal, înclinat sau vertical (fig. 4.7 și fig. 4.8). Găurile orizontale prezintă o siguranță mai mare în timpul lucrului și oferă posibilitatea de a se perfora umed. În rocile moi este indicat să se perforeze găurile de mină scurte. La metoda de exploatare cu înmagazinare și subetaje, ce se aplică la exploatarea zăcămintelor filoniene cu grosime mai mare de , găurile de mină se execută orizontal, perpendicular pe fața frontului de lucru (fig. 4.9). În cazul metodei de exploatare cu subetaje cu avansarea direcțională a camerelor de abataj, găurile de mină se plasează în evantai (fig. 4.10).

Fig. 4.7. Schema de plasare orizontalâ a gaurilor de mina intr-un aba-taj cu trepte rasturnate :1 — rostogol de rambleu ; 2 — rambleu ; 3 — compartiment cu circulatie ; 4 —- rostogol de minereu.

În exploatările de cărbuni, cînd în stratul de cărbune se taie în prealabil făgașe cu haveza, găurile de mină se plasează în abatajul cu front lung pe un singur rînd sau pe două rînduri, după grosimea stratului. Dacă acoperișul este stabil, găurile de mină se dirijează în sus, iar dacă este slab, în jos. În abatajele cameră, găurile de mină se execută înclinat spre acoperiș (fig. 4.11 .si fie. 4.12). .

Fig. 4.8. Schema de plasare inclinata a găurilor de mina intr-un abataj cu trepte rasturnate :1 — rostogol de rambleu ; 2 — rambleu ; 3 — rostogol de minereu ; 4 —compartiment de circulație.

Fig. 4.9. Schema de plasare a găurilor intr-uii abataj cu subetaje și înmagazinare:1 — galerie de cap ; 2 — galerie de bază ;3 — abataj ; 4 — minereu; 5 — rambleu.

Indicatorii care caracterizează procedeul de abataj cu găuri de mină obișnuite sunt : productivitatea, minereului perforator, lungimea specifică a găurii de mină și consumul de exploziv.

Fig. 4.10. Schema de plasare a găurilor în evantai la metoda de exploatare cu galerii de subetaj.

Vig. 4.11. Schema de plasare a găurilor în stratul de cărbuni pentru un abataj cu front lung.

Fig. 4.12. Schema de plasare 'a găurilor în stratul de cărbuni într-un abataj cameră.

Productivitatea P a minereului perforator, exprimată în metri cubi pe post, se obține din raportul dintre numărul metrilor de gaură de mină formați într-un schimb I. și lungimea specifică de gaură de mină l, conform relației :

(4.1)

Lungimea specifică de gaură de mină reprezintă numărul de metri de gaură de mină .necesari pentru dislocarea unui metru cub sau a unei tone de masă minieră și se exprimă în m/m3 sau în m/t.

Consumul de exploziv q pentru un metru cub sau o tonă de masă minieră abatată este proporțional cu lungimea specifică de gaură de mină și se exprimă prin relația :

(4.2)

în care k este un coeficient ce depinde de lungimea și diametrul găurii de mină, lungimea încărcăturii și felul explozivului.

Abatajul cu găuri lungi de mină a găsit o largă aplicare la exploatarea zăcămintelor masive și tari, cu înclinarea de peste 50°, prin metoda de exploatare cu galerii de subetaj, precum și la lichidarea stîlpilor de protecție.

Răspîndirea procedeului cu găuri lungi se datorează posibilității de execuție a acestora prin folosirea tăișurilor de sfredel armate cu aliaje dure și productivități mari a abatajului cu găuri lungi.

Cantitatea de material produs pe metru de gaură de mină perforată crește aproape liniar pînă la lungimea de , după cum rezultă din datele statistice. Cu posibilitățile tehnice de astăzi, lungimea maximă care prezintă importanță din punct de vedere economic este de . Peste această lungime, creșterea cantității produse pe metru de gaură de mină perforată este mică în comparație cu creșterea lungimii găurilor de mină.

Așezarea găurilor lungi de mină se poate face în evantai sau în șiruri paralele. Ele se perforează din galeriile de subetaj în lungul lor sau din suitori și din nișe laterale (fig. 4.13).

Fig. 4.13, Schema de plasare a găurilor lungi la metoda de ex-
ploatare în subetaje,

Procedeul poate fi aplicat și în cazul zăcămintelor cu grosime de 2,5.. . ta zăcămintele groase (6…22 m), distanța transversală dintre două găuri lungi de mină este de 2…2,5 m in. Diametrul găurilor de mină este de 30. .. . Folosind forajul cu diamante, s-au forat găuri lungi cu diametrul de 80.. .

În cazul așezării paralele, pentru găuri lungi de mină cu lungimea de 45.. , coeficientul de încărcare a găurii de mină cu exploziv este de 85%, iar la așezarea în evantai de 70% și crește o dată cu lungimea găurii de mină.

Abatajul cu camere de minare constă în executarea unor excavații miniere — camere de minare — în care se introduc cantități mari de exploziv pentru dislocarea rocii, așa cum s-a descris în cadrul capitolului privind procedeul le extragere. Metoda se aplică special în exploatările la zi.

4.2.2. Încărcarea și transportul în abataj

Datorită mecanizării operației de tăiere în abataj, încărcarea ca și transportul reprezintă operații care necesită un volum mare de muncă. Modul de organizare ca și mijloacele pentru încărcarea și evacuarea materialului din front depind de condițiile de zăcămînt și de capacitatea de producție a abatajului.

Procedeele de încărcare și transport aplicate în abataj pot fi : manuale, gravitaționale și mecanizate.

4.2.2.1. Încărcarea și transportul manual. Procedeul manual se folosește cînd volumul substanței minerale utile este redus și nu justifică mecanizarea în abataj. Se execută cu lopata, roaba sau cu vagonetul. Pentru distanțe mici se folosește lopata, distanța maximă de lopătare fiind de 4.. . La distante mai mari pînă la 10. ; , transportul se face cu roaba, iar peste se utilizează vagonetele de abataj cu capacitate pînă la 0,8 t, cu pereți mobili, sau vagonete basculante, pentru a se putea descărca ușor.

4.2.2.2. Transportul gravitațional. Transportul gravitațional este transportul cel mai economic. El se aplică în lucrările de abataj, cînd zăcămîntul are o înclinare de peste 40…45°, evacuarea făcîndu-se prin rostogoluri 1 înclinări mai mari de 45°, pe scocuri fixe la înclinări între 30 și 40c și pe plane înclinate automotoare la înclinări între 20 și 30°.

La transportul gravitațional prin rostogoluri, acestea se proiectează astfel ca dimensiunea lor minimă să fie de trei ori mai mare decît dimensiunea maximă a blocurilor ce se transportă prin rostogol.

De regulă rostogolurile în abataj au dimensiuni de 70×70 cm sau de 1 xl și numai în cazuri excepționale dimensiuni mai mari.

4.2.2.3. Încărcarea și transportul mecanizat. Încărcarea și transportul mecanizat în abataj are o largă aplicare la exploatarea zăcămintelor carbonifere și mai restrînsă la minereuri, din cauza condițiilor de zăcămînt mai puțin favorabile.

La exploatările carbonifere, cînd stratele de cărbuni sînt orizontale sau cu înclinare mică, transportul se face cu ajutorul transportoarelor cu raclete al transportoarelor cu bandă, transportoarelor cu bandă din plăci metalice articulate sau al scocurilor fixe.

În exploatările de minereuri se folosește screperul, mașinile de încărcare cu siloz și autoîncărcătoarele.

Transportările cu raciete constau dintr-un jgheab fix format din mai multe elemente, de 2. . .2,5 m lungime, pe care sunt purtate raciete cu ajutorul unuia sau a două lanțuri calibrate sau cabluri, acționate de un motor electric de 10. …30 kW. Racletele se mișcă pe jgheaburi cu o viteză de 0,4. . .0,6 m/s. Jgheabul are secțiunea trapezoidală sau dreptunghiulară și se așază cu baza pe vatra abatajului.

Transportoarele cu raciete se folosesc la exploatarea stratelor cu grosimi de cel puțin , în fronturi de abataj, orizontale sau înclinate pînă la 25—30°, pe distanțe pînă la 100—120 m. Capacitatea de transport poate ajunge, după tipul de construcție, pînă la 250 t pe oră. În România se folosesc transportoare cu raciete fabricate de import.

Transportoarele cu raciete prezintă o serie de avantaje : montarea, demontarea și prelungirea lor se fac într-un timp scurt, iar mutarea spre front este simplă cu ajutorul împingătoarelor hidraulice ; datorită înălțimii mici, încărcarea cărbunelui se face ușor, o bună parte din cărbunele rabatat căzînd direct pe transportor.

Transportoarele cu bandă constau dintr-o bandă de cauciuc acționată de un motor prin intermediul unei tobe de fricțiune, așezată la capătul de descărcare al benzii. La celălalt capăt, banda trece pe o tobă de conducere.

Banda de cauciuc este confecționată din mai multe inserții de țesătură de cînepă și de bumbac, legate prin straturi de cauciuc. Se folosesc la transportul în galerii intermediare și colectoare, pe plane înclinate și galerii principale de transport.

Transportoarele cu bandă din plăci metalice articulate se construiesc de obicei pentru distanța pînă la . Plăcile metalice care formează banda se confecționează din tablă și sunt îmbinate cu ajutorul unui lanț, fixat pe partea inferioară a plăcilor. Se folosesc pentru transport la înclinări pînă la 18°, prezentînd avantajul că se înscriu mai ușor pe un traseu sinuos, în rora-parație cu transportoarele cu raciete și benzile de cauciuc.

Scocurile fixe sunt formate din elemente din tablă de oțel prevăzute la capete cu fier cornier pentru asamblare între ele.

Se folosesc în abataje cu înclinări mari, de peste 30°. Scocurile se fixează prin cabluri de oțel de susținerea abatajului.

Screperul și mașinile de încărcat cu siloz se folosesc în subteran la exploatările de minereuri, pentru evacuarea minereului din abataj, și la rambleierea spațiului abatat. Screperele au capacitatea cupei de 0,2. . .0,3 m3. Transportul se face în unghi sau în linie dreaptă pe distanțe pînă la 20. . , după configurația abatajului. Transportul cu screperul prezintă avantajul unde instalația este simplă, ușor de manevrat și are o capacitate mare de transport.

Datorită securității mai reduse și capacității de transport mai mici se înlocuiesc cu mașini de încărcat tip lopată mecanică simplă sau cu siloz.

4.2.3. Susținerea abatajelor.

În urma extragerii substanței minerale utile dintr-un abataj, starea de echilibru inițială a tensiunilor existente în rocile înconjurătoare se modifică. În mod normal, înainte de începerea excavației presiunea asupra zăcămîntului se exercită în mod uniform (fig. 4.14, a) pe cînd după executarea abatajului,, liniile de tensiune din roci se concentrează în jurul excavației (fig. 4.14, b) și se răresc treptat pînă la limita normală din masivul nederanjat, pe distanțe de 30…50 m. Ca urmare a stabilirii noului echilibru, în jurul abatajului și în masivul înconjurător se produc unele deformații. Dacă rocile înconjurătoare sunt tari, deformațiile sunt mici și excavația poate rămîne nesusținută, iar dacă rocile sunt moi, deformațiile sînt mai importante (ruperi, fisuri, căderi de blocuri) și abatajul trebuie susținut. Susținerea în abataje trebuie să asigure securitatea muncitorilor, condiții bune de lucru din punctul de vedere al aerajului și al spațiului necesar desfășurării lucrului, condiții pentru mecanizarea operațiilor de exploatare și pentru transportul materialelor de susținere. În afară de aceste cerințe, susținerea trebuie să fie simplă, ușor de pontat, economică, rezistentă și stabilă.

Fig. 4.14. Distribuția liniilor presiunii litostatice :

a — în masivul neatacat; b — după executarea excavației.

În practică se întîlnesc diferite moduri de susținere a abatajelor în funcție de natura materialelor de susținere folosite se poate face o clasificare largă a metodelor de susținere și anume :

susținere naturală cu stîlpi sau pilieri abandonați ;
— susținere artificială ;

susținere mixtă.

Susținerea naturală constă în lăsarea unor porțiuni de zăcămînt sub formă de stîlpi, care sprijină tavanul abatajelor.

Susținerea artificială cuprinde toate metodele care folosesc materiale de susținere aduse din afară : lemn, metal, rambleuri etc.

Susținerea mixtă folosește simultan stilpi de protecție din minereu abandonați și susținerea artificială.

Metoda de susținere cu stîlpi abandonați și metoda de susținere mixtă, precum și condițiile generale de aplicare se descriu în cadrul metodelor de exploatare. În ceea ce privește susținerea artificială, aceasta este în funcție de materialul folosit. La alegerea materialului și a modului de susținere în abataje trebuie să se aibă în vedere mărimea presiunii, viteza de avansare a frontului de abataj, metoda de dirijare a acoperișului și metoda de exploatare folosită. Ținînd seama de aceste elemente, în abataje se utilizează susținerea în lemn, susținerea metalică, susținerea mixtă din metal și lemn și susținerea ancorată.

In comparație cu mineritul metalifer, susținerea abatajelor in mineritul carbonifer pune o problemă mai grea și mai complicată din cauza rocilor înconjurătoare, care sunt mai puțin rezistente.

4.2.3.1. Susținerea în lemn. Lemnul, datorită proprietăților sale, a constituit primul material de susținere a abatajelor. Rezistența sa mare la compresiune și la încovoiere, calitatea de a nu se rupe brusc și de a avea o anumită capacitate portantă și după începerea ruperii, alături de posibilitatea de fasonare și confecționare a grinzilor și stîlpilor după nevoie, precum și posibilitatea realizării unei susțineri elastice și suficient de rigicfe, reprezintă însușirile principale calitative ale lemnului ca material de susținere. Cu toate aceste calități, lemnul nu poate fi considerat un material ideal pentru susținere, întrucît prezintă și dezavantaje foarte importante. Această susținere necesită un consum mare de lemn, neputîndu-se refolosi decît în proporție redusă, limitează posibilitățile de mecanizare a operațiilor de tăiere și evacuare a materialului util din abataje și nu permite nici mecanizarea operației de susținere. Datorită acestor inconveniente s-a căutat să se limiteze folosirea lemnului prin introducerea altor procedee de susținere : susținerea metalică, susținerea ancorată, fără însă a se putea elimina lemnul complet. Sunt situații în care condițiile de zăcămînt impun folosirea susținerii în lemn și anume în cazurle în care recuperarea susținerii metalice este greu de realizat, cînd variațiile de înălțime ale abatajelor depășesc posibilitățile de aplicare a susținerii metalice, în condițiile în care greutatea elementelor metalice e prea mare și la traversarea faliilor. Cele mai mari consumatoare de material lemnos sunt abatajele cameră, unde recuperarea elementelor metalice de susținere ridică încă probleme de rezolvat.

Susținerea în abatajele-cameră. Susținerea în abataje-cameră constă din cadre compuse dintr-o grindă lungă de , așezată pe 3—4 stîlpi înalți de . Stîlpii și grinzile au diametrul de, 18.. . Susținerea se face în cîmpuri de . Pereții și tavanul se căptușesc cu lătunoaie de brad.Pentru a împiedica deplasarea cadrelor, între ele se pun strîngători.

Executarea susținerii începe cu fixarea grinzii de cadrul anterior, cu ajutorul, unor scoabe sau furci speciale. După evacuarea cărbunelui din front se sapă scobituri în talpă și se fixează stîlpii. Este necesar ca aceștia să strîngă cît mai bine grinda la tavan.

În cazul stratelor groase și înclinate se pune problema susținerii porțiunii unghiulare de la acoperiș și de la culcuș. Dacă acoperișul este suficient de rezistent, susținerea lui în această porțiune se face cu grinzi înclinate cu un capăt în vatră și cu unul fixat de cadrul normal. Această grindă se întărește la mijloc cu un jug susținut de stîlpi scurți (fig. 4.15, a). în acest caz, extracția cărbunelui din această porțiune se face concomitent cu înaintarea frontului normal.

Fig. 4.15. Susținerea presiunii din acoperiș :

a — acoperiș rezistent.

Dacă acoperișul este slab, cărbunele se atacă transversal (dinspre abatajul-cameră spre acoperiș), pe porțiuni de cîte , iar acoperișul se susține cu cadre radiale (fig. 4.15, b).

Fig. 4.15. Susținerea presiunii din acoperiș :

b — acoperiș slab.

Susținerea porțiunii dinspre culcuș se face, în mod normal, cu grinzi sprijinite pe stîlpi, grinzile așezîndu-se pe direcția lungimii camerei. Susținerea punctelor de încrucișare dintre abataje și preabataje se face cu ajutorul unor. jgheaburi, iar primele 2—3 cadre din abatajul-cameră se așază în desiș sau în cîmpuri mici.

Fig. 4.16. Preabataj susținut cu cadre dreptunghiulare cu juguri.

În ceea ce privește preabatajele, avînd în vedere durata de funcționare relativ mare, acestea se susțin cu cadre dreptunghiulare (dacă presiunile sunt mari, se face o întărire suplimentară cu juguri, fig. 4.16) sau cu cadre trapezoidale (fig. 4.17).

Fig. 4.17. Preabataj susținut cu cadre trapezoidale întărite cu juguri:

1 – transportor cu raclete ; 2 – jug longitudinal.

Susținerea abatajelor cu front lung. Acest tip de susținere se aplică în funcție de grosimea stratelor.

Stratele subțiri cu înclinare mică (pînă la 30°) se exploatează de obicei prin abataje frontale pe înclinare.

Susținerea se face cu stîlpi și grinzi (fig. 4.18) cu bandajarea tavanului cu scîndură sau jumătăți de lemn rotund de brad. Grinzile au lungimi pînă la . Ele se așază paralel cu frontul de abataj, cînd acoperișul este suficient de rezistent și nu are crăpături (fig. 4.19, a). Cînd se aplică tăierea cu haveze sau combine, grinzile se așază perpendicular pe direcția frontului de abataj (fig. 4.19, b).

În mod obișnuit, executarea susținerii se face în felul următor : în momentul începerii tăierii cărbunelui din front cu ciocanul de abataj sau în momentul începerii perforării găurilor de mină, acoperișul trebuie să fie susținut pînă în imediata apropiere a frontului. După tăierea fîșiei se execută imediat susținerea noului spațiu excavat.

Fig. 4.18. Susținerea cu stîlpi și grinzi a unui abataj frontal pe înclinare, într-un strat subțire.

4.19. Schema de așezare a grinzilor jln raport cu frontul de abataj :

a — paralel cu frontul de abataj ; b — perpendicular pe frontul de a-bataj.

Dacă acoperișul este slab, tăierea cărbunelui se începe de la acoperiș, pentru a se putea monta grinzile, care se susțin pro vizoriu cu furci sau cu scoabe fixate în stîlpii șirului precedent. După tăierea completă și evacuarea cărbunelui din noua fîșie, se așază și stîlpii, definitivînd susținerea. Așa se procedează cu încă o fîșie, iar la a treia, sau cel tîrziu la a patra fîșie, se dublează susținerea prin așezarea stîlpilor într-un rînd sau două rînduri alăturate, numită susținere în orgă pentru a delimita linia de surpare a acoperișului.

Dacă presiunea este mai mare, susținerea se întărește cu juguri trase sub grinzi și așezate perpendicular pe direcția acestora.

Cînd grinzile sunt așezate perpendicular pe front, ele au un capăt introdus în scobituri orizontale adînci, săpate în acoperiș, iar cu celălalt capăt se sprijină pe stîlp. Grinzile se așază în mod alternativ, astfel ca în orice moment jumătate din numărul lor să se poată sprijini pe cel puțin doi stîlpi (v. fig. 4.19, b), în, vederea sprijinirii tavanului fîșiei în curs de exploatare.

Dacă acoperișul este constituit din roci mai rezistente și care se rup în blocuri mari, sau cînd se manifestă presiuni deosebite de mari, se întrebuințează cadre și stive de lemn sau stive umplute cu piatră (fig. 4.20). Stivele au și rolul de a crea o linie sigură de limitare a surpării în spatele frontului. Stivele se așază în linie dreaptă, paralelă cu frontul de abataj, la distanța de cel mult dublul grosimii stratului, sau alternativ pe două rînduri (fig. 4.20, a). Mărimea laturii stivelor pătrate este aproximativ egală cu grosimea stratului.

Fig. 4.20. Modul de așezare a stivelor în abatajele cu front lung :

a — stive pe două rînduri ; b — așezarea stivei față de frontul de lucru.

În cazul stratelor groase exploatate în felii, susținerea în lemn a fost înlocuită de susținerea metalică și se mai aplică numai în mod sporadic pentru condiții geologice deosebit de grele (falii sau dislocații tectonice, apofize, zone de surpare etc).

Tema nr.5

DIRIJAREA PRESIUNII ROCILOR ÎN ABATAJE.

RAMBLEIEREA

5.1. Presiunea rocilor în abataj

5.1.1. Ipoteza bolții de presiune

5.1.2. Ipoteze care presupun încovoierea stratelor din acoperiș

5.1.3. Alte ipoteze

5.2. Calcului presiunii miniere asupra susținerii în abataj

5.2.1. Calculul presiunii miniere pe susținerea obișnuită

din abataj

5.2.2. Calculul presiunii pe susținerea specială

5.3. Dirijarea presiunii acoperișului în abataje

5.1. Presiunea rocilor în abataj

În terminologia tehnică actuală, prin presiunea rocilor, denumită și presiune minieră, se înțeleg forțele existente în rocile care înconjoară o lucrare minieră. Această definiție nu contrazice definiția presiunii rocilor ca o stare de tensiune a masivului intact.

Mărimea presiunii rocilor și felul ei de manifestare depind de mulți factori : proprietățile fizico-mecanice ale rocilor din acoperișul direct și din zăcămînt, umiditatea, regimul apelor subterane, adîncimea de la suprafață, forma și mărimea abatajelor, ordinea de exploatare, viteza de înaintare, metoda de dirijare a presiunii etc.

Asupra modului de formare și manifestare în timp și spațiu a presiunii miniere s-au emis o serie de ipoteze, fără însă ca acestea să aibă un caracter general de aplicare.

Numărul mare de ipoteze, ca și modul diferit de explicare a fenomenelor se datorează varietății mari a condițiilor geologice și numărului insuficient de observații obținute prin aparatajul actual.

Ipotezele emise se pot grupa astfel :

-ipoteza bolții de presiune ;

-ipoteze ce presupun încovoierea stratelor din acoperiș;

-ipoteze diverse (ipoteza blocurilor articulate, împingerea plastică a rocilor, tasarea în trepte a prismelor înclinate de prăbușire etc).

5.1.1. Ipoteza bolții de presiune

Această ipoteză are la bază presupunerea că rocile în masiv se află în stare de tensiune și posedă o energie potențială. Prin executarea abatajului, presiunile care apar în acoperiș nu se pot transmite direct rocilor din culcuș, ci trebuie să fie preluate de noi puncte de reazem care mărginesc spațiul exploatat.

Conform acestei ipoteze, deasupra lucrării miniere se formează o suprafață în formă de boltă (fig. 5.1). În interiorul acestei suprafețe, tensiunea rocilor este mai redusă, iar la marginile ei iau naștere forțe de împingere mai mari decît cele existente în masivul neatacat și care echilibrează presiunea rocilor superioare și o transmit rocilor aflate la talpa bolții. După această teorie, asupra susținerii din abataj ar acționa numai presiunea provocată de greutatea rocilor situate în interiorul bolții de presiune, iar cealaltă parte a greutății rocilor se transmite asupra pilierului sau a rocilor surpate. La abatajele cu front lung, talpa din fața bolții se deplasează o dată cu avansarea frontului, pe cînd talpa din spate înaintează numai pe măsura tasării rambleului sau a rocilor surpate. De asemenea, pentru a preveni formarea unei
deschideri prea mari a bolții și dislocarea ei, trebuie să fie luate măsuri, ca : talpa din spatele bolții să fie cît mai aproape de front, printr-o rambleiere cît mai bună a spațiului frontului sau prin surparea rocilor din acoperiș. Ipoteza presupune că și în culcuș se formează o boltă de presiune, însă, din cauza acțiunii gravitației, sîmburele ei rămîne pe loc și nu acționează asupra susținerii (v. fig. 5.1).

Fig. 5.1. Bolta de presiune în acoperișul și culcușul stratului:

a — porțiunea frontală a bolții ; . boltă de presiune în culcușul stratului ; R — unghi de surpare. 1 — linia de reazem a bolții ; 2 — b — porțiunea din spate a bolții ;

Deși această ipoteză se bazează pe unele observații și măsurători, ea a fost combătută pentru faptul că, în abataje, la viteze mari de avansare a frontului de lucru, bolta nu mai are timp să se formeze ; ipoteza poate fi însă acceptată în cazul galeriilor.

5.1.2. Ipoteze care presupun încovoierea stratelor din acoperiș

Din această grupă fac parte :

ipoteza grinzii în consolă ;
–ipoteza undei de presiune ;

ipoteza încovoierii pe stratificație și a tasării rocilor

ipoteza fișurării prealabile.

Ipoteza grinzii în consolă. Această ipoteză admite că rocile din acoperișul direct lucrează ca o grindă în consolă, avînd un capăt încastrat între stratul de util și acoperișul principal, iar celălalt în consolă (fig. 5.2). În această situație, porțiunea din acoperișul direct cuprinsă între frontul de abataj și zona surpată este susținută de susținerea din abataj,

Fig. 5.2. Acoperișul direct sub forma unei grinzi în consolă :

m0 — grosimea stratului de cărbune ; m — grosimea acoperișului direct.

de forțele de coeziune ale rocilor din planul frontului de abataj x, y și de forțele de coeziune de la suprafața de contact x' – y' dintre acoperișul direct și cel principal.

Pe măsura avansării frontului de abataj, legătura dintre grinda în consola formată din acoperișul direct și acoperișul principal înspre, spațiul rămas liber după extragere, devine tot mai slabă și acoperișul direct se încovoaie sub acțiunea greutății proprii și în mod treptat apasă din ce în ce mai mult asupra susținerii cît și asupra frontului de abataj. Pentru înlăturarea acestei presiuni, capătul liber al grinzii în consolă se scurtează periodic prin surpări artificiale. Pe baza acestei ipoteze, acoperișul principal poate forma și el grinzi în consolă, care se încovoaie fără a se rupe, sau se rupe pe porțiuni mari. Această ipoteză explică concentrarea presiunii în porțiunea de util din fața frontului de lucru și distribuția diferită a presiunii în adîncimea asupra susținerii, în funcție de distanța de la front, însă nu explică exercitarea presiunii de reazem din spatele frontului.

Ipoteza undei de presiune. În această ipoteză se, consideră că acoperișul direct se comportă ca o grindă în consolă, care se încovoaie fără să se rupă. Această lăsare a acoperișului direct creează o presiune puternică asupra abatajului și este preluată de rambleul care se tasează și care contribuie la lăsata lină a rocilor, iar în stratul de util, pe o anumită distanță de front, iau naștere undele de presiune, sub acțiunea de pîrghie a acoperișului ce se află în consolă, deasupra abatajului. Aceste unde, provoacă modificarea grosimii stratului de util și se deplasează permanent pe măsura avansării frontului de abataj. Dirijarea presiunii după această ipoteză constă în alegerea corespunzătoare a distanței dintre front și zona rambleiată.

Ipoteza undei de presiune fundamentată teoretic de, G. Spaekler este combătută de unii cercetători, care consideră că formarea de îngroșări și subțieri ale stratului înaintea frontului se datorește presiunii de, reazem create în ipoteza bolții de presiune și nu a reacțiunii de pîrghie a acoperișului direct.

Ipoteza încovoierii pe stratificație și a tasării rocilor. Este varianta ipotezei grinzii în consolă. Autorii acestei ipoteze (Slesarev, K. Kegel, A. Labasse) consideră că rocile din acoperiș sunt alcătuite dintr-o serie de strate rare, pe măsura avansării frontului de lucru, se îndoaie și se surpă succesiv. Dacă tasarea rocilor poate fi menținută în anumite limite, astfel încît să .se păstreze integritatea acoperișului, atunci stratele încovoiate se prezintă ca niște strate „pod", sprijinite în față de masivul de util, iar în spate, de rocile surpate sau pe rambleul care se tasează. După această ipoteză, susținerea din abataje ar avea de suportat greutatea rocilor din acoperișul direct, pe grosimea de 6.. , cînd stratul de util are grosimea de .

În concluzie, pentru a reduce desfacerea stratelor din acoperiș, rambleierea trebuie să se facă repede și cît mai complet, să se utilizeze susținerea elastică cu capacitate portantă inițială ridicată și să se determine, prin experi- mentări viteza optimă de avansare a frontului.

Asupra acestei ipoteze s-au făcut obiecții privind mijloacele efective de determinare a planelor de separare a rocilor din acoperiș, deoarece în cazul rocilor tari situate la adîncimi mici formarea fisurilor de presiune, nu este posibilă, iar atunci cînd în acoperiș sunt șisturi argiloase fisurate, ele nu pot forma un sistem de strate încovoiate.

Fig. 5.3. Zonele de presiune în jurul frontului de abataj (după H. Labasse).

Ipoteza fisurării proalabile. Această ipoteză aparține lui H. Labasse care consideră că în jurul frontului de abataj se formează trei zone de presiune :

zona I, de presiune redusă, în care roca este puternic fisurată și deranjată ;

-zona a I I-a, de presiune mărită, de-a lungul
suprafeței învelitoare SE unde tensiunile σt și σr diferă între ele și în consecință este posibilă formarea fisurilor ;

-zona a IlI-a, cu presiunea aproape de cea normală, mărginită de suprafața limită de influență SLI. (fig. 5.3).

Potrivit ipotezei lui Labasse presiunea de reazem în fața frontului de abataj și în spatele lui, nu este creată de bolta de presiune, ci de straiele de roci care acționează ca o grindă în consolă.

Straiele supuse, fisurării în zona a II-a își pierd rezistența la tracțiune și rezistă la încovoiere numai datorită frecărilor sub influența eforturilor tangențiale mari. În funcție de gradul de fisurare grinzile în consolă ale straielor ce formează acoperișul au mobilități diferite din care cauză se formează golurile atingînd cîțiva centimetri (golurile lui Weber) care împreună cu fisurile natuale creează condițiile migrării gazelor și ale apelor în lucrările situate sub strate acvifere.

Potrivit ipotezei lui Labasse presiunea ultimului stîlp este de 1,2 din valoarea presiunii pe reazem, pe stîlpul mijlociu de 1/4 din valoarea presiunii pe reazem, iar pe stîlpul de lîngă frontul de abataj presiunea este egală cu zero.

5.1.3. Alte ipoteze

Ipoteza blocurilor articulate. Pe baza cercetărilor făcute cu materiale cchivalente se arată că surparea rocilor din acoperiș se produce pe două zone : zona dislocării neregulate 2, în care rocile care constituie acoperișul direct se surpă neregulat și zona superioară de mișcare regulată a rocilor 1, care formează acoperișul principal (fig. 5.4). În zona superioară, acoperișul se dislocă în blocuri , care se lasă în jos fără a se surpa izolat, avînd zone de contact între care nu-și pierd legătura, formînd un sistem articulat.

După această ipoteză, care de fapt reprezintă o generalizare într-o oarecare măsură a teoriei bolții de presiune și a grinzii în consolă, dimensionarea susținerii în abataj trebuie făcută ținînd seama de acțiunea reciprocă dintre blocurile în consolă și cele aflate în zona mișcării regulate, precum și de acțiunea grinzilor în consolă în zona surpărilor neregulate.

Fig. 5.4. Schema de formare și deplasare a blocurilor articulate :

1 — zona surpărilor regulate ; 2 — zona surpărilor neregulate.

Ipoteza împingerii plastice a rocilor din zona presiunii de reazem. Această ipoteză presupune că stratele de util și rocile steril din spațiul exploatat formează o masă de bulgări sau blocuri nelegate între ele, în care echilibrul se stabilește după legile mecanicii mediilor friabile. Pentru dimensionarea susținerii se ia masa rocilor dislocate, egală cu greutatea rocilor din acoperișul direct, la care se adaugă sarcina pe armătură dinspre partea zonei împinse.

Ipoteza tasării în trepte a acoperișului. Pentru stratele orizontale situate la adîncime mică, se presupune că la fiecare surpare a acoperișului se produc fisuri pînă la suprafață, formînd fîșii de roci de formă paralelipipedică, care se lasă în jos, acționînd asupra susținerii .din abataj (fig. 5.5).

Fig. 5.5. Tasarea în trepte a prismelor din acoperiș.

Din enunțarea acestor ipoteze cu privire la mecanismul de formare și manifestare a presiunilor în abataje rezultă importanța deosebită pe care o are studiul presiunii miniere, atît din punctul de vedere al securității muncii, al alegerii celei mai economice metode da exploatare, cît și al alegerii susținerii celei mai corespunzătoare, Din măsurătorile și observațiile făcute în subteran asupra presiunii miniere s-a ajuns la unele constatări de ordin general.

• În imediata apropiere a frontului de abataj, indiferent dacă spațiul excavat se rambleiează sau se surpă, presiunea este relativ mică și în unele cazuri, neînsemnată ;

În zona rambleiată sau surpată, pe măsură ce frontul de abataj avansează, presiunea crește. Ca urmare a acestei creșteri în abataj se pot produce brusc lovituri de acoperiș, degajări imense de gaze și scufundări ce pot ajunge pînă la suprafață ;

Susținerea în abataj nu suportă decît o mică parte din greutatea rocilor din acoperiș.

Pe baza ipotezei undei de presiune în abataj, presiunea variază după modul arătat în figurile 5.6.

În fața frontului, la distanța ce poate ajunge pînă la începe limita de influență de la care presiunea crește înspre front, în spatele frontului, în rambleuri, presiunea la început este slabă și apoi crește treptat pînă la presiunea normală.

După condițiile de zăcămînt, în diferite țări, se aleg metodele de exploatare bazate pe o ipoteză sau alta asupra manifestării presiunii în abataj. În fosta U.R.S.S. se aplică, destul de des, metodele de exploatare bazate pe ipoteza – încovoierii pe stratificație și a tasării rocilor, iar în Anglia cele bazate pe ipoteza bolții de presiune etc.

Fig. 5.6. Presiunea rocilor în abataj.

5.2. Calcului presiunii miniere asupra susținerii în abataj

Metodele de calcul al presiunii miniere diferă ca urmare a ipotezelor numeroase asupra mecanismului de formare a presiunii și a felului susținerii. De regulă, se calculează presiunea separat pentru susținerea-obișnuită din abataj și separat pentru susținerea specială (susținerea în orgă).

5.2.1. Calculul presiunii miniere pe susținerea obișnuită

din abataj

Presiunea aproximativă ce revine susținerii unei suprafețe de 1 m2 de abataj se calculează cu relația :

, (5.1.)

în care :

P este presiunea aproximativă pe abataj, în N/m2; h1— grosimea acoperișului direct, în m ;

ρa — densitatea aparentă a rocilor din acoperișul direct, în N/m3.

Cînd dirijarea presiunii se face prin rambleierea spațiului exploatat, presiunea P se poate calcula cu formula lui Protodiakonov :

(5.2.)

în care:

y – este înălțimea bolții de presiune deasupra abatajului, considerată în dreptul masivului de rambleu, în m.

Această înălțime se determină cu relația :

(5.3)

în care:

f este coeficientul de tărie a rocii ;

a – deschiderea bolții, în m (a = 60-80) ;

l1 – lățimea abatajului, în m ;

Tp -adîncimea de pătrundere a tensiunilor, în m.

(5.4.)

unde W este adîncimea lucrării, măsurată de la suprafață în m.

Dacă rocile acoperișului principal se rup în blocuri, care formează un arc pe măsura înaintării, presiunea pe de suprafață de abataj se calculează pentru două rînduri de stîlpi cu formula :

(5.5.)

unde:

iar pentru trei rînduri de stîlpi, cu relația :

(5.6.)

în relațiile de mai sus, notațiile au următoarele semnificații :

Q este masa blocului ce revine la de abataj, în N/m2 ;

b — distanța dintre frontul de abataj și rîndul al doilea de stîlpi, în m ;

c — distanța dintre frontul de abataj și mijlocul blocului rupt, în m ;

l — lungimea blocului, în m ;

a — distanța dintre frontul de abataj și primul rînd de slîlpi, în m ;

h — grosimea fîșiei de acoperiș, în m;

— greutatea volumică a rocilor din acoperiș, în N/m3;

— unghiul de înclinare a crăpăturilor de ruptură dintre blocuri, în grade.

Lungimea blocului se calculează cu relația :

(5.7.)

unde este limita de rezistență a rocilor la încovoiere, în daN/cm2.

După alți autori, modul de calcul se bazează pe ipoteza tasării în trepte a acoperișului. În cazul stratelor de cărbune orizontale sau puțin înclinate, cu o grosime mică sau medie, cu acoperiș direct format din roci omogene, fără acoperiș principal, folosind metode de exploatare cu surparea rocilor din acoperiș, coborîrea acoperișului se face pe măsura avansării frontului de abataj, prin desprinderea și alunecarea ușoară a fîșiilor prismatice ce vor apăsa asupra susținerii (fig. 5.7).

Fig. 5.7. Calculul presiunii rocilor asupra susținerii lucrărilor de abataj.

Greutatea G a unei fîșii prismatice, corespunzătoare la lungime a abatajului și la o deschidere L, este dată de relația :

(5.8)

Componenta greutății T după direcția de deplasare va fi :

(5.9.)

În care este unghiul de ruptură, de alunecare a prismei.

La deplasarea în jos a prismei se opune forța de frecare F de-a lungul planului de alunecare:

(5.10.)

Pentru ca prisma considerată să rămînă pe loc, trebuie ca

T=F, (5.11.)

sau:

respectiv :

(5.12.)

Dar, în calitate, nu se știe cînd va fi îndeplinită această condiție, și de aceea se folosește susținerea care va suporta o parte din greutatea prismei ,

Dacă se notează cu R reacțiunea verticală a susținerii, condiția prismei de rocă va fi :

(5.13.)

unde:

(5.14.)

Reacțiunea susținerii raportată la unitatea de suprafață a acoperișului este egală cu presiunea rocilor din acoperiș p și se determină, cu relația :

(5.15.)

În cazul existenței în acoperiș și a acoperișului principal, valoarea prismei se calculează după expresia

(5.16.)

care h0 este grosimea acoperișului direct care se surpă.

5.2.2. Calculul presiunii pe susținerea specială

Calculul presiunii pe susținerea specială se face pe baza ipotezei grinzii în consolă.

Pentru calcul sunt date relații care se folosesc cînd asupra susținerii exercită presiune numai rocile din acoperișul direct și relații pentru cazul cînd apare fenomenul de surpare secundară.

5.3. Dirijarea presiunii acoperișului în abataje

Mărimea presiunii în abataje variază, după cum s-a văzut, în limite largi și depinde nu numai de condițiile de zăcămînt, ci și de factorii tehnici care caracterizează metoda de exploatare : lungimea și înălțimea abatajului, viteza de avansare a frontului, mijlocul de lichidare a golului excavat etc.

Din observațiile culese asupra modului de manifestare a presiunii în abataj rezultă că, prin măsuri corespunzătoare, se poate influența în mod favorabil formarea și acțiunea presiunii miniere.

Ansamblul de măsuri ce se iau în scopul înlăturării acțiunii dăunătoare a presiunii și pentru folosirea ei la îmbunătățirea condițiilor de exploatare poartă denumirea de dirijarea presiunii acoperișului. Pentru aceasta, trebuie dirijate mișcările acoperișului direct în limitele abatajului și ale acoperișului principal astfel încît să se asigure un spațiu lîngă frontul de abataj corespunzător condițiilor de lucru.

La alegerea metodei de dirijare a acoperișului trebuie să se țină seama de caracteristicile rocilor care formează acoperișul, de ușurința cu care se surpă, de proprietățile fizico-mecanice ale rocilor din culcuș, de grosimea și înclinarea stratului productiv, metoda de exploatare adoptată, viteza de avansare a frontului de abataj, ordinea de exploatare a cîmpului minier.

Pentru dirijarea presiunii se pot aplica următoarele metode : prin surpare totală, prin surpare parțială, prin rambleiere parțială, prin lăsarea lină a acoperișului, prin rambleiere totală.

Avînd în vedere că surpabilitatea rocilor este principalul factor care influențează alegerea modului de dirijare a presiunii miniere, s-au adoptat diferite criterii de clasificare a rocilor după gradul de surpabilitate, astfel :

După rezistența de rupere la compresiune, se deosebesc :

roci foarte ușor surpabile, cu < 200 daN/cm2;

roci cu surpabilitate medie sau cu tendință de surpare, cu =200…800 daN/cm2;

roci greu surpabile, cu -> 800 daN/cm2.

După pasul de surpare ls, rocile se grupează în următoarele clase

foarte ușor surpabile, cu ls < ;

ușor surpabile, cu ls = 0,5.. ; ,

surpare moderată, cu ls = 2.. ;

greu surpabile, cu ls, = 5.. ;,

foarte greu surpabile, cu. ls > .

După datele experimentale și observațiile practice rocile sunt grupate în cinci clase :

I — ușor surpabile ;

II — surpabilitate medie-;

III— greu surpabile ;

IV— foarte greu surpabile ;

V — cu tendință de lăsare lină.

În baza acestor clasificări se pot rezolva problemele legate de dirijarea presiunii miniere, alegerea corectă a susținerii și a monografiilor de susținere pentru diverse tipuri de roci.

Tema nr.6

METODE DE EXPLOATARE

6.1. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere subțiri și

cu grosime medie

6.2. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere

cu grosime mare

6.1. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere subțiri și cu grosime medie

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

După înclinarea zăcămîntului și natura substanțelor minerale și a rocilor înconjurătoare se aplică fie metoda de exploatare cu stîlpi scurți, fie metoda de exploatare cu stîlpi lungi abandonați.

6.1.1. Metoda de exploatare cu stîlpi scurți abandonați. Se aplică la zăcămintele tabulare orizontale sau cu înclinare mică sau medie (pînă la 30°), (fig. 6.1).

Stîlpii scurți pot fi lăsați într-o anumită ordine, stîlpi scurți regulați sau neregulați. În primul caz se împarte zăcămîntul prin galerii după două direcții perpendiculare. Profilul galeriilor constituie însăși camerele de exploatare,iar porțiunile mineralizate, rămase în punctele de intersecție ale galeriilor, formează stîlpi regulați.

Dacă mineralizația este neuniformă, se lasă în mod neregulat stîlpi în zonele mai sărace din zăcămînt, așa cum s-a arătat la descrierea metodelor cu susținerea naturală.

Fig. 6.1. Metode de exploatare cu stîlpi scurți abandonați :

H — adîncimea de la suprafață pînă la planșeul camerelor ; h — înălțimea camerei ; d — lățimea camerei ; l — lățimea stîlpului.

Fig. 6.2. Metoda de exploatare cu stîlpi lungi abandonați.

6.1.2. Metoda de exploatare cu stîlpi lungi abandonați. Exploatarea substanței minerale se face în aceleași condiții ca și în cazul precedent. Galeriile care constituie camerele de exploatare propriu-zise se execută direcțional sau pe înclinarea stratului, lăsîndu-se între ele stîlpi lungi direcționali, abandonați (fig. 6.2). Dimensiunile galeriilor și ale stîlpilor lungi depind de natura zonei mineralizate și a rocilor din culcuș și acoperiș, în figura 1%3 este arătată varianta cu stîlpi pe înclinare aplicată la un zăcămînt de gips (fosta U.R.S.S.), cu grosimi de 15. . și înclinare de 2. . .3°. Pentru circulația între camere stîlpii sînt străpunși prin camere scurte.

Fig. 6.3. Metoda de exploatare cu stîlpi lungi pe înclinare aplicată la exploatarea unui zăcămînt de gips :

1 — cameră ; 2 — tavanul camerei.

6.2. Exploatarea zăcămintelor nemetalifere

cu grosime mare. Exploatarea zăcămintelor de sare

Pentru zăcămintele cu grosime mare, exploatarea se face în felii, lăsîndu-se planșee de siguranță între spațiul dintre felii și stîlpii de siguranță. Din această – grupă de zăcăminte nemetalifere fac parte și masivele de sare.

Extensiunea mare a masivelor de sare, cît și valoarea redusă a sării în comparație cu alte substanțe minerale, alături de alte particularități fizico-mecanice ale sării, impun alegerea unor metode de exploatare prin lucrări subterane și cît mai puțin costisitoare. Acest lucru este posibil întrucît, în marea majoritate, lucrările miniere pot fi executate în masivul de sare, fără a fi nevoie de lucrări pentru susținerea lor.

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

– metoda cu camere de profil trapezoidale și abataj descendent ;

– metoda cu camere de profil dreptunghiular și abataj ascendent.

Metodele de exploatare cu camere se folosesc, în general, în cazul zăcămintelor de sare curate sau cu puține impurități și cînd se urmărește obținerea sării sub formă de bulgări sau mărunțită. Cînd însă se urmărește obținerea sării sub formă de soluție sau sub formă de salamură concentrată, se aplică metoda de exploatare prin dizolvare. Aceasta din urmă se va trata în capitolul, metode speciale de exploatare.

6.2.1. Metoda de exploatare cu camere de profil trapezoidal și cu abataj descendent. În trecut, exploatarea zăcămintelor de sare din România noastră s-a făcut prin camere izolate începute direct de la suprafață sau prin camere
sub formă de con, butelie sau clopot, începute dintr-o lucrare de deschidere de la zi. Camera astfel începută se adîncea atît cît permitea condițiile naturale și cele de ordin tehnico-economic, după care se abandona și se trecea la exploatarea altei camere. Metoda de exploatare prin camere izolate realiza un coeficient de extracție foarte scăzut și prezenta o serie de neajunsuri de ordin tehnic și organizatoric. Din aceste motive s-a trecut la exploatarea prin camere de profil trapezoidal, care asigură mai bine securitatea exploatării, înlătură în bună parte neajunsurile camerelor izolate și permite realizarea în bune condiții a unui procent ridicat de sare bulgări (peste 70% din producția totală).

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

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

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

Pentru asigurarea aerajului și pentru salvare se execută tot în cadrul lucrărilor de deschidere o a doua ieșire, puț de aeraj sau galerie de coastă. Puțul sau galeria de aeraj se sapă concomitent cu puțul de extracție și chiar în avans față de acesta..

Schemele de deschidere a cîmpurilor de exploatare în adîncime pe două orizonturi (etaje) și a cîmpului de exploatare la un singur orizont sunt redate în figurile 6.4 și 6.5.

Galeriile de deschidere se sapă cu secțiunea dreptunghiulară, avînd lățjmea de 4.. .4,5 m și înălțimea de 2.. .2,5 m.

Fig. 6.4. Schema de deschidere a cîmpurilor de exploatare în adîncime pe două orizonturi (etaje).

Proiectarea acestor lucrări se face pe traseul, cel mai scurt de legătură dintre puțul de extracție și cel de aeraj în scopul de a asigura aerajul natural pentru celelalte lucrări din cîmpul de exploatare. Legătura între cîmpul de exploatare și puțul de extracție se face printr-o cameră specială, numită camera stației de încărcare-descărcare a puțului. Această cameră de profil dreptunghiular se adîncește cu puțul de extracție pe măsură ce se adîncește exploatarea, pentru ca nivelul acesteia să corespundă tot timpul cu cel al puțului și al camerei de exploatare. De aceea, puțul de extracție, pe toată porțiunea săpată în sare, are numai trei pereți, peretele din fața camerei fiind liber.

Fig. 6.5. Schema de deschidere a cîmpului de exploatare la un

singur orizont:

CD — camere de exploatare ; 1 — puț de extracție ; 2 — ca- mera stației de încărcare-des-cărcare : 3 — puț de aeraj ; 4 — puț orb de salvare.

Ca amplasament, puțul de extracție poate să fie săpat în masivul de sare sau în afara acestuia.

În scopul împiedicării infiltrației apelor de suprafață în zăcămînt, deasupra primului orizont de exploatare se lasă un planșeu de protecție de 20… grosime. Dacă exploatarea se face în cîmpuri de exploatare pe verticală, între orizonturi se lasă, de asemenea, planșee a căror grosime este cuprinsă între 10 și .

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

Galeriile de trasare sunt plasate în axul viitoarelor camere de exploatare, avînd secțiunea de 10×2,5 m2. Săparea lor se poate face în două variante : săparea inițială a galeriei cu secțiunea de 4,5×2,5 și apoi lărgirea acesteia la (deschiderea admisă pentru tavanul camerei de exploatare), sau săparea de la început a galeriei de trasare la secțiunea de 10×2,5 m2. A doua variantă este mai economică decît prima, însă necesită utilaj corespunzător pentru săpare. Operația de săpare pe secțiunea de 10 X constă din tăierea făgașului orizontal la talpa galeriei și a făgașelor verticale la pereți, cu ajutorul mașinii de havat cu braț și lanț, după care se perforează găurile de mină ce se încarcă cu exploziv și se împușcă. Materialul rezultat în urma exploziei se sparge în bucăți mai mici și se evacuează. După aceea, se face cioplirea tavanului fie manual, fie mecanic, cu mașini de havat speciale. Cioplirea se execută în scopul de a înlătura blocurile de sare incomplet desprinse din tavan în urma împușcării și de a permite observarea eventualelor fisuri ce apar în tavan în timpul săpării sau după terminarea lucrărilor de deschidere și pregătire. .

Tema nr.7

EXPOATAREA ROCILOR ORNAMENTALE ÎN SUBTERAN

7.1. Noțiuni generale

7.2 Deschiderea zăcămintelor de roci ornamentale

7.3. Metoda de exploatare cu camere și stîlpi abandonați

cu secțiunea pătrată

7.4. Varianta de exploatare cu perforare ștanțare

7.5. Varianta de exploatare cu haveze

7.6. Varianta cu filou diamantat

7.7. Metoda de exploatare cu camere și stîlpi abandonați cu

Secțiunea dreptunghiulară

7.1. Noțiuni generale

Exploatarea rocilor ornamentale în subteran pentru obținerea blocurilor industriale a fost și este practicată în multe țări, existînd în acest domeniu o experiență remarcabilă. Exploatarea, în subteran a devenit posibilă, mai ales după ce .s-au înregistrat progrese considerabile în tehnica abatării. În prezent, adoptarea unor mașini cu productivitate ridicată în tăiere, la exploatarea unor zăcăminte de roci ornamentale, face posibilă competitivitatea producției de blocuri industriale realizate din exploatarea în subteran.

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

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

Relieful în care este cantonat zăcămîntul poate contribui,de asemenea,hotărîtor în alegerea exploatării în subteran. Dacă acesta este accidentat, cu pante foarte abrupte, nu se pot realiza platforme cu dimensiuni suficient de mari pentru o exploatare mecanizată în carieră pe de o parte, pe de altă parte, păstrarea unor pereți verticali cu înălțime mare, de cele mai multe ori, reprezintă un pericol permanent din punctul de vedere al securității miniere datorită faptului că nu pot fi menținuți sub un control eficient.Zăcămintele care sunt situate la altitudini mari, unde iarna se instalează timpuriu și are durată mare, este preferabil să se exploateze subteran, dacă întrunesc celelalte condiții, deoarece exploatarea se poate desfășura normal,independent de anotimpuri.Pentru a se putea adopta una din metodele de exploatare în subteran a rocilor ornamentale, zăcămîntul trebuie să îndeplinească o sumă de condiții care să asigure securitatea muncii, să elimine necesitatea susținerii lucrărilor miniere, să nu determine modificări nedorite ale terenului de la suprafață care ar afecta obiectivele existente în zonă (construcții de orice fel, cursuri de apă ș.a.).

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

forma și dimensiunile zăcămîntului;

relieful în care este cantonat zăcămîntul;

— proprietățile fizice și mecanice ale rocii utile, precum și ale rocilor înconjurătoare ;

— volumul de producție finită (blocuri industriale) care se poate obține din unitatea de volum de rezerve excavate;

— situația suprafețelor de minimă rezistență pe care le conține zăcămîntul (suprafețe de stratificație, plane de fisurație naturale, suprafețe de clivaj, zone de carsturi etc).

Punerea în aplicare a unei metode de exploatare în subteran la un zăcămînt dat este precedată de un studiu geoinecanic precum și de lucrări miniere experimentale prin care să se verifice parametrii principali ai metodei de exploatare.În cadrul exploatării zăcămintelor de roci ornamentale în subteran, ne vom ocupa de două metode principale cu aplicabilitate mai frecventă și care pot fi clasificate în subvariante în funcție de metoda de abatare adoptată. Metodele de exploatare în subteran sunt aplicate numai în zacăminte metamorfice și sedimentare, rocile magmatice fiind exploatate 1a zi.Metodele de exploatare pe care le vom descrie sunt următoarele :

— metoda de exploatare cu camere și stîlpi abandonați cu secțiunea pătrată:

— metoda de exploatare cu camere și stîlpi abandonați cu secțiuneadrept unghiulară.

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

7.2.DESCHIDEREA ZĂCĂMINTELOR DE ROCI ORNAMENTALE

În funcție de relieful în care este cantonat zăcămîntul, există, mai multe posibilități de a executa lucrările de deschidere. Dacă zăcămîntul este cantonat într-o zonă situată deasupra nivelului solului și prezintă versanți înalți, deschiderea se realizează cu galerii de coastă. 0 galerie de coastă asigură deschiderea rezervelor situate în etajul pe care-1 deservește. Pentru punerea în exploatare a rezervelor situate în etajul imediat inferior, se sapă o nouă galerie de coastă. Lucrarea de deschidere trebuie să fie racordată la căile de comunicație existente în zonă (drum, cale ferată) prin plane înclinate, releu de minerale sau alte mijloace. Racordarea are ca scop asigurarea transportului în și din subteran a utilajelor, producției și a rocii mărunte, dacă aceasta nu poate fi în întregime depozitată în subteran, înălțimea unui etaj este stabilită prin studiul geomecanie pentru fiecare zăcămînt în parte și reprezintă suma înălțimii abatajului cameră și al grosimii planșeului.

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

În figura 7.1 este prezentat schematic modul de deschidere al etajelor inferioare cu plan înclinat (orb) în situația că etajul E1 este deschis prin galerie de coastă. Săparea planului înclinat ca și a lucrărilor de pregătire se realizează înainte ca rezervele din etajul E1 să se epuizeze. Producția din etajul E2 se transportă la suprafață prin planul înclinat.

Avînd în vedere durata mare de utilizare a lucrărilor de deschidere și importanța lor, acestea se protejează cu pilieri de siguranță dimensionați corespunzător.

Deschiderea cu puț săpat de la zi este redată în figuri 7.2. Alegerea amplasării puțului se face în așa fel încît prin adîncirea lui treptată să se asigure accesul pe întreaga adîncime cu rezerve exploatabile.

Fig. 7.1. Exemplu la deschiderea etajelor inferioare cu plan Înclinat (orb).

E1… E4 — etaje; a — acoperiș roci sterile: S — slilpi părăsiți; p — plan înclinat ; Pe1 . .. Pe4 — planșee.

Fig. 7.2. Exemplu !a deschiderea etajelor cu puț la zi : a — acoperiș roci sterile ; c—cameră :

Ei …. E;4 — ETAJE: p — p uț ; PE1 ….pE4— planșoc : S — slilpi.

La nivelul fiecărui etaj, în dreptul puțului, se construiește o rampă prin care să se poată tranzita producția de materiale.

7.3 METODA DE EXPLOATARE CU CAMERE ȘI STÎLPI ABANDONAȚI CU SECȚIUNEA PĂTRATĂ

Înțelegem prin exploatarea subterană a unui zăcămînt de roci ornamentale, totalitatea operațiilor și lucrărilor miniere care se execută pentru a obține un produs finit avînd caracteristici dimensionale prestabilite. În ce privește natura produsului finit, acesta poate fi un bloc industrial destinat prelucrării ulterioare, sau pot fi blocuri cu dimensiuni reduse utilizate ca atare în construcții.

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

Lucrările miniere de_pregătire, ca și cele de exploatare se sapă pînă la limitele perimetrului cu rezerve omologate, considerat în plan longitudinal și transversal, astfel încît rezervele să fie exploatate integral cu excepția volumului cuprins în stîlpi. Stîlpii, avînd secțiunea pătrată, au rolul de a prelua forțele care se manifestă asupra tavanului și de a asigura securitatea lucrărilor miniere pe toată durata exploatării rezervelor (fig. 7.3).

Fif. 7.3. Metoda de exploatare cu camere și

stflpi părăsiți cu secțiunea pătrată : E — etaje ; p — planșeuri; S — stîlpi.

După exploatarea rezervelor situate la nivelul unui etaj, exploatarea este continuată într-un etaj situat sub cel inițial, în același fel după ce s-au executat lucrările de deschidere și pregătire. Între etaje se păstrează un planșeu, iar stîlpii din primul etaj se păstrează în prelungire, astfel încît să se suprapună perfect.

Adoptarea metodei de exploatare cu camere și stîlpi părăsiți cu secțiunea pătrată este, așa cum s-a amintit, precedată de studii geomecanice prin care se dimensionează toate lucrările miniere.

In cazul multor zăcăminte, avînd condiții adecvate, exploatarea camerelor începe de la zi cu săparea în prealabil a unor galerii scurte de pregătire (galerii de coastă), care se armează la intrare cu zidărie sau cu beton armat, pentru a se asigura integritatea lor pe durata exploatării (fig. 7.4).

Fig. 7. 4. Exemplu de deschidere și exploatare

a unui zăcămînt în subteran. L— lungimea și lățimea camerei; S—stîlpi.

Funcție de mijloacele cu care se realizează abatarea rocii, la aceasta metodă de exploatare se evidențiază trei variante:

varianta cu perforare-ștanțare;
– varianta cu haveze;

-varianta cu filou diamantat.

7.4.VARIANTA DE EXPLOATARE CU PERFORARE-ȘTANȚARE

Referindu-ne la schema din figura 7.5, camera este caracterizată dimensional prin cele trei elemente, exploatarea ei realizîndu-se pe porțiuni care reprezintă felii considerate în plan vertical, excavate din lungimea L. Grosimea acestei felii, în funcție de caracteristicile rocii este de 1 – .

Fig 7.5. Detaliu la metoda de exploatare cu camere și slîlpi părăsiți eu secțiune pătrată — varianta de perforare mecanică cu sau fără stanțare :

L, I,i—lungimea, lățimea și înălțimea camerei; a — adineimea de perforare a camerei; .S – stîlp.

Dimensiunile camerei de exploatare, așa cum sa arătat, se stabilesc pentru un zăcămînt dat prin studii geomecanice. În principiu, înălțimea, camerei i se împarte în două sau mai multe părți, iar lățimea l, în funcție de lungimea necesară la care trebuie realizate blocurile. În figura 7.5 esie redat în detaliu o schemă exemplu pentru cazul cel mai simplu.

Pe aliniamentele AB, CD, EF, A E, GH, IJ și DF se perforează găuri la echidistanțe, coplanar. În unele roci, blocurile se pot detașa din masiv fără a fi necesară și operația de stanțare. În general însă aceasta se execută asigurînd astfel crearea a cinci suprafețe libere pentru toale blocurile.

Detașarea blocului, / (fig. 7.5), se realizează mai greu datorită faptului că, în spate, cea de a șasea față liberă trebuie realizată prin rupere. Ruptura se provoacă prin introducerea penelor de oțel în găurile sub fanta stanțată, succesiv, pe aliniamente opuse. După producerea rupturii, extragerea blocului se face paralel cu suprafețele ștanțate pentru a reduce la minimum forțele de frecare. În acest scop, se practică în mijlocul suprafeței anterioare a blocului cu șprițul, o gaură pentru introducerea gripiei de care apoi se ancorează un cablu și se tractează cu un mijloc adecvat, (troliu manual sau electric). Blocul din poziția 2 se va putea extrage mai ușor prin același procedeu, cu deosebirea că dacă ruptura pe fața din spate nu se produce ușor, se pot perfora, eîteva găuri scurte în planul de rupere, accesul fiind asigurat de lipsa blocului din poziția 1. Toate celelalte blocuri se detașează și se excavează în același fel. Se impune menționat faptul că dacă înălțimea camerei este mare și trebuie împărțită în mai mult de două, atunci exploatarea ei se va realiza în felii succesive, descendent.

Pentru exemplificare se poate cita cazul zăcămîntului de calcar de (Franța,) unde s-a aplicat această variantă (fig. 7.5). Zăcămîntul este constituit din calcar oolitic vacuolar (CaCO3 98 — 99 %) сu oolite avînd un diametru mediu de .

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

V'i'j,. 7.6. Schemă de lucru la vurinta de exploatare eu haveze : S – slilp.

Roca măruntă, rezultată în timpul exploatării, se depozitează în zonele exploatate, astfel încît să nu blocheze căile de transport. Volumul care nu poate fi depozitat în subteran este evacuat, la suprafață pe plan înclinat și puț, deschiderea zăcămîntului fiind realizată, cu aceste lucrări.

Stîlpii abandonați cu secțiunea pătrată au latura de , iar 1ățimea camerelor se menține la . În urma perfecționării și adaptării havezelor pentru lucrul în subteran, metoda de exploatare sa păstrat, modificîndu-se numai varianta.

7.5.VARIANTA DE EXPLOATARE CU HAVEZE

Atît în zăcămintele sedimentare cît și în cele metamorfice, varianta asigură, obținerea unor productivități superioare, față de varianta prezentată anterior.

În această variantă, exploatarea urmărește detașarea blocurilor industriale din masiv prin efectuarea tăieturilor pe cinci fețe, sau chiar șase. Schematic varianta este prezentată în figura 7.6 și constă în executarea următoarelor operații:

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

tăierea în plan vertical, între tavan și vatră, pentru crearea a două suprafețe libere între stîlp și blocul 2;

tăierea în plan vertical, între tavan și vatră, al celui de al treilea făgaș 3, care crează două suprafețe libere; unul pentru, blocul 1 și altul pentru blocul 11.

Urmarea realizării acestor operații, blocul 1 este înconjurat de cinci suprafețe libere. În roci cu tărie mică, detașarea din masiv se realizează cu motostivuitoare de construcție specială, echipate cu furcă și berbec. Berbecul acționînd cu o lovitură puternică asupra blocului, în sensul indicat de săgeată, produce ruperea blocului la tavan și căderea lui pe furca motostivuitorului. Acest utilaj evacuează blocul industrial la punctul de recepție de la zi, sau din subteran.

Dacă forța necesară pentru desprinderea blocului este mai mare decît posibilitatea motostivuitorului, se realizează o tăietură în plan orizontal și la tavanul 4 înainte ca blocul să se desprindă de la tavan, se introduce furca motostivuitorului în făgașul de la bază, sau se asigură păstrarea făgașului cu alte mijloace în vederea încărcării ulterioare a blocului pe furca motostivuitorului.

În figura 7.7 este redat un exemplu de aplicare a metodei de exploatare cu camere și stîlpii părăsiți, cu secțiunea pătrată (după A. Herkeck). Metoda este aplicată într-un zăcămînt constituit din strate cu înclinare mică. Caracteristic pentru acest exemplu este modul de exploatare a camerelor în felii, descendent, păstrînd stîlpii.

Fig.7.7 Metoda de exploatare cu ca-

mere și stilpi părăsiți cu secțiune pă-

Irată (după A. Herbeck) :

S — stîlpi.

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

Exploatarea este situată la circa sub nivelul suprafeței, zăcămîntul fiind deschis prin puț. Dimensiunile camerelor sunt următoarele: 1ățimea și înălțimea . Stîlpii au secțiunea pătrată cu latura de . Exploatarea camerelor se realizează cu Haveze. Pentru detașarea blocurilor din masiv se realizează trei tăieturi orizontale: două tăieturi paralele la vatră la distanța de 25 — între ele și a treia la tavan. Placa de la vatră se îndepărtează, apoi în locul ei se introduc bile de lemn. Tăierea blocului la tavan are loc numai după ce bilele au fost introduse.

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

7.6.VARIANTA CU FILOU DIAMANTAT

Această variantă se aplică de cîțiva ani în unele zăcăminte de marmură din Carrara (Italia) după ce filoul cu cablu diamantat a fost perfecționat.

Dacă ne referim la exemplele din figurile 7.6 și 7.7, la varianta cu haveze, principial varianta cu filon nu diferă decît prin specificitatea tăierii cu cablu diamantat. Modul de utilizare și de lucru al filoului cu cablu diamantat au fost descrise la metoda de exploatare cu felii orizontale. În situația exploatării în subteran cu metoda de exploatare descrisă, tăieturile în plan orizontal (la vatră și tavan), respectiv tăieturile verticale, se realizează cu filoul cu cablu diamantat.

Varianta poate fi aplicată atît în cazul zăcămintelor stratificate cît și nestratificate. Condiția esențială pentru aplicarea variantei este existența suprafeței superioare libere, aceasta realizîndu-se de obicei prin una din celelalte variante prezentate (fig. 7.5).

7.7. METODA DE EXPLOATARE CU CAMERE ȘI STÎLPI ABANDONAȚI CU SECȚIUNEA DREPTUNGHIULARĂ

Această metodă de exploatare se deosebește de precedenta prin forma și dimensiunile stîlpilor abandonați care prin aceste caracteristici oferă posibilități de aplicare în zăcăminte diversificate din punctul de vedere al caracteristicilor geologice și miniere. În cazul acestei metode de exploatare pot fi aplicate variantele de perforare-stanțare, cu haveze și cu filou diamant at.

Schematic metoda de exploatare este redata în figura 7.8. Detaliile de lucru la toate variantele sunt asemănătoare cu cele descrise la metoda de exploatare cu camere și stîlpi părăsiți cu secțiunea pătrată.

Fig. 7.8. Metoda de exploatare cu camere și stîlpi

părăsiți cu secțiunea dreptunghiulară :

S — slilpi.

Metoda de exploatare cu camere și stîlpi lungi poate fi considerată ca un caz particular metodei cu camere și stîlpi cu secțiunea dreptunghiulară avînd o arie de răspîndire redusă (fig. 7.9).

Fiși. 7.9. Metoda de exploatare cu camere și slîlpi lungi.

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

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

Procedeul cel mai des folosit pentru susținerea tavanului este cel cu ancore. Acesta asigură o susținere definitivă bună, se realizează în timp scurt și cu cheltuieli minime în comparație cu alte procedee.

Fig 7.10. Cap pentru fixarea ancorelor din cabluri uzate: 1 -pana; 2 -cablu uzat; :3 – manșon ; 4 -are; 5 – oprilnr

Ancorele (fig. 7.10) se confecționează dn cabluri de oțel ieșite din uz avînd capetele de fixare în rocă prevăzute cu pene metalice, manșon cochilie cu nervuri exterioare, stabilizate într-o poziție determinată prin arcuri. Pentru fixarea ancorelor în tavanul lucrărilor miniere, se perforează găuri, apoi capetele ancorelor se întroduc în aceste găuri luînd măsura de a sprijini opritorul resortului cu o tijă din metal. Așa cum rezultă din figura 7.11 prin montarea celor două capete ale ancorelor, trebuie să se realizeze în lungul zonei periclitate un sistem de grinzi din cabluri care să protejeze tavanul împotriva surpării.

FiiS.. 7.11. Susținerea tavanului cu ancore

c-cabluri așezate în lungul tavanului ; S – stîlpi

Bibliografia

1.Aron Popa, Ilie Rotunjeanu,Victor Arad,Ion Găf-Deac.

Exploatări miniere. Editura didactică și pedagogică,

București –1993, -635 p.

2. Robert Schweighoffer, Dumitru Fodor. Tehnologii pentru

valorificarea complexă a rocilor ornamentale. Editura Tehnică.

București-1986, -327р.

3. Ș.T Covaci Exploatarea zăcămintelor de substanțe minerale

utile în subteran. 2. Editura tehnică București 1975. 516 p.

4. Понов В.Л. Основы горного дела. Москва “Недра” 1990

215 страниц.

Bibliografia

1.Aron Popa, Ilie Rotunjeanu,Victor Arad,Ion Găf-Deac.

Exploatări miniere. Editura didactică și pedagogică,

București –1993, -635 p.

2. Robert Schweighoffer, Dumitru Fodor. Tehnologii pentru

valorificarea complexă a rocilor ornamentale. Editura Tehnică.

București-1986, -327р.

3. Ș.T Covaci Exploatarea zăcămintelor de substanțe minerale

utile în subteran. 2. Editura tehnică București 1975. 516 p.

4. Понов В.Л. Основы горного дела. Москва “Недра” 1990

215 страниц.