Tehnici și tehnologii în mineritul modern Modulul IV: Tendințe moderne priovind mecanizarea și procesarea substanțelor minerale utile Referat… [602270]

Universitatea din Petro șani
Școala Doctorală

Tehnici și tehnologii în mineritul modern

Modulul IV: Tendințe moderne priovind mecanizarea și procesarea substanțelor
minerale utile

Referat
Mecanizarea în mineritul modern

drd. ing. Costin -Sebastian Manu

Anul universitar
– 2015/2016 –

1
Mecanizarea în mineritul modern

Printre numeroase alte definiții, tehnologia a fost descrisă ca fiind ,,o entitate
materială creată prin aplicarea de efort fizic și mental asupra naturii, pentru a realiza o
valoare ’’1. Aceasta a evoluat în trei etape dist incte: unelte, mașini și automatizare.
Evoluția tehnologiei urmează două direcții, prima de înlocuire a muncii fizice cu cea
mentală, proces realizat prin automatizare, iar a doua de obținere un control ridicat
asupra mediului înconjurător, de a transforma materia primă în produse finale cu un
grad ridicat de complexitate. Apogeul procesului tehnologic de evoluție este atins atunci
când va exista capacitatea de a obține toate valorile materiale dorite și tehnologic
accesibile doar prin efort intelectual, cu ajutorul mecanizării și automatizării procesului
tehnologic, fiind eliminat efortul fizic din producție.
Mineritul a fost din cele mai vechi timpuri un motor al inovației și progresului,
procesele și metodele de atracție a diferitelor minereuri au evoluat de-a lungul timpului
enorm, introducându -se utilaje în activitățile curente și diminuându -se munca fizică.
Astăzi în țările avansate din punct de vedere tehnologic, precum S.U.A., se
estimează că 80% din nevoile de minereuri ale economiei sunt asigurate d e 1% din
forța de muncă activă.2 Acest fenomen se datorează evoluției tehnologiei și mecanizării3
la scară mare a tuturor proceselor din industrie.
Mecanizarea a fost implementată atât în mineritul subteran cât și în cel de
suprafață, promotorii acestui f enomen fiind țări cu tradiție în domeniu, precum S.U.A.,
Canada, Australia, Africa de Sud și China. În slujba activității moderne de minerit stau o
serie de științe precum topografia minieră, construcțiile, geologia, protecția mediului,
managementul și alt ele asemenea.
Mineritul modern a suferit un proces de mecanizare, automatizare, în cadrul
acestuia și topografia minieră a evoluat și a suferit modificări majore, implementându -se
tehnologii care au diminuat munca fizică, etapa de măsurătoare în teren, dar au crescut
rolul prelucrării la birou și însușirea unor noțiuni și procedee cu totul inovatoare și
conexe cu domenii precum informatică, geografia, reunite într -o nouă știință sub numele
geomantică4.
Topografia minieră, una din ramurile științei măsurător ilor, ajută activitatea de
minerit cu mult înainte de începerea exploatării miniere, prin realizarea documentațiilor
și planurilor de expropriate, sau după caz concesionare în perimetrul exploatării

1 Conform Radovan Richta și ulterior Bloomfield Masse
2 http://www.scientific american.com – The Mecanization of Minning by John M. Karhnak , Robert L.
Marovelli on September 1, 1982
3 Mecanizarea înseamn ă introducerea în procesele de producție mașini, mecanisme, aparate etc. pentru
executarea unor operații, activități, cu scopul de a înlocui sau a face mai eficientă munca fizică ori
intelectuală a omului (Dicționarul explicativ al limbii r omâne, ediția a II -a, 1998).
4 ,,Geomatica este arta, știința și tehnologiile legate de managementul informațiilor geografice despre o
suprafață de teren, poziționată într -un sistem de referință ‘’, conform Bernard Duboisson.

2
miniere, precum și în operațiunile de cadastru și înscrie re în cartea funciară. Această
știință își aduce aportul în procesul de exploatare minieră propriu -zisă cât și după ce
activitatea în mină încetează, intrând în conservare, prin urmărirea comportării în timp a
terenurilor și construcțiilor la mult timp de la epuizarea zăcămintelor și stoparea
activităților de exploatare minieră.

Fig. 1 – Cariera de gips Boteni, judetul Arges, decembrie 201 5
Mecanizarea mineritului presupune abordarea și implementarea unor tehnologii
și procedee noi, inclusiv în domeniu l topografiei miniere. Tehnologia fotogrammetrică5,
teledetecția6, utilizarea dornelor, a tehnologiei G.N.S.S.7, a scanerelor terestre și
aeropurtate în domeniul minier au rezultate promițătoare, ușurând exploatarea și
punând la dispoziția specialiștilor d in domeniu informații indispensabile într -un timp
scurt comparativ cu procedeele clasice utilizate în exploatările miniere. Evoluția
echipamentelor în acest domeniu a luat având în strânsă legătură cu evoluția fizicii,
tehnologiei informației, demilitariza rea parțial a tehnologiei stelitare, miniaturizarea
electronicii și dezvoltarea aparatelor de zbor fără pilot, dornelor.

5 Fotogrammetria este ramura topografiei care studiază principiile, metodele și procedeele de
determinare a formei și a dimensiunilor obiectelor pe baza fotogramelor, conform Dicționarul explicativ al
limbii române (ediția a II -a revăzută și adăugită), 2009
6 Teledetectia reprezinta un complex de tehnici utilizate pentru prelucrarea de la distanță a unor date cu
privire la obiecte sau fenomene, conform Dicționarul explicativ al limbii române (ediția a II -a revăzută și
adăugită), 2009
7 Tehnologia G.N.S.S. – Global Navigation Satellit e System este sistemul de pozitionare globala compus
din totalitatea constelatiilor de de sateliti utilizati in pozitionarea globala, apartinand diferitelor tari sau
organizatii (NAVSTAR GPS – SUA, GLONAS – Rusia, COMPASS – China, Galileo –UE, s.a.)

3
Fotogrammetria și teledetecția în minerit
În domeniul minier fotogrammetria se utilizează în elaborarea studiilor de
fezabilitate, l a realizarea de prospecțiuni miniere, exploatarea minieră curentă,
dezvoltarea zonelor miniere existente dar și în închiderea și reabilitarea zonelor de
exploatare minieră. Practic fotogrammetria implică studierea unor imagini aeriene,
fotogramme, cu progr ame software specializate având ca scop obținerea de relații
spațiale. Această știință, ramură a măsurătorilor terestre, servește la redactarea
planurilor și harților topografice în general, dar și în alte domenii precum arhitectură,
arheologie, agricultur a, investigații ale poliției și chiar medicină, în reconstrucții.
Ca principiu fotogrammetria și teledetecția urmăresc achiziția de date referitoare
la obiecte și mediul înconjurător de la distanță, fără a avea contact direct cu obiectul,
fenomenul studiat .
Fotogrammetria ne dă informații referitoare la direcția și înclinarea straturilor
geologice, poziția punctelor în spațiu, imagini foto în sistem metric – fotogramme,
modele 3D ale obiectelor etc. Produsele obținute prin aceste tehnologi moderne sunt
ortofotoplanul color de mare rezoluție, imagini oblice, panoramice, fotografii
multispectrale, imagini în infraroșu, precum și modelul 3D al terenului – Model Digital al
Terenului, așa cu se arătă în figurile următoare.

Fig. 2 – Model digitat al terenului p entru cariera de calcar Matiaș, Dealul Hulei, jud. Argeș,
trimestrul IV al anului 2015

4

Fig. 3 – Fotogramma rezultată în urma unui zbor cu drona în luna iunie a anului 2014 la cariera
de calcar Matiaș, Dealul Hulei, jud. Argeș
În ultima perioadă pe lângă aparatele, clasice pe care se montează senzorii de
preluare a imaginilor, adică avioane și elicoptere în fotogrammetrie și sateliții în
teledetecție au apărut așa numitele U.A.V. (Unamaned Aerial Vehicle), adică dorne de
tip multirotor sau aeromodel. Aces tea au introdus costuri mici în realizarea zborurilor, pe
scurt productivitate ridicată la un cost scăzut. Singurele dezavantaje ale acestei
tehnologii sunt cadrul legal ambiguu și costul încă ridicat în procesarea datelor preluate
în teren.

Fig.4 – Drona de tip aeromodel8 și multirotor9

8 http://www.cadsolutions.ro/img/sistem -uav-bramor -geo_1.jpg
9 http://www.brantax.ro/servicii -brant ax-1/servicii/fotografie -aeriana -2/

5
Avantajele utilizării fotogrammetriei:
 Cheltuieli per unitate de suprafața relativ mici;
 Posibilitatea studierii unor zo ne izolate sau greu accesibile;
 Se pretează în utilizarea pe grade de precizie diferite, în funcție de nevoile
beneficiarului, realizându -se detalierea optimă;
 Achiziție mare de date într -un timp de lucru scurt.
Dezavantajele utilizării fotogrammetriei:
 Planificarea zborului depinde de condițiile atmosferice și de sezon;
 Necesită personal specializat în preluarea, prelucrarea și interpretarea
datelor;
 Costuri ridicate pentru aparatura de birou, stații grafice și programele
software de procesare date;
 Este n evoie de reperi la sol pentru control și încadrare date.
Scanarea laser în minerit
Tehnologia scanării laser 3D este o ramură nouă a măsurătorilor terestre, fiind
prezența de puțin timp pe piața româneasca de profil. Această tehnologie modernă
presupune p reluarea de date geospațiale în coordonate rectangulare X, Y și Z cu
ajutorul unui fascicul laser.

Fig 5 – Vedere 3D a unui nor de puncte în exploatări minere subterane10,11
Scanarea laser este tehnica măsurătorilor terestre prin intermediul căreia se
măsoară complet automat geometria unei structuri, fără a se utiliza un mediu
reflectorizant, cu preci zie deosebită într -un timp scurt. Volumul de date preluate este
mare, de ordinal miilor sau zecilor de mi de puncte pe secundă, rezultatul măsurătorilor

10 http://www.six -west.com/?page_id=739
11 http://www.diamondlandsurveying.com/blog

6
fiind așa numitul nor de puncte ce redă geometriile din spațiu, a obstacolelor întâlnite de
fasciculul laser. Pe baza acestuia se pot realiza modele 3D ale terenurilor sau
obiectelor scanate, rezultând apoi curbe de nivel, profile longitudinale sau transversale
și calculându -se volume, distanțe, arii, suprafețe și orice alte mărimi geometrice.
Aplicațiile a cestei tehnologii sunt multiple, de la topografia minieră la arhitectură,
reconstituirea monumentelor istorice în arheologie, scanarea în medii industriale, ca de
exemplu instalații petroliere și multe altele.
Tehnologia din momentul actual în ceea ce priv ește scanarea laser are două
ramuri, scanarea laser static, și scanarea laser dinamică.
Scanarea laser statică presupune ca dispozitivul de preluare a datelor, laser
scanerul să fie instalat într -o poziție fixă în timpul achiziționării datelor geospațiale.
Aceste aparate mai sunt cunoscute ca și laser scanere terestre.
Scanarea laser dinamică presupune ca laser scanerul să fie îngl obat într -o
platforme mobile precum un avion, elicopter sau U.A.V.. Aceste sisteme sunt mult mai
complexe necesitând sisteme adiționale de poziționare precum G.N.S.S. – Global
Navigation Satelite Sistem și I.N.S. – Inerțial Navigation Sistem.
În ceea ce pri vește scanarea laser în domeniul minier, aceasta este puțin
folosită, deși prezintă reale avantaje în realizarea operațiilor topografice curente.
Aplicabilitatea scanării laser în domeniul minier este practic nelimitată, însă scanări
laser s -au realizat ma i ales la exploatări miniere de suprafață, respective cariere.
Rezultatele scanării laser 3D sunt modelul digital al terenului, din care se pot extrage
diferite informații, iar între perioade de timp se pot calcul volume extrase din mină.

Fig. 6 – Imagine 3D a unei exploatari miniere de suprafata12

12 http://www.fugro.ca/services/terrestrial -survey/terrestrial -laser/

7
Avantaje scanare laser 3D:
 Viteza și precizie ridicate;
 Posibilitatea integrării datelor în baze de date de tip Sisteme Informaționale
Geografice (eng. G.I.S.)
 Siguranță în efectuarea măsurătorilor datorită preluării informațiilor de la distanță.
Dezavantaje scanare laser 3D:
 Volum de date mare, uneori redundant pentru scopul scanării;
 Tehnologie având un cost ridic at atât la preluarea datelor cât și -n prelucrare;
 Cunoașterea unor programe specializate de prelucrare a datelor.
Tehnologia G.N.S.S. în minerit
Sistemele de poziționare globală sunt strâns legate de programele spațiale ale principalelor
țări competitoare în acest domeniu, S.U.A. și respectiv fosta U.R.S.S., actualmente
Rusia, precum și de cursa înarmării din timpul războiului rece.
În perioadă recentă, China este în curs de a-și dezvolta propriul sistem de
poziționare globală, COMPASS, progresele acestei ț ări fiind semnificative, de-
ase menea Uniunea Europeană dezvoltă sistemul Galileo, iar pe plan regional, India
dezvoltă sistemul IRNSS – Indian Regional Navigation Satellite System, format din șapte
sateliți geostaționari. Alte sisteme de navigație cu sateliți sunt DORIS – Doppler
Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite, francez și QZSS, Quazo Zenit
Satellite System, sistem propus, format din trei sateliți, având rolul de a acoperi zona
Japoniei, pentru îmbunătățirea preciziei sistemului NAVSTAR -GPS pentru această zonă.

Fig. 7 – Sateliți GNSS lansați in perioada 1979 -201413

13 https://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_navigation#/media/File:Launched_GNSS_2014.jpg

8
Sistemul de poziționare globală al U.S.A. – N.A.V.S.T .A.R.- G.P.S. cuprinde trei segmente:
 segmentul spațial – format din constelația de sateliți ce orbitează în jurul
Terrei;
 segmentul de control – alcătuit din 5 stații de control la sol, dispuse în jurul
pământului, în zona ecuatorială, ce monitorizează si stemul;
 segmentul utilizator – format din totalitatea utilizatorilor tehnologi ei G.N.S.S..
În ceea ce privește utilizarea utilizarea tehnologiei G.N.S.S. în industria minieră,
actualmente numeroase operațiuni se efectuează cu aceasta, ne mai fiind nevoie de
vizibilitate între puncte, operațiile de teren fiind semnificativ simplificate față de
măsurătorile utilizând tehnologia clasică. Aceasta tehnologie este de un real folos în
minerit, practic operațiile de topografie minieră într -o exploatare minieră fiind
semnificativ ușurate, eliminându -se etape anevoioase de măsurători în teren și
prelucrări la birou.
Măsurătorile G.N.S.S. sunt utilizate în realizarea planurilor de situație, ridicărilor
topografice, în calculul volumelor decopertate și exploatate, în urm ărirea comportării în
timp a construcțiilor miniere și a terenurilor eferente exploatărilor miniere și din
împrejurimi.

Fig. 4 – Măsurători cu tehnologie G.N.S.S. în cariera de gips Boteni, jud. Argeș, decembrie 2015

9
Avantajele utilizării tehnologiei G .N.S.S. în minerit:
 costuri reduse în realizarea măsurătorilor;
 timp de lucru în teren și la prelucrarea datelor redus;
 precizie ridicată;
 simplitate in operare .
Dezavantaje:
 pierderi frecvente ale semnalului de la sateliți în carier ă datorită obturărilor
sau lipsei conexiunii de date GSM;
 precizie mai scăzută la determinarea cotelor datorită lipsei unui cvasi geoid
determinat la nivelul țării noastre.

10
Bibliografie selectivă:

[1] Johan NEUNER
Sisteme de poziționare globală
Editur a MATRIX ROM, București, anul 2000, ISBN 973 -685-180-X
[2] Larisa -Ofelia Filip, Nicolae DIMA
Lucrări speciale de topografie minieră
Editura UNIVERSITAS, Petroșani, anul 2014 ISBN 978 -973-741-364-2
[3] Măricel PALAMARIU, Andreea Ramona UNGUR, Flavius Avram
BALANEANU
Topografie Subterană – îndrumător de lucrări aplicative
Editura RISOPRINT, Cluj Napoca, 2009, ISBN 978 -973-53-0245 -0
[4] Anatoli L. OKHOTIN, Russian Federation
Application of Laser Scanning în Mine Surveying
https://www.fig.net/resources/proceedings/2009/lakebaikal_2009_comm6/papers
/10_okhotin.pdf
[5] Maynard L. (Mike) Dunn, Jr.
Recent Developments în Close Range Photogrammetry (CRP) for Mini ng
and Reclamation
https://www.photomodeler.com/applications/documents/Dunn_Billings_PMS_Ge
ology.pdf

Surse internet:
http://www.darlingltd.com/3d_laser_scanning/mine_surveying_3d_scanning.html
http://miningwatch.ro/rapoarte/mineritul -in-cariera -deschisa /
https://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_navigatio n
http://www.summitnv.com/mining -photogrammetry.html