Come funziona l'estrazione sotterranea

Nel 2010, le persone di tutto il mondo erano inchiodate alla storia dei 33 minatori cileni intrappolati a 700 metri sottoterra in una miniera di rame e oro. I minatori hanno trascorso più di due mesi lì, ricevendo cibo, aria e lettere dai propri cari attraverso colline trivellate fino alla loro posizione in un laboratorio protetto. Nel frattempo, la perforazione su larga scala di un pozzo di fuga ha fatto progressi lenti. Infine, il giorno 69, i soccorritori hanno sollevato vivo ciascuno dei minatori [fonte: Boston ].

La saga ha ricordato al mondo non minerario una verità solitamente invisibile. Nelle profondità della superficie terrestre si trovano alcune delle fabbriche più spaventose del mondo: le miniere sotterranee.

Le mine sotterranee sono l'alternativa alle mine di superficie. Le miniere di superficie scavano dall'alto verso il basso, un metodo che può diventare inefficiente a profondità superiori a circa 200 piedi (60 metri) [fonti: Illinois Coal Association , De Beers ]. Le miniere di carbone sotterranee possono guidare 2.500 piedi (750 metri) nella Terra e altri tipi ancora più in profondità: le miniere di uranio possono raggiungere 6.500 piedi o 2 chilometri. Ma quelle profondità sono estreme; la maggior parte in alto (o in basso) a circa 1.000 piedi (300 metri) [fonti: Times Wire , ARMZ , Illinois Coal Association ].

L'attività mineraria è cambiata molto rispetto alle immagini che abbiamo del 19° secolo, quando gli uomini con le pale trasportavano i canarini per assicurarsi che l'aria sotterranea non fosse tossica. Le miniere moderne sono dotate di ampi sistemi di ventilazione e drenaggio dell'acqua, reti di comunicazione ad alta tecnologia e macchine sempre più computerizzate che riducono il numero di persone necessarie nel sottosuolo.

Tutte le miniere sotterranee hanno in comune alcuni componenti cruciali: pozzi di ventilazione per eliminare i fumi tossici di perforazione e brillamento; vie di fuga; pozzi di accesso per abbassare i lavoratori e le attrezzature; gallerie di trasporto del minerale; pozzi di recupero per portare in superficie il minerale scavato; e sistemi di comunicazione per inviare informazioni avanti e indietro tra la superficie e le profondità [fonte: Hamrin ].

Non ci sono due miniere uguali, però. Le applicazioni tecnologiche e le decisioni di base sulla progettazione e sul metodo di estrazione si basano su considerazioni come il tipo di minerale estratto, la composizione della roccia circostante, la forma e l'orientamento del deposito di minerale, le caratteristiche geologiche sotterranee e l'economia semplice [fonte: United Mine Workers of America ] .

E, molto presto nel processo, la determinazione di hard o soft.

1. Miniere sotterranee hard-rock
2. Miniere sotterranee di soft rock
3. Pericoli nelle miniere sotterranee

Ci sono miniere sotterranee hard-rock e miniere sotterranee soft-rock. I depositi di carbone, ad esempio, vivono in rocce sedimentarie relativamente morbide. I depositi d'oro vivono nella roccia ignea o metamorfica, che è relativamente dura, così come i diamanti , il rame, l'argento, il nichel e lo zinco [fonte: Great Mining ].

Anche all'interno della categoria hard-rock, i metodi di progettazione e di estrazione variano, ma quasi tutti ruotano attorno ad alcune tecniche di base:

Stanza e pilastro - Per depositi di minerale relativamente piatti, con pochi cambiamenti di elevazione dappertutto, i minatori perforano una rampa di accesso al deposito e rimuovono il minerale in uno schema di fori (stanze) e supporti del tetto (pilastri). Le stanze possono essere estratte utilizzando le tradizionali tecniche di carica e esplosione o, più comunemente ora, con una macchina chiamata minatore continuo . Il minatore continuo perfora la roccia fino a formare una stanza scavata, forse da 20 a 30 piedi (da 6 a 9 metri), lasciando in posizione un pilastro di roccia per sostenere il "tetto" [fonte: United Mine Workers of America]. La macchina si muove attraverso il minerale, creando stanze e pilastri, fino a coprire l'intero deposito. Un passaggio finale perfora i pilastri per recuperare il minerale lì, consentendo ai tetti di crollare dietro la macchina mentre lascia ogni stanza.

Cut and Fill – Per depositi di minerale relativamente stretti, i minatori perforano una rampa di accesso adiacente al deposito di minerale, dalla superficie fino al punto più basso del deposito. Un operatore guida quindi un trapano attraverso il minerale, creando una deriva , o un taglio orizzontale, da un lato all'altro del deposito. Nella roccia più dura non è necessario il supporto del tetto; nella roccia più tenera, i bulloni possono essere posizionati nel tetto mentre il trapano avanza [fonte: Mining Know-How ]. Una volta completata la deriva, il riempimento o il materiale di scarto viene distribuito nella deriva aperta, creando una piattaforma per il passaggio successivo. Il trapano guida sopra questo riempimento per tagliare un'altra deriva attraverso il minerale. Ciò continua fino a quando il trapano non taglia una deriva attraverso la parte superiore del giacimento di minerale.

Questo metodo può essere utilizzato anche in depositi più ampi, perforando due rampe di accesso adiacenti e tagliando due cumuli adiacenti, spesso chiamati drift e riempimento [fonti: Mining Know-How ].

Taglia e riempi è per hard rock, in quanto non presenta i meccanismi di supporto inerenti e centrali a un metodo come stanza e pilastro. L'approccio stanza e pilastro, d'altra parte, attraversa facilmente le cose più morbide e la maggior parte delle miniere di carbone.

Estrazione alla rinfusa: speleologia di blocchi

Il metodo meno comune nell'estrazione di roccia dura, la speleologia a blocchi, viene in genere salvato per il minerale di bassa qualità. Implica la perforazione di una sezione di minerale nella parte inferiore del deposito e quindi la sabbiatura per far crollare il tetto. La gravità prende quindi il sopravvento, poiché il minerale sopra il sito dell'esplosione si frattura e collassa in successione quando il supporto viene ritirato. Il minerale crollato viene trascinato fuori dalla miniera per l'elaborazione [fonte: Great Mining ].

Carbone, sale , uranio , fosfato e scisto bituminoso vivono nella roccia tenera e ci sono due metodi principali nell'estrazione di roccia tenera: parete lunga e stanza e pilastro [fonte: Great Mining ]. La maggior parte del carbone viene estratta utilizzando l'approccio stanza e pilastro descritto in precedenza [fonte: United Mine Workers of America ]. Tuttavia, il mining di longwall sta esplodendo in popolarità [fonte: Great Mining ].

L'estrazione mineraria a parete lunga è straordinariamente efficiente. Invece di perforare il giacimento di minerale, una macchina a parete lunga lo attraversa, tagliando fette lunghe fino a 600 piedi (182 metri). Quelle fette cadono direttamente su un trasportatore in continuo movimento, che le porta a un albero di trasporto che le solleva fuori dalla miniera. Nell'estrazione a parete lunga, i supporti del tetto sono integrati nella macchina, posizionati tra la parte superiore del minatore a parete lunga e il tetto della stanza. Man mano che la macchina avanza nel minerale, i supporti si muovono con esso, consentendo all'area dietro di essa di collassare e riempire l'area scavata.

Il metodo longwall può recuperare fino al 90 percento del minerale disponibile. L'approccio stanza e pilastro in genere recupera circa il 50 percento [fonte: Illinois Coal Association ].

Quando il minerale si deposita in tagli relativamente stretti, vengono effettuati tagli più brevi. Questa variazione è chiamata mining di shortwall.

La tecnica della vecchia scuola dell'estrazione esplosiva, che utilizza esplosivi come il TNT per frantumare il minerale, è ancora in uso, ma appena - meno del 5% della produzione statunitense [fonte: Great Mining ].

L'estrazione sotterranea, quindi, sta diventando sempre più efficiente. Richiede meno lavoro umano, il che mette in pericolo meno minatori mentre lavorano in profondità sotto la superficie. Tuttavia, le miniere sotterranee non sono i posti più sicuri dove stare.

Il tributo ambientale delle miniere sotterranee è significativo. Include l'inquinamento atmosferico, i cambiamenti nei modelli di flusso dell'acqua, le infiltrazioni di sostanze chimiche e gas nelle riserve idriche e nel suolo, gli incendi inaccessibili nelle miniere abbandonate e i drammatici cambiamenti nella composizione del suolo che possono rendere l'area inutilizzabile dopo il completamento dell'operazione mineraria [fonte: Saxena ].

Poi c'è il bilancio umano. La maggior parte degli incidenti minerari riceve poca attenzione da parte dei media, in particolare quelli che coinvolgono poche vittime o si verificano nei paesi in via di sviluppo. Nel 2010 quasi 2.500 minatori cinesi sono morti sul lavoro, nessuno di quelli attribuiti a "incidenti gravi" [fonte: Macia ].

Quell'anno fu terribile per l'industria mineraria in generale. Negli Stati Uniti, una catastrofe mineraria in West Virginia ha provocato 29 morti, lo stesso numero di quello che è morto in un incidente in Nuova Zelanda. In Cile, 33 minatori sono stati soccorsi nel drammatico incidente raccontato in precedenza, ma altri 45 sono morti in altri incidenti nello stesso anno [fonte: Macia ].

Molti incidenti si verificano quando i puntelli della miniera crollano a causa di terremoti. Anche le esplosioni provocano vittime quando i sistemi di ventilazione non riescono a rimuovere efficacemente i gas di scarico dalle attrezzature minerarie, la polvere di carbone e le perdite di gas naturale sotterraneo. L'esplosione può accendere quei gas, portando alla morte sia per le esplosioni stesse che per il successivo crollo delle strutture minerarie; un'esplosione di gas metano ha ucciso quei 29 minatori nel West Virginia [fonte: Macia ].

Anche i problemi di salute a lungo termine rappresentano un serio rischio lavorativo. Respirare continuamente polvere minerale può causare malattie polmonari come la pneumoconiosi o il temuto polmone nero. Anche l' inalazione di fumi di saldatura, radon o mercurio (spesso presenti nelle miniere) provoca malattie respiratorie. Sono comuni anche la perdita dell'udito da apparecchiature rumorose e lesioni alla schiena dovute al sollevamento di carichi pesanti [fonte: Live Science ].

La maggior parte dei paesi ora dispone di leggi e regolamenti progettati per affrontare questioni di sicurezza e ambientali. Alcuni richiedono che la compagnia mineraria restituisca l'area minata vicino al suo stato originale. Altri richiedono che le mine siano ispezionate regolarmente per assicurarsi che siano sicure. E anche le nuove tecniche di estrazione mineraria hanno ridotto il bilancio delle vittime. Negli Stati Uniti, l'industria mineraria ha visto migliaia di morti per incidenti ogni anno all'inizio del 1900. Questo è sceso a circa un centinaio all'anno negli anni '90 e solo 35 nel 2012 [fonte: Mine Safety and Health Administration ]. La Cina ha avuto 7.000 morti nel settore minerario nel 2002 ma 2.500 nel 2010 [fonte: Macia ].

Mentre la sicurezza è decisamente aumentata nei paesi sviluppati, ha ancora molta strada da fare in alcuni paesi in via di sviluppo. Ma potremmo vedere un giorno in cui le miniere sotterranee non sono alcune delle fabbriche più spaventose sulla Terra. Ovunque.

Nota dell'autore: come funziona l'estrazione sotterranea

È importante sapere che molti dei miglioramenti alla sicurezza che ho notato come miglioramento delle "miniere moderne" si applicano principalmente all'estrazione mineraria del primo mondo. I tassi di mortalità in Cina, che sono diminuiti in modo significativo negli ultimi anni, rimangono nell'ordine delle migliaia, ben al di sopra delle due cifre riportate nella maggior parte dei paesi occidentali e sviluppati. Sul fronte socioeconomico, ho raccolto dalla mia ricerca alcune cose: che una seria sicurezza richiede seri finanziamenti e molti paesi in via di sviluppo semplicemente non ce l'hanno; che la preoccupazione per la sicurezza delle mine sembra essere proporzionalmente correlata alla preoccupazione per i diritti umani; e che anche quei minatori clandestini australiani che guadagnano stipendi a sei cifre non guadagnano abbastanza.

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