Nr4ro2021

PUBLICAȚIE INTERNAȚIONALĂ DESPRE MINERIT ȘI MEDIU

Vol. 27 nr. 4 / 2021 ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

Editura Universitas Petroșani

REVISTA MINELOR - MINING REVUE PUBLICAȚIE INTERNAȚIONALĂ DESPRE MINERIT ȘI MEDIU

Colectivul editorial Editor șef: Prof. Ilie ONICA Editori adjuncți: Conf. Andrei ANDRAS Conf. Paul Dacian MARIAN Senior editori: Prof. Dumitru FODOR Prof. Nicolae ILIAŞ Prof. Mircea GEORGESCU Prof. Pascu Mihai COLOJA Editor lingvistic: Lect. Lavinia HULEA Editor tehnic: Radu ION

ISSN-L 1220-2053 ISSN 2247-8590 www.upet.ro/revistaminelor www.sciendo.com/journal/MINRV

Comitetul științific: Prof. Iosif ANDRAȘ, Universitatea din Petroșani, România Dr. ing. Marwan AL HEIB, Școala de Mine din Nancy, INERIS, Franța Conf. Adam BAJCAR, Poltegor-Instytut, Polonia Dr. ing. Iosif Horia BENDEA, Politechnico di Torino, Italia Conf. Boyko BEROV, Academia de Științe din Bulgaria, Bulgaria Prof. Essaid BILAL, Centrul de Științe pentru Procese Industriale și Naturale (SPIN), Franța Prof. Lucian BOLUNDUȚ, Universitatea din Petroșani, România Prof. Ioan BUD, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca (Centrul de Nord din Baia Mare), România Prof. Nam BUI, Universitatea de Științe și Tehnologie din Hanoi, Vietnam Dr. ing. Constantin Sorin BURIAN, INSEMEX Petrosani, România Prof. Eugen COZMA, Universitatea din Petroșani, România Dr. ing. György DEÁK, Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Protecția Mediului Prof. Nicolae DIMA, Universitatea din Petroșani, România Prof. Carsten DREBENSTEDT, TU Bergakademie Freiberg, Germania Prof. Ioan DUMITRESCU, Universitatea din Petroșani, România Dr. ing. George-Artur GĂMAN, INSEMEX Petrosani, România Prof. Ioan GÂF-DEAC, Universitatea Creștină Dimitrie Cantemir București, România Dr. ing. Edmond GOSKOLLI, Agenția Națională a Resurselor Naturale, Albania Prof. Andreea IONICĂ, Universitatea din Petroșani, România Prof. Sair KAHRAMAN, Universitatea Hacettepe, Turcia Prof. Sanda KRAUSZ, Universitatea din Petroșani, România Prof. Krzysztof KOTWICA, AGH Universitatea de Științe și Tehnologie din Krakow, Polonia Prof. Maria LAZAR, Universitatea din Petroșani, România Prof. Monica LEBA, Universitatea din Petroșani, România Prof. Roland MORARU, Universitatea din Petroșani, România Dr. ing. Vlad Mihai PĂSCULESCU, INSEMEX Petrosani, România Prof. Sorin Mihai RADU, Universitatea din Petroșani, România Prof. Ilie ROTUNJANU, Universitatea din Petroșani, România Prof. Mihaela TODERAȘ, Universitatea din Petroșani, România Conf. Sorin Silviu UDUBAȘA, Universitatea din București, România Prof. Ioel VEREȘ, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, România Conf. Zoltan Istvan VIRÁG, Universitatea din Miskolc, Ungaria

© Copyright - Editura UNIVERSITAS Petroşani / Revista Minelor - Mining Revue - apariție trimestrială Contact editorial: Ilie ONICA, e-mail: onicai2004@yahoo.com, tel: 0040 729 066 723 Dacian-Paul MARIAN, e-mail: dacianmarian@upet.ro, tel: 0040 748 130 633 Universitatea din Petroşani, str. Universităţii nr. 20, 332006 Petroşani, România Tel:+40254 / 542.580, fax. +40254 / 543.491 Tipărit la Universitatea din Petroșani - Atelier Tipografie

Vol. 4 / 2021 ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

Editura UNIVERSITAS Petroșani

CUPRINS

Eva BIRO, Sorin Mihai RADU, Doru CIOCLEA, Ion GHERGHE Simularea restructurării unei rețele de aeraj

1

Florin FAUR, Maria LAZĂR, Ciprian DANCIU, Izabela-Maria APOSTU Investigarea stabilității versantului drept din zona stației de epurare a apelor uzate Anina

7

Dacian-Paul MARIAN, Ilie ONICA Îmbunătățirea stabilității camerei direcționale G 31-33, orizontul 210 - Est, Salina Ocnele Mari-Cocenești, prin consolidare cu ancore și torcret

19

Zoltán VIRÁG, Sándor SZIRBIK Analiza unui dinte de tăiere înlocuibil al unui excavator pe lanț cu cupe

28

Ildiko BRÎNAȘ Simularea vibraţiilor produse asupra corpului uman de procesul de dislocare la excavatoarele cu rotor. Studiu de caz, excavatorul ERc 1400-30/7

33

Andrei ANDRAȘ, Florin Dumitru POPESCU Evaluarea caracteristicilor la tăiere a rocilor carbonatice din România prin teste de tăiere liniară

50

Liliana ROMAN Considerații privind închiderea minelor din Valea Jiului

57

Nurudeen SALAHUDEEN, Ahmad A. MUKHTAR Caracterizarea beneficiilor exploatării caolinului Getso

72

Nurudeen SALAHUDEEN, Aminat Oluwafisayo ABODUNRIN Caracterizarea mineralogică, fizico-chimică și morfologică a argilei Okpella

78

*** Prof.univ.dr.ing. MIRCEA GEORGESCU la 80 de ani

83

Mircea GEORGESCU Recenzie a volumului “MINERIT PE TERITORIUL ROMÂNIEI – TRECUT, PREZENT ȘI UN POSIBIL VIITOR” – autor prof.dr.ing. Dumitru FODOR

85

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 vol. 27, nr. 4 / 2021, pp. 1-6

SIMULAREA RESTRUCTURĂRII UNEI REȚELE DE AERAJ Eva BIRO1, Sorin Mihai RADU2*, Doru CIOCLEA3. Ion GHERGHE4 INCD INSEMEX Petroșani, Romania Universitatea din Petroșani, Romania, sorinradu@upet.ro 3 INCD INSEMEX Petroșani, Romania 4 INCD INSEMEX Petroșani, Romania 1

2

DOI: 10.2478/minrv-2021-0029 Rezumat: La nivel mondial cererea de materii prime și materiale este în continua creștere fiind proporțională cu creșterea populației. În acest sens cererea și producția de combustibili solizi de tipul cărbunilor a crescut constant. La nivelul Uniunii Europene datorită politicii restrictive privind extragerea cărbunilor producția a scăzut constant iar țările producătoare de cărbune au trebuit să implementeze programe de închidere cu termene stricte. Pe măsură ce rețelele de lucrări miniere se restrâng apare o intensificare a factorilor de risc datorați modificărilor survenite în sistemul de aeraj. În lucrare este prezentată restructurarea unei rețele de aeraj complexe.

Cuvinte cheie: simulare, aeraj, extragerea cărbunelui, minerit, restructurare 1. Introducere Exploatarea cărbunilor superiori în subteran împlică executarea succesivă a unui complex de lucrări miniere de deschidere pregătire și exploatare [1, 2]. Pe măsura extinderii exploatării atât pe orizontală cât și pe verticală, unele lucrări miniere se închid altele sunt executate astfel încât pot pune probleme mari din punct de vedere al aerajului. Rețelele de aeraj comlexe implică prezența legăturilor paralele diagonale și complex diagonale care pot genera rezistențe aerodinamice totale relativ reduse. În condițiile în care se impune restrângerea rețelei de aeraj se reduce proporțional numărul legăturilor paralele ceea ce conduce inevitabil la apariția rezistențelor aerodinamice totale ridicate. Acest aspect pune probleme deosebite specialiștilor în ventilație deoarece pot fi eliminate din rețeaua de aeraj stații principale de aeraj, orizonturi sau blocuri de exploatare. [3, 4, 5, 6, 7].

2. Rațiunea restructurării reţelei de aeraj Rețeaua analizată este cea a Minei Livezeni care este extinsă pe orizontală [8]. În acest sens există două zone distincte unite prin galeriile magistrale direcționale de cărbune și steril. Cele două zone distincte sunt: - Zona vestică localizată în jurul stratului 13 și care este deschisă prin puțurile cu skip si auxiliar.

Rețeaua de aeraj în această zonă este sectorizată iar în acest sens această zonă dispune de Puțul de aeraj est care este dotat la suprafață cu stația principală de aeraj Puț Est; - Zona estică localizată în jurul stratului 3 și care este deschisă prin puțul auxiliar nr. 3 de intrare a aerului proaspăt. Rețeaua de aeraj în această zonă este sectorizată iar în acest sens această zonă dispune de Puțul de aeraj nr.2 care este dotat la suprafață cu stația principală de aeraj Puț Aeraj nr. 2; Rețeaua de aeraj include, de asemenea, lucrările miniere subterane situate pe patru orizonturi (orizontul 100; orizontul 300; orizontul 350; și orizontul 475). Aceste lucrări constau din galerii transversale principale, galerii direcţionale, galerii diagonale, galerii transversale de număr, plane înclinate, abataje, suitori de legătură.

Ca urmare a constrângerilor de ordin economic precum și din rațiuni de securitate se poate lua decizia restrângerii rețelei de aeraj. Având în vedere dificultățile de continuare a exploatării stratului 3, datorită

*

Autor corespondent: Radu Sorin Mihai, prof. Ph.D. eng., University of Petrosani, Petrosani, Romania, (University of Petrosani, 20 University Street, sorin_mihai_radu@yahoo.com) 1

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 1-6

fenomenelor de combustie spontană care au generat închiderea unor capacități de producție, ar putea fi luată decizia continuării exploatării stratului 13. În acest sens toată zona estică ar putea fi închisă iar stația principală de aeraj Puț auxiliar nr. 2 să fie oprită. În această situație nouă structura rețelei de aeraj poate fi simulată pe rețeaua de aeraj modelată și rezolvată în condițiile actuale [9, 10, 11, 12, 13].

Programul specializat utilizat pentru simularea preconizată este VENTSIM Visual Advanced [14].

3. Prezentarea programului VENTSIM Ventsim Visual Advanced este un program specializat și un instrument foarte bun pentru analiza rezolvarea și simularea rețelelor complexe de ventilație [14].

Acest program permite atât modelarea, rezolvarea și simularea unei rețele de aeraj cât și analiza în vederea optimizării acesteia. Programul în sine oferă atît informații cu privire la parametrii aerodinamici specifici rețelei cît și informații privind costurile de ventilație.

4. Simularea reţelei de aeraj a Minei Livezeni Simularea rețelei de aeraj a minei a fost realizată pe rețeaua de aeraj modelată și rezolvată în condițiile actuale fig. 1, [15, 16, 17, 18, 19, 20, 21].

Figura 1. rețeaua spațială de aeraj în sistem 3D a minei Livezeni

Simularea restructurării rețelei de aeraj a minei Livezeni a impus eliminarea următoarelor lucrări miniere; Galeria magistrală cărbune, orizont 300; Galerie de legătură la siloz nr. 9; Galeria magistrală steril, orizont 300; Plan aeraj panoul 4N; Bretele de legătură galerii magistrale; Galerie de legătură la planul de benzi; Abataj Panou 4N, orizont 300; Plan transport benzi; Plan transport Panou 5N; Plan aeraj Stanca; Suitor de legătură la plan transport; Suitor aeraj panou 6; Siloz nr. 2; Plan legătură siloz nr. 15; Plan benzi; Silozul nr. 15; Plan acces siloz nr. 8; Stația de transformare nr. 102; Siloz nr. 8; Plan aeraj Valache; Siloz nr. 9; Galerie transversală orizont 350; 2

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 -

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 1-6

Circuit Puț Auxiliar nr. 3, orizont 350; Suitor Degeratu; Galerie acces la Suitor Degeratu; Galerie transversală orizont 475; Circuit Puț Auxiliar nr. 3, orizont 475; Puț Auxiliar nr. 3;

-

Delta orizont 475; Galerie direcțională orizont 475; Stația de transformare orizont 475; Circuit Puț Aeraj nr. 2 orizont 475, Puț Aeraj nr. 2; Canal aeraj Puț Aeraj nr. 2;

În figura 2 este redată simularea rețeaua spațială de aeraj în condițiile restructurării la nivelul zonei vestice.

Figura 2. Rețeaua de aeraj simulată după restructurare

Ca urmare a restructurării rețelei de aeraj au rămas un număr de 84 de joncțiuni și 112 legături. În figurile 3– 12 sunt redate detalii din cadrul rețelei de aeraj astfel : zona centrală Puț Auxiliar - Puț Skip; zona Circuit legătură Puț Auxiliar – Puț Skip; Detaliu zona Puț Orb nr. 6, 300-100; Detaliu zona Plan înclinat, 300-100; Detaliu Circuit Puț Orb nr. 6, orizont 100; zona str. 13 oriz. 100; Detaliu suitor Hausser; Zona Puț aeraj Est; Detaliu Stația principală de aeraj Puț aeraj Est.

Figura 3. Zona puțurilor cu skip și auxiliar

Figura 4. Zona centrală orizont 300

Figura 5. Circuit Puț Auxiliar – Puț Skip

Figura 6. Puț Orb nr. 6, 300-100 3

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 1-6

Figura 8. Circuit Puț Orb nr. 6, orizont 100

Figura 7. Plan înclinat oriz. 300-100

Figura 9. Zona strat 13 oriz. 100

Figura 10. Suitor Hausser

Figura 11. Zona Puț aeraj Est

Figura 12. Stația principală de aeraj Est

Rezultatele obţinute în urma simulării și rezolvării rețelei de aeraj aferente minei Livezeni restructurată, sunt prezentate în figura 13 pentru coordonatele topografice respectiv în figura 14 pentru perametrii aerodinamici.

Figura 13 Coordonatele topografice

Figura 14 Parametrii aerodinamici

Pentru rezolvarea rețelei de aeraj în condițile restrângerii și limitării la zona vestică au fost eliminate: - 4 uși de aeraj din zona circuitului Puț skip Puț auxiliar, orizont 300; - 4 uși de aeraj din zona Puț Orb nr. 6, orizont 300.

4

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 1-6

De asemenea au fost modificate rezistențeleaerodinamice pe următoarele lucrări miniere: - Plan înclinat colector orizont 300-100; - Galerie magistrală Iscroni, orizont 300. În urma rezolvării rețelei de aeraj simulate au rezultat următoarele date: • În subteran a fost introdus un debit de aer proaspăt de 23,8 m3/s sau 1428 m3/min, repartizat astfel: – Puț auxiliar: 16,8 m3/s sau 1008 m3/min; – Puț skip: 7,0 m3/s sau 420 m3/min; TOTAL INTRARE: 23,8 m3/s sau 1428 m3/min.

• Pe galeria magistrală Iscroni a fost obținut 6,1 m3/s sau 366 m3/min; • Debitul de aer la nivelul Puțului Oorb nr. 6 a fost de 10,1 m3/s sau 606 m3/min; • La nivelul galeriei magistrale oriz. 100 a fost obținut 10,1 m3/s sau 606 m3/min; • La nivelul planului înclinat colector 300-100 a fost obținut 7,7 m3/s sau 462 m3/min); • Pe galeriile direcționale conjugate vest, orizont 100, a fost obținut 14,4 m3/s sau 864 m3/min; • Pe planul înclinat de aeraj nr. 15 a fost obținut 17,8 m3/s sau 1068 m3/min; • Pe Puţ Aeraj Est, din subteran a fost evacuat la nivel de mină, un debit de aer viciat de 23.8 m3/s sau 3 1428 m /min; • La nivelul Staţiei principale de ventilaţie Puţ Aeraj Est a fost evacuat 32 m3/s sau 1920 m3/min; • Debitul de aer scurtcircuitat cu suprafaţa a fost de 8,2 m3/s sau 492 m3/min.

5. Concluzii Programul specializat Ventsim Visual Advanced a fost utilizat pentru simularea rețelei de aeraj, în condiții de restructurare, a minei Livezeni.

Ca urmare a realizării simulării în sistem 3D solid, au rezultat un număr de 84 de joncțiuni și 112 legături.

Ventsim Visual Advanced este un program specializat și un instrument foarte bun pentru analiza rezolvarea și simularea rețelelor complexe de ventilație Pentru simularea rețelei de aeraj a minei Livezeni au fost eliminate 34 circuite de aeraj sau lucrări miniere.

De asemenea au fost eliminate 8 uși de aeraj iar la nivelul altor 2 uși de aeraj au fost modificate rezistențele aerodinamice.

Din subteran a fost evacuat un debit de aer viciat la nivelul minei de 23,8 m3/s sau 1428 m3/min; La nivelul ventilatoarului principal a fost a fost evacuat 32,0 m3/s sau 1920 m3/min.

Debitul de aer scurtcircuitat cu suprafaţa a fost de 8,2 m3/s sau 492 m3/min.

Bibliografie [1] Almăşan B., 1984 The exploitation of mineral deposits in România (in Romanian), Technical Publishing București [2] Covaci Ş., 1983 Underground mining (in Romanian), Didactic and Pedagogic Publishing București [3] Băltăreţu R., Teodorescu C., 1971 Mining ventilation and work protection (in Romanian), Didactic and Pedagogic Publishing București [4] Matei I., Moraru R, e.a., 2000 Environmental engineering and underground ventilation Technical Publishing București [5] Patterson A.M., 1992 The Mine Ventilation Practitioner’s Data Book, M.V.S. of South Africa [6] Todorescu C., Gontean Z., Neag I., 1971 Mining ventilation (in Romanian), Technical Publishing București [7] * * *, 1990 Le Roux - Notes on Mine environmental control, M.V.S. of South Africa [8] * * *, 2021 Technical documentation, Livezeni Mining Unit 5

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 1-6

[9] Boantă C., 2019 The management of the ventilation complex network of Vulcan Mine from the Valea Jiului mining area and the establishment of gas dynamics (in Romanian), Doctoral thesis, University of Petrosani [10] Chiuzan E., 2019 The management of the ventilation network from Praid Salt Mine (in Romanian), Doctoral thesis, University of Petrosani [11] Morar M.S., 2016 Research on the improvement of the ventilation networks management from the mining exploitations in Valea Jiului (in Romanian), Doctoral thesis, University of Petrosani [12] Rădoi F., 2018 The optimization of ventilation networks from the Valea Jiului’s closing mines, for the increase of work safety (in Romanian), Doctoral thesis, University of Petrosani [13] Șuvar M., 2017 Research on the restauration of the mining ventilation networks after explosions (in Romanian), Doctoral thesis, University of Petrosani [14] * * *, 2010 VENTSIM Visual Advanced – User’s Guide [15] Cioclea D., 2006 Solving the ventilation network problems on depressiometric measurements in order to establish the air flows, depressions and aerodynamic resistances on works from E.M. Paroșeni (in Romanian), INSEMEX research.

[16] Cioclea D., 2007-2009 Reducing the risks generated by explosives by using the real-time evaluation technique of the ventilation networks for human protection (in Romanian), INSEMEX research.

[17] Cioclea D., 2010-2011 Reducing the explosion danger for the black coal mines in Valea Jiului through the computer management of the ventilation networks (in Romanian), INSEMEX research.

[18] Gherghe I., 1998 Determining the characteristic curves of the main ventilation fans from E.M. Livezeni (in Romanian), INSEMEX research.

[19] Ianc N., 2018 Curved determinations characteristic for the main ventilation installations Puț Aeraj 2 and Puț Aeraj East – E.M. Livezeni (in Romanian), INSEMEX research.

[20] Matei A., 2014 The determination of the characteristic curves of fans and of the functional parameters from the main ventilation stations – Puț East and Puț Aeraj 2 from E.M. Livezeni (in Romanian), INSEMEX research.

[21] Rădoi F., 2015 The determination of characteristic curves of the fans and of the functional parameters from the main ventilation installation Puț Aeraj 2, on the inclination angle value of the rotor blades of α = 15°, from E.M. Livezeni, (in Romanian), INSEMEX research.

Acest articol este cu acces deschis, distribuit pe baza licenței Creative Commons BY SA 4.0. Autorii păstrează drepturile de autor și sunt de acord cu termenii licenței CC BY SA 4.0 menționate mai sus.

6

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 vol. 27, nr. 4 / 2021, pp. 7-18

INVESTIGAREA STABILITĂȚII VERSANTULUI DREPT DIN ZONA STAȚIEI DE EPURARE A APELOR UZATE ANINA Florin FAUR1, Maria LAZĂR2, Ciprian DANCIU3. Izabela-Maria APOSTU4* Universitatea din Petrosani, Faculty of Mining, Departmentul de Ingineria Mediului și Geologie, Petrosani, Romania, florinfaur@upet.ro 2 Universitatea din Petrosani, Faculty of Mining, Departmentul de Ingineria Mediului și Geologie, Petrosani, Romania, marialazar@upet.ro 3 Universitatea din Petrosani, Faculty of Mining, Department of Inginerie Minieră, Topografie și Construcții, Petrosani, Romania, cipriandanciu@upet.ro 4 Universitatea din Petrosani, Faculty of Mining, Departmentul de Ingineria Mediului și Geologie, Petrosani, Romania, izabelaapostu@upet.ro 1

DOI: 10.2478/minrv-2021-0030 Rezumat: Adesea, pentru construcția unor obiective civile sau industriale sunt necesare excavări (lucrări în debleu) ale versanților naturali aflați în zona de amplasament. Execuția unor astfel de lucrări necesită o atenție deosebită, încă din faza de proiectare, în ceea ce privește stabilitatea versantului în starea inițială, dar și după excavare și identificarea, dacă este necesar, unor soluții tehnice de creștere a rezervei de stabilitate și astfel de asigurare a securității pe timpul executării lucrărilor dar și a viitoarelor construcții. O astfel de situație a fost întâlnită în cazul Stației de Epurare a Apelor Uzate (SEAU) Anina, când, în lipsa unor investigații corespunzătoare ale versantului ce urma a fi excavat, s-a produs o alunecare de teren care a întrerupt activitățile de șantier, și care într-o oarecare măsură a pus în pericol obiectivele deja construite. În acest context la nivelul anului 2015 au fost proiectate și executate lucrări de stabilizare a versantului, lucrări care s-au dovedit a fi insuficiente. În anul 2021 s-a impus refacerea studiului de stabilitate în vederea analizării posibilităților de continuare a construirii stației de epurare. În această lucrare sunt prezentate rezultatele obținute pe parcursul realizării acestui studiu, precum și o serie de concluzii și interpretări, referitoare la starea tehnică a versantului în diferite ipoteze.

Cuvinte cheie: alunecare consecventă, stabilitate, suprafață poligonală, versant drept 1. Introducere Oraşul Anina este aşezat în Munţii Aninei, munţi ce reprezintă extensia sudică a Carpaţilor Occidentali, în Banatul românesc, având coordonatele 45°2'30" latitudine nordică şi 21°53'20" longitudine estică, în judeţul Caraş-Severin. Altitudinea medie a aşezării este de +645 m iar cea minimă este de +556 m şi se află în apropierea gării [1] (Figura 1).

Oraşul Anina se află la circa 32 km, pe DN 58, de Municipiul Reşiţa, reşedinţa şi centrul administrativ al judeţului, la 33 km, pe DN 57B, de Oraviţa şi la 34 km, pe DN 57B, de Bozovici.

Amplasamentul SEAU Anina se găsește la cca. 1,2 km, pe o direcție NNE față de Orașul Anina, pe malul drept al râului Gârliste, în interiorul Parcului Național Semenic Cheile Carașului (Figura 1).

Prezentul studiu a avut drept obiectiv principal investigarea stării tehnice (stabilitatea) a versantului drept din zona SEAU Anina (valea Gârliștei), iar ca obiectiv secundar stabilirea unor recomandări cu privire la posibilitatea de efectuare a unor lucrări în debleu, care să permită amplasarea a 4 incinte (A1, A2, A8 și A11 conform planului de construcție a SEAU Anina [2]).

Este de precizat faptul că zona investigată a fost afectată de o alunecare de tren, produsă în anul 2015 (Figura 2), ulterior fiind proiectate și executate lucrări de stabilizare a terenului, soluția tehnică fiind reprezentată de un sistem de fixare cu plase metalice și ancore [3].

*

Autor corespondent: Apostu Izabela-Maria, Assist.prof.dr.eng., University of Petrosani, Petrosani, Romania, (University of Petrosani, University Street no. 20, izabelaapostu@upet.ro) 7

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 7-18 SEAU Anina

Zona afectată de alunecarea din 2015

Figura 1. Localizarea zonei studiate

a b Figura 2. Alunecarea de teren: a – în 2015 [3], imediat după producere; b – în 2021, relativ stabilizată

Tot în acea perioadă, a mai fost luată în considerare și o a doua variantă de punere în siguranță a versantului, și anume cu ajutorul zidurilor de sprijin, în acest sens fiind considerate două soluții tehnice [4].

Pe parcursul analizelor efectuate in situ, s-a constatat că o parte din sistemul alcătuit din plase metalice și ancore a cedat (Figura 3), fiind necesară o altă soluție de stabilizare a versantului.

Figura 3. Deteriorarea plasei metalice și a ancorelor

Alunecarea inițială s-a produs în momentul executării unor lucrări de excavare la baza versantului, care să permită amplasarea celor 4 incinte meționate, și a fost descrisă ca fiind o alunecare consecventă (suprafața de cedare înclinând în același sens cu stratificația versantului) pe o pantă de cca. 30°. Alunecarea a antrenat mai multe blocuri de gresie puternic alterată (în special fizic: afectate de fisuri masive, dezvoltate atât în plan vertical cât și orizontal) și a fost favorizată de prezența argilelor și apei provenită din precipitații [3] (Figura 4a).

8

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 7-18

Procesul de alunecare a implicat deplasarea unor blocuri mari de rocă (20 – 40 t, și peste 2 m înălțime), a avut o dezvoltare de suprafață de cca. 15 – 20 m și s-a manifestat la o adâncime de cca. 7 m (Figura 4b). Corpul alunecării a fost constituit alcătuit dintr-un amestec neuniform cu blocuri masive de rocă alterată și nealterată cu intercalații argiloase cu conținut de apă [1].

a b c Figura 4. Aspecte stratigrafice: a - înclinarea concordantă a stratelor de rocă cu cea a versantului; b - aspectul blocurilor de rocă implicate în alunecare din 2015; c - șistuozitatea blocurilor alunecate

Se remarcă de asemenea șistuozitatea ce caracterizează blocurile implicate în alunecare (Figura 4c) dar și celor rămase pe loc, și care la rândul ei poate avea o influență semnificativă în declanșarea unei noi alunecări de teren sau în reactivarea celei din 2015. Această șistuozitate poate avea implicații și în alegerea unei viitoare soluții de stabilizare a versantului.

2. Considerații privind geologia masivului, hidrologia și climatul 2.1. Geologie Zona Munților Aninei se înscrie în unitatea montană şi deluroasă carpatică dezvoltată pe orogenul alpin a Carpaţilor Occidentali, grupa munţilor Banatului, subdiviziunea podişurilor şi munţilor calcaroşi din cadrul sinclinalului Reşiţa - Moldova Nouă. Această subdiviziune formează regiunea mediană a munţilor Banatului, în care predomină relieful carstic. Munţii Aninei au trăsături geomorfologice caracteristice, ca o consecinţă a alcătuirii lor geologice. Roca predominantă este calcarul dispus în sinclinale şi anticlinale cu o direcţie NNVSSE, iar relieful, adaptat la structură, constă din culmi şi văi paralele înscrise pe direcţia structurii geologice, şi de întinse podişuri calcaroase "ciuruite" de doline. La est şi nord, în Munţii Aninei apar gresii şi conglomerate [1].

Din pricina eroziunii diferenţiate, exercitată pe roci cu durităţi diferite, cât şi a tectonicii, au luat naştere depresiuni locale: Caraşova, Lişava, Ciudanoviţa, Anina etc.

Depozitele pe care este situat perimetrul construcţiei sunt de vârstă Permian inferior, Jurasic inferior, Jurasic mediu şi Holocen [5]: Permianul inferior este reprezentat în baza formaţiunii prin argile negre şistoase. Superior, se trece progresiv la gresii şi argile roşii cu intercalaţii de conglomerate şi gresii arcoziene roşii-violacee cu pete verzi.

Pe marginile zonei de sedimentare, orizontul roşu se dispune direct pe conglomeratele stephaniene sau chiar pe cristalin.

Jurasicul inferior debutează cu Liasicul inferior, ce prezintă în partea bazală un conglomerat grosier, format aproape exclusiv din elemente de cuarţ şi şisturi cristaline, cu ciment silicios. Peste conglomeratele bazale de la Anina, urmează o alternanţă de gresii micacee, de gresii argiloase şi şisturi cărbunoase, cărbuni şi argile refractare, cu grosime de cca. 250 m. Liasicul mediu şi superior sunt reprezentate printr-o serie pelitică, argiloasă-şistoasă, pachet denumit "orizontul şisturilor bituminoase" .A vând o grosime de cca. 200 m, acest orizont este format predominant din şisturi foioase de culoare neagră care la partea superioară trec treptat la argile cenuşii nisipoase în care se găsesc concreţiuni de sferosiderit.

Jurasicul mediu este reprezentat prin Aalian-Callovian şi este transgresiv. Aalianul şi Bajocianul sunt alcătuite din mame nisipoase cenuşii sau gălbui cu frecvente mulaje de Leioceras. Bathonianul este în general mamo-calcaros şi conţine frecvent lamelibmanchiate. Callovianul continuă faciesul marnos-calcaros, fiind caracterizat prin prezenţa unor concreţiuni elipsoidale grezo-calcaroase.

Holocenul este reprezentat printr-o alternanţă de pietrişuri rulate, nisipuri şi proluviile luncii. Aceste sunt frecvent întâlnite şi pe malurile diverselor văi.

9

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 7-18

Analizând documentația avută la dispoziție, am constatat că cele trei studii geotehnice efectuate în mai 2011, în mai 2015 și în octombrie 2015 identifică în mod diferit tipul de roci din care este alcătuit masivul: - studiul din mai 2011 – încadrează rocile ca fiind conglomerate [5]; - studiul din mai 2015 - încadrează rocile ca fiind gresii puternic alterate [4]; - studiul din octombrie 2015 - încadrează rocile ca fiind marnocalcare slab grezoase [1].

Din acest motiv, pe probele prelevate din forajele executate în anul 2021, au fost realizate noi investigații de laborator în vederea corectei identificări a rocilor aflate în structura versantului (Tabelul 1).

0 – 0.20 m

Tabelul 1. Stratigrafia versantului Forajul F1 argilă, argilă cărbunoasă 0 – 1.80 m

0.20 – 2.37 m

marnocalcare grezoase (fisurate)

2.37 – 2.65 m

marnocalcare calcar)

(cu

fragmente

2.65 – 10.00 m

marnocalcare grezoase (masive) RQD = 80.55%

1.80 – 2.00 m

de

2.00 – 2.30 m 2.30 – 4.00 m 4.00 – 5.00 m 5.00 – 10.00 m

Forajul F3 lipsă foraj-nerecuperat fragmente argilă cărbunoasă, argilă bituminoasă fragmente marne, marnocalcare marnocalcare grezoase fragmente calcare, calcare, calcare dolomitice marnocalcare RQD = 50.20%

Colectivul de cercetare din cadrul Universității din Petroșani (UP) a ajuns la concluzia că versantul este alcătuit dintr-o succesiune de strate (având ca reper forajul F1, considerat a fi, prin poziționarea față de zona investigată din versant, reprezentativ) (Figura 5): - la partea superioară, un strat superficial de sol vegetal urmat de un amestec de argile scheletice, pe alocuri cu argile cărbunoase (dificil de separat, motiv pentru care investigațiile ulterioare au fost efectuate considerând întregul amestec) (str. A); - un strat de marnocalcare grezoase, puternic fisurate (alterate) (str. M1); - un strat (intercalație) de marnocalcare (str. I); un strat de bază (relativ la adâncimea forajelor geotehnice) de marnocalcare grezoase masive (neafectate de fisuri) (str. M2).

Figura 5. Forajele F1 și F3

Din acest punct de vedere, concluziile colectivului de cercetare din cadrul UP se apropie mult de cele conținute în studiul din octombrie 2015, cu mențiunea că este în mod clar pus în evidență stratul I care separă cele două strate M1 și M2 (cel puternic fisurat și cel masiv).

Ceea ce au în comun cele trei studii anterioare și cel prezent este reprezentat de faptul că toate (deși identifică tipuri diferite de roci) scot în evidență gradul ridicat de alterare (fisurare) al stratului M1.

Din punct de vedre petrografic este vorba despre roci sedimentare de tranziție între roca carbonatică de precipitație (calcar miocritic) în amestec cu material terigen argilos (siltic) [1].

Rocile din cele stratele M1 și M2 sunt dure și compacte (dar fisurate în primul strat și masive în cel de-al doilea). Pentru Stratul M1 se observă alterări supergene și superficiale. De asemenea, în compoziția probelor analizate au fost observate paiete fine de muscovit și diaclaze cu calcit (sub 5 mm grosime) [1].

2.2. Hydrologia și climatul Localitatea Anina este străbătută de râul Gârliște ce face parte din bazinul hidrografic al râului Caraş, fiind alocată zonei cu umiditate bogată şi anume grupei cu ape freatice puternic drenate.

10

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 7-18

Arealele cu ape freatice în rocile cristaline şi roci intrusive se disting prin resurse de ape freatice bogate, localizate în fisurile acestor roci. În stratul deluvial superior sunt caracteristice variaţiile relativ mari ale resurselor de ape freatice, cea ce se reflectă şi în regimul de alimentare subterană a râurilor, prelungind astfel perioada apelor mari şi durata viiturilor [5].

Apele formate în astfel de condiţii sunt în general slab mineralizate (de regulă 50-200 mg/l) şi aparţin clasei apelor carbonate. In zonele depresionare sau ale teraselor joase şi luncilor, nivelul apelor freatice poate avea adâncimi relativ reduse, de la –l m la -10 m.

Din punct de vedere meteoclimatic, teritoriul localităţii Anina se încadrează în sectorul de climă continentală moderată, cu urm[toarele caracteristici [1, 5]: - temperatura medie anuală: + 10,5°C; - media lunii iulie - cea mai călduroasă: +21° C; - media lunii ianuarie - cea mai friguroasă: -0,8°C; - cantitatea medie de precipitatii: 1200-1400 mm/an; - adâncimea de îngheţ: 100 cm; - numărul zilelor cu îngheţ: 106 zile/an; - durata medie a intervalului fără ingheţ: 250; - direcţia vanturilor: E: 13,7%; N:12,4%; NV:11,5%, (62,4% calm atmosferic).

3. Investigații privind stabilitatea versantului 3.1. Stabilirea ipotezelor de producere a alunecărilor După analizarea structurii versantului investigat și pe baza experienței acumulată de-a lungul anilor de către membrii colectivului de cercetare, s-a ajuns la concluzia că alunecările se pot produce doar de-a lungul suprafaței de contact dintre stratele constituente (acestea fiind de regulă suprafețe de minimă rezistență, în mod expres în cazul versanților alcătuiți din strate înclinate, concordante cu panta terenului).

Astfel au fost considerate două suprafețe generice pe traiectul cărora se pot materializa oglinzile de alunecare: - prima (probabilă și analizată în detaliu) la contactul dintre stratele A și M1 (cel puternic fisurat); - a doua (pentru care au fost efectuate aprecieri pe baza unor studii anterioare prezentate în literatura de specialitate) aflată la contactul dintre stratul I și M1.

3.2. Determinarea caracteristicilor fizice și geomecanice Pentru efectuarea analizelor de stabilitate, următorul pas important, este acela de determinare cu o precizie cât mai mare a caracteristicilor fizice și mecanice care caracterizează rocile din structura versantului.

Astfel, pornind de la ipotezele de producere a alunecărilor considerate în prezentul studiu, au fost efectuate determinări atât pentru fiecare tip de rocă întâlnit în foraje, dar și pentru suprafețele de contact dintre acestea (Figura 6), rezultatele fiind prezentate în tabelele 2 – 8.

a b c d Figura 6. Determinarea caracteristicilor geomecanice: a - epruvete supuse la forfecare după un plan obligat; b - probele de marnocalcar (incluziune) în casetele de forfecare (în stare naturală și saturată); c - epruvete supuse la tracțiune (metoda braziliană); d - epruvete supuse la compresiune monoaxială Nr. crt.

1.

2.

3.

4.

Tabelul 2. Caracteristicile fizice ale unor roci din structura versantului Denumirea rocii / Loc de colectare / Densitatea aparentă Starea epruvetei (volumetrică), [kg/m3] Str. A/Strat superior/Umiditate naturală 1,802 Str. A/Strat superior/Saturație 1,993 Str. I/Incluziune/Umiditate naturală 2,341 Str. I/Incluziune/Saturație 2,493 11

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

Nr. crt.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Nr. crt.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Nr. crt.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 7-18

Tabelul 3. Densitatea aparentă (volumetrică) rocilor din str. M1 și M2 Densitatea aparentă (volumetrică), Denumirea rocii / ρa [kg/m3] Loc de colectare / Starea epruvetei Pe probă Media 2,652 2,649 2,645 Str. M1/Anina/Umiditate naturală 2.649 2,642 2,649 2,659 Tabelul 4. Rezistența de rupere la forfecare pe plan forțat (str. M1) Caracteristica mecanică Rezistența de rupere la forfecare după un plan obligat Denumirea rocii / Loc de colectare / α = 30º Starea epruvetei σ [MPa] τ [MPa] Pe probă Media Pe probă Media 16,96 9,79 16,30 9,41 17,54 10,13 Str. M1 / Anina / 16,94 9,78 Umiditate naturală 17,77 10,26 15,77 9,10 17,32 10,00

Tabelul 5. Determinarea coeziunii și unghiului de frecare interioară (str. M1) prin forfecare Caracteristica mecanică Unghiul de Rezistența de rupere la forfecare după un plan obligat Denumirea rocii / Coeziunea frecare Loc de colectare / α = 60º c [MPa] interioară Starea epruvetei σ [MPa] τ [MPa] φ [°] Pe probă Media Pe probă Media 4,49 7,77 3,62 6,28 3,24 5,62 Str. M1 / Anina / 3,78 6,55 5,62 14,35 Umiditate naturală 3,34 5,79 4,06 7,03 3,94 6,82

Tabelul 6. Determinarea coeziunii și unghiului de frecare interioară (str. M1) prin compresiune monoaxială și tracțiune Caracteristica mecanică Denumirea rocii / Rezistența de rupere la Rezistența de rupere la Unghiul de Nr. Loc de colectare / compresiune monoaxială, tracțiune (metoda braziliană), Coeziunea frecare crt.

Starea epruvetei σrc [MPa] σrt [MPa] c [MPa] interioară Pe probă Media Pe probă Media φ [°] 1.

27,14 10,36 2.

29,14 11,79 3.

28,67 9,98 Str. M1 / Anina / 28,38 10,12 8,47 28,31 Umiditate naturală 4.

29,59 9,05 5.

28,19 9,43 6.

27,56 9,14

Nr. crt.

1.

2.

3.

4.

Tabelul 7. Determinarea coeziunii și unghiului de frecare interioară la contactul dintre str. A și str. M1 Caracteristica mecanică Unghiul de Rezistența de rupere la forfecare Denumirea Coeziunea frecare rocii/Loc de colectare/Starea Pe suprafață de contact 2 c [daN/cm ] interioară epruvetei σ [daN/cm2] τ [daN/cm2] φ [°] Pe probă Pe probă 1,75 4,86 I- M1 / Anina 2,72 31,84 / Umiditatea naturală 2,25 5,28 1,75 2,36 I- M1 / Anina / 0,91 27,47 Umiditatea saturată 2,25 2,71 12

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Nr. crt.

1.

2.

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 7-18

Tabelul 8. Determinarea coeziunii și unghiului de frecare interioară la contactul dintre str. A și str. M1 Coeziunea Unghiul de frecare interioară Denumirea rocii / Loc de colectare / Starea epruvetei c [daN/cm2] φ [°] A – M1/Anina/Umiditatea naturală 0,38 21,13 A – M1/Anina/Umiditatea saturată 0,23 19,02

Analizând tabele 2 - 8, se poate constata că, deși caracteristicile mecanice individuale sunt unele care ar putea sugera că avem de-a face cu un versant mai de grabă stabil. Totuși, dacă ne concentrăm atenția asupra caracteristicilor în cazul suprafețelor de contact dintre diferitele strate de roci, aceste sunt relativ reduse (în special la contactul str. A și M1), și astfel, în anumite condiții, se pot produce alunecări de teren ce vor implica volume semnificative de roci.

3.3. Modelarea stratigrafiei versantului Pentru modelarea stratigrafiei versantului, dincolo de forajele executate în 2021, s-au preluat informații din studiile geotehnice anterioare (cu precădere investigațiile geofizice conținute în studiul realizat în mai 2015 [3, 4] – Figura 7a), iar pentru modelarea geometriei actuale a versantului au fost considerate profilele topografice realizate în 2021. În figura 7b este prezentată geometria și stratigrafia versantului, așa cum a fost modelată prin intermediul softului de analiză a stabilității.

a

b Figura 7. Geometria și stratigrafia versantului: a – profil geofizic [1, 9]; b – modelare în softul Slide 13

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 7-18

3.4. Efectuarea analizelor de stabilitate Pentru efectuarea analizelor propriu-zise de stabilitate au fost utilizate două softuri de specialitate (Slide și GeoTecB), care permit definirea suprafețelor generice de alunecare la contactul dintre stratele ce intră în alcătuirea versantului.

Ipoteza 1 – alunecarea se produce la suprafața de contact dintre str. A și M1 (puternic fisurat).

Analizele au fost efectuate luând în calcul, în mod progresiv, o serie de factori care influențează rezerva de stabilitate (în mod negativ) a unui versant (condiții de saturare a rocilor constituente și ipoteza producerii seismelor), astfel încât să poată fi efectuate și unele considerații asupra oportunității reluării excavațiilor la baza versantului pentru a asigura spațiul necesar construirii incintelor A1, A2, A8 și A11 (conform planului de construcție a SEAU Anina [2]).

Analizele inițiale de stabilitate sunt prezentate în figura 8a - d. Facem precizarea că analizele au fost efectuate prin mai multe procedee (Fellenius, Bishop, Janbu, Morgenstern-Price), binecunoscute și recomandate de literatura de specialitate [6, 7, 8, 9]), în prezenta lucrare fiind ilustrate situațiile pentru care au fost obținute cele mai defavorabile valori (cei mai mici coeficienți de siguranță pentru fiecare situație în parte).

a

b

c

d

e f Figura 8. Analize de stabilitate: a - în condiții de umiditate naturală a zonei de contact dintre strate; b - în condiții de umiditate naturală a zonei de contact dintre strate considerând influența unui șoc seismic cu o accelerație de 0,25g; c - în condiții de saturare a zonei de contact dintre strate; d - în condiții de saturare a zonei de contact dintre strate și sub influența unui șoc seismic cu accelerația de 0,25g; e - în condiții de saturare a zonei de contact dintre strate și sub influența unui șoc seismic cu accelerația de 0,25g; f - în condiții de saturare a zonei de contact dintre strate și a stratului superior, de argilă, și sub influența unui șoc seismic cu accelerația de 0,25g 14

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 7-18

În scopul validării rezultatului cel mai defavorabil, obținut luând în considerare saturarea zonei de contact și producerea unui șoc seismic concomitent cu desfășurarea unor activități de excavare și/sau construcție pe amplasament, am dublat această analiză prin utilizarea unui al doilea soft de geotehnică (Figura 8e).

O ultimă situație analizată are în vedere nu doar saturarea zonei de contact, ci și a stratului de argilă aflat în partea superioară a versantului. Această posibilitate este prezentată în figura 8f.

De asemenea facem precizarea că pentru a studia posibila influență a șocurilor seismice asupra stabilității, în analize am considerat o accelerație seismică de 0,20g (corespunzătoare hărții de zonare seismică a teritoriului României conținută în Normativul P 100-1 [10]), la care am adăugat o accelerație de 0,05g, dată de vibrațiile transmise de utilaje către versant în ipoteza reluării activităților de excavare și construcție Pentru a sintetiza rezultatele analizelor de stabilitate efectuate în cadrul primei ipoteze de producere a unei alunecări de teren, pe o suprafață materializată la contactul dintre str. A și M1, am construit tabelul 9.

Nr. crt.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Suprafața de alunecare

Poligonală, la contactul dintre str. A și M1

Tabelul 9. Centralizarea rezultatelor analizelor de stabilitate Procedeul de Coeficient de Condiții și factori de influență analiză siguranță Umiditate naturală Janbu 2,525 Umiditate naturală + șoc seismic Janbu 1,409 Umiditate la saturație Janbu 1,750 Umiditate la saturație + șoc seismic Janbu 0,994 Umiditate la saturație + șoc seismic Fellenius 0,960 Umiditate la saturație + argile saturate + Fellenius 0,900 șoc seismic

Software Slide Slide Slide Slide GeoTecB GeoTecB

Analizând cele prezentate în figura 8 și tabelul 9 putem extrage următoarele concluzii: - în condiții de umiditate naturală (prin aceasta înțelegând umiditatea la un moment dat a rocilor din versant, în cazul de față la momentul prelevării probelor, deci variabilă, depinzând în mod special de regimul precipitațiilor) rezerva de stabilitate este peste 2,5. O astfel de rezervă de stabilitate poate fi considerată acoperitoare, chiar și în cazul analizat, și în concordanță cu recomandările literaturii de specialitate [6, 8, 9]; - în condiții de umiditate naturală și sub influența șocurilor seismice se constată o reducere cu cca. 44% a rezervei de stabilitate, până la o valoare de 1,409; - în condiții de saturare a zonei de contact dintre strate (situație ce se poate materializa în condițiile unor precipitații moderate cantitativ și ca intensitate), rezerva de stabilitate a versantului este de 1,750; - cu toate că aceste valori sunt supraunitare, rezervele de stabilitate de 40,9% și respectiv 75% ale versantului pot fi considerate ca fiind insuficiente pentru versanți, fie ei naturali sau construiți, aflați în apropierea unor obiective importante și care reclamă prezența permanentă a personalului ce deservește obiectivul (în cazul de față SEAU Anina). Pentru aceste situații se recomandă adoptarea unor coeficienți de siguranță mai mari de 2,5; - în condiții de saturare a zonei de contact dintre strate și sub influența șocurilor seismice se constată o reducere cu cca. 43% a rezervei de stabilitate (față de situația cu zona de contact saturată), până la o valoare de 0,994. Această valoare, fiind subunitară, ne indică faptul că într-o astfel de situație este foarte probabilă declanșarea unei alunecări de teren; - în urma verificării acestui rezultat, prin utilizarea unui alt soft geotehnic, s-a obținut o valoare a coeficientului de siguranță de 0.960, adică apropiată (diferența fiind de sub 4%), fiind astfel validat rezultatul inițial și confirmată probabilitatea ridicată de producere a alunecării; - pentru ultima situație analizată, adică în condiții de saturare a zonei de contact (se produce în cazul precipitațiilor abundente, de mare intensitate) dintre strate și a argilelor acoperitoare și sub influența șocurilor seismice, constatăm, de asemenea, că se obține o valoare a coeficientului de siguranță subunitară (0,900), adică din nou există o probabilitate ridicată de producere a unei alunecări. Un alt aspect important este legat de lungimea pe care se produce alunecarea. Astfel în această situație, așa cum putem observa din figura 6f, lungimea pe care se materializează suprafața de alunecare este de aproximativ ½ din lungimea totală a suprafeței potențiale aflată la contactul dintre strate. Poate părea o situație mai favorabilă, întru-cât ar implica, aparent, deplasarea unui volum mai mic de material, însă lucrurile nu stau deloc așa. Astfel, datorită modificării radicale a stării de consistență a argilelor (trecerea, datorită conținutului mare de apă absorbită și adsorbită, într-o stare plastică, ce permite curgerea) alunecarea se va produce cu o viteză mare, din această cauză deplasarea masei alunecate s-ar produce până la o distanță mult mai mare, punând în pericol imediat obiectivele construite. Mai mult, partea superioară a argilelor se va pune în mișcare după această primă fază deoarece, acestea, și ele saturate la rândul lor, ar rămâne practic fără sprijin pe o pantă de aprox 30°. Așadar, în această 15

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 7-18

situație ne-am confrunta cu o alunecare complexă, succesivă sau cu transmitere regresivă (în funcție de momentul la care argilele de la partea superioară a pantei se pun în mișcare, adică după un timp măsurat în minute sau ore de la producerea alunecării inițiale sau după secunde sau fracțiuni de secundă), care ar conduce fie la creșterea suplimentară a lungimii pe care se deplasează materialul alunecat, fie ar genera forțe de împingere suplimentare (sau o combinație între cele două efecte) cu consecințe grave asupra obiectivelor din zona de influență (clădirile deja construite ale SEAU Anina).

Ipoteza 2 – suprafața de alunecare se materializează la contactul dintre str. I (intercalația dintre cele stratele M1 și M2, cel superior fisurat și cel inferior masiv) și str. M1(Figura 9). În această ipoteză, trebuie să pornim investigația de la faptul că, așa cum s-a prezentat în acest studiu, stratul M1 este puternic fisurat, ceea ce permite pătrunderea facilă a apei până la nivelul stratului I ce îl separă de stratul inferior M2, masiv (caracterizate de un coeficient de absorbție a apei cuprins între 0,3 și 0,7%, conform [1]).

Figura 9. Materializarea suprafeței de alunecare lacontactul dintre str. I și M1

Această situație, creează condiții favorabile de saturare a str. I, iar după ce se atinge capacitatea maximă de absorbție a apei, aceasta va fi adsorbită, formându-se între stratul I și cele două strate M1 și M2 o peliculă (un film) de apă. Apariția unei astfel de pelicule de apă conduce la o reducere drastică a caracteristicilor de rezistență pe această zonă de contact (practic rezistența la forfecare, exprimată prin intermediul coeziunii și unghiului de frecare interioară ar tinde spre 0).

Deoarece softurile utilizate nu ne permit modelarea sistemului de fisuri ce afectează stratul M1 (și nici nu dispunem de informații de detaliu cu privire la acest aspect) și nici nu putem aprecia un coeficient de slăbire structurală a stratului în cauză (determinarea cu o precizie satisfăcătoare necesitând investigații geologice complexe și de durată), pentru a prezenta posibilitatea de producere a unei alunecări de teren prin această zonă a versantului, colectivul de cercetare a analizat situații similare, întâlnite în studii anterioare sau prezentate în literatura de specialitate.

Așadar, în ipoteza formării unei pelicule de apă la contactul dintre stratul I și M1 (aflate deasupra), pe fondul reducerii spre 0 a coeziunii și unghiului de frecare interioară, există o posibilitate ridicată ca acestea din urmă (str. M1) să între într-o mișcare de alunecare prin glisare, fie a întregului strat, fie a unor blocuri de mari dimensiuni (20 – 40 t), așa cum probabil s-a întâmplat și în cazul alunecării din 2015.

Viteza de deplasare, distanța pe care se produce deplasarea, volumul de material antrenat și implicit efectele pe care le pot produce acestea depind de un număr de variabile. Cel l mai cunoscut caz de astfel de alunecare (pe o peliculă de apă formată la contactul dintre două strate de rocă), a fost cea a versantului drept al acumulării de la Vajont (Italia), când s-a ajuns la o viteză de cca. 110 km/h [11], dar în condițiile unui versant cu înclinare și înălțime mult mai mari decât în cazul analizat. Viteza ridicată cu care se produc astfel de alunecări se traduce printr-o energie mare și implicit prin efecte distructive de amploare.

Posibilitatea producerii unei astfel de alunecări trebuie luată în calcul în special în situația manifestării unui șoc seismic (generat de cauze naturale, indus de activități umane sau o combinație a acestora), deoarece, așa cum am constatat din cele prezentate în cadrul Ipotezei 1 de producere a unei alunecări, acesta poate reduce rezerva de stabilitate, oricare ar fi aceasta, cu peste 40%.

4. Concluzii și recomandări Având în vedere cele prezentate în cuprinsul lucrării putem extrage următoarele concluzii: 1. Există diferențe semnificative în ceea ce privește modul în care au fost încadrate rocile ce alcătuiesc versantul investigat. Colectivul UP, prin investigațiile efectuate a ajuns la concluzii, din acest punct de vedere, asemănătoare cu studiul geotehnic realizat în octombrie 2015.

16

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 7-18

2. Astfel de discrepanțe pot conduce și la modelări și interpretări eronate a stării tehnice a masivului (în special în cazul analizelor predictive), care la rândul lor să conducă la proiectarea unor soluții tehnice de stabilizare greșite, și care să nu producă efectele scontate (punând astfel în pericol obiectivele construite și chiar viața oamenilor).

3. Analizele de stabilitate efectuate au pus în evidență faptul că versantul prezintă o rezervă de stabilitate satisfăcătoare (peste 2,5) doar în cea mai favorabilă situație analizată, și anume roci aflate la umiditate naturală și absența factorilor externi de influență. Facem totuși precizarea că o astfel de situație este prea puțin realistă, și nu poate fi considerată ca reper în luarea unei decizii raționale privind reluarea lucrărilor de excavare a versantului și a activităților de construcție la baza acestuia.

4. Pentru restul situațiilor analizate, coeficientul de siguranță prezintă fie valori supraunitare, dar aflate sub valoarea de 2,5 recomandată de literatura de specialitate, fie valori subunitare, adică ne indică un versat aflat în condiții de instabilitate.

5. Apreciem că la momentul actual versantul se află într-o stare relativă de echilibru, dar că orice intervenție, în sensul reluării activităților de excavare în vederea asigurării suprafeței de teren necesară construcției incintelor A1, A2, A8 și A11 (conform planului de construcție a SEAU Anina [2]) ar putea conduce la reactivarea alunecării din 2015, cu extinderea semnificativă a acesteia sau la declanșarea unei noi alunecări, care să se materializeze pe un plan diferit de alunecare față de cel inițial sau care să difere prin mecanismul de producere.

6. În aceste condiții, colectivul de cercetare a luat decizia de a nu lua în considerare nici o variantă de execuție a restului de lucrări aferente finalizării construcției SEAU Anina care să implice reluarea excavărilor în versantul drept, și, implicit de a nu propune nici o soluție constructivă (tehnică) în acest sens.

Recomandări: 1. Având în vedere rezultatele analizelor de stabilitate obținute pentru situațiile cele mai defavorabile este necesară punerea imediată în siguranță a versantului în cauză, existând o posibilitate reală de producere a unei alunecări de teren (sau reactivare a celei din 2015) care să pună în pericol obiectivele deja construite.

2. Având în vedere distanța redusă dintre versantul analizat (relativ stabil sau instabil în anumite condiții), colectivul de cercetare recomandă adoptarea unui coeficient de siguranță superior celui recomandat de literatura de specialitate, în acest sens fiind sugerată o valoare de minim 3.

3. Cum o astfel de valoare este dificil de obținut prin simpla regeometrizare a versantului, colectivul de cercetare recomandă reanalizarea soluției tehnice (prin intermediul unei firme de consultanță în domeniu) cu zid de sprijin (în cele două variante) propusă în cadrul studiului geotehnic realizat în mai 2015. Facem precizarea că această soluție tehnică vizează doar punerea în siguranță a versantului și în nici un caz reluarea excavațiilor în zona aceasta.

Notă: Atunci când se are în vedere adoptarea unei soluții tehnice ce presupune construcția zidurilor de sprijin, trebuie luată în considerare modificarea stărilor de tensiune din masiv (tensiunile locale induse de fundație și modificarea stării globale de tensiune a masivului în ansamblu).

De altfel problematica tensiunilor transmise de către fundație spre masiv (fie că este vorba despre o fundație săpată, fie de una forată) și modificările aduse stării globale de tensiune din masiv este tratată pe sute de pagini în literatura de specialitate [9, 12], și aceste aspecte, având în vedere rezultatele cu privire la rezerva de stabilitate a versantului (în special în situațiile defavorabile), trebuie să fie analizate în detaliu înainte de luarea unei decizii în sensul construirii unor astfel de structuri (ziduri de sprijin), astfel încât să implice riscuri minime pentru executanții lucrării și pentru utilajele implicate în proces.

Un alt aspect ce trebuie neapărat avut în vedere, în ipoteza adoptării soluției cu ziduri de sprijin, este legată de sarcinile dinamice transmise spre masiv (sub forma vibrațiilor) în perioada de săpare/forare a fundației. În cadrul analizelor de stabilitate au fost luate în considerare sarcini dinamice, induse de seisme. Aceste sarcini acționează, totuși, pentru perioade scurte de timp (maxim de ordinul zecilor de secunde), spre deosebire de sarcinile dinamice induse în timpul săpării/forării fundației. În cazul sarcinilor dinamice induse în timpul săpării/forării fundației, chiar dacă acestea sunt mai reduse decât cele seismice (ca intensitate și accelerație, depinzând în mare măsură și de tipul de utilaje folosite și viteza de execuție a lucrărilor), ele se manifestă continuu pentru perioade mult mai îndelungate, și în acest caz pot apărea probleme generate de compunerea undelor transmise către versant (cu precădere dacă săparea / forarea se execută în mai multe puncte simultan) și reflectate dinspre versant, sub aspectul amplitudinii și frecvenței.

17

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 7-18

Așadar, acest tip de solicitări dinamice, pot fi privite ca eventuali factori declanșatori ai unei alunecări de teren, deosebit de periculoase, dacă avem în vedere că s-ar produce în timpul executării lucrărilor, ceea ce implică prezența oamenilor în zona de influență.

4. Identificarea și delimitarea unui alt perimetru (cu o suprafață de aproximativ 500 m2) necesar pentru construcția incintelor A1, A2, A8 și A11 (conform planului de construcție a SEAU Anina [2]) într-o zonă favorabilă, care să nu implice excavări în zona versanților din vecinătatea SEAU Anina (pe valea Gârliștei). În acest sens recomandăm inițierea unui demers de scoatere din fondul forestier a unei suprafețe de teren corespunzătoare (la nord, nord-est față de construcțiile existente) și transmiterea acestei solicitări către Romsilva (și, eventual solicitarea implicării administrației și a factorilor de decizie locali și județeni în rezolvarea problemei).

Bibliografie [1] P.F.A. Pascalau Gigi, 2015 Geotechnical study for landslide investigation in the area of the Anina wastewater treatment plant, Caraş-Severin county (în română), Contract nr. 458/2015, București [2] ***, 2020 Situation plan, Wastewater Treatment Plant Anina (în română) [3] Corbescu G., 2016 Stabilization of the unstable slope at the Anina wastewater treatment plant (în română), Revista Construcțiilor, nr. 127, pp. 32-33 [4] S.C. Expert S.R.L. Timișoara, 2015 Geotechnical expertise - Solutions for stabilizing the unstable slopes at the Anina wastewater treatment plant (în română), Contract nr. 3531/2015 [5] S.C. Geologic Don S.R.L. Ploiești, 2011 Geotechnical study for the realization of the project "Feasibility study and co-financing application for obtaining cohesion funds for Caraş Severin county for Anina locality" (în română), Contract nr. 135/2011 [6] Duncan C.W., Christopher W.M., 2005 Rock Slope Engineering. Civil and mining, 4th edition, Spon Press - Taylor & Francis Group, 431 p., New York [7] Lazăr M., Faur F., 2015 Stability and arrangement of slopes. Examples of calculation (în română), Editura Universitas, 206 p., Petroșani [8] Rotunjanu I., 2005 Stability of natural and artificial slopes (în română), Editura Infomin, 351 p., Deva [9] Stanciu A., Lungu I., 2006 Foundations. Earths physics and mechanics (în română), Vol 1, Editura Tehnică, 1620 p., București [10] Technical University of Civil Engineering Bucharest, 2013 Seismic design code P 100-1 (în română), aprobat de MDRAP [11] Petley D., 2008 The Vaiont (Vajont) landslide of 1963, The Landslide Blog, https://blogs.agu.org/landslideblog/2008/12/11/the-vaiontvajont-landslide-of-1963/ [12] Toderaș M., 2005 Geotechnics and foundations (în română), Editura Universitas, 292 p., Petroșani

Acest articol este cu acces deschis, distribuit pe baza licenței Creative Commons BY SA 4.0. Autorii păstrează drepturile de autor și sunt de acord cu termenii licenței CC BY SA 4.0 menționate mai sus.

18

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 vol. 27, nr. 4 / 2021, pp. 19-27

ÎMBUNĂTĂȚIREA STABILITĂȚII CAMEREI DIRECȚIONALE G 31-33, ORIZONTUL 210 - EST, SALINA OCNELE MARI-COCENEȘTI, PRIN CONSOLIDARE CU ANCORE ȘI TORCRET Dacian-Paul MARIAN1*, Ilie ONICA2 Universitatea din Petroșani, Petroșani, Romania, dacianmarian@upet.ro Universitatea din Petroșani, Petroșani, Romania, onicai2004@yahoo.com 1

2

DOI: 10.2478/minrv-2021-0031 Rezumat: Zăcământul de sare gemă de la Ocnele Mari – Cocenești a fost exploatat prin metoda cu camere și pilieri mici pătrați, la nivelul orizonturilor +226m și +210m. Cu toate că salina nu este adâncă, au apărut anumite fenomene de instabilitate (fisuri, exfolieri) în structurile de rezistență (pilieri, planșee), în special în camera direcțională G31-33, orizontul 210E. Aceste fenomene de instabilitate au fost evidențiante și în urma modelării numerice 3D cu elemente finite. Pentru prevenirea degradării excavațiilor miniere și structurilor de rezistență s-a procedat la susținerea cu ancore și torcret armat a suprafețelor afectate. Tavanul tronsonului consolidat al camerei direcționale G31-33, oriz.210E este monitorizat prin măsurarea sistematică, pe repere topografice montate la tavan, a deplasărilor verticale și orizontale.

Cuvinte cheie: sare gemă, exploatare cu camere și pilieri, stabilitate, consolidare, ancore, torcret, deplasare, model numeric, elemente finite 1. Generalități Zăcământul de sare de la Ocnele Mari se situează în regiunea dealurilor subcarpatice ale Olteniei, iar perimetrul Coceneşti este localizat în zona estică a zăcământului Ocnele Mari (fig.1).

Figura 1. Amplasarea geografică a zăcământului de sare gemă Ocnele Mari [1]

Autor corespondent: Dacian-Paul Marian, Assoc.Prof. PhD. Eng., University of Petroșani, Petroșani, Romania, contact (University st. no. 20, Petroșani, Romania dacianmarian@upet.ro) *

19

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 19-27

Sarea gemă s-a format într-un bazin halogen alcătuit dintr-o suită de golfuri şi lagune. Depunerea sării a avut loc în mod neuniform în interiorul bazinului, în funcţie de condiţiile de alimentare şi de morfologia fundului bazinului de sedimentare, vârsta sării geme de la Ocnele Mari - Coceneşti fiind Badenian mediu.

Formaţiunile sedimentare ale regiunii Ocnele Mari corespund intervalului Paleogen – Cuaternar. Procesul de sedimentare care a început în Paleogen nu a fost continuat, remarcându-se numeroase discontinuităţi în acest proces.

Din punct de vedere stratigrafic, regiunea Ocnele Mari cuprinde formaţiuni geologice paleogene, neogene şi cuaternare.

Orizontul cu depozite de sare gemă se prezintă într-un facies lagunar, cu răspândire locală, fiind format din masive de sare, gipsuri şi marne sărate, în acest orizont fiind încadrat şi zăcământul de sare gemă de la Ocnele Mari, iar masivul de sare apare în zona de ridicare axială de la Ocniţa – Ocnele Mari.

Zăcământul de sare de la Ocnele Mari are forma unei lentile alungite pe direcţie E-V, măsurând în acest sens cca. 7,5 km, iar către N-S, cca. 3,5 km, prezentând o ridicare axială în zona Ocniţei, cu înclinări spre N (fig.2).

Figura 2. Secţiune geologică prin masivul de sare Ocnele Mari [1]

Grosimea depozitelor din acoperiş variază între 20 m şi 50 m în partea de sud şi până la 700-800 m, în partea de nord, odată cu afundarea zăcământului. Grosimile zăcământului de sare sunt variabile, ajungând până la laminări în partea de nord şi sud, grosimea maximă atingând 450 m în partea centrală a lentilei.

Zăcământul de sare de la Ocnele Mari este flancat la nord şi sud de două falii majore şi anume: falia Stoeneşti și falia Bisericii. În interiorul masivului de sare se remarcă prezenţa unor fenomene microtectonice locale.

Din punct de vedere macroscopic, sarea de la Coceneşti – Ocnele Mari se prezintă în formă de benzi alternante de sare albă şi sare cenuşie închisă sau negricioasă, impurificată cu pelicule şi fragmente centimetrice de marne sau cuiburi de anhidrit.

Forajele de cercetare şi lucrările miniere executate au fost probate chimic pe toată lungimea utilă, iar elementele analizate au fost: NaCl, CaSO4, CaCl2, MgCl2, Fe2O3 şi substanţe insolubile.

Din punct de vedere al cercetării geologice, nu s-a făcut o diferenţiere în perimetrul Ocnele Mari. Lucrările de cercetare - explorare au început în anul 1952 şi s-au intensificat în perioada cuprinsă între anii 1988 – 1991.

Sarea acestui zăcământ a fost exploatată încă din timpul romanilor, însă exploatarea sistematică a început în sec. XIX prin ocne tip clopot, în actuala zonă a băilor. În 1959 a demarat exploatarea sării în zona centralvestică a zăcământului, prin sonde de dizolvare.

Exploatarea pe cale solidă a zăcământului Ocnele Mari – Cocenești a început în anul 1996, utilizând metoda de exploatare cu camere mici și pilieri pătrați (pe o rețea de 30 x 30 m), în două etaje descendente, de 16 m înălțime, respectiv la nivelul orizonturilor +226 m și +210 m (exploatat în perioada 2001-2020).

Dimensiunile camerelor au fost de 16 m lățime și a pilierilor de 14 x14 m, în aripa vestică și de 15m, cu pilieri 15x15 m, în aripa estică. Planșeul dintre cele două orizonturi este de 8m grosime. La ora actuală se află în deschidere oriz.+190 m, situat sub un planșeu de 12 m, față de vatra oriz.+210 m. Acest orizont este proiectat să fie exploatat cu camere de 15 m, lățime și pilieri de 15x15 m, pe ambele aripi ale câmpului minier.

20

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 19-27

Valorile cotelor suprafeței terenului de la zi sunt cuprinse între un minim zmin=301m și un maxim zmax=361 m, ceea ce corespunde la o adâncime variabilă de situare a vetrei orizontului +226 m de H=75-135 m. Ținând seama de adâncime și de gradul de solicitare la fluaj al sării geme  , pentru Salina Ocnele Mari, legile constitutive de comportament ale sării geme din structurilor de rezistenţă subterane sunt următoarele: a) pentru H  363 m – comportament elastic (zona de stabilitate, pentru   0,36 ); b) pentru H=363-555 m– comportament elasto – plastic (zona de stabilitate relativă, pentru 0,36    0,55 ); c) pentru H  555 m – comportament elasto-vâsco-plastic (zona de instabilitate, pentru   0,55 ). În ultimii 50 de ani, pentru sarea gemă de la Ocnele Mari au fost realizate mai multe determinări de parametrii geomecanici, ale căror valori au fost utilizate în calculele pe diferite modele analitice și numerice.

De-a lungul timpului, valorile medii ale acestor parametrii, cel mai frecvent utilizate în calcule, au fost următoarele: greutatea specifică aparentă,  a =21,5 kN/m3; modulul de elasticitate, E=1,5.106 kN/m2; coeficientul lui Poisson,  =0,25; rezistenţa la compresiune,  c =21 700 kN/m2; rezistenţa la tracţiune,  t =1 200 kN/m2; rezistenţa la forfecare,  f =2 300 kN/m2; coeziunea, C=4 000 kN/m2; unghiul de frecare interioară,  =30o [2]. În general, în urma calculelor analitice [3] și analizelor numerice [2], [4] efectuate a rezultat concluzia că structurile de rezistență (pilieri și planșee) de la orizonturile exploatate +226 m și +210 m sunt stabile, ținând seama de adâncimea relativ redusă a excavațiilor miniere, iar fenomenele de instabilitate sunt doar locale și sunt determinate de neomogenitățile și fisurile naturale existente în masivul de sare.

Modelul numeric cu elemente finite în 3D al Salinei Ocnele Mari, calculat în ipoteza unui comportament elasto-plastic fără ecruisaj, a evidențiat la orizontul +210 m-aripa estică, o singură zonă instabilă cu comportament plastic (fig.3) și anume zona tronsonului G31-33, aferent galeriei direcționale 210E. Acest fenomen de instabilitate locală poate fi explicat prin poziționarea spațială a excavațiilor miniere subterane în raport cu configurația zăcământului și relieful terenului de la zi, care a generat o concentrare a stării de tensiuni și deformații pe această zonă.

Modelul numeric cu elemente finite în 3D este validat și de fenomenele de instabilitate observate în teren, apărute în camerele, pilierii și planșeul din zona camerei direcționale 210E, tronsonul G31-33 (prezentate în continuare). În figura 4 este reprezentată distribuția tensiunilor principale maxime (fig.4.a) și minime (fig.4.b) la nivelul oriz.+210E, cu marcarea zonei afectate de instabilitate din camera direcțională G31-33, oriz. 210E.

Figura 3. Vedere în planul orizontului +210m –aripa estică, cu reprezentarea scalară a normei de deformare plastică (NDP)

21

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 19-27

(a)

(b) Figura 4. Vedere în planul orizontului +210m –aripa estică, cu reprezentarea scalară a tensiunilor principale (a) maxime  1 , în kN/m2 și (b) minime  3 , în kN/m2

2. Consolidarea cu ancore și torcret a camerei direcționale G31-33, oriz.210E Camera direcțională de exploatare G, din aripa estică, oriz.+210 m, se situează la o adâncime medie de 110 m, măsurată de la suprafață, din care aprox. 40 m este reprezentată de rocile sterile din acoperiș, formate în principal din marne și argile.

Grosimea pilierului de acoperiș este de 30 m, iar de la pilierul de acoperiș, la distanța de 16-20 m, se găsește tavanul camerei direcționale G, în care sunt amplasate utilajele stației de măcinare. Camerele de exploatare G31, G32 și G33 sunt săpate integral în sare compactă, în mijlocul lentilei. Structura sării are o stratificație înclinată, conținând intercalații centimetrice sterile, de argile cenușii. Înclinația stratificațiilor de argilă și a bancurilor de sare este variabilă, în limitele a 20o-40o. În urma analizei macroscopice a pereților și tavanului excavațiilor miniere, după 8 ani de la finalizarea exploatării camerelor, au fost identificate zone cu diferite grade de stabilitate, lucrarea fiind încadrată într-o zonă cu risc potențial de instabilitate pe termen lung și anume: peretele sudic al camerei G este mai stabil și fără semne vizibile de degradare; peretele nordic este neomogen, fiind afectat mai pronunțat; tavanul este stabil, dar expus deteriorării datorită stării de tensiuni și deformații dezvoltate în această zonă.

Tronsonul din camera direcțională 210E, care a prezentat fenomene de instabilitate pe contur, se situează în zona camerelor de exploatare G31, G32 și G33, oriz.+210E. Acest tronson, unde s-au executat deja lucrări de consolidare, finalizate în anul 2020, are o lungime de: 105 m, în camera direcțională G; 7,5m, în camerele transversale G31 și G32; 15m, în camera G33 (fig.5).

22

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 19-27

Figure 5. Planul de situație al zonei camerei direcționale G, de la oriz. 210E, susținută cu ancore și torcret

În această zonă a camerei direcționale G31-33, sunt create condiții de exfoliere a sării geme de pe suprafața liberă a camerelor și formarea de copturi de dimensiuni diferite, care pot pune în pericol securitatea personalului. Pentru prevenirea fenomenelor de degradare a lucrării, în lucrarea [5] s-a propus copturirea integrală a suprafeței excavațiilor subterane, tratarea efectului negativ al umidității asupra incluziunilor argiloase și realizarea unei susțineri eficiente, care să asigure funcționarea lucrării miniere pe o perioadă proiectată de peste 40 de ani.

Datorită stratificației înclinate și a microtrctonicii masivului de sare, sistemul de ancorare dispus pe tavan și pe peretele nordic al camerei direcționale prezintă cumulat toate cele trei tipuri de efecte ale susținerii ancorate și anume: efectul de grindă (prin împiedicarea deplasărilor tangențiale ale benzilor de stratificație); efectul de suspendare (prin prinderea de masivul intact a blocurilor cu tendință de desprindere, generate de fisurile transversale pe stratificație); efectul de consolidare (prin creșterea rezistenței masivului de sare pe o adâncime de 2,5m, măsurată de la suprafața excavațiilor) - Brady & Brown, 2005. În proiectul [5], menționat mai sus, au fost luate în considerare, pentru a fi consolidate, următoarele excavații miniere subterane: a) camera direcțională G: profil de 15x8 m; lungime consolidată de 105 m (90 m vest de silozul colector și 15 m est, față de același siloz); suprafața tavanului de 1 575 m2; suprafața peretelui nordic de 480 m2 și sudic de 840 m2; b) camerele transversale G31 și G32: profil 15x8 m; lungime de 7,5 m; suprafața tavanului de 225 m2; suprafața pereților 240 m2; c) camera transversală G33, cu lungimea de 15m și ceilalți parametri geometrici identici cu ai celorlalte două camere transversale, însumate.

Din însumarea suprafețelor de mai sus, a rezultat o suprafață totală, necesară a fi consolidată, la nivelul tavanului de 2 025 m2 și la nivelul pereților de 1 800 m2. În urma monitorizării tavanului tronsonului consolidat al camerei direcționale 210E s-a dovedit că punerea în operă a acestui proiect, în anul 2020, este un experiment reușit (la fel ca cel practicat la Salina Ocna Dej, în galeria transversală din mina Transilvania, pe o lungime de 310 m, aferentă camerelor de amplasare a instalației de presfărâmare), de aceea acest proiect se poate constitui într-un model care poate fi utilizat în condiții similare la Salina Ocnele Mari sau la alte saline din România..

Metoda de susținere cu ancore și torcret [6], aplicată în condițiile camerei direcționale G31-33, oriz.+210E are următoarele caracteristici tehnice principale: 1) Tavanul, în zona de amplasare a utilajelor, a fost susținut cu ancore (PC52-  24 , cu lungimea de 2,5 m, distanțate la 1 m) cu o densitate de 1 ancoră/m2, fixate cu rășini poliesterice LOKSET, plasă metalică sudată (tip Buzău)  8 mm, cu ochiuri de 100/100 mm și torcret mecanic, cu o grosime de 0,1 m; 2) Peretele nordic și pereții camerelor G31, G32 și G33 au fost susținuți cu ancore, plasă metalică sudată și torcret mecanic, cu o grosime de 0,1 m (cu parametrii explicați mai sus); 3) Peretele sudic a fost susținut cu torcret mecanic cu o grosime de 0,05 m.

23

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 19-27

Materialele utilizate la aplicarea tehnologiei de ancorare sunt: ancore din PC-52; plăcuțe metalice; plasă metalică tip Buzău; materiale pentru protecție anicorozivă; cartușe cu rășini sintetice (chimice) de fixare LOKSET. Ancora din PC-52 are diametrul de 24 mm. Capătul anterior al ancorei este tăiat diagonal sub un unghi de 45o, iar celălalt capăt este filetat cu filet M20, pe o lungime de 150 mm. Porțiunea filetată a ancorelor a fost protejată anticoroziv cu o rășină epoxidică ICOSIT POXICOLOR. Plăcuța este din tablă de oțel OL 35, de formă pătrată, cu latura de 150 mm, prevăzută în centru cu o gaură cu  22 mm. Plasa metalică sudată tip Buzău  8 mm, cu ochiuri de 100x100 mm, este din panouri de 2x4m.

Tehnologia de montare a susținerii cu ancore și torcret (fig.6) constă din următoarele operații succesive: a) copturirea suprafaței exfoliate, b) perforarea găurilor pentru ancore, cu lungimea de 2,5m și diametrul de 28mm, în conformitate cu monografia de susținere; c) pregătirea pachetului cu cartușe chimice de fixare LOKSET; d) pregătirea ancorei metalice și a perforatorului P90, cu coloana telescopică; e) introducerea în gaură a 1,5 buc. fiole LOKSET HS Slow, cu o lungime de 500 mm și un diametru de 24 mm; f) introducerea ancorei până la fundul găurii, astfel încât porțiunea filetată de 5-10 cm să rămână în afara găurii, urmată de fixarea ei în gaură cu 2 pene și lăsarea unui interval de 24 de ore pentru întărirea rășinii sintetice; g) montarea plăcii de plastic, a plasei metalice (fără să atingă masivul) și a plăcii metalice care, apoi, se vor strânge cu piulița M20, la un moment de 20 kgf.m, utilizând o cheie dinamometrică; h) protejarea anticorozivă a filetului ancorei cu rășina Mapeter; i) aplicarea betonului torcretat cu grosimea de 0,1m, după un interval de 48 de ore.

Torcretarea s-a realizat în straturi succesive de 2-3 cm grosime, cu ajutorul unei mașini de torcretat ALIVA 240.5.

Rețeta mortarului torcretat este următoarea: ciment Portland I 42,5 – 600 kg/m3; nisip sort 0-3mm – 0,4 3 m ; nisip sort 3-7 mm – 0,4 m3; pietriș 7-15mm – 0,3 m3; accelerator de priză (Sigunit sau Bara Gunit) -33 kg; apă – 200-250 l. Înaintea formării stratului final de torcret, s-a aplicat direct pe suprafața masivului de sare un strat de torcret de blocare, cu următoarea rețetă: ciment Portland I 42,5 – 600 kg/m3; nisip sort 0-3mm – 1,1 m3; accelerator de priză -33 kg; apă sărată 0,15-0,25 kg sare/l.

Figura 6. Secțiune transversală prin camera direcțională +210E, cu schema de amplasare a ancorelor pe conturul lucrării miniere [5] 1-ancore portante; 2-ancore de întindere a plasei: 3-plasă metalică; 4-torcret armat; 5-torcret simplu; 6-placă de material plastic; 7-placă de ancoră; 8-piuliță M20; 9-fiolă de rășini poliesterice

24

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 19-27

3. Monitorizarea topografică a deplasărilor tavanului camerei direcționale G31-33, oriz.210E În luna decembrie, 2020, au fost amplasate 24 de repere topografice pe tavanul camerei direcționale G3133, orizontul 210E, în zona instalației subterane de măcinare a Salinei Ocnele Mari, zonă susținută cu ancore și torcret. Obiectivul reperelor topografice a fost monitorizarea deplasărilor blocului de sare ce are tendința de a se desprinde din tavanul camerei, iar prima măsurătoare a fost efectuată la data de 15.12.2020.

Pentru efectuarea măsurătorilor s-a stabilit o ,,bază de măsurare” formata din punctele 210E și borna B1, amplasate pe vatra camerei direcționale 210E. Pentru aceste două puncte s-au efectuat măsuratori topografice, în sistemul particular de referință al minei, determinându-se coordonatele Y (după direcția V-E), X (N-S) și Z (după verticală). Începând cu punctele bazei de măsurare, au fost operate măsurători asupra celor 24 de repere, cu ajutorul stației totale Leica –TS 06, folosind funcția acesteia de măsurare fără prismă, determinând coordonatele X,Y și Z ale fiecărui reper. În luna iunie 2021 a fost executată cea de-a doua măsurătoare.

Intervalul de timp între prima și a doua măsurătoare a fost de 6 luni. În urma măsurătorilor efectuate s-au calculat deplasările orizontale ΔX și ΔY și diferențele de nivel ΔZ, astfel încât au fost obținute deplasările verticale și vitezele de deplasare ale suprafeței tavanului excavației subterane.

Dat fiind intervalul foarte scurt (de doar 6 luni) între cele două măsurători și precizia relativă a măsurătorilor, considerăm că în această etapă rezultatele nu sunt relevante. Pe măsura creșterii intervalului de timp între prima măsurătoare și următoarele măsurători, se pot trage concluzii semnificative despre evoluția în timp fenomenului de deformare a lucrărilor miniere monitorizate și se pot elabora o serie de funcții de previziune.

Cu toate acestea, se poate observa o concentrare a deplasărilor verticale, înspre zona pilierului 31G, de max. 10-15 mm (fig.7.a), a deplasărilor orizontale după axa X, în zona pilierilor 31G și 32G, de max. 3-5 mm și mai puțin spre pilierul 33G (fig.7.b) și a deplasărilor orizontale după axa Y, de max.8-10 mm, la limita cu pilierul 31G și cu camera dintre acest pilier și 32G (fig.7.c).

Chiar dacă perioada de monitorizare este nerelevantă, se poate constata o concentrare a deformațiilor tavanului camerei direcționale 210E în zona pilierilor și spre colțul dintre pilieri și tavanul lucrării miniere.

Aceste observații sunt în deplin acord cu concentrarea tensiunilor asupra rândului de pilieri situat în imediata apropiere a lucrării monitorizate.

a)

25

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 19-27

b)

c) Figura 7. Deplasarea (a) verticală, după axa Z, (b) orizontală, după axa X și (c) orizontală, după axa Y, a tavanului camerei direcționale 210E, luna iunie, 2021 – reprezentare scalară

4. Concluzii În urma calculelor efectuate prin metode analitice și analizelor prin metode numerice s-a dovedit că excavațiile miniere subterane și structurile de rezistență de la Salina Ocnele Mari-Cocenești sunt stabile.

Există fenomene de instabilitate locală generate de neomogenitățile și fisurile naturale din masivul de sare sau datorită concentrării locale a stării de tensiuni și deformații, ca urmare a poziției spațiale relative a excavațiilor miniere de la cele două orizonturi exploatate, +226m și +210m, în raport cu configurația zăcământului și relieful suprafeței terenului de la zi.

O zonă afectată de instabilitate este camera direcțională G31-33, oriz. +210E, unde s-au constatat o serie de fisuri și exfolieri pe conturul excavațiilor. Această zonă a fost evidențiată și în modelele numerice 3D, prin prezența fenomenului de plasticizare a sării și prin concentrarea tensiunilor în această zonă.

Zona camerei direcționale G31-33, oriz.210E, a fost consolidată prin susținere cu ancore cimentate de 2,5m lungime și torcret armat.

26

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 19-27

În urma monitorizării deplasărilor tavanului camerei direcționale consolidate s-a constatat o stabilizare evidentă a acestuia și o distribuție a deplasărilor verticale și orizontale maxime în zonele concentratorilor de tensiuni din vecinătatea pilierilor.

Bibliografie [1] Marica D., 2011 Study of the stability of mining excavations at the Ocnele Mari salt mine in order to increase the degree of work safety, (în română), teză de doctorat, Universitatea din Petroșani.

[2] Onica, I., Cozma, E., Marica, D.P., 2011 Stability Analysis of the Rock Salt Rooms and Pillars of the Ocnele Mari Saline with the Aid of the 2D Finite Element Modelling, Annals of the University of Petroşani, Mining Engineering, Vol.12 (XXXIX), pag.7-17.

[3] Hirian, C., Georgescu, M., 2012 Stability of old salines in Romania - condition of their use for various fields, Ediția a doua (în română), Editura Universitas, 2012.

[4] Onica, I., Marian, D.P., 2016 Applications of the finite element method in the analysis of stability of grounds and underground structures, (în română), Editura Universitas, Petroşani.

[5] Kovacs, F., 2012 Minimal flow of grinding rock salt in the underground of the Ocnele Mari Salt Mine, Râmnicu Vâlcea Mining Branch.

Volume II - Consolidation of the area of the grinding flow. Technical project phase and specifications, (în română), Symbol 3/4/2012, S.C. DACITROM SRL Cluj-Napoca.

[6] Brady, B.G.H., Brown, E.T., 2005 Rock Mechanics for underground mining, Third edition, Kluwer Academic Publishers, New York, Springer Science + Business Media, Inc. Acest articol este cu acces deschis, distribuit pe baza licenței Creative Commons BY SA 4.0. Autorii păstrează drepturile de autor și sunt de acord cu termenii licenței CC BY SA 4.0 menționate mai sus.

27

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 vol. 27, nr. 4 / 2021, pp. 28-32

ANALIZA UNUI DINTE DE TĂIERE ÎNLOCUIBIL AL UNUI EXCAVATOR PE LANȚ CU CUPE ANALYSIS OF A REPLACEABLE CUTTING TOOTH OF BUCKET CHAIN EXCAVATOR Zoltán VIRÁG1*, Sándor SZIRBIK2 1

University of Miskolc, Institute of Mining and Geotechnical Engineering, Miskolc, Hungary, gtbvir@uni-miskolc.hu 2 University of Miskolc, Institute of Applied Mechanics, Miskolc, Hungary, sandor.szirbik@uni-miskolc.hu

DOI: 10.2478/minrv-2021-0032 Rezumat: Această lucrare prezintă pe scurt proiectarea dinților tăietori înlocuibili ai excavatorului pe lanț cu cupe, care sunt atașați unui suport cu o îmbinare detașabilă. Descrierea procesului de tăiere a rocii este foarte complexă, astfel că investigarea efectului forțelor laterale este complicată prin testele de tăiere.

Utilizăm, în consecință, analiza numerică pentru a examina unele segmente ale procesului de tăiere.

Obiectivul nostru principal este de a prezenta analiza cu elemente finite a dinților tăietori în care se ia în considerare creșterea liniară a forței laterale. Analiza cu elemente finite este o metodă tehnică foarte bună, capabilă să calculeze distribuția tensiunii și a deplasării în dinții tăietori. Rezultatele simulării au arătat că tensiunile maxime scad dacă forța laterală crește. Geometria dinților de tăiere optimizați va avea siguranță în condițiile de încărcare date.

Cuvinte cheie: excavator pe lanț cu cupe, dinte de tăiere, articulație detașabilă, sarcină de tăiere, FEA 1. Introduction Bucket wheel and bucket chain excavators are used in open pit coal mining are subjected to excessive loads during cutting because of the interaction between the working face and the excavation components. High loads and unexpected shocks produce numerous damages to the excavator components leading to increased energy consumption and lower production rate. Radu et al. [1] performed a study of the forces acting on the shaft of the bucket wheel was conducted to reduce the mentioned issues and improve the quality of the excavation process.

An important and complex issue in mining is also rock cutting mechanization. The high cutting tooth wear and the high specific power demand are the long-standing problems of mining techniques. The new cutting tooth was designed to eliminate problems. Rock cutting tests were carried out, where winning experiments on the large sample from the mine were made using chisels modelling the in-plant winning chisels (cutting teeth), with cutting parameters close to reality [2].

To determine the geometric configuration of the cutting teeth and the cutting edges the knowledge of the mining technology is inevitable. The measurement data of cutting is collected and registered by a computer aided measurement system. On rock samples, we recorded 165 measurement cycles. In each measurement cycle, the following data and cutting characteristics were recorded: cutting direction, form, depth, average chip area, average cutting force FV, average pressing force FR and average lateral force FO. As a result of the measurements, a new cutting geometry was developed [2]. The experiments prove that it should pay attention to the wears and the geometry of cutting teeth because of the increasing of the cutting, pressing and lateral force. Considering the laboratory cutting test results the FEA was created for further investigations for replaceable cutting teeth of bucket chain excavators. The results lead to determine the most critical point of the cutting tool, which help us to select the proper high strength steel that tolerates the extreme loads.

*

Autor coerspondent: Zoltán Virág, Assoc. Prof., University of Miskolc, Miskolc, Hungary, (H-3515 MiskolcEgyetemváros, gtbvir@uni-miskolc.hu) 28

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 28-32

2. Model geometry and loading To investigate the distribution of the main stresses in the cutting tooth, we set up a finite element model.

Consider the solid model shown in Figure 1, consisting of a holder, apart from the cutting edge and an optimized cutting tooth. The cutting tooth is jointed into the holder as a removable piece. The tooth holder is a steel rectangular structural tube and of course, it is possible the remaining parts of the structure are made of different grades of steel.

Fig. 1. Assembly of solid models (3 parts) 1 - cutting tooth, 2 - cutting edge, 3 – holder

The geometrical model of the tooth is illustrated in Figure 2. The material is assumed to be isotropic elastic: the material properties are Young’s modulus of E = 2.1×105 MPa and Poisson’s ratio of ν = 0.3. The finite element method, which is a very popular numerical technique, is used to numerically solve differential equations arising in engineering problems. The main concept of the technique is that the geometry of structure subdivides into non-overlapping small parts, so-called finite elements, which are implemented by the construction of a mesh. The conventional element types possess simple shaped geometry with well-defined stress displacement relationships. Thus, the sufficiently refined meshes need to ensure that the results from simulations are adequate. Accordingly, the cutting tooth is meshed into finite elements, which are 10-node tetrahedral elements.

Fig. 2. FE model of cutting tooth

The aim of previous work [3] is to simulate the cutting load from real cutting conditions on the surface, which is painted with red colour in Figure 3. The resultant force from the pressure on the surface consists of three components: cutting force FV, lateral force FO and a pressing force FR.

Fig.3. Cutting, lateral and pressing force 29

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 28-32

The force components were determined by means of laboratory cutting experiments [2]. We assume that now the values of the resultant of cutting and lateral forces are 100 kN, and the pressing force is always 100 kN. To investigate the rock cutting action for cutting forces in different directions, various direction angles are defined. The direction angle α, which is measured in degrees positive clockwise between the direction of cutting force and the y-axis of the global coordinate system, specifies the magnitudes of lateral and cutting forces. Thus FR = F = 100 kN (1) FV = F cos α (2) FO = F sin α (3) are imposed on the appropriate surface as specified loads.

Because of the detachable contact joint, we should describe five contact pairs between the appropriate surfaces of the tooth and holder in the finite element analysis. The contact pair consists of the two contact surfaces. One of them in the pair is selected to be the contactor surface on the tooth and the other contact surface to be the target surface on the holder. For simplicity, the contact surfaces of the holder are regarded as stationary, rigid surfaces. It follows that these surfaces are used in our model to simplify the contact searching instead of modelling the holder as a solid structure. We assume that the coefficient of friction is equal to zero between the contact surfaces. Under these conditions, we should solve this contact problem by using the finite element method. Further details of contact problems are presented in [4], [5].

3. Analysis results To preserve the integrity of the teeth, the maximum stresses should be kept under the proportional limit of the material. The finite element analysis helps accordingly to qualify the strength of the new cutting tooth.

As appeared from the numerical simulation the maximum effective stress is about 900 MPa and it occurs in front of the tooth (see Figure 4a-d). However, the stresses decrease quickly below 60 MPa in the remaining part and so in the shank of the tooth.

(a)

(b)

(c) (d) Fig. 4. Effective stress (von Mises) in the tooth: (a) α = 0˚; (b) α = 10˚; (c) α = 20˚; (d) α = 30˚

Figure 5a-d shows the magnitude of displacement, colour-coded at each point in the structure, to visualize the calculated deformation. The maximum displacement occurs also in front of the tooth, where the loading condition is imposed. The maximum value of deformation is 0.532 mm (see Figure 5d). In the remaining part, displacements decrease also quickly.

30

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 28-32

(a)

(b)

(c) (d) Fig. 5. Magnitude of displacement in the tooth: (a) α = 0˚; (b) α = 10˚; (c) α = 20˚; (d) α = 30˚

The corresponding results after changing direction angle are tabulated in Table 1, which contains the maximum effective stress σmax and the maximum displacement umax. As mentioned previously, angle α is measured in degrees, and according to Table 1, four different values are employed, namely 0, 10, 20 and 30.

Table 1. Maximum values of numerical results

α

σmax [MPa]

umax [mm]

0˚ 10˚ 20˚ 30˚

933.3 884.9 850.3 829.3

0.426 0.389 0.422 0.532

The simulation results show differences in the values of displacements. However, the stresses decrease if the angle increases. We remark that these results show good analogy with those obtained in the previous study [3], where the whole structure is modelled as a solid structure. Finally, the theoretical optimized cutting tooth for the bucket chain excavator is realized.

4. Conclusions It is established that the development of cutting teeth improves by using finite element analysis that is applicable to compare easily different types of teeth. It leads to an assessment of the effect of the main parameters on the behavior of the geometric configuration of the cutting teeth. Consequently, the results of finite element analysis show that the head of the cutting tooth is the most critical point and so we can draw that high strength steel will be adequate because of the extreme loads. The FEA results can be useful in practice.

Therefore, it is important to know that the cutting teeth are properly designed, made from proper materials, and constructed considering loading during their lifespan.

31

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 28-32

Bibliografie [1] Radu, S. M., Popescu, F. D., Andras, A., Kertesz, I., Tomus O. B. 2018 Simulation and modelling of the forces acting on the rotor shaft of BWEs, in order to improve the quality of the cutting process, Annals of the University of Petrosani, Mechanical Engineering 20 [2] Ladanyi, G., Sumegi, I., Virag, Z. 2007 Laboratory rock cutting tests on rock samples from Visonta South Mine, Annals of the University of Petroşani, Mechanical Engineering, 9, pp. 209-218.

[3] Ladanyi, G., Virag, Z. 2016 Examining the bucket wheel excavator’s bucket after renewal, Annals of the University of Petrosani: Mechanical Engineering 18, pp. 93-98.

[4] Bathe, K. J. 1996 Finite Element Procedures, Prentice-Hall, Inc., New Jersey.

[5] Wriggers, P. 2006 Computational Contact Mechanics, Spinger-Verlag Berlin Heidelberg.

Acest articol este cu acces deschis, distribuit pe baza licenței Creative Commons BY SA 4.0. Autorii păstrează drepturile de autor și sunt de acord cu termenii licenței CC BY SA 4.0 menționate mai sus.

Acest articol a fost scris în lb. engleză de către autori străini. Traducerea titlului și a rezumatului a fost efectuată de către redacția revistei.

32

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 vol. 27, nr. 4 / 2021, pp. 33-49

SIMULAREA VIBRAŢIILOR PRODUSE ASUPRA CORPULUI UMAN DE PROCESUL DE DISLOCARE LA EXCAVATOARELE CU ROTOR. STUDIU DE CAZ, EXCAVATORUL ERc 1400-30/7 Ildiko BRÎNAȘ1* Universitatea din Petroșani, Petroșani, Romania, kerteszildiko@ymail.com

1

DOI: 10.2478/minrv-2021-0033 Rezumat: Articolul tratează analiza răspunsului dinamic în timp a structurii brațului unui excavator cu roată cu cupe în timpul procesului de dislocare. Pentru început am determinat variaţia în timp a forţelor care acţionează asupra axului rotorului, datorate excavării. Aceste forțe au valori ridicate și o variație lentă în timp, care depinde de turaţia roții cu cupe și de numărul cupelor instalate pe roată. Am propus un model virtual al brațului excavatorului, pentru care s-a determinat răspunsul dinamic în timp datorat forţelor de excavare, pentru un punct din cabina 1 a excavatorului. Acestui punct i s-a ataşat un senzor virtual şi corespunde locului unde este aşezat excavatoristul. Simularea răspunsului dinamic în timp a fost realizată luând în considerare o amortizare globală de 2% din amortizarea critică. Simularea s-a efectuat atât pentru excavarea unui material omogen cât şi pentru cazul apariţiei bruşte a unei incluziuni de material dur (steril) în timpul tăierii materialului omogen.

Cuvinte cheie: excavator cu rotor, răspuns dinamic în timp, amortizare globală, senzor, excavatorist 1. Introducere Excavatorul cu roată cu cupe face parte din sistemul tehnologic de exploatare cu acţiune continuă din carierele de lignit, fiind plasat la începutul procesului tehnologic, cu ajutorul lui realizându-se excavarea.

Excavatorul cu roți cu cupe ERc 1400-30/7 este cel mai răspândit în carierele din Bazinul Olteniei, constituind modelul pentru care s-a efectuat simularea (Figura 1).

Figura 1. Excavator cu rotor EsRc 1400-30/7

Autor corespondent: Ildiko Brînaș, lect. Ph.D. eng., University of Petrosani, Petrosani, Romania, (University of Petrosani, 20 University Street, kerteszildiko@ymail.com) *

33

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

Organul de lucru este roata cu cupe, care efectuează o mișcare de rotație în planul vertical și cu ajutorul brațului, o mișcare de pivotare în plan orizontal și una de ridicare – coborâre în plan vertical [1], [2].

Această lucrare propune o nouă abordare a analizei răspunsului în timp la sarcinile generate în timpul procesului de excavare, bazată pe un model virtual al săgeţii excavatorului. În [3], a fost efectuată o analiză a vibrațiilor la nivelul braţului unui excavator prin măsurarea accelerațiile rezultate din secvența: pornirea roții cu cupe urmată de pornirea benzii transportoare și oprirea ulterioară a ambelor subansamble. În [4], măsurarea vibrațiilor şi a frecvenţelor modale a fost efectuată în urma generării unui impuls mecanic obţinut prin împuşcarea cablurilor cu care a fost suspendată o greutate de roata motoare.

Braţul excavatorului ERc 1400-30/7 reprezintă o structură spaţială, portantă care poate fi împărţită în trei tronsoane (Figura 2): 1. tronsonul articulaţiei braţului roţii port-cupe – acest tronson permite mişcarea de ridicare şi coborâre a săgeţii excavatorului în plan vertical, cât şi mişcarea de pivotare în plan orizontal; 2. tronsonul intermediar – pe acest tronson este montat transportorul cu bandă care vehiculează materialul excavat; 3. tronsonul de susţinere a roţii port-cupe – pe acest tronson sunt montate mecanismele de acţionare ale rotorului precum şi dispozitivele de prindere ale cablurilor de ridicare a braţului [5].

Figura 2. Tronsoanele braţului excavatorului

În timpul procesului de excavare energia consumată la nivelul roţii cu cupe are două componente majore [5]: • energia necesară tăierii materialului dislocat; • energia necesară ridicării cu ajutorul cupelor a materialului afânat rezultat din tăiere.

Dintre cele două componente enumerate, energia necesară tăierii materialului este preponderentă, ea reprezentând 60 ... 90% din energia necesară acţionării roţii cu cupe.

2. Simularea şi modelarea forţelor rezultate la nivelul rotorului în urma procesului de excavare În vederea determinării forţei rezultante la nivelul axului rotorului am realizat în aplicaţia SOLIDWORKS® un model al rotorului excavatorului ERc 1400-30/7 varianta modernizată [6] (Figura 3).

Rotorul analizat este echipat cu 9 cupe de tăiere – încărcare şi 9 cupe tăietoare. Aici am evidenţiat punctele de aplicare a forţelor care acţionează asupra cupelor: forţele rezultante produse de rezistenţa la tăiere a rocii, forţele determinate de greutatea materialului din cupe şi forţele de inerţie care apar la descărcarea cupelor.

Forţele de tăiere sunt tangente la cercul descris de muchiile tăietoare. Forţele corespunzătoare greutăţii materialului sunt forţe paralele şi cu acelaşi sens ca al acceleraţiei gravitaţionale [6].

34

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

Figura 3. Modelul roţii cu cupe / forţele de excavare

În figura 4 este prezentată diagrama de variaţie în timp a forţelor corespunzătoare greutăţii materialului, care acţionează asupra unei cupe tăietoare – încărcătoare. Pe prima porţiune a diagramei (dreapta crescătoare) în urma tăierii are loc încărcarea materialului în cupă. Partea din diagramă reprezentată prin dreapta orizontală corespunde ridicării materialului şi transportului acestuia până în punctul corespunzător deversării pe banda transportoare de pe săgeată. Ultima porţiune a diagramei (dreapta descrescătoare) corespunde deversării materialului pe bandă.

Figura 4. Diagrama de variaţie în timp a forţelor care acţionează asupra cupelor tăietoare – încărcătoare, corespunzătoare greutăţii materialului

În figura 5 este prezentată diagrama de variaţie în timp a forţelor de tăiere. Acestea acţionează asupra cupelor tăietoare – încărcătoare şi asupra cupelor tăietoare.

35

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

Figura 5. Diagrama de variaţie în timp a forţelor care acţionează asupra cupelor tăietoare – încărcătoare şi a cupelor tăietoare

Intervalul de timp pentru care s-a efectuat simularea corespunde pentru două rotaţii complete ale rotorului.

Timpii de decalare din diagramele din figurile 4 şi 5 sunt dictaţi de viteza de rotaţie a rotorului. S-a adoptat o viteză 4,33 rot/min, care corespunde unei frecvenţe de 39 cupe/min. Timpul de tăiere este determinat şi de înălţimea maximă de excavare. Pentru modelul adoptat am considerat că aceasta are valoarea H=7,5 m. În urma efectuării calculelor utilizând meniul SOLIDWORKS® Motion Analyisis am determinat variaţia forţei la nivelul arborelui modelului rotorului, aşa cum se poate observa în figura 6. Analizând diagrama din figura 6 se observă că forţa are valori cuprinse între 77.000 N şi 102.000 N, media fiind de 89.500 N.

Figura 6. Variaţia forţei care acţionează asupra rotorului / material omogen 36

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

Apariţia sterilului în procesul de excavare este un eveniment care determină vibraţii cu amplitudini mai mari decât cele datorate excavării materialului omogen, determinând o creştere a forţelor de tăiere care se exercită asupra cupelor care intră în contact cu acesta. Pentru simularea fenomenului am considerat că sterilul apare în timpul procesului de excavare la prima trecere a unei cupe (a 4-a) tăietoare – încărcătoare, respectiv a unei cupe tăietoare prin porţiunea corespunzătoare excavării. Diagrama forţelor tăietoare este cea din figura 7.

Figura 7. Variaţia forţei care acţionează asupra rotorului

Ca şi în cazul excavării materialului omogen s-au efectuat calculele şi s-a determinat variaţia forţei de excavare la apariţia sterilului (Figura 8).

Figura 8. Variaţia forţei care acţionează asupra rotorului la suprasarcină 37

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

3. Modelarea braţului (săgeţii) excavatorului ERc 1400-30/7 Pornind de la datele constructive ale excavatorului ERc 1400-30/7 am construit în aplicaţia SOLIDWORKS® un model al săgeţii acestuia, care va fi utilizat la studiul răspunsului dinamic în timp sub acţiunea forţelor de excavare [2].

3.1. Modelarea roţii port-cupe S-a construit un model simplificat al rotorului care are dimensiunile geometrice ale roţii port-cupe reale, aşa cum se poate observa în figura 9. Pentru ca acest model simplificat să producă aceeaşi solicitare statică asupra săgeţii ca cea determinată de roata port-cupe reală, s-a impus materialului din care este alcătuit modelul virtual o densitate δ=373 kg/m3. Modul de amplasare al rotorului echivalent este prezentat în figura 10. Aici am evidenţiat şi sistemul de coordonate la ale cărui direcţii X, Y şi Z se vor face referiri pe parcursul cercetării.

Figura 9. Modelarea roţii port-cupe

Figura 10. Modelul braţului excavatorului

38

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

3.2. Modelarea lanţului cinematic de acţionare a roţii port-cupe Elementele care alcătuiesc lanţul cinematic al sistemului de acţionare al rotorului excavatorului sunt simulate printr-o masă uniform distribuită aşa cum este prezentată în figura 11.

Figura 11. Modelarea elementelor lanţului cinematic de acţionare a roții port-cupe

3.3. Modelarea benzii transportoare de pe săgeata excavatorului Banda transportoare montată în interiorul structurii săgeţii excavatorului a fost modelată printr-o masă de tip îndepărtat (remote) a cărei valoare conform documentaţiei este de 25.000 kg (Figura 12).

Figura 12. Modelarea benzii transportoare

3.4. Modelarea cablurilor de ridicare a braţului excavatorului Cele 10 cabluri de tip WS 40-6 x36 zincat - S/Z utilizate la ridicarea braţului sunt modelate de două resorturi (Figura 13) supuse alungirii, care au constanta de elasticitate echivalentă de 35.000.000 N/m pentru un cablu.

39

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

Figura 13. Modelarea cablurilor de ridicare a braţului excavatorului

Principalele solicitări statice la care este supus braţul excavatorului şi elementele care le generează aceste solicitări, sunt prezentate în tabelul 1 unde este specificat şi tipul de încărcare SOLIDWORKS ® Simulation utilizat. Atât banda transportoare montată pe braţul rotorului cât şi lanţul cinematic de acţionare a acestuia sunt generatoare de vibraţii. La modelul adoptat am considerat numai efectul static al prezenţei lor, putându-se astfel evidenţia răspunsul dinamic al structurii braţului sub acţiunea forţelor de excavare.

Tabelul 1. Încărcările externe ale braţului excavatorului

Nr. Crt.

Încărcarea externă

UM

Valoare

Specificaţie SOLIDWORKS®

1 2 3 4

Bandă transportoare montată pe braţul rotorului Lanţ cinematic de acţionare a rotorului Rotor virtual Cabluri de ridicare a braţului rotorului

Kg Kg Kg N/m

25.000 29.500 39.600 2 x 35.000.000

Remote Loads/Mass Distributed Mass Part Spring

3.5. Modelul suportului cabinei mecanicului excavatorului Pentru realizarea cabinei mecanicului excavatorului cu rotor (Figura 14, a şi b) am realizat în aplicaţia SOLIDWORKS® structura din figura 15.

a

b Figura 14. Cabina 1 / cabina excavatoristului

40

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

Figura 15. Modelul cabinei 1 / a excavatoristului

În urma asamblării părţilor componente se obţine modelul braţului excavatorului aşa cum se poate vedea în figura 16.

Figura 16. Modelul cabinei 1 / a excavatoristului

3.6. Obiectivele procesului de simulare a funcţionării braţului excavatorului Simularea procesului de excavare şi analiza efectelor pe care acesta le produce asupra săgeţii excavatorului a fost realizată în aplicaţia SOLIDWORKS® Simulation. În figura 17 este prezentată reţeaua nodală a structurii de grinzi din care este alcătuit braţul excavatorului. Tot în această figură este evidenţiat un senzor care este “montat” pe podeaua cabinei 1 a excavatoristului. Acesta va fi punctul de interogare a răspunsului structurii în analiza dinamică.

41

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

Figura 17. Reţeaua nodală a structurii braţului şi senzorul pentru interogare

4. Analiza dinamică liniară a răspunsului în timp a modelului braţului excavatorului ERc 1400-30/7 4.1. Prezentarea principiului de analiză dinamică a răspunsului în timp Analiza dinamică a răspunsului în timp presupune ca sarcina aplicată structurii să fie o funcție explicită de timp, masă și proprietăți de amortizare. Ecuaţia caracteristică este [7, 8]:

 M  d  C  d   K  d  F (t )

(1)

unde: [M] este matricea masei, [C] este matricea amortizării, [K] este matricea elasticităţii, F(t) este vector de sarcini nodale, exprimat ca o funcţie de timp, iar d este un vector necunoscut al deplasărilor nodale.

Rezultatele analizei dinamice a răspunsului în timp atât în regim permanent cât şi în regim tranzitoriu au fost obţinute prin interogarea senzorului prezentat în paragraful 3.6. Au fost trasate graficele de variaţie ale acceleraţiilor şi ale deformărilor datorate forţei de excavare pentru direcţiile X, Y şi Z. Forţa care va produce vibraţia din structura braţului este variabilă în timp fiind generată de procesul de excavare (tăierea, ridicarea şi descărcarea materialului). În figura 18 este reprezentat modul în care forţa rezultantă de tăiere se aplică pe suprafaţa axului rotorului.

Figura 18. Aplicarea forţei pe axul rotorului 42

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

Caracteristicile analizei răspunsului dinamic în timp a structurii braţului excavatorului sunt prezentate în figura 19, unde s-au stabilit numărul de frecvenţe modale luate în calcul, tipul algoritmului de soluţionare, intervalul de timp considerat, precum şi pasul de incrementare a acestuia [9].

Figura 19. Caracteristicile analizei răspunsului dinamic în timp a structurii

În figura 20 este prezentată împărţirea în elemente finite a structurii braţului excavatorului. Se poate observa că ea are o structură neomogenă în funcţie de elementele componente care au stat la baza construcţiei săgeţii (Solid sau Beam).

Figura 20. Împărţirea în elemente finite a structurii braţului excavatorului

4.2. Analiza dinamică a răspunsului în timp, în regim permanent Am reprezentat în figurile 21, 22 şi 23 graficele acceleraţiilor rezultate pe direcţiile X, Y şi Z, în urma analizei dinamice a răspunsului în timp în regim permanent la solicitarea de excavare.

43

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

Figura 21. Acceleraţia pe direcţia X în regim permanent

Figura 22. Acceleraţia pe direcţia Y în regim permanent

Figura 23. Acceleraţia pe direcţia Z în regim permanent 44

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

În figurile 24, 25 şi 26 sunt prezentate graficele deformărilor structurii braţului excavatorului pentru direcţiile X, Y, şi Z.

Figura 24. Oscilaţiile pe direcţia X în regim permanent

Figura 25. Oscilaţiile pe direcţia Y în regim permanent

Figura 26. Oscilaţiile pe direcţia Z în regim permanent

45

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

4.3 Analiza dinamică a răspunsului în timp la suprasarcină Am analizat răspunsul în timp al braţului excavatorului în cazul în care în timpul excavării două din cupele excavatorului întră în contact cu o porţiune de steril. În figurile 27, 28 şi 29 am prezentat graficul acceleraţiilor rezultate în urma analizei dinamice.

Figura 27. Acceleraţia pe direcţia X la apariţia unui şoc de sarcină

Figura 28. Acceleraţia pe direcţia Y la apariţia unui şoc de sarcină

Figura 29. Acceleraţia pe direcţia Y la apariţia unui şoc de sarcină 46

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

Am reprezentat în figurile 30, 31 şi 32 deformările structurii pentru direcţiile X, Y, Z.

Figura 30. Oscilaţiile pe direcţia X la apariţia unui şoc de sarcină

Figura 31. Oscilaţiile pe direcţia Y la apariţia unui şoc de sarcină

Figura 32. Oscilaţiile pe direcţia Z la apariţia unui şoc de sarcină 47

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

5. Concluzii Pentru analiza răspunsului în timp generat de acţiunea forţelor de excavare a structurii braţului excavatorului cu roată port-cupe EsRc 1400-30/7 s-a creat un model virtual al acestuia. S-a definit modelul matematic al rezultantei forțelor de excavare, care sunt principala sursă de vibrație a structurii brațului și s-au determinat sarcinile statice care acționează asupra săgeţii excavatorului. În ambele scenarii abordate, s-a constatat că răspunsul în timp datorat acţiunii forţei de excavare este caracterizate de următoarele aspecte:Pentru o amortizare globală de 2% din amortizarea critică, s-a efectuat analiza dinamică a răspunsului în timp al brațului excavatorului în două scenarii: excavarea materialului omogen şi excavarea materialului omogen cu apariția bruscă a unei incluziuni de material dur (sarcină de șoc).  Perioade tranzitorii cauzate de începerea procesului de excavare;  Perioade tranzitorii cauzate de apariția bruscă a formațiunilor dure (steril);  Regimuri permanente corespunzătoare excavării materialului omogen.

Analizând graficelor de variaţie a acceleraţiei se poate concluziona că:  acceleraţiile sunt variabile în timp având un caracter oscilant;  cele mai mari valori ale acceleraţiei se obţin pentru direcţiile X şi Y;  graficele de variaţie a acceleraţiei pentru toate direcţiile sunt simetrice faţă de axa de timpului.

Din punct de vedere al deformărilor în regim dinamic, rezultă următoarele concluzii:  deformările sunt variabile în timp şi au un caracter oscilant;  cele mai mari deformări se obţin pentru direcţia Z. În practică, exprimarea vibrațiilor sub formă de deformări este potrivită pentru frecvențe joase, iar exprimarea vibraţiilor sub formă de acceleraţii este adecvată pentru frecvenţe înalte. Modelul braţului excavatorului adoptat și prezentat în această lucrare pentru excavatorul EsRc 1400-30/7, permite o bună aproximare a ambelor abordări, deformări sau accelerații și poate fi adaptat rapid pentru alte tipuri de excavatoare cu rotor.

Rezultatele obţinute în urma simulării sunt comparabile cu măsurătorile efectuate in-situ pentru acest tip de excavator [10]. Concordanța dintre rezultatele simulării pe modelul virtual și măsurătorile de accelerații efectuate, validează modelului adoptat.

Măsurătorile efectuate in-situ dar şi rezultatele obţinute în urma simulării evidenţiază că vibraţiile generate de procesul de excavare nu determină acceleraţii care să depăşească nivelele de vibraţii prevăzute prin lege, referitoare la vibraţiile transmise întregului corp: – 1,15m/s2 (8h/zi) – valoarea limită de expunere zilnică profesională; – 0,5m/s2 (8h/zi) –valoare expunerii zilnice de la care se declanşează acţiunea [11].

Cu toate acestea, o direcţie importantă de cercetare ale cărei rezultate vor fi diseminate într-un articol viitor, o constituie găsirea unor soluţii de amortizare a vibraţiilor din cabina excavatoristului. Acestea ar determina o netezire a curbelor de variaţie ale oscilaţiilor mai ales a celor care au loc pe direcţia dominantă (în plan vertical), conducând astfel la creşterea confortului.

Mențiuni Prezentul articol reprezintă rezultatele de etapă obţinute în cadrul Proiectului de cercetare realizat în cadrul Universităţii din Petroşani, cu titlul Modelarea şi simularea componentelor echipamentelor industriale utilizând tehnologii CAD/CAM/CAE, acronimul MSCEIT.

Bibliografie [1] Nan M.S., 2007 Rotary excavator process excavation parameters (în română), Editura Universitas, Petroşani [2] ROMINEX S.A. Timişoara, 2007 Coupe wheel excavator ERc 1400-30/7 modernized. Operating instructions. Maintenance and reparations (în română).

ROMINEX S.A., Timişoara [3] Jiang Y.Z., Liu C.J., Li X.J., He K.F., Xiao D.M., 2018 Low-Frequency Vibration Testing of Huge Bucket Wheel Excavator Based on Step-Decay Signals, Hindawi Shock Vib., DOI: https://doi.org/10.1155/2018/6182156 48

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 33-49

[4] Gottvald J., 2010 The calculation and measurement of the natural frequencies of the bucket wheel excavator 1320/4x30, Transport, DOI: https://doi.org/10.3846/transport.2010.33 [5] Popescu F.D., Radu S.M., Kotwica K., Andras A., Kertesz (Brînas) I., 2019 Simulation of the Time Response of the ERc 1400-30/7 Bucket Wheel Excavator’s Boom during the Excavation Process, Sustainability, https://doi.org/10.3390/su11164357 [6] Brînaș I., Andraș A., Radu S.M., Popescu F.D., Andraș I., Marc B.I., Cioclu A.R., 2021 Determination of the Bucket Wheel Drive Power by Computer Modeling Based on Specific Energy Consumption and Cutting Geometry, Energies, https://doi.org/10.3390/en14133892 [7] Kurowski P.M., 2015 Engineering Analysis with SOLIDWORKS® Simulation 2015, SDC Publications: Mission, KS, USA [8] Kurowski P.M., 2016 Vibration Analysis with SOLIDWORKS® Simulation 2016, SDC Publications: Mission, KS, USA [9] Akin J.Ed., 2009 Finite Element Analysis Concepts via SolidWorks, World Scientific, 2009 [10] Lazăr M, Rîşteiu M., Andras I., Predoiu I. 2018 In situ measurements regarding the BWE boom using accelerometers and strain gauges at BWEs operating in CEO open pits. Gór. Odkryw 2018, LVIX, 86–93 [11] Platon S.N., Badea D., Antonov A., Ciocîrlea V., 2013 Work security and safety guide on mechanical vibrations (în română), INCDPM, Bucureşti, 2013

Acest articol este cu acces deschis, distribuit pe baza licenței Creative Commons BY SA 4.0. Autorii păstrează drepturile de autor și sunt de acord cu termenii licenței CC BY SA 4.0 menționate mai sus.

49

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 vol. 27, nr. 4 / 2021, pp. 50-56

EVALUAREA CARACTERISTICILOR LA TĂIERE A ROCILOR CARBONATICE DIN ROMÂNIA PRIN TESTE DE TĂIERE LINIARĂ Andrei ANDRAȘ1*, Florin Dumitru POPESCU2 1

Universitatea din Petroșani, Petroșani, Romania, andrei.andras@gmail.com 2 Universitatea din Petroșani, Petroșani, Romania, fpopescu@gmail.com

DOI: 10.2478/minrv-2021-0034 Rezumat: Lucrarea prezintă stadiul actual al tehnicii de tăiere mecanică a rocii asistată cu microunde prin prezentarea tehnicilor actuale și tendințelor în domeniu din literatura internațională, precum și activitățile desfășurate în etapa intermediară a proiectului de cercetare ERAMIN-ERANET-MIWACU, precum și rezultatele obținute de echipa de la Universitatea din Petroșani ca partener în acest proiect.

Cuvinte cheie: microunde, excavare, roci carbonatice, cuțite conice, proprietăți mecanice, test de tăiere liniară 1. Introducere Excavarea mecanică, tăierea și perforarea-împușcarea sunt cele mai utilizate tehnologii de extracțiea rocilor. Tăierea sau excavarea mecanică sunt mai avantajoase în comparație cu perforarea-împușcarea din mai multe motive: exploatare continuă versus una ciclică, efect mai mic asupra masei de rocă înconjurătoare, siguranță mai bună și impact de mediu scăzut. Cu toate acestea, limitarea tehnică a echipamentelor în anumite condiții geotehnice este cel mai mare dezavantaj. Având în vedere necesitatea depășirii acestor limitări, creșterea producției, reducerea uzurii sculelor de tăiere sau înlocuirea metodei de perforare-împușcare, sunt studiate numeroase abordări de îmbunătățire a echipamentelor de excavare a rocilor.

Una din direcțiile studiate este supunerea rocilor la influența microundelor înaintea fazei de tăiere/excavare. Roca absoarbe microundele, energia electromagnetică este convertită în căldură, ceea ce duce la fisuri și modificări ale proprietăților masei de rocă. S-a dovedit că tratamentul cu microunde scade rezistența rocilor [1-3]. Au fost efectuate studii pe diferite roci [4] precum bazalt [5] și granit [6]. Cercetători din întreaga lume [7-11] au realizat studii experiemantale sau simuări numerice despre fracturea rocilor asistată de microunde.

Tăierea mecanică a rocii asistată cu microunde este încă o tehnologie experimentală, schema propusă a acestui tip de instalație fiind prezentată în figurile 1 și 2.

Figura 1. Schema unui sistem de încălzire a rocilor utilizând mirounde [12]

Autor corespondent: Andraș Andrei, assoc.prof. Ph.D. eng., University of Petrosani, Petrosani, Romania, (University of Petrosani, 20 University Street, andrei.andras@gmail.com) *

50

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 50-56

Figura 2. Diagrama procesului de tăiere mecanică a rocilor asistată de microunde [13]

2. Lucrări experimentale efectuate 2.1 Lucrări anterioare efectuate în cadrul proiectului În etapele precedente ale proiectului, probe de roci carbonatice (marmură Ruschița și calcar de Bășchioi și Podeni) au fost pregătite atât pentru teste de rezistență la compresiune uniaxială UCS și rezistență la rupere prin metoda Braziliană, cât și pentru teste de tăiere liniară, atât pentru partenerii din proiect, cât și pentru teste la Petroșani. Caracteristicile mineralogice, petrografice și mecanico-fizice ale rocilor au fost stabilite prin metode standard de testare în laboratoarele Universității din Petroșani.

2.2 Teste efectuate în etapa curentă a proiectului În etapa de față au fost efectuate teste de tăiere liniară în laboratorul Universității din Petroșani, folosind probe paralelipipedice din toate cele trei locații de prelevare. Testele au fost efectuate folosind cuțite e tăiere conice cu atac punctual (Figura 3), fără asistare cu microunde, folosind o soluție de măsurare a forței dezvoltată intern, folosind celule de sarcină 1-D (Figura 4), bazată pe tehnologia prezentată în [14].

Rezultatele testelor vor fi comparate cu testele efectuate de partenerii consorțiului din proiect precum și cu rezultatele simulării numerice care urmează să fie efectuate în etapa următoare a proiectului.

Figura 3. Cuțitele de tăiere conice utilizate

Figura 4. Soluția de măsurare propusă [14] 51

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 50-56

Cu acest sistem, probele de marmură și calcar au fost supuse tăierii cu diferite adâncimi de tăiere și au fost înregistrate componentele tangenţiale, normale și laterale (Fx, Fy şi Fz) ale forţei. Fx este forța tangențială și acționează în direcția mișcării cuțitului, Fy, este forța normală, care acționează perpendicular pe planul de tăiere și Fz, este forța laterală, care acționează într-o direcție perpendiculară pe primele două.

Pentru a face o estimare inițială a forțelor de tăiere s-a folosit modelul Evans [15] al forței de tăiere tangenţială, conform relaţiei:

16     rt 2  h0 2 Ft  cos( )2   rc

(1)

unde: σrc este rezistența la compresiune uniaxială, N / m2 σrt este rezistența la rupere prin metoda braziliană,, N / m2 h0 este adâncimea de tăiere, m  este unghiul de atac al cuțitului conic Rezultatele obţinute pentru valori ale adâncimii de tăiere între 1 mm şi 15 mm pentru cele trei tipuri de roci sunt prezentate în Tabelul 1.

Tabelul 1. Rezultatele testelor

Ft (kN)

h0 (mm)

Rușchița

Bășchioi

Podeni

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0.086 0.342 0.77 1.369 2.14 3.081 4.193 5.477 6.932 8.558 10.355 12.324 14.463 16.774 19.256

0.091 0.363 0.816 1.451 2.267 3.264 4.443 5.803 7.344 9.067 10.971 13.057 15.323 17.772 20.401

0.024 0.094 0.213 0.378 0.59 0.85 1.157 1.511 1.913 2.361 2.857 3.4 3.99 4.628 5.313

Valorile evidențiate în Tabel, corespund adâncimii de 10 mm (1 cm) și reprezintă valoarea medie a rezistenței specifice la tăiere, A, exprimată în kN/cm.

Tabelul 2. Rezistența specifică la tăiere obținută prin formulele de regresie [16] Tip rocă Rușchița Bășchioi Podeni

σrc

σrt

(MPa) 86 77 16.3

(MPa) 9.57 9.35 2,2

A (kN/cm) 9.2 8.53 3.5

Pentru a rămâne sub valoarea forței măsurabile la testele de tăiere liniară (Ft <10kN), pentru probele de marmură de Rușchița și de calcar de Bașchioi s-a decis limitarea încercărilor la valoarea h0 de 1 cm, iar pentru probele de calcar de Podeni, la 1,5 cm.

Există coeficienți empirici prezentați în literatură pentru corelarea rezistenței specifice A cu σrc și σrt care sunt determinați pe baza unor teste experimentale.

Astfel, în [16] pentru roci și valori ale σrc și σrt similare, pentru valoarea medie a rezistenței specifice la tăiere A rezultă valorile de 9,2, 8,53, respectiv 3,5 kN/cm, așa cum este prezentat în Tabelul 2.

Diferențele se datorează imperfecțiunii modelului Evans.

52

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 50-56

3. Rezultate și discuții Rezultatele măsurătorilor înregistrate pentru toate probele testate sunt prezentate în figurile 5 - 7.

Figura 5. Mărimi înregistrate Fx, marmură Rușchița, h0=3mm

Figura 6. Mărimi înregistrate Fx, calcar Bășchioi, h0= 3 mm

Figura 7. Mărimi înregistrate Fx, calcar Podeni, h0= 5 mm

53

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 50-56

Rezultatele au fost prelucrate statistic pentru a evidenția valorile medii măsurate și dreapta de regresie.

Figura 8. Valorile medii obținute prin măsurare și dreapta de regresie pentru marmura de Rușchița

Fig. 9. Valorile medii obținute prin măsurare și dreapta de regresie pentru calcarul Bășchioi

Fig. 10. Valorile medii obținute prin măsurare și dreapta de regresie pentru calcarul Podeni

54

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 50-56

Pe baza datelor obținute, au fost determinate valorile medii ale rezistenței specifice la tăiere și ale consumului specific de energie la tăiere ale celor trei tipuri de roci, rezumate în Tabelul 3.

Tip rocă Rușchița Bășchioi Podeni

Tabelul 3. Rezultate valori medii Rezistența specifică Consum energie specifică de tăiere la tăiere (kN/cm) kWh/m3 J/cm3

8,499 7,075 3,01

8,53 7,788 2,771

30,708 28,037 9,976

4. Concluzii Pe baza datelor pentru trei tipuri de roci studiate, folosind sistemul de tăiere liniară realizat intern, au fost determinate valorile medii ale rezistenței la tăiere și consumurile specifice de energie.

Rezultatele sunt în concordanță cu literatura de specialitate, obținute pentru roci de tip similar, folosind metode similare sau ușor diferite de măsurare sau/și estimare.

Acestea sunt rezultatele etapei a doua a acestui proiect și vor servi drept bază pentru compararea cu valorile obținute de partenerii consorțiului, în testele lor, și interpretarea ulterioară pentru dezvoltarea echipamentului de tăiere liniară asistată de microunde a rocilor carbonatice.

Mențiuni Această lucrare a fost susținută de un grant al Ministerului Cercetării, Inovării și Digitalizării, CNCS/CCCDI - UEFISCDI, numărul de proiect ERANET-ERAMIN-MIWACUT, în cadrul PNCDI III.

Bibliografie [1] Lu G.M., Li Y.H., Hassani F., Zhang X.W., 2016 Review of theoretical and experimental studies on mechanical rock fragmentation using microwave-assisted approach.

Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 38(8), pp. 1497-1506.

[2] Zheng Y.L., Ma Z.J., Zhao X.B., He L., 2020 Experimental investigation on the thermal, mechanical and cracking behaviours of three Igneous rocks under microwave treatment. Journal of Rock Mechanics and Rock Engineering.

[3] Hassani F., Nekoovaght P.M., Gharib N., 2016 The influence of microwave irradiation on rocks for microwave-assisted underground excavation. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 8(1), pp. 1-15.

[4] Santamarina, J.C. (ed.), 1989 Rock excavation with microwaves: a literature review, Evanston, IL (etc.): Publ by ASCE. [5] Hartlieb P., Leindl M., Kuchar F., Antretter T., Moser P., 2012 Damage of basalt induced by microwave irradiation. Special Issue - Physical Separation, Minerals Engineering, 31, pp.

82–89.

[6] Toifl M., Hartlieb P., Meisels R., Antretter T., Kuchar F., 2017 Numerical study of the influence of irradiation parameters on the microwave-induced stresses in granite. Minerals Engineering, 103-104(4), pp. 78-92.

[7] Hassani F., Nekoovaght P.M., Radziszewski P., Waters K.E., 2011 Microwave assisted mechanical rock breaking. Proceedings of the 12th ISRM International Congress on Rock Mechanics, Beijing: International Society for Rock Mechanics, pp. 2075-2080.

[8] Ali A.Y., Bradshaw S.M., 2011 Confined particle bed breakage of microwave treated and untreated ores. Minerals Engineering, 24(14), pp. 1625-1630.

55

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 50-56

[9] Lu G.M., 2018 Experimental study on the microwave fracturing of hard rock. Thesis, Northeastern University.

[10] Kahraman S., Canpolat A.N., Fener M., 2020 The influence of microwave treatment on the compressive and tensile strength of igneous rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 129, 104303.

[11] Kahraman S., Canpolat A.N., Fener M., Kilic C.O., 2020 The assessment of the factors affecting the microwave heating of magmatic rocks. Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources, 6(4), pp. 1-16.

[12] Lindroth D.P., Morrell R.J., Blair J.R., 1991 Microwave assisted hard rock cutting. US5003144 Patent.

[13] Lu G., Zhou J., 2021 Experimental Investigation on the Effect of Microwave Heating on Rock Cracking and Their Mechanical Properties, Microwave Heating - Electromagnetic Fields Causing Thermal and Non-Thermal Effects. Gennadiy I. Churyumov, IntechOpen, DOI: 10.5772/intechopen.95436. Available from: https://www.intechopen.com/chapters/75087 [14] Kang H., Cho J.W., Park J.Y., Jang J.S., Kim J.H., Kim K.W., Rostami, J., Lee, J.W. 2016.

A new linear cutting machine for assessing the rock-cutting performance of a pick cutter. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 88, pp. 129–136. DOI:10.1016/j.ijrmms.2016.07.021.

[15] Evans A., 1984 Theory of the cutting force for point attack picks. International Journal of Mining Engineering, 2(1), pp. 63-71.

[16] Bilgin N., Demircin M.A., Copur H., Balci C., Tuncdemir H., Akcin N., 2006 Dominant rock properties affecting the performance of conical picks and the comparison of some experimental and theoretical results, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 43, pp. 139–156.

Acest articol este cu acces deschis, distribuit pe baza licenței Creative Commons BY SA 4.0. Autorii păstrează drepturile de autor și sunt de acord cu termenii licenței CC BY SA 4.0 menționate mai sus.

56

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 vol. 27, nr. 4 / 2021, pp. 57-71

CONSIDERAȚII PRIVIND ÎNCHIDEREA MINELOR DIN VALEA JIULUI Liliana ROMAN1* 1

Universitatea din Petroșani, Petroșani, Romania, lilianaaprilie40@yahoo.com

DOI: 10.2478/minrv-2021-0035 Abstract: Lucrarea, pornind de la o serie de considerații generale privind închiderea unei mine, face o analiză, în măsura datelor avute la dispoziție, a modului cum s-au închis câteva dintre minele din Valea Jiului.

Se precizează că timpul relativ scurt de la închiderea primei mine în Valea Jiului (30 de ani) nu a permis să se evidențieze eventualele greșeli/erori de închidere, care să aibă repercusiuni semnificative asupra terenurilor de la suprafață și, în general, asupra mediului înconjurător. Cu toate acestea, au fost semnalate, deja, probleme mai mult sau mai puțin grave, care au apărut în urma închiderii unor mine, probleme care se prezintă în ultima parte a acestei lucrări.

Cuvinte cheie: mine, închidere, Valea Jiului 1. Introducere România a trecut în ultimii 30 de ani printr-o amplă restructurare industrială, inclusiv scăderea producției interne și închiderea operațională a majorității minelor, ceea ce a condus la pierderea locurilor de muncă, a generat efecte economico – sociale și de mediu care au afectat grav calitatea vieții locuitorilor comunităților din zonele miniere.

Lucrarea se referă la situația mineritului din Valea Jiului în contextul închiderii unor perimetre miniere din această zonă. În anul 1989, în Valea Jiului funcționau 15 exploatări miniere, care exploatau anual 11 milioane tone de cărbune cu un volum 1.500 000 m3 de steril, iar lucrările miniere subterane (puțuri, galerii, plane înclinate, suitoare, lucrări de pregătire, lucrări de investiții, lucrări de aeraj și abataje), însumau mii de kilometri.

Personalul angajat în cele 15 exploatări era de cca. 55.000 persoane [3].

Astăzi, în cadrul Complexului Energetic Hunedoara, mai funcționează 2 exploatări miniere (Livezeni și Vulcan) cu o producție de cca. 450.000 t/an. Minele s-au închis astfel: mina Iscroni - 1990, mina Lonea Pilier - 1994, mina Câmpu lui Neag - 1999, mina Petrila Sud - 1999, mina Dâlja - 2001, mina Valea de Brazi - 2004, mina Aninoasa - 2006, mina Bărbăteni – 2007, mina Petrila-2015, minele Paroșeni și Uricani- 2017, minele Lonea și Lupeni (în procesul de închidere)– 2022, iar personalul angajat este de cca. 4000 de oameni. La acestea, se adaugă închiderea carierelor și microcarierelor (Câmpu lui Neag, Jieț ș.a.) [2].

Lucrarea, pornind de la o serie de considerații generale privind închiderea unei mine, prezintă criteriile pe baza cărora s-a luat hotărârea închiderii minelor din Valea Jiului și conform procedurilor pentru închiderea minelor face o analiză, în măsura datelor avute la dispoziție, a modului cum s-au închis câteva dintre minele din Valea Jiului.

Sunt prezentate și metodele și tehnologiile de închidere a unei mine.

Trebuie precizat că timpul relativ scurt de la închiderea primei mine în Valea Jiului (30 de ani) nu a permis să se evidențieze eventuale greșeli/erori de închidere, care să aibă repercusiuni semnificative asupra terenurilor de la suprafață și, în general, asupra mediului înconjurător.

Cu toate acestea, au fost semnalate, deja, probleme mai mult sau mai puțin grave, care au apărut în urma închiderii unor mine, probleme pe care le voi prezenta în ultimul capitol al acestei lucrări.

Autor corespondent: Roman Liliana, Ph. D. student. eng. University of Petroșani, Petroșani, Romania (University of Petroșani str. Universitatii no.20, 332006 Petroșani, e-mail: lilianaaprilie40@yahoo.com) *

57

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

2. Considerații generale privind închiderea minelor 2.1. Cadrul legal și instituțional privind închiderea minelor Prin Ordonanța Guvernului nr.11 din 24 Ianuarie 2000, a fost ratificat Acordul de Împrumut dintre România și Banca Internațională pentru Reconstrucție și Dezvoltare privind, finanțarea Proiectului de Închidere a Minelor și de atenuare a Impactului Social, în valoare de 44,5 milioane $. Proiectul s-a constituit printr-un prim sprijin, acordat de Banca Mondială, pentru restructurarea sectorului minier din România și s-a dezvoltat ca un proiect pilot, având ca scop, perfecționarea instituțiilor și completarea reglementărilor procedurale necesare acestora în vederea abordării, într-un cadru extins a problemelor de restructurare a sectorului minier, în corelație cu diminuarea impactului social, rezultat din restructurare.

Implementarea acordului s-a realizat de către Uniunea de Management a Proiectului (UMP), constituită în cadrul Ministerului Economiei și Unitatea de Implementare a Proiectului (UIP), înființare la nivelul entităților, cu responsabilități în derularea împrumutului [9]. Unitatea de Management a Proiectului a propus și promovat peste 70 de acte legislative, specifice activităților extractive, închiderii minelor și protecției sociale.

Principalele direcții de acțiune ale UMP, pentru componenta de închidere a minelor, sunt [10]: • Asigurarea cadrului legal de management și implementare a Proiectului; • Cadrul instituțional de desfășurare a activității de închidere și ecologizare a minelor.

Pentru coordonarea activităților operative a fost înființat S.C. CONVERSMIN S.A. Acesta acționează pentru și în numele Ministerului Economiei în sensul gestionării fondurilor anuale alocate de la bugetul de stat, pentru contractarea execuției lucrărilor de închidere a minelor. Începând cu anul 2000 s-a procedat la trecerea în conservare și ulterior închiderea definitiv a unor mine. În această categorie au intrat unele obiective la care, cheltuielile depășeau mai mult decât încasările și pentru a căror menținere era necesară alocarea unor importante fonduri publice, dar și acelea la care s-au epuizat rezervele geologice sau lucrările de cercetare geologică nu mai justifică continuarea activității.

2.2. Criterii care au stat la baza închiderii minelor În cele ce urmează se vor prezenta succint trei criterii care au stat la baza deciziei de închidere a minelor din Valea Jiului fără a le detalia, deoarece nu fac obiectul expres al acestui articol.

Decizia de închidere a unui obiectiv minier se va impune în urma unei analize complexe a factorilor care influențează eficiența acesteia și care pot fi grupați în: factori naturali și constructivi; factori economici; factori socio-politici. În urma unor astfel de analize se pot stabili mai multe categorii de unități: rentabile (clasa I); atractive față de cerințele reformei (clasa II); cu un grad mediu de atractivitate (clasa III); cu un grad redus de atractivitate (clasa IV) și unități neatractive (clasa V) [1,4,7,9].

2.2.1. Criteriul economic Acest criteriu complex, ține seama de: necesarul de substanțe minerale utile, prețurile de vânzare, nivelul cheltuielilor pentru obținerea substanțelor minerale, volumul dotărilor necesare pentru retehnologizare, cheltuielile pentru închiderea minelor, cheltuielile pentru realizarea măsurilor legate de asigurarea protecției sociale a muncitorilor scoși din procesul de producție. Pentru rezolvarea problemei apare necesitatea realizării unui studiu complex, fiind parcurse mai multe etape [4]. În condițiile economiei de piață se va lua în considerare raportul I dintre costul unitar de producție CP și prețul de desfacere sau de vânzare CV. Dacă I 1 minele sunt rentabile (clasa I), pentru I > 1 (clasele II-V) minele sunt nerentabile, gradul de nerentabilitate, crescând pe măsura creșterii clasei.

2.2.2. Criteriul integrator Pentru o evaluare cât mai realistă a fiecărei exploatări, criteriul [4] propune analizarea comparativă a unui set de indicatori tehnico-economici și anume: producția fizică extrasă, numărul mediu de personal, productivitatea fizică a muncii, rezerva deschisă, rezerva pregătită, rezerva exploatabilă, gradul de mecanizare, costul unitar și cheltuielile la 1000 lei producție marfă cărora li se acordă un punctaj, astfel încât prin însumarea punctelor obținute să se poată face o ierarhie a unităților miniere în funcție de care să se poată lua o decizie corectă privind mina care va intra în procesul de conservare / închidere.

58

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

2.2.3. Criteriul punctelor Metoda are avantajul unei flexibilități suficient de mari, precum și acela al rapidității cu care se stabilește clasamentul întreprinderilor, din punct de vedere financiar [4].

Indicatorii tehnico-economici luați în considerare sunt: producția extrasă recalculată, producția fizică extrasă, pierderea totală brută, costul unitar de producție, cheltuielile totale la 1000 de lei producție marfă, cheltuielile materiale la 1000 lei producție marfă, productivitatea fizică a muncii, prețul de decontare.

Se consideră că unitățile miniere ale căror punctaje însumate depășesc valoarea 100 sunt viabile, iar cele situate sub acest prag, vor intra în categoria celor neviabile. Și în acest caz, intrarea în procesul de conservare / închidere se va face gradual, începând cu unitatea minieră, care deține ultimul loc în ierarhie.

2.3. Proceduri pentru închiderea unei mine La închiderea unei mine trebuie parcurse următoarele patru etape/faze [1]:  Etapa / faza I cuprinde: - inițiativa de încetare a activității exploatării; - elaborarea Planului de Încetare a Activității (PIA), obținerea avizelor fundamentale și supunerea spre aprobare; - preluarea de către Autoritatea Minieră Centrală (prin Direcția de Închideri Mine-D.Î.M.) de la titularul licenței a obiectivelor în vederea valorificării acestora.  Etapa / faza II cuprinde: - elaborarea Proiectului Tehnic de Închidere (PT), a caietelor de sarcini și documentației de licitație, obținerea avizelor și supunerea spre aprobare.  Etapa / faza III cuprinde: - implementarea Proiectului Tehnic de Închidere; - urmărirea derulării închiderii exploatării și recepția lucrărilor; - predarea terenurilor disponibile la direcția silvică sau agricolă.  Etapa / faza IV cuprinde: - monitorizarea obiectivelor care își mențin funcționalitatea după închiderea exploatării precum și întreținerea și exploatarea acestora.

Planul de încetare a activității (PIA) este cel care furnizează detaliile acțiunilor necesare realizării efective a măsurilor de închidere a minei. El trebuie să cuprindă următoarele activități [10]: motivația încetării activității; programul tehnic de dezafectare sau conservare a exploatării ce va include și programul de monitorizare a factorilor de mediu post închidere; programul de protecție socială a personalului prin redistribuire și/sau reconversie profesională, despăgubiri financiare și/sau măsuri de dezvoltare regională, pentru crearea de noi locuri de muncă; autorizația de gospodărire a apelor și autorizația de mediu, pentru închidere; procedura de dezafectare și eliberare a terenului.

Proiectul tehnic de închidere a minei și refacere a mediului (PT) este un plan detaliat, care evaluează acțiunile și măsurile prevăzute prin procedeele de închidere a minelor, atât din punct de vedere tehnic, ce cuprinde lucrările necesare, de închideri fizice a minei, cât și de refacere a mediului afectat, cu referire la informații privind mina supusă închiderii și se aprobă prin ordin al ministerului de resort. Acesta va fi însoțit de planul de protecție socială, în baza consultării consorțiului comunitar.

2.4. Metode și tehnologii de închiderea unei mine Închiderea unei mine se va realiza în baza unui proiect tehnic care va cuprinde [1]:  Soluții tehnice pentru închiderea lucrărilor miniere de legătură cu suprafața;  Modul de închidere la gură a lucrărilor miniere de legătură cu suprafața;  Soluții tehnice pentru închiderea lucrărilor miniere subterane;  Soluții tehnice pentru închiderea abatajelor;  Realizarea aerajului general și parțial în perioada închiderii;  Recuperarea infrastructurii tehnico-productive a minelor aflate în lichidare;  Valorificarea sau demolarea construcțiilor și a altor obiective de la suprafață;  Monitorizarea post închidere a construcțiilor miniere de izolare din subteran și de la suprafață;  Ecologizarea suprafețelor de teren afectate de exploatarea minieră.

59

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

3. Închiderea minelor din Valea Jiului 3.1. Evaluarea minelor din Valea Jiului după criteriile de închidere Valea Jiului este singurul bazin minier al României unde în prezent se exploatează un zăcământ de huilă, care are importante rezerve de bilanț, ce pot asigura cerințele beneficiarilor (CET Paroșeni și Mintia- Deva), pe o perioadă de câteva decenii. Minele din Valea Jiului (fig.1), cu activitate de tradiție în extracția cărbunelui, au cel mai calificat personal și o infrastructura adecvată, atât extracției propriu-zise cât și transportului către beneficiari.

Totodată, însă, tectonica complicată a zăcământului face din acest zăcământ unul dintre cele mai complexe zăcăminte de cărbune existente pe glob și foarte dificil de exploatat prin metodele și tehnologiile larg utilizate pe plan mondial. Așadar, activitățile miniere din bazinul minier al Văii Jiului, sunt într-un impas din care s-ar putea ieși, nu numai prin măsuri tehnico-organizatorice ci și prin decizii politice responsabile.

Figura 1. Perimetrele miniere din bazinul minier Valea Jiului [11]

După anul 1989, când situația creată a impus susținerea sectorului minier de către stat cu un mare efort bugetar, începe declinul de ne oprit al mineritului din Valea Jiului.

Se pot evidenția câteva repere esențiale în regresul acestuia, cauzat în special de așa zisele programe de restructurare (în special cele din perioada 1997  2000): disponibilizarea masivă de personal; cheltuielile mari cu plățile compensatorii pentru personalul disponibilizat; creșterea dramatică a costurilor de producție; scăderea drastică a investițiilor cu de cca. 20 de ori față de valoarea celor de dinainte de 1989. Toate acestea au condus la scăderea producției extrase (cu 41%), a numărului de angajați (cu 60%), a fluctuației costurilor de producție și, în special, a totalei neglijări a retehnologizării și modernizării tuturor proceselor tehnologice din subteranul și de la suprafața unei mine.

Astfel că, după un secol vizând eficiența și o jumătate de secol de investiții concretizate într-o dezvoltare de tip extensiv, care au condus la formarea unui bazin minier de primă mărime, asistăm astăzi, după trei decenii, la o încheiere tristă a unui minerit caracterizat prin ineficiență, producție în scădere vertiginoasă, riscuri și incertitudini pentru cei care își mai desfășoară activitatea în subteran.

După anul 1990 este dificil să se mai vorbească despre investiții în mineritul Văii Jiului în condițiile lipsei unei strategii energetice de viitor, a indisciplinei în muncă și în managementul Companiei Huilei, la care se adaugă și cauze mai generale cum ar fi strategia de reducere a emisiilor de bioxid de carbon, eficiența economică mai scăzută a energeticii bazată pe cărbune, dezvoltarea unor surse de energie neconvenționale mai puțin poluante și de ce nu și dezamorsarea bombei sociale reprezentată de cei aproape 60.000 de salariați concentrați într-un spațiu relativ mic cum este Valea Jiului.

60

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

O primă ierarhizare a celor 10 mine din Valea Jiului rămase în funcțiune în anul 2001, bazată pe criterii științifice, s-a efectuat în anul 2002 aplicând indicatorii tehnico-economici realizați la finele anului 2001. În tabelul 1 se prezintă sintetic ierarhia celor 10 exploatări miniere din Valea Jiului, care funcționau la acea dată, clasament obținut după cele trei criterii prezentate în §2.2.

Tabelul 1. Ierarhizarea minelor din Valea Jiului după criteriile de evaluare

Nr. crt.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Mina Valea de Brazi Uricani Bărbăteni Lupeni Paroșeni Vulcan Aninoasa Livezeni Petrila Lonea

Criteriul de evaluare a deciziei de conservare-închidere Clasa economică Punctaj integrator Punctaj V III IV IV IV IV V IV IV III

54 89 54 85 64 73 45 82 66 74

108.3 120.4 89.7 116.2 95.5 103.4 56.9 101.0 104.9 103.7

Trebuie precizat că ierarhizarea acestor mine s-a bazat pe indicatorii tehnico-economici detaliat prezentați în lucrările [1, 4].

Analizând tabelul 1 se constată următoarele: • După criteriul economic, reiese că nici o unitate minieră din Valea Jiului nu se încadra, la acea dată, în clasele I și II, majoritatea aparținând claselor III (2), IV (6) și V (2), adică unități cu grad mediu de atractivitate, grad redus de atractivitate și respectiv neatractive (marcate cu roșu).

• După criteriul integrator, considerându-se pragul de viabilitate de 58 puncte, corespunzător unor valori medii ale indicatorilor luați în evaluare, trei mine Valea de Brazi, Bărbăteni și Aninoasa se găseau sub acest prag, considerându-se neviabile (marcate cu roșu) • După criteriul punctelor s-au situat sub pragul de 100 trei mine, Bărbăteni, Paroșeni și Aninoasa (marcate cu roșu). În urma acestor evaluări s-a luat decizia ca minele Valea de Brazi, Bărbăteni și Aninoasa să fie declarate neviabile și să intre în procesul de închidere.

La data sistării subvențiilor de stat, în anul 2011, în Valea Jiului erau în funcțiune 7 exploatări miniere: Lonea, Petrila, Livezeni, Vulcan, Paroșeni, Lupeni și Uricani.

Tot acum se va face o nouă evaluare la nivelul CNH-SA Petroșani [10] din punct de vedere tehnic, economic și social pentru a se decide care dintre cele șapte mine vor rezista economic fără ajutor social. În urma unei astfel de analize s-au stabilit două categorii de unități : neviabile (care trebuie să intre în procesul de închidere) și viabile (cele care își vor continua activitatea). Analiza a avut la bază proiecția indicatorilor tehnici și economici pentru perioada 2011-2018.

Punctajele obținute de cele șapte exploatări miniere, analizate și aflate atunci în funcțiune sunt redate în tabelul 2 [5].

Tabelul 2. Punctaje obținute de exploatările miniere

Nr. crt.

1 2 3 4 5 6 7

Mina Lonea Petrila Livezeni Vulcan Paroșeni Lupeni Uricani

Punctaj tehnic

Punctaj economic

TOTAL

50.6 16.5 55.0 41.6 20.8 49.1 21.4

46.6 17.3 53.8 58.9 40.7 49.8 22.8

99.2 33.8 108.8 100.5 61.5 98.9 44.2

Se observă că exploatările miniere Petrila, Paroșeni și Uricani (marcate cu roșu), au obținut cele mai mici punctaje și au fost declarate neviabile, ele intrând în procesul de închidere (2011-2017). În anul 2012 ia ființă Societatea Națională de Închideri Mine Valea Jiului (SNIMVJ) care a luat în subordine toate minele aflate în diferite etape de sistare a activităților (conservare-închidere).

61

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

Între 2011 și 2015 existau în Valea Jiului patru mine viabile: Lonea, Livezeni, Vulcan și Lupeni. Analiza minelor viabile s-a oprit până la sfârșitul anului 2015, când pe baza unor Studii de Fezabilitate, elaborate de către Universitatea din Petroșani (pentru mina Lonea) și S.C. Universal Cerc Proiect SRL (pentru minele Livezeni, Vulcan și Lupeni), s-au prezentat soluții de continuare a activităților la aceste mine, cu acceptarea unor investiții corespunzătoare. În urma acestor studii, dar și din cauza stării incerte a acestora din perioada 2016-2017, după cum CEHHunedoara (CEH- SA Petroșani) intra sau ieșea din insolvență, Guvernul român a adoptat (noiembrie 2016) un memorandum privind creșterea ajutorului de stat acordat Societății Naționale de Închideri de Mine Valea Jiului (SNIMVJ), cu 129,129 milioane lei (cca. 28,7 milioane euro) pentru includerea în programul de închidere (până la sfârșitul anului 2018) a două mine, care au fost considerate neviabile: Lonea și Lupeni [3].

Așadar, în prezent, în Valea Jiului sunt doar două mine viabile: Livezeni și Vulcan.

3.2. Scurtă prezentare a minelor închise sau aflate în procesul de închidere În cele ce urmează, pe baza Planurilor de Închiderea Activităților (PIA) și a Proiectelor Tehnice (PT) avute la dispoziție, se va face o prezentare succintă a modului cum s-a realizat sau se va realiza închiderea a șapte dintre cele 13 mine care și-au încetat activitatea după anul 1990 [12, 14].

3.2.1. Mina Uricani Motivarea închiderii minei a fost că activitatea de exploatare a zăcământului în cadrul acesteia devine nerentabilă din punct de vedere economic și confirmarea rezervelor este incertă.

Zăcământul de huilă din perimetrul Uricani este situat la adâncimi relativ mari (peste 400 m), cantonat în condiții geologice și tectonice complexe, care fac dificilă urmărirea și exploatarea stratelor de util, la acestea adăugându-se tendința la autoaprindere a cărbunilor și posibilitatea formării atmosferelor potențial explozive constituite din amestecuri de gaze subterane inflamabile și aer. În acest perimetru, obiectul exploatării l-a constituit stratele 3-5, 8-9 și 14-17.

Activitatea de extracție a cărbunelui din subteranul minei Uricani a încetat în anul 2017, după care exploatarea a intrat în programul de ecologizare și închidere stabilit, în conformitate cu notificările transmise Comisiei Europene. În anul 2018-2019 s-a continuat cu recuperarea și scoaterea afară a echipamentelor care sunt în subteran și pot fi valorificate. În următorii ani, 2019-2020, s-au pus în siguranță zăcământul de cărbune, drenate apele din galerii, oprirea stației principale de ventilatoare și trecerea la închiderea rampelor puțurilor și a legăturilor subteranului cu suprafața. Ecologizarea terenurilor de la suprafață a început în anul 2020.

Pornind de la exigențele utilizării integrale și eficiente a teritoriului și ținând seama de principiile fundamentale de reabilitare ecologică, specialiștii împreună cu reprezentanții comunității locale, au decis redarea terenurilor în mod preponderent în circuitul agricol.

Redarea în circuitul economic a terenurilor degradate de către activitatea minei reclamă reamenajarea și modelarea suprafețelor și apoi recultivarea acestora.

Mina Uricani și-a desfășurat activitatea în mai multe incinte: incinta principală, depozitul de exploziv, halda de steril, incinta puț aeraj est, incinta put aeraj vest, incinta Sterminos și captarea de la puț Sterminos și incinta Valea de Brazi (resturi de terenuri nevalorificabile).

Dezafectarea-demolarea tuturor obiectelor din cadrul acestor incinte s-a realizat după o metodologie prezentată schematic în figura 2, iar în figura 3 se prezintă câteva construcții aflate în diferite faze de dezactivare-demolare.

Pe măsura finalizării lucrărilor de remediere și intervenție prevăzute la incintele miniere terenul aferent acestora va fi supus lucrărilor de modelare și de geometrizare pentru asigurarea integrării lor în peisajul local și a scurgerii optime a apelor provenite din precipitații. Închiderea lucrărilor miniere subterane la mina Uricani s-a efectuat etapizat, respectând principiul ca acestea să fie realizate în retragere de la limitele câmpului de dezvoltare-exploatare, spre circuitele de aeraj principale aflate sub depresiunea generală a minei, inclusiv spre căile de legătură cu suprafața.

Metoda utilizată pentru închiderea spațiilor exploatate, în scopul prevenirii și combaterii focurilor de mină, a fost înnămolirea (raportul necesar de cenușă/apă se face la stația de înnămolire și poate varia de la 1:1 la 1:12, în funcție de o serie de factori tehnologici).

Datorită adâncimii relativ mari de exploatare cât și a morfologiei de suprafață a terenului (zonă muntoasă), în cazul minei Uricani nu s-a constatat, până în prezent, manifestarea fenomenului de subsidență minieră.

62

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

Desfacere învelitori, tâmplării, aticuri, elemente de finisaj

Sortare și depozitare materiale

Demolarea elementelor de închidere și compartimentare

Sortare și depozitare materiale

Demolarea structurilor de rezistență din beton armat și demontarea structurilor de rezistență metalice

Sortare și depozitare materiale

Excavarea fundațiilor, căminelor, bazinelor, canalizărilor și conductelor

Sortare și depozitare materiale

Desfacere strat de uzură și de rezistență la drumuri și alei

Sortare și depozitare materiale

Executarea umpluturi cu pământ

Compactarea și nivelarea umpluturilor

Transport

Transport

Transport

Transport

Transport

Transport

Transport

Împrăștiere și nivelare pământ vegetal

Semănare gazon Figura 2. Schema logică pentru realizarea demolărilor și reabilitarea amplasamentului [12]

Figura 3. Câteva construcții din incinta minei ce se demolează [12]

63

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

Activitatea minieră desfășurată în cadrul perimetrului minier Uricani a provocat, însă, asupra suprafeței de teren aferente acestuia o serie de efecte negative, cum ar fi: - modificarea reliefului la construirea incintei și influențarea sistematică a florei și faunei din zonă; - reducerea suprafețelor agricole și silvice, prin ocuparea acestora cu obiectele exploatării miniere; - modificarea condițiilor hidrogeologice naturale datorită necesităților exploatării subterane; - modificări ale infrastructurii din punct de vedere tehnic și social; - poluarea mediului înconjurător, atât prin activitatea de extracție a cărbunelui cât și prin industriile prelucrătoare aferente 3.2.2. Mina Lupeni [8] Este perimetrul cu cea mai mare exploatare minieră din bazin. Zăcământul, datorită morfologiei formaţiunilor de fundament, este mai ridicat decât în zonele adiacente. În general, se menţine structura sinclinală cu flancul nordic mai dezvoltat. Din cauza unui sistem de falii (orientate, în general, nord-sud), zăcământul este compartimentat în blocuri tectonice. În perimetrul minier Lupeni sunt întâlnite toate stratele 3-18, importanţă economică prezentând stratele 3,4,5,8,9,13,14,15 (care fac obiectul exploatării).

Mina Lupeni este una dintre cele mai vechi exploatări miniere din bazinul minier al Văii Jiului, având o structură de lucrări miniere extinsă pe mai multe niveluri de exploatare (orizonturi), cu mai multe incinte, care și-au pierdut utilitatea, odată cu creșterea adâncimii de exploatare a cărbunelui.

In prezent mina se află în procesul de închidere/conservare.

Exploatarea subterană a stratelor de cărbune din câmpul minier Lupeni a avut și are implicații majore în ceea ce privește stabilitatea terenului, dar și a construcțiilor de la suprafață. Majoritatea clădirilor afectate (case rezidențiale) sunt cu un singur nivel, realizate din pereți de cărămidă, pe fundații de beton monolit sau piatră de râu și au o vechime de peste 50 de ani.

Din cauza deplasărilor diferențiate ale suprafeței, generate de exploatarea subterană, mișcarea s-a propagat prin fundația clădirilor, până la suprastructura acestora, provocând inițial fisuri de tracțiune și forfecare, care au progresat treptat în timp până când elementele structurale sunt complet descompuse. Începând cu anul 2008, în perimetrul blocului V, de la mina Lupeni, au apărut succesiv trei gropi la suprafața terenului de la zi, în zonele de influență ale panourilor P6/I, P9, P7 și P10, atipice pentru condițiile geo-miniere din Valea Jiului [9] 3.2.3. Mina Paroşeni [12] Mina Paroșeni a funcționat 51 de ani. Lucrările de deschidere și pregătire au început în 1963, dar exploatarea primului vagonet cu huilă s-a realizat în 7 octombrie 1966.

Perimetrul minei este cuprins între perimetrele Lupeni, la vest, şi Vulcan, la est, într-o zonă în care depozitele orizontului 3 sunt puternic erodate. Zăcământul este puternic tectonizat, o falie transversală importantă, situată pe Valea Lupului, separând domeniul vestic al bazinului de cel estic. În perimetru au fost întâlnite toate stratele cunoscute din bazin, importanţă economică prezentând stratele 3, 5, 8, 9, 13, 14, 15, 18.

Calitativ, huila exploatată în perimetru este una energetică.

Mina Paroșeni a fost închisă la sfârșitul anului 2017, după mai mult de jumătate secol de funcționare, timp în care din adâncurile ei, au fost scoase, 27 milioane tone de cărbune. Începând cu 1 ianuarie 2020 a început demolarea la suprafață și închiderea spațiilor din subteran, exploatarea intrând în procesul de închidere și ecologizare. Acest lucru înseamnă că, se vor încheia toate activitățile din subteran, vor fi închise toate căile de acces în subteran și vor fi demolate toate clădirile de la suprafață. În figura 4 sunt prezentate câteva construcții ce se demolează din incintele minei Paroșeni.

Toate construcțiile de la suprafață care își pierd utilitatea odată cu închiderea minei au fost prevăzute pentru dezafectare și demolare, iar terenul eliberat de construcții va fi redat în circuitul economic (tabel 3).

In vederea protecției zăcământului, s-au executat lucrări de izolare a lucrărilor miniere de acces la abataje, care au fost îndiguite cu diguri de izolare pentru prevenirea focurilor endogene.

Operațiile de închidere a lucrărilor miniere subterane s-au realizat în perioada 2011÷2018, anual, în opt etape, având în vedere eșalonarea producției până în anul 2017 inclusiv.

64

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

1

2

3

4

Figura 4. Construcții ce se demolează din incintele minei Paroșeni [11] 1- Stație ventilatoare Suitor de Aeraj Sud; 2- Canale de aeraj incinta Plan 23; 3- Stație ventilatoare nr.1 incinta Plan 23; 4- Stație de ventilatoare incinta Plan 23 Tabelul 3. Programul de conformare pentru ecologizarea încintei minei Paroșeni [12] Nr. Componenta de mediu / Măsuri Etape crt.

Factorul poluant SOL Recuperarea terenurilor 1 Amenajare incintă A. Incinte (Suitor Aeraj Sud, ocupate, reconstrucția - dezafectarea / demolarea obiectelor destinate acestui Plan aeraj 23) ecologică și prevenirea scop; deteriorării mediului - curățirea terenului de materiale refolosibile și haldarea materialelor ne biodegradabile; - nivelarea terenurilor cu o pantă impusă de configurația terenului; - recultivarea biologică a terenurilor cu vegetație adecvată B. Halda Tericon Recuperare haldă și redarea Amenajare haldă cota 630 ei în circuitul economic - curățirea haldei de materiale ne biodegradabile; - nivelarea haldei cu o pantă impusă ; - înierbarea haldei APE Dirijarea apelor pluviale 2 Decolmatarea periodică a canalelor de gardă existent Emisii de praf

spre canalele de gardă Reducerea poluării atmosferei

Zgomot

Reducerea poluării sonore

Ape pluviale

3

4

AER

Monitorizarea tuturor componentelor de mediu: sol, apă, aer

-urmărirea terenurilor și analiza lor; -urmărirea calității apei (de suprafață și freatice); -urmărirea calității aerului; -urmărirea dezvoltării însămânțărilor; -urmărirea stabilității terenurilor prin măsurători topografice realizate prin aliniamente de urmărire; -decolmatarea periodică a canalelor de gardă existent.

65

Aplicarea soluțiilor de limitare a emisiilor de praf în condițiile depășirii normelor admise - la demolare - la transport.

Aplicarea soluțiilor de insonorizare pentru utilajele în funcție generatoare de zgomot peste normele admise

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

3.2.4. Mina Aninoasa [12] Decizia închiderii minei a fost luată din cauza că exploatarea a devenit nerentabilă economic, realizânduse în anul 2001 cheltuieli de peste 4000 lei la 1000 lei producție marfă. De asemenea, din cauza nerealizării lucrărilor de deschidere ca urmare a fondurilor limitate de finanțare și întârzierea lucrărilor de pregătire acestea au dus la imposibilitatea menținerii liniei de front. Drept urmare rezerva exploatabilă se epuizează până la orizontul de bază oriz. XII (cota + 50).

La întocmirea planului de încetare a activității pentru mina Aninoasa s-a avut în vedere sistarea progresivă a activității de exploatare a minei pe măsura epuizării rezervelor pregătite.

Stratele de cărbune, cu direcția est-vest, au înclinări mari. Zăcământul este puternic tectonizat, în flancul nordic faliile fiind interceptate prin lucrări miniere. Stratele de cărbune întâlnite, 2-19, au grosimi și arii de răspândire diferite. Importanță economică prezintă stratele 3, 5, 7, 13, 15, 18. Huila energetică exploatată în acest perimetru este superioară calitativ celorlalte perimetre din bazin (putere calorifică inferioară de 5.500 kcal/kg). În vederea protecției zăcământului s-au executat lucrări de înnămolire (în cantitate de 5.150 m3), iar lucrările miniere de acces la abataje au fost îndiguite cu diguri de izolare pentru prevenirea focurilor endogene.

De asemenea, au fost izolate rețelele de lucrări miniere aferente abatajelor, cu diguri zidite cu bolțari. Aceste construcții miniere de izolare s-au executat în conformitate cu „Prescripții Tehnice” (PT C 33)la NSPM - ed.

1997. Închiderea lucrărilor miniere de legătură cu suprafața (4 puțuri, 2 suitori) respectiv Puțul 1 Piscu, Principal Nord, principal Sud și Auxiliar și suitorii de aeraj Parc și Piscu s-a făcut prin rambleiere și construirea pe gura acestora a unor plăci betonate dimensionate să reziste la o sarcină de 32 kN/m2. Lucrările miniere orizontale cu copertă mai mică de 50 m s-au închis tot prin rambleiere, iar gurile acestora cu diguri betonate.

La suprafață nu se observă modificări ale terenului cauzate de exploatarea subterană.

3.2.5. Mina Dâlja [12] Activitatea extractivă la mina Dâlja a fost sistată în anul 1999, iar mina a intrat în conservare în anul 2004. În anul 2005 au început lucrările de închidere și ecologizare a zonei. Conform datelor oficiale, pentru partea de subteran s-au alocat și cheltuit în vederea închiderii galeriilor 11 miliarde lei vechi, în timp ce pentru suprafață, suma alocată inițial a fost de 82 miliarde lei, dar licitația organizată, în acest sens a fost câștigată de S.C. IMI. S.A. Baia Mare, pentru 56 miliarde lei. În locul subunității miniere, a fost plantată iarbă și doar două clădiri mai stau mărturie că acolo a fost cândva o exploatare de cărbune.

3.2.6. Mina Petrila [12] Decizia întocmirii Planului de încetare a activității minei Petrila a fost luată în conformitate cu articolul 37 din Legea Minelor Nr. 61/1998 pe baza întrunirii cumulative și parțiale a criteriilor: a) epuizarea rezervelor, în unele zone; b) continuarea exploatării a devenit imposibilă datorită focurilor endogene – ale căror efecte nu pot fi înlăturate prin intervenții tehnice în condiții economice, în alte zone. În vederea protecției zăcământului, lucrările miniere de acces la abataje au fost îndiguite cu diguri de izolare din dublu rând de bolțari (6 buc. în profil GDM-10,0) pentru prevenirea focurilor endogene.

Pe perioada de realizare a lucrărilor și operațiilor de conservare a minei s-au menținut în funcțiune construcțiile și instalațiile ce deservesc transportul de personal și materiale, aeraj, evacuarea apelor etc.

De asemenea, în perioada de realizare a lucrărilor și operațiilor de conservare a minei s-au menținut în stare de funcționare instalațiile de furnizare a energiei electrice și termice, instalațiile de măsurare a emanațiilor de gaze în subteran, stațiile de pompare pentru evacuarea apelor, precum și instalațiile de alimentare cu apă potabilă și industrială.

După finalizarea lucrărilor de conservare s-a trecut la etapa de închidere propriu- zisă a minei Petrila. În vederea protecției zăcământului și a suprafeței s-a efectuat închiderea etapizată a lucrărilor miniere subterane în retragere, de la limita câmpului de extragere spre circuitele de aeraj aflate sub depresiunea generală a minei, respectiv spre căile de legătură cu suprafața prin părăsirea lor în starea în care se află și izolarea cu diguri zidite, construite conform prescripțiilor tehnice în vigoare sau betonate (pentru reținerea rambleului în rampele puțurilor și suitorilor) ale căror caracteristici constructive sunt determinate prin calculul de rezistență la presiunea coloanei de rambleu.

66

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

Închiderea lucrărilor miniere de legătură cu suprafața (3 puțuri, 1 suitor), respectiv Puțul 3 Est, Puțul 1 est, Puțul 2 Est și Suitorul Central s-a făcut prin rambleiere și construirea pe gura acestora a 10 plăci betonate (PB-5; PB-4; SB-3,1) dimensionate să reziste la o sarcină de 32 kN/m2.

Lucrările miniere orizontale cu copertă mai mică de 50 m s-au închis tot prin rambleiere, iar gurile acestora cu diguri betonate.

Lucrările la suprafață pentru închiderea minei Petrila au prevăzut dezafectarea și demolarea tuturor clădirilor și construcțiilor existente în cele 4 incinte ale minei: Incinta Puț 1 Est, Incinta Puț 2 Est, Incinta Puț 3 Est și Incinta Suitor Central. Închiderea totală a minei Petrila va avea efecte pozitive asupra mediului înconjurător privind componentele de mediu: sol, ape, aer deoarece vor dispărea sursele de poluare din această zonă (de ex. apele uzate din mină).

Haldele de steril aferente minei vor fi înierbate, împădurite și redate în circuitul economic. În prezent se observă modificări ale suprafeței terenului cauzate de exploatarea subterană în partea de est a perimetrului de dezvoltare-exploatare. În vederea urmăririi eventualelor deformări ale suprafeței terenurilor cauzate de lucrările subterane trebuie efectuate măsurători topografice pe aliniamente bine stabilite în prealabil.

3.2.7. Mina Lonea [12] Mina Lonea, se află în procesul de închidere/conservare.

Lucrările de închidere a minei Lonea constau în executarea lucrărilor necesare de reconstrucție ecologică și de prevenire a deteriorării mediului.

Executarea lucrărilor de reconstrucție ecologică va avea efecte pozitive asupra factorilor de mediu, precum și pentru protecția așezărilor umane.

Lucrările de reconstrucție ecologică se impun datorită situației actuale a minei.

Lucrările de ecologizare prevăzute în documentație sunt următoarele.

- în zona estică a lacului (din fosta carieră Jieț), la baza taluzului haldei de lângă pârâul Jieț, se vor executa gabioane în vederea protejării haldei pe o lungime de 400 m; - se vor executa gărdulețe antierozionale pe o lungime de 400 m.

Pentru redarea în circuitul economic a terenurilor ocupate de mina Lonea, se vor executa lucrări de curățire, însămânțare și împădurire.

Lucrările de însămânțare se vor realiza pe o suprafață de 4000m2.

Lucrările de împădurire se vor executa pe taluzurile haldei, prevenindu-se astfel eventualele alunecări de teren. Împădurirea se va face pe o suprafață de 4000m2.

- se vor executa lucrări de decolmatare a canalelor colectoare existente pe o lungime de 600m.

- se va executa o prelungire a canalului existent colector pe o lungime de 50m, până la racordarea cu căminul de vizitare existent.

- se va executa o susținere cu piatră a taluzului (pe ambele părți) ale drumului de acces la Jieț, pe o lungime de 300 m de-o parte și de alta a drumului. Închiderea obiectivelor de la suprafața minei Lonea, va avea efecte pozitive asupra mediului înconjurător privind componentele de mediu, prin încetarea activităților industriale din aceste obiective. În vederea colectării apelor pluviale ce se scurg pe taluzurile drumului, se vor decolmata canalele colectoare existente și se va executa altul nou pe o lungime de 50 m, în scopul preluării apelor pluviale din zonă. Pentru o stabilitate bună a haldelor, se vor executa lucrări de împădurire, prevenindu-se astfel eventualele alunecări de teren.

Programul de conformare este redat în tabelul 4.

4. Analiza închiderii minelor din Valea Jiului O analiză completă, la această dată, a stării perimetrelor miniere din Valea Jiului care s-au închis sau care sunt în procesul de conservare-închidere este greu de realizat din mai multe cauze [6]: - durata relativ scurtă de la închiderea minelor (max. 20 de ani). Experiența din România și internațională a arătat că deformarea suprafeței, rezultată ca urmare a exploatării subterane a stratelor de cărbune apare de regulă după 35-40 de ani de la încetarea exploatării; - informațiile furnizate de serviciile Geo-Topo de la mine nu sunt întotdeauna edificatoare, măsurătorile topografice pe teren făcându-se de multe ori numai atunci când apar fenomene geomecanice periculoase; 67

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

Tabelul 4. Programul de conformare pentru ecologizarea încintei minei Lonea [12]

Nr. crt.

Componenta de mediu / Factorul poluant

Măsuri

Etape

1

SOL Incinte și haldă

Reconstrucție ecologică și prevenirea deteriorării mediului

Lucrările de reconstrucție ecologică constau din: - curățarea terenurilor, S = 0,4 ha; - nivelarea terenurilor; - înierbare haldă, S = 0,4 ha; - împădurire haldă, S = 0,4 ha; - executare gărdulețe antierozionale – 400 m.

Aplicarea soluțiilor de insonorizare pentru utilaje, în funcție de generatoarele de zgomot peste normele admise.

2

AER Emisii de praf

3

WATER

4

Monitorizarea tuturor componentelor de mediu: sol, apă și aer

Reducerea poluării atmosferei Colectarea apelor Pentru colectarea apelor pluviale se va executa un canal pluviale colector cu o lungime de 50 m; Decolmatarea canalelor existente.

- urmărirea stării tehnice a canalelor colectoare; - urmărirea periodică a calității apelor colectate; - monitorizarea calității solului: fertilitate, compoziție chimică, structură fizică.

- nu există o bază de date care să cuprindă situația exploatării stratelor de cărbuni în toate perimetrele miniere; - nu se realizează o monitorizare în mod sistematic a suprafeței terenului din perimetrele exploatate prin măsurători topografice, scanere laser, fotogrammetrie etc.

- o persoană particulară, fie ea și doctorand, obține cu greu sau de loc informații legate de starea perimetrelor miniere închise, observațiile personale pe teren ne putând fi, de cele mai multe ori, exprimate cantitativ pentru a se putea emite niște concluzii științifice exacte.

Cu toate acestea o analiză a structurii subteranului minelor din Valea Jiului poate să anticipeze apariția unor fenomene post închidere cauzate de o serie de factori cu acțiune sinergică [12]: a) adâncimea nu foarte mare de situare a excavațiilor subterane (sub 242-275m); b) punerea în mișcare a unor volume mari de roci din acoperiș, în urma exploatării cu banc de cărbune subminat, metodă de exploatare aproape generalizată, în prezent, la minele din Valea Jiului (peste 10-35m); c) mișcarea maselor de roci după planele de falie (reactivarea faliilor), determinate de apropierea panourilor în exploatare; d) concentrarea tensiunilor pe colțurile pilierilor; e) degajările necontrolate la suprafață a metanului din minele închise pot fi surse de poluare a atmosferei din zonă; f) apele de mină ne captate sunt sursă de poluare a celor de la suprafață sau/și a pânzei freatice.

Trebuie spus că în Valea Jiului, oriunde există constituite condițiile sintetizate mai sus pot apărea coșuri / gropi de surpare sau alte fenomene geomecanice. În perioada 1996-2020 s-au efectuat foarte puține controale din partea organismelor abilitate să verifice modul cum au fost executate lucrările de conservare-închidere și de ecologizare a terenurilor eliberate de construcții. Astfel, la controlul Ministerului Mediului, Apelor și Pădurilor din 2006, [14] pentru verificarea modului cum s-au închis Minele Câmpu lui Neag și Petrila Sud, s-au găsit multe probleme semnalate în Raportul Închideri Mine.

După închiderea acestor mine, la o scurtă perioadă de timp, au apărut fenomene dinamice la suprafață (alunecări de teren, surpări ale suprafeței cu formare de cratere, fisuri), ceea ce este explicat în Raportul Închideri Mine, al Ministerului Mediului și Gospodăririi Apelor, Garda Națională de Mediu, Comisariatul General. În urma controlului efectuat în anul 2006 la obiective miniere închise până în anul 2001, s-a constatat că, după recepția la terminarea lucrărilor, în perimetrele verificate prin sondaj, procesul de închidere a minelor (care cuprinde fazele de proiectare, aprobare, execuție, recepție la terminarea lucrărilor, recepția finală și monitorizarea post - închidere) este necorespunzător.

La realizarea Proiectelor de Încetare a Activității Minelor și Proiectele Tehnice de Închidere a exploatărilor miniere din Valea Jiului nu au participat reprezentanți ai Administrațiilor Publice Locale și ai comunității. Consultarea cu administraţiile publice locale s-a făcut şi se face doar când se predau anumite construcţii de suprafaţă, terenuri, halde steril etc. Primăriile nu au nici o expertizare pentru studierea Proiectului tehnic de execuţie pentru închiderea minei şi analiza influenţei modului de închidere pentru tot ce se află la suprafaţă: clădiri, spaţii publice, infrastructură, păşune, ape etc [14].

68

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

Dacă fiecare Primărie ar avea specialişti cunoscători ai activităţilor miniere (ingineri minieri, ingineri topografi şi ingineri constructori) lucrurile ar sta cu totul altfel. Avizul Primăriei pentru acceptul Proiectului tehnic de închidere al minei s-ar face în baza unei consultări speciale cu completări adiţionale necesare protejării construcţiilor de suprafaţă, delimitarea unor perimetre periculoase şi monitorizarea acestora, executarea unor lucrări de consolidare (ziduri de sprijin, foraje şi injectări pentru stabilizarea zonelor periculoase pentru alunecări de teren etc.) Există multe exemple ale închiderilor de mine, unde, în perioada scurtă de monitorizare sau după aceasta, au apărut efecte dinamice care au pus şi pun în pericol gospodării şi terenuri ale locuitorilor Văii Jiului.

Sunt aspecte tehnice care ridică semne de întrebare, dintre care se menționează: • Criteriile stabilirii încetării activităţii de producţie.

• Perioada între ultima zi de producţie şi finalizarea proiectului tehnic de închidere este extrem de scurtă (1 an) şi nu reflectă timpul necesar pentru: recuperarea utilajelor şi materialelor în conformitate cu inventarul acelui moment; execuţia lucrărilor tehnice de închidere a lucrărilor subterane; nu se execută lucrări de rambleiere a galeriilor de mină, adiacente pilierilor de protecţie a zonelor populate, a căilor de circulaţie, a cursurilor de ape, a altor obictive de la suprafaţă.

• Nu sunt tratate într-un capitol separat clădirile care reprezintă monumente istorice industriale, aspect care a generat multe controverse în cazul demolării unor clădiri din incinta fostei mine Petrila, între Ministerul Culturii şi Ministerul Energiei.

• Faptul că în nici o incintă minieră din cele 9 (nouă) închise în perioada 1994 - 2016 nu s-a realizat un muzeu al exploatării huilei de Valea Jiului, rămâne un mister. Cine vrea să nu se mai audă de mineritul cărbunelui românesc?

Acum, pentru închiderea exploatărilor miniere rămase în Valea Jiului, există proiecte, fonduri ale U.E. şi bugetare, însă proiectele tehnice trebuie să ţină cont de aspectele prezentate în anul 2006 de Ministerul Mediului, Apelor şi Pădurilor. În viitorul Văii Jiului există pericolul unei scufundări treptate sau bruşte, iar producerea unui cutremur de intensitate medie, poate duce la un dezastru major în această microregiune, incluzând comunităţile şi mediul înconjurător [14].

Centrul de Cercetare pentru Regenerare Urbană Durabilă-Valea Jiului (C.C.R.U.D.-V.J.) [14] consideră că pentru Valea Jiului, în condițiile închiderii tuturor minelor până în anul 2024, este necesar un Proiect General pentru Regenerare Urbană Durabilă a Microregiunii Valea Jiului, realizat de Universitatea din Petroșani.

CCRUD-VJ dorește a se realiza împreună cu Primăriile localităților din Valea Jiului, o Platformă digitală, care prin parteneriatul local, să inventarieze și cerceteze potențialul resurselor locale (capital uman, capital natural, capital material, capital investițional etc.) și să rezolve problema terenurilor și clădirilor de tip brownfields (zone industriale dezafectate) din perimetrele miniere Valea Jiului, prin crearea unui Birou de Urmărire și Control pentru Perimetrele Miniere Valea Jiului, în cadrul căruia se va urmări: • Hărţi de risc natural la alunecări de teren sau scufundări, în perimetrele miniere din Valea Jiului; • Monitorizarea deformării terenurilor de la suprafaţă şi a construcţiilor; • Identificarea zonelor şi a clădirilor cu risc ridicat; • Realizarea prognozei de deformare a terenurilor şi construcţiilor; • Redarea în folosinţă a terenurilor care au ajuns la stabilizare; • Monitorizarea stabilităţii haldelor, iazurilor de decantare, drumuri, clădiri, depozite de cenuşă, etc • Buletin de informare lunar pentru Primării, despre situaţia perimetrelor miniere şi a măsurilor ce se impun; • Prin verificarea Proiectului de Încetare a Activităţii a minei şi a Proiectului Tehnic de Execuţie pentru închiderea minei, CCRUD- VJ., poate aduce completări şi măsuri suplimentare, care vizează: evitarea fenomenelor de scufundare bruscă; incintele minelor şi drumurile; haldele; regimul de proprietate.

Acești Responsabili pentru supravegherea perimetrelor miniere vor putea duce o activitate de prevenţie în cadrul Primăriilor şi împreună cu Biroul de Urmărire și Control al Perimetrelor Miniere din Valea Jiului din cadrul CCRUD-VJ vor urmări ca realizarea şi dirigenţia Proiectelor tehnice de închidere ale minelor să se realizeze în conformitate şi în securitate. Din cercetările specialiştilor de la Universitatea din Petroşani reiese clar că în perimetrele miniere se produc și se vor produce scufundări ale suprafeţelor, iar aceste zone vor trebui să fie delimitate, împrejmuite şi monitorizate. În cadrul activităţii acestor Birouri, se vor putea identifica toate semnalările cetăţenilor, se vor propune soluţii pentru zonele afectate, iar rapoartele lunare vor fi prezentate D.G.R.M. Considerăm necesare acțiunile de prevenție deoarece, închiderea bruscă a minelor din Valea Jiului a luat pe nepregătite Administraţiile Publice Locale, Ministerul Economiei, Ministerul Energiei, Ministerul Dezvoltării Regionale și Administrației Publice, Ministerul Fondurilor Europene, Ministerul Mediului, Ministerul Apelor și Pădurilor, Ministerul Finanțelor Publice, Ministerul Muncii și Justiției Sociale şi Agenţia Naţională pentru Resurse Minerale. Chiar dacă acum vorbim despre o restrângere a personalului din administraţia publică, microregiunea Valea Jiului este o zonă foarte specială, unde este necesară supravegherea execuţiei Proiectelor 69

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

tehnice de închidere a minelor. Conform Normelor cadru de închidere a minelor, prevederea unei persoane desemnate pentru a ţine legătura cu comunitatea şi programul „uşile deschise”, nu asigură o linişte în comunitatea Văii Jiului. Pentru Proiectul tehnic de închidere a minei, proiectantul este obligat să obţină mai multe acorduri şi avize, printre care şi Autorizaţia de construcţie, eliberată de Consiliul Judeţean. Nu este necesară consultarea sau avizul Primăriei pe raza căreia se află mina, ceea ce este un aspect grav. După finalizarea lucrărilor, suprafeţele de teren sunt predate de către DGRM, Autorităţilor Publice Locale. Faptul că, doar la final, intră într-un rol şi Primăriile, este semnalat negativ de Ministerul Mediului, Apelor şi Pădurilor, încă din anul 2006.

Un impact negativ şi periculos asupra mediului, o reprezintă carierele şi haldele de steril. Nu au fost cuprinse în programe şi proiecte pentru consolidarea zonelor adiacente şi împrejmuire, iar natura şi-a intrat în rol, cu surpări şi alunecări de teren, și oamenii, săpând după fier vechi.

De asemenea, iazurile de decantare de la Uzina de Preparare Coroieşti sunt un „butoi cu pulbere” pentru mediul înconjurător. Nu există un plan sau proiect de consolidare şi securizare a digurilor acestor iazuri. O calamitate naturală de cod roşu sau un cutremur de intensitate medie, poate produce un dezastru ecologic pe râul Jiu şi chiar pe Dunăre.

Ministerul Mediului, Apelor şi Pădurilor la acea vreme, precizează în Raportul Închideri Mine, că în perioada următoare se vor închide multe perimetre miniere, şi ţinând cont de cerinţele Directivei Uniunii Europene nr. 2006/21/CEE privind managementul deşeurilor din industria extractivă (obligaţia inventarierii zonelor miniere închise şi clasificarea acestora funcţie de pericolul pe care îl reprezintă), pentru îmbunătăţirea procesului de închidere a minelor şi carierelor, sunt necesare [13].

• Abordarea globală şi nu sectorială a problematicii de mediu din perimetrele miniere supuse închiderii şi cuprinderea în proiectele tehnice de închidere a activităţii, a tuturor aspectelor care au creat prejudicii mediului.

De exemplu: evacuări de ape de mină, infiltraţii de ape de suprafaţă în subteran, pâlnii şi goluri de surpare de la suprafaţa minelor, halde de steril de mină, construcţii miniere de la suprafaţă şi din subteran, incinte miniere, căi de acces etc.

• Stabilirea în Planurile de încetare a activității (PIA) și în Proiectele tehnice de închidere a minelor și refacere a mediului (PT) a posibilităților de recuperare și utilizare a metanului din minele închise, de utilizare a apelor de mină ca materie primă pentru producerea hidrogenului (de exemplu), reprocesarea haldelor în scopul recuperării fracției de carbon și, eventual, pentru utilizarea materialelor recuperate în construcții, soluții pentru de reamenajare postînchidere a incintelor minelor închise și a haldelor aferente, prin crearea unui peisaj natural, antropic și cultural asemănător cu cel autohton necesar pentru desfășurarea unui turism ecologic în acel areal etc.

• Stabilirea încă din faza de Plan de încetare a activităţii (PIA) a regimului de proprietate a terenului.

Soluţionarea predării terenurilor ocupate de incintele miniere, construcţii miniere, halde, pâlnii de surpare, drumuri de acces etc.

• Realizarea unui cadru legislativ unitar pentru procesul de închidere a perimetrelor miniere. Completarea şi modernizarea legislaţiei specifice, respectiv emiterea de noi acte legislative şi/sau reglementări funcţie de noile cerinţe ale Directivei Uniunii Europene privind managementul deşeurilor din industria extractivă.

Modificarea şi completarea Legii minelor, a Manualului de închidere a minelor, noi manuale de închidere pentru sare şi uraniu, etc.

Gravitatea aspectelor semnalate de Ministerul Mediului, Apelor şi Pădurilor în Raportul Închideri Mine din 2006, nu a sensibilizat ministerele implicate pentru a controla şi gestiona o situaţie ce poate avea urmări deosebite pe termen mediu şi lung, iar propunerile pentru îmbunătăţirea procesului de închidere au rămas în acelaşi stadiu, doar ca propuneri [14].

5. Concluzii Deși Valea Jiului este un bazin minier al României unde se exploatează un zăcământ de huilă, care are importante rezerve de bilanț, în prezent sunt doar două mine viabile (Livezeni și Vulcan), care nu mai pot asigura cerințele beneficiarilor. Astfel că, dintr-un bazin minier de primă mărime, asistăm astăzi, după trei decenii, în condițiile lipsei unei strategii energetice de viitor, la care se adaugă și cauze mai generale cum ar fi strategia de reducere a emisiilor de bioxid de carbon, eficiența economică mai scăzută a energeticii bazată pe cărbune, dezvoltarea unor surse de energie neconvenționale mai puțin poluante la o încheiere tristă a mineritului din Valea Jiului. Închiderea minelor a început încă din 1990 (mina Iscroni) și continuă și astăzi pe baza Planurilor de Închiderea Activităților (PIA) și a Proiectelor Tehnice (PT).

Lucrarea, analizând modul cum sunt elaborate aceste documente, dar și cum au fost ele realizate pe teren, a ajuns la concluzia că o analiză completă, la această dată, a stării perimetrelor miniere din Valea Jiului care s-au închis sau care sunt în procesul de conservare-închidere este greu de realizat din mai multe cauze 70

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 57-71

prezentate în lucrare. Cu toate acestea o analiză a structurii subteranului minelor din Valea Jiului poate să anticipeze apariția unor fenomene post închidere cauzate de o serie de factori cu acțiune sinergică.

Cu toate că în perioada 1996-2020 s-au efectuat foarte puține controale din partea organismelor abilitate să verifice modul cum au fost executate lucrările de conservare-închidere și de ecologizare a terenurilor eliberate de construcții se remarcă controlul Ministerului Mediului, Apelor și Pădurilor din 2006, pentru verificarea modului cum s-au închis Minele Câmpu lui Neag și Petrila Sud în urma căruia s-au găsit multe probleme semnalate în Raportul Închideri Mine și prezentate detaliat în acest articol.

Gravitatea aspectelor semnalate în acest Raport nu a sensibilizat ministerele implicate pentru a controla și gestiona o situație ce poate avea urmări deosebite pe termen mediu și lung, iar propunerile pentru îmbunătățirea procesului de închidere au rămas în același stadiu, doar ca propuneri. În final se consideră că propunerile făcute de Centrul de Cercetare pentru Regenerare Urbană DurabilăValea Jiului (C.C.R.U.D.-V.J.) sunt pertinente, realizabile și stringent necesare pentru regenerarea urbană durabilă a microregiunii Valea Jiului.

Bibliografie [1] Cozma E., 2006 Techniques and technologies for closing mining operations (în română), Editura Focus [2] Davidoiu A., 2017 The role of coal exploitation in Valea Jiului on the sustainable future of the region (în română), Teză de doctorat Universitatea din Petroșani [3] Fodor D., Georgescu M., 2017 Mining rescue solutions from Valea Jiului, Mining Revue, vol.22, no. 4/2017 [4] Furtună P., 2002 Solutions regarding the closure and conservation of some mines in Valea Jiului basin ((în română), Teză de doctorat Universitatea din Petroșani [5] Georgescu M., 2020 Mining in the 21st century, Mining Revue no. 4/2020 [6] Marian D.P., Onica, I. et al., 2019 Study on establishing the causes of the phenomenon of discontinuous subsidence in the Lupeni mining perimeter, (în română), Contract nr. 1696 APS / 05.12.2018, University of Petroșani [7] Muzuran C., 2017 Recovery of the technical-productive infrastructure of the mines in liquidation, (în română), Editura Universitas, Petroșani [8] Roman Liliana, 2021 Critical analysis of mine closure methods in Valea Jiului (în română), Raport cercetare nr. 2. Universitatea din Petroșani [9] Roman Liliana, 2021 Analysis of subsidence phenomena occurring in the closed mining perimeters of Valea Jiului (în română), Raport cercetare nr. 3. Universitatea din Petroșani [10] *** Mining Law no. 85/2003 (în română) [11] *** Mine Closure Manual - Order 273/2001 (în română) [12] * * * Termination Plans (PIA) and Technical Projects (PT) for mines Uricani, Paroșeni, Aninoasa, Petrila, Lonea, SC I.C.P.M SA, Petroșani 2001-2011 (în română) [13] * * * Post-closure monitoring of underground and surface insulation mining constructions, SC I.C.P.M SA, Petroșani 20012011 (în română) [14] * * *, 2019 Closure plan for access to State aid to facilitate the closure of uncompetitive coal mines Prepared in accordance with Council Decision 2010/787 / EU on State aid to facilitate the closure of non-competitive coal mines (în română).

Acest articol este cu acces deschis, distribuit pe baza licenței Creative Commons BY SA 4.0. Autorii păstrează drepturile de autor și sunt de acord cu termenii licenței CC BY SA 4.0 menționate mai sus.

71

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 vol. 27, nr. 4 / 2021, pp. 72-77

CARACTERIZAREA BENEFICIILOR EXPLOATĂRII CAOLINULUI GETSO EFFECT OF BENEFICIATION ON THE CHARACTERIZATION OF GETSO KAOLIN Nurudeen SALAHUDEEN 1*, Ahmad A. MUKHTAR2 1

Department of Chemical and Petroleum Engineering, Bayero University, Kano, Nigeria, nsalahudeen.cpe@buk.edu.ng 2 Department of Chemical and Petroleum Engineering, Bayero University, Kano, Nigeria

DOI: 10.2478/minrv-2021-0036 Rezumat: În formele lor brute, mineralele argiloase se găsesc cu o serie de impurități inerente care le fac nepotrivite pentru majoritatea aplicațiilor industriale. Pentru a depăși această problemă și pentru a adăuga valoare mineralelor argiloase, procesul de ameliorare este o soluție indispensabilă. Acest studiu investighează efectul procesului de ameliorare umedă asupra caracteristicilor unei argile locale extrase din satul Getso din statul Kano, Nigeria. Caracterizarea mineralogică a argilei a fost efectuată cu ajutorul analizorului de difracție de raze X (XRD). Caracterizarea chimică a argilei a fost efectuată folosind un analizor de fluorescență cu raze X. Caracterizarea fizico-chimică a argilei a fost efectuată cu ajutorul pH-metrului și analiza densității efectuată cu ajutorul unei sticle de densitate. Analiza XRD a argilei Getso a arătat că argila brută avea 8% în greutate caolinit și 51% cuarț. Beneficierea umedă a dus la o îmbunătățire cu 53% a conținutului de caolinit și o reducere cu 47% a impurităților de cuarț. Analiza XRF a arătat că raportul silicealumină al argilei Getso brute a fost de 1,55 și acesta a fost redus la 1,49 după valorificare. Caracterizarea fizico-chimică a argilei a arătat că argila Getso este neutră, argila brută și argila beneficiată au avut valori medii ale pH-ului de 7,5, respectiv 7,3. Valorile greutății specifice ale argilei brute și benefice au fost 2,24 și, respectiv 2,04. Procesul de ameliorare a fost eficient deoarece s-a observat o creștere substanțială a conținutului de caolin și s-a observat o scădere rezonabilă a conținutului de impurități de la argila brută la cea benefică. Conținutul de granat a fost complet redus la zero, în timp ce cuarțul, clinoclorul și ortoclaza au fost reduse cu 24%, 9% și, respectiv, 13%. Argila obținută în urma ameliorării poate servi drept materie primă bună pentru producerea vaselor albe, a ceramicii de calitate superioară în sinteza materialelor zeolitice.

Cuvinte cheie: Caolin Getso; Argilă; XRD; pH; Greutate specifică 1. Introduction Clay is a layered structures of fined-grained minerals which occur naturally [1]. Clay material has particle size of about 1 μm [2]. Clay is a fine textured material produced by the weathering process of granite and feldspathic rocks [3,4]. The small particle size and huge surface to volume ratio properties of clay impact on them excellent properties such as high cation exchange capacities, catalytic properties, and plastic behavior needed for their industrial applications [5]. Clay is formed in various classifications each having a distinctive mineral and crystal structural pattern. Each classification of clay possesses a set of unique structural and physical properties which differentiate it from other members of the clay family. They various classifications include; kaolinite, montmorillonite, illite, vermiculite and chlorite. Clay is known for its long use by human for production of ceramic materials as far back as the early stage of human civilization [6]. Modern applications of clay include ceramics application in producing products such as whitewares, high temperature porcelains, sanitary ware and electrical insulators [7].

*

Corresponding author: Nurudeen Salahudeen, Assoc. Prof., Bayero University, Kano, Nigeria, (PMB 3011, Gwarzo Road Kano, Nigeria, nsalahudeen.cpe@buk.edu.ng) 72

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 72-77

Kaolinite has been the major class of clay used in the production of ceramic and whiteware porcelain.

Kaolin also called china clay is a high demanded raw material used in production of variety of industrial products which include housewares, building materials ceramics, porcelain, paint, paper, white incandescent light bulbs, skincare products etc [8]. In addition, kaolin I also applied in pharmaceutical, and composite materials industries [9]. Kaolinite group is chemically represented as Al2Si2O5(OH)4. Structurally it possesses one silica and one alumina unit molecules stacked in alternating fashion known as 1:1 lattice type [10]. The choice of kaolin for industrial applications is largely dependent on its purity [11]. Nigeria has been reported to have huge reserves of kaolin mineral which can be harnessed for great economic benefits [12].

This work is aimed at investigating effect of beneficiation on the characteristics of Getso kaolin with the objective of improving the suitability of the clay for industrial applications.

2. Materials and methods 2.1. Materials and Equipment The raw clay was mined from Getso village in Gwarzo Local Government Area, Kano State, Nigeria. The deposit’s GPS coordinate was 11º 53ʼN north and longitude E 7º 58ʼE. Equipment used include, pH Meter (Model; 3510 pH meter), XRD machine (Model; BRUKER S2 RANGER). Apparatus used include weighting balance, glassware and density bottle.

2.2. Methods 2.2.1. Beneficiation Wet beneficiation of Getso clay was carried out as presented in our previous work [13]. The raw clay was crushed and ground. The ground clay was soaked overnight in water in a predetermined ratio of 0.1 g/L. The clay-water mixture was plunged by stirred for 3 h then left to settle. After letting, the supernatant water was decanted and the sedimented clay was sieved using mesh size of #200. The fine clay filtrate known as the beneficiated clay was dewatered, dried, ground and weighted. The residue impurity was collected, dried and weighted.

2.2.2. XRD analysis The clay sample was pulverized, homogenized and a wafer of the clay was made. The clay wafer was mounted on the sample stage in the XRD cabinet. The sample was analyzed using the reflection-transmission spinner stage at Theta-Theta settings. XRD scan was carried out at 2θ range of 4⁰ – 75⁰ using 2θ step of 0.026261⁰ at 8.67 s/step. Tube current was set at 40 mA and the tension was 45 VA. 2.2.3. X-ray fluorescence analysis The clay sample was pulverized, homogenized and a wafer of the clay was made. The clay wafer was mounted on the sample stage in the XRF cabinet for the determination of the metallic oxides compositions.

2.2.4. Physicochemical analysis Specific gravity analysis was carried out using density bottle. Using a weighting balance, weight of empty density bottle was measured as W1. Weight of the bottle plus clay filled to the bottle mark was measured as W2.

Weight of the bottle plus clay plus water was measured as W3. Weight of the bottle plus only water filled to the bottle mark was measured as W4. The specific gravity of the clay sample was determined using Equation (1) [14]. (𝑊2 − 𝑊1 ) − 𝑊1 ) − (𝑊3 − 𝑊2 ) 4

Specific gravity = (𝑊

(1)

pH analysis was carried out by preparing different samples of clay-water mixtures using 10 g constant weight of clay and varying weight of water so as to make 1:1, 1:2,1:3 and 1:4; wt%-wt% of clay-to-water in each case, respectively. At each experimental run three readings of pH value of the mixture were taken and the average reading was considered for the pH analysis result.

73

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 72-77

3. Results and discussion 3.1. Beneficiation Starting with 1500 g raw clay sample for the beneficiation, 1027 g was recovered as the beneficiated clay, implying 68.46% recovery for the beneficiation process. The amount of residue obtained was 327g, implying 21.8% removal of impurity. The remaining 9.7% was loss likely due to soluble impurities, suspended impurities such as organic matters and debris in the raw clay. The residue was the dense mineral impurity which was likely to be quartz.

3.2. XRD Analysis Figure 1 shows the qualitative XRD patterns of the raw Getso clay. It could be observed that the mineral phases present in the raw clay are kaolinite, quartz, orthoclase, clinochlore and garnet. Kaolinite peak which could be observed as the dominant mineral phase was identified at 2θ values of 12.4⁰, 20.5⁰, 24.9⁰ and 35.1⁰ each corresponding to intensity readings of 1500, 500, 1800 and 400 counts, respectively. The quartz phase present were identified at 2θ values of 26.6⁰ and 38.5⁰ which correspond to intensity readings of 9200 and 250 counts, respectively. Other impurities identified include clinochlore at 2θ values of 13⁰ and 25⁰; orthoclase at 2θ values of 36⁰ and 52⁰ and garnet at 2θ values of 39⁰ and 56⁰.

Figure 2 shows the quantitative XRD analysis of raw Getso clay. It could be observed that the kaolinite content of the clay was 8% and the quartz composition was 51%. The of other impurities present were 18%, 16% and 7% for the orthoclase, clinochlore and garnet, respectively.

Figure 1. Qualitative XRD diffractogram of raw Getso clay

Figure 2. Quantitative XRD of raw Getso clay

Figure 3 shows the qualitative XRD patterns of the beneficiated Getso clay. The peaks of kaolinite at 2θvalues of 12.4⁰, 20.5⁰, 24.9⁰ and 35.1⁰ became more prominent in the beneficiated clay. The corresponding intensity readings were 6200, 700, 4800 and 800 counts, for the 2θ values of 12.4⁰, 20.5⁰, 24.9⁰ and 35.1⁰, respectively. The intensity of quartz at 2θ values of 26.6⁰ had reduced drastically from the initial value of 9200 counts in the raw clay to 1500 counts in the beneficiated clay. The peaks for the other impurities could be observed to have reduced similarly.

Figure 4 shows the quantitative XRD analysis of the beneficiated Getso clay. It could be observed that the kaolinite content of the beneficiated clay had improved immensely from the initial value of 8% in the raw clay to 61% in the beneficiated clay. The quartz composition had reduced immensely from the initial value of 51% in the raw clay to 27% in the beneficiated clay. Garnet was completely absent in the beneficiated clay while orthoclase and clinochlor had each reduced by 5% and 7% respectively.

74

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 72-77

Figure 3. Qualitative XRD diffractogram of Beneficiated Getso clay

Figure 4. Quantitative XRD of Beneficiated Getso clay

Table 1 presents a tabular analysis of the XRD results of Getso clay before and after beneficiation. It could be observed that the major kaolinite peaks at 2θ values of 12.4⁰ and 24.9⁰ had intensities of 1500 and 1800 counts, respectively in the raw clay. These kaolinite intensities increased by 313% and 166%, respectively after the beneficiation process. Quantitatively this translated into 53% increase in the kaolinite content. The beneficiation process had been effective as substantial decrese in the impurity content could be observed from the raw to the beneficiated clay. The Garnet content was completely reduced to zero while quartz, clinochlore and orthoclase were reduced by 24%, 9% and 13% respectively.

Table 1. Analysis of the XRD results for the raw and beneficiated Getso clay

Constituent Mineral kaolinite Quartz Clinochlore Orthoclase Garnet

XRD Major Peak (⁰) 12.4 & 24.9 26.6 13 52 39

Intensity (Count) Raw Clay Beneficiated Clay 1500 & 1800 6200 & 4800 9200 1500 2000 750 650 50 650 200

Quantitative XRD (%) Raw Clay Beneficiated Clay 8 61 51 27 16 7 18 5 7 0

3.3. Chemical Characterization The XRF chemical compositions of the raw and beneficiated Getso clay are as presented in Table 2. The silica-alumina ratio of the raw clay which was 1.55 reduced to 1.49 after the beneficiation process. This was likely due to the removal of silica components such as quartz as already determined in the beneficiation and XRD results. A complete absence of MgO was observed after beneficiation. This was likely due to complete removal of magnesium-containing impurities during the beneficiation process. Other metallic oxides which reduced as a result of the beneficiation were P2O5 and MnO. Table 2. X-ray fluorescence results of Getso clay

Oxide (wt%) Raw Beneficiated

SiO2 55.68 55.51

Al2O3 35.95 37.30

Fe2O3 2.48 3.13

K2O 1.42 1.47

P2O5 0.83 0.59

MgO 0.59 0.0

MnO 0.31 0.20

CaO 0.3 0.43

TiO2 0.23 0.30

3.4. Physicochemical Characterization 3.4.1. pH analysis The pH analysis results of the various clay-water mixture are as presented in Table 3. The raw Getso clay had an average pH value of 7.5. Beneficiation of the clay reduced the pH value marginally as the beneficiated clay had pH value of 7.3. It could be inferred that either in the raw or beneficiated form Getso clay is neutral.

75

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 72-77

The neutrality was enhanced by the beneficiation process as the pH value of the clay was closer to 7.0 absolute neutral point after beneficiation.

Table 3. pH analysis of Getso clay

Clay to water ratio pH of raw clay pH of beneficiated clay

1:1 7.7 7.2

1:2 7.5 7.3

1:3 7.4 7.3

1:4 7.4 7.4

Average pH of Sample 7.5 7.3

3.4.2 Specific gravity Table 4 presents the specific gravity analysis of Alkalari clay. Applying Equation (1) the specific gravity of the raw clay was determined as 2.24. After beneficiation the specific gravity of the clay reduced by 9%.

This was likely due to the effect of quartz removal as quartz is the densest constituent of a clay [13]. This result further validates results of the beneficiation and XRD which earlier suggested removal of quartz during beneficiation.

Table 4. Specific gravity analysis of Alkalari clay

Weight (g) W1 W2 W3 W4 Specific gravity

Raw Clay 29.3 72.4 102.2 78.3 2.24

Beneficiated Clay 29.3 80.3 104.4 78.3 2.04

4. Conclusion Mineralogical characterization of raw Getso clay has revealed that the clay was a kaolin clay having high content of mineral impurities such as quartz, orthoclase, clinochlore and garnet. The raw clay contained only 8 wt% kaolinite and 51% quartz. However, the beneficiation process was quite effective as it improved the kaolinite content by 660% while the quartz impurity was decreased by 47%. The chemical characterization has shown that silica-alumina ratio of the raw Getso clay was 1.55 and this reduced to 1.49 after beneficiation due to reduction in quartz and other dense impurities. The beneficiation process resulted into complete removal of MgO and reduction of P2O5 and MnO impurities. The physicochemical characterization has shown that Getso clay is neutral having average pH values of 7.5 and 7.3 for the raw and beneficiated clay, respectively.

The specific gravity of the raw Getso clay which was 2.24 reduced by 9% after beneficiation. It could be referred that good commercial grade china clay could be produced from Getso clay if it undergoes wet beneficiation process. The china clay produced could be serve as an excellent raw material for production of whitewares such as tiles, high grade ceramics and even used in synthesis of high-tech materials such as zeolite catalysts [15].

Bibliografie [1] Zhang Z., Wang H., Yao X., Zhu Y., 2012 Effects of halloysite in kaolin on the formation and properties of geopolymers. Cement and Concrete Composites, Vol. 34, pp. 709–715.

[2] Fabbri B., Gualtieri S., Leonardi C., 2013 Modifications induced by the thermal treatment of kaolin and determination of reactivity of metakaolin. Applied Clay Science, Vol. pp. 73, 2–10.

[3] Hassan, M.D., 2014 Geochemistry and Origin of the Cretaceous Sedimentary Kaolin Deposits, Red Sea. Egypt. Geochemistry, 74, pp. 195203.

[4] Huggett, J.M., 2015 Clay Minerals, Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences, Elsevier. DOI: 10.1016/B978-0-12409548-9.09519-1

76

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 72-77

[5] Rashad A.M., 2013 Metakaolin as cementitious material: history, sources, production and composition – A comprehensive overview.

Construction and Building Materials, Vol. 41, pp. 303–318.

[6] Bergaya F., Lagaly G., 2013 Handbook of Clay Science, 2nd Edition, Elsevier Ltd., pp. 118 -1295.

[7] Reed, J.S., 2001 Introduction to the Principles of Ceramic Processing New York: John Wiley, pp. 20-23.

[8] Angela M., Moses E., Dumebi O., Simisola T., Felix I., Francis E., Emeka O., 2020 Parametric investigation of indigenous Nigeria mineral clay (Kaolin and Bentonite) as a filler in the Fluid Catalytic Cracking Unit (FCCU) of a petroleum refinery. Alexandria Engineering Journal, Vol. 59, pp. 5207-5217.

[9] Murray H.H., 2006 Applied Clay Mineralogy: Ocurrences, Processing and Application of Kaolins, Bentonites, Palygorskite-Sepiolite, and Common Clays: Development in Clay Science. 2nd Edition, Elsevier, Amsterdam.

[10] Ya W.D., Fang L.T., Yan W., Xiaodong W., Guannan L., Long Z., 2021 Facile preparation of kaolin supported silver nanparticles mediated by Thymbra spicata extract and investigation of the anti-human lung cancer properties. Journal of Saudi Chemical Society, Vol. 25, pp. 101303.

[11] Ayman A., Faris M., Ruba A., 2020 Synthesis of Kaolin-based alkali-activated cement: carbon footprint, cost and energy assessment. Journal of Materials Research and Technology, Vol. 9, No.4, pp. 8367-8378.

[12] Omowumil O.J., 2000 Characterization of some Nigerian Clay as Refractory Materials for Furnace Lining. Nigerian Journal of Engineering Management, Vol. 2, No. 3, pp. 1-4.

[13] Salahudeen, N., 2018 Metakaolinization effect on thermal and physiochemical properties of kankara kaolin. Int j Appl Sci Technol, Vol. 11, No. 2, pp. 127-135.

[14] Salahudeen N., Mohammed U., Yahya M.N., 2021 Chemical, Morphological Characterizations of RiriwaiBiotite and Determination of Yield Point of its WeightingAgent Application in Drilling Mud. Nigerian Journal of Technology, Vol. 40, No. 20, pp. 269–274.

[15] Salih K.K., Burcu A., 2020 One pot fusion route for the synthesis of zeolite 4A using kaolin. Advanced Powder Technology, Vol. 10, pp. 43364343.

Acest articol este cu acces deschis, distribuit pe baza licenței Creative Commons BY SA 4.0. Autorii păstrează drepturile de autor și sunt de acord cu termenii licenței CC BY SA 4.0 menționate mai sus.

Acest articol a fost scris în lb. engleză de către autori străini. Traducerea titlului și a rezumatului a fost efectuată de către redacția revistei.

77

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 vol. 27, nr. 4 / 2021, pp. 78-82

CARACTERIZAREA MINERALOGICĂ, FIZICO-CHIMICĂ ȘI MORFOLOGICĂ A ARGILEI OKPELLA MINERALOGICAL, PHYSICOCHEMICAL AND MORPHOLOGICAL CHARACTERIZATION OF OKPELLA CLAY Nurudeen SALAHUDEEN 1*, Aminat Oluwafisayo ABODUNRIN 2 1

Department of Chemical and Petroleum Engineering, Bayero University, Kano, Nigeria, nsalahudeen.cpe@buk.edu.ng 2 Department of Chemical and Petroleum Engineering, Bayero University, Kano, Nigeria

DOI: 10.2478/minrv-2021-0037 Rezumat: Mineralul de argilă a fost extras din orașul Okpella, zona administrației locale Etsako din statul Edo, Nigeria. Caracterizarea mineralogică a argilei a fost efectuată cu ajutorul analizorului de difracție de raze X. Caracterizarea chimică a argilei a fost efectuată utilizând un analizor de fluorescență cu raze X și analiza pH-ului argilei a fost efectuată cu ajutorul pH-metrului. Analiza mineralogică a arătat că argila era în principal un mineral de dolomit având 72% dolomit. Impuritățile prezente sunt 18% cristobalit, 4,1% granat, 5% calcit și 1% var nestins. Analiza pH-ului argilei a arătat că argila era acidă, având o valoare medie a pH-ului de 3,9. pH-ul determinat pentru probele 1:1, 1:2, 1:4, 1:8 și 1:10 a fost 3,61, 3,85, 3,85, 4,05 și, respectiv, 4,09.

Cuvinte cheie: Argilă Okpella, caracterizare, XRD, XRF, SEM, pH, greutate specifică 1. Introduction Clay is a naturally occurring powder mineral formed by the weathering action of rocks, majorly granite feldspathic and igneous rocks [1]. Clay minerals are layered type hydrous aluminosilicates. Their chemical structures are made of layers of silica and alumina sheets stacked upon each other in a specific pattern. Particle size of clay mineral is in the range of 1 – 2 μm. Clay minerals are the major constituent of fine-grained sediments and rocks [2,3]. Clay minerals possess different classifications based on the number of alumina and silica sheets involved in their structural architecture. The major structural classifications of clay are the 1:1 and 1he 1:2 structural types. The structural classifications of clay determine their mineral categories which include kaolinite, montmorillonite, illite, vermiculite and chlorite [1]. Each of these classifications of clay possess their unique properties which make them preferable in some specific industrial applications where clay is needed.

However, clay generally possess a set of excellent properties that make them suitable for a wide industrial and domestic applications. These properties include plasticity, chemical and temperature resistance, malleability, and complex composite formulations.

Clay is used in a variety of industrial applications such as including paper processing, cement manufacturing, chemical filtration, water treatment, cement manufacturing, paint processing, agricultural soil treatment, ceramic processing and building and road construction. [4, 5, 6]. Clay and other clay-like materials such as dolomite and limestone powder have been widely used as supplementary cementitious material (SCM) in the modern construction industry [7,8, 9].

Dolomites are subsurface cements and replacements that form below active phreatic zone reflux and mixing zones in permeable intervals flushed by warm to hot magnesium-enriched basinal and hydrothermal waters [10]. Dolomite is a natural mineral found in seabed and rock deposits among others. Dolomite chemical structure contains layers of carbonate separated by alternating layers of calcium and magnesium ions make up the ideal structure of stoichiometric dolomite [11, 12]. The mineral name got its origin as a name in honour of a French geologist Deodat Guy de Dolomieu [13]. Dolomite belongs to the flux and building minerals category and is used in the iron and steel and Ferro-alloys industries [14]. Dolomite is chemically represented as

*

Corresponding author: Nurudeen Salahudeen, Assoc. Prof., Bayero University, Kano, Nigeria, (PMB 3011, Gwarzo Road Kano, Nigeria, nsalahudeen.cpe@buk.edu.ng) 78

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 78-82

CaCO3.MgCO3 and it theoretically contains 54.35% of CaCO3 and 45.65% of MgCO3 [13, 14, 15]. Although, in nature dolomite does not occur in this precise proportion due to presence of impurities. Therefore, the rock having 40–45% MgCO3 is commonly referred to as dolomite.

This study is aimed at determining the mineralogical and chemical characteristics of Okpella clay so as to provide an informed insight on its economic viability in terms of determining its suitable industrial application.

2. Materials and methods 2.1. Materials Okpella clay was collected from Okpella deposit, Etsako Local Government Area of Edo State, Nigeria.

Equipment used include X-ray Diffraction machine (Model; Rigaku MiniFlex), scanning electron microscopy (Model; Phenom ProX), weighing balance and X-ray fluorescence machine (Model; SKYRAY-EDX3600B).

Other apparatus and materials used include pH meter and glassware.

2.2. Methods Sample to be analyzed was pulverized to powder size and pressed to make thin layer which was placed in a flat sample holder of the XRD machine. XRD scan was carried out at Bragg’s angle range of 5⁰ - 70⁰ with a Bragg’s angle interval of 0.026261 at 8.67 seconds per step. The X-ray tube was operated at 40 mA and 45 VA. X-ray fluorescence analysis was conducted using SKYRAY-EDX3600B. Scanning electron microscopy (SEM) was carried out using Phenom ProX Desktop SEM. Sample wafer was placed in the sample chamber of the SEM machine and the SEM gun was focused on a selected area of the sample at certain magnification.

The electron gun shot a beam of high energy electrons on the focused area to generate a SEM micrograph of the sample. pH analysis was conducted by inserting the electrode of pH meter in clay-water mixture. Various samples of clay-water mixtures using 10 g constant weight of clay in varying weight of water to make 1:1, 1:2,1:4, 1:8 and 1:10; wt%-wt% of clay-to-water were prepared and analyzed.

3. Results and discussion 3.1. X-ray diffraction analysis Figure 1 shows both the qualitative and quantitative XRD analysis of Okpella clay. The qualitative analysis present results of the Bragg’s angle in degree against the intensity in count of the various mineral present in the clay. Analysis of the quantitative XRD revealed that Dolomite phase was identified at Bragg’s angle values of 31.06⁰, 41.28⁰ and 51.13⁰. Quartz (Cristobalite) phase was identified at Bragg’s angle values of 21.66⁰ and 69.11⁰. The peaks for Garnet phase were at Bragg’s angle of 22.20⁰ and 60.0⁰. The peaks for Calcite were at Bragg’s angle of 29.63⁰ and 45.04⁰. The peaks for Quicklime were at Bragg’s angle of 33.6⁰ and 37.33⁰. The quantitative XRD analysis shown as the pie chart in Figure 1 revealed quantities of the various minerals present in the clay. It could be observed that Dolomite, Quartz (Cristobalite), Garnet, Calcite and Quicklime were present at 72%, 18%, 4.1%, 5% and 1%, respectively.

Figure 1. X-ray Diffraction of Okpella clay 79

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 78-82

3.2. X-ray fluorescence analysis Table 1 presents the XRF chemical composition analysis of Okpella clay. The SiO2 content of the clay was 37.4 wt% and the AL2O3 content was 7.6 wt%. The silica-alumina content of the clay was high having value of 4.9. of 41.61%. Although the silica and alumina content of the clay were higher than values reported for pure dolomite [14], the silica-alumina ratio falls within reported values [14]. CaO was the highest metallic oxide having value of 42.6 wt%, this is consistent with report by other researchers [13,14]. The high CaO content further validates the XRD result showed that dolomite was the highest single-phase mineral present in Okpella clay. The other substantial metallic oxides compositions of the clay were MgO and Na2O which were present at 7.5 and 3.8 wt%, respectively. The MgO which is also a key chemical constituent of dolomite was lower in the current study than 12.8 wt% reported by Pradeep et al., [14] for a pure dolomite. The substantial presence of Al2O3 was as a result of alumina presence in garnet while high SiO2 was due to its presence in the cristobalite impurity. Other metallic oxides such as K2O, Fe2O3, TiO2, P2O5 and SrO were only present in trace quantities less than 0.3 wt%. Their presence could be attributed to the presence of associated impurities in the clay.

Table 1 X-ray fluorescence analysis of Okpalla clay

Metalic Oxide CaO SiO2 Al2O3 MgO Na2O SO3 K2O Fe2O3 TiO2 La2O3 P2O5 SrO

wt% 42.6 37.2 7.6 7.5 3.8 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1

3.3. pH analysis Table 2 presents the pH analysis of Okpella clay. It could be observed that at the various water to clay ratio the pH was at acidic range having the lowest value of 3.61 at the 1:1 ratio sample. The pH value increased marginally with increase in the water content of the clay-water mixture. The highest value was recorded at 1:10 sample having pH value of 4.09. Using Equation (1) the average pH of the clay was determined as 3.9.

The acidic pH of the clay suggested that the clay originated from weathering of igneous rock [16]. Also, the acidic pH was possibly due to presence of some acidic impurities which may be sulphate salt as the presence of 0.3 wt% of SO3 was confirmed in the XRF result of the clay.

Table 2. pH analysis of Okpella clay at varying ratio of clay-water mix

1:1 3.61

Clay-water ratio pH Average pH =

∑ 𝑝𝐻 𝑛

=

19.45 5

1:2 3.85

1:4 3.85

= 3.9

1:8 4.05

1:10 4.09 (1)

3.4. Scanning electron microscopy Figures 2(A), 2(B), 2(C) and 2(D) show the SEM micrographs of Okpella clay at 300x, 500x, 1000x and 1500x magnifications, respectively. Analysis of the micrograph shows that the clay possessed dispersed morphology having tetrahedral crystal shape with some level of crystal defects. The average particle size was estimated to be 350 𝜇m.

80

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 78-82

Figure 2. SEM image of Okpella clay at; (A) 300x magnification; (B) 500x magnification (C) 1000x magnification; (D) 1500x magnification

4. Conclusion Mineralogical characterization of Okpella clay has shown that the clay is a dolomite mineral consisting of 72% dolomite. Other impurity phases present in the clay were cristobalite, garnet, calcite and quicklime, they were present by 18%, 4.1%, 5% and 1%, respectively. Chemical characterization of the clay further confirmed presence of dolomite as indicated by substantial content of CaO and MgO at 42.6 and 7.5 wt%, respectively. The XRF analysis further confirmed presence of cristobalite and quicklime as impurity phases present in the clay as indicated by the substantial SiO2 and Na2O content of 37.2 and 3.8 wt%, respectively.

Although, Okpella clay was majorly a dolomite mineral it also contained some impurity minerals which were responsible for the its higher Al2O3 and SiO2 content compared to reported values [14] for a pure dolomite.

SEM Analysis of Okpella clay has shown that the clay possessed dispersed morphology having defective tetrahedral crystal shape. The pH determined for the 1:1, 1:2, 1:4, 1:8 and 1:10 clay-water mixture samples were 3.61, 3.85, 3.85, 4.05 and 4.09, respectively. The average pH of the clay was 3.9. The acidic pH of the clay suggested that the clay originated from weathering of igneous rock [16]. The acidic pH of the clay could also be due to presence of acidic salt impurity which was likely a sulphate salt as suggested by the XRF result which shows presence of 0.36 wt% SO3. In view of the findings of this study Okpella dolomite is recommended as a good raw material for production of cement. The dolomite content can even be improved if beneficiation of the clay is carried out.

Bibliografie [1] Raj M., Binoy S., Kumuduni N.P., Jaffer Y.D., Nanthi S.B., Sanjai, J.P., Christian S., Yong S.O., 2021 Natural and engineered clays and clay minerals for the removal of poly- and perfluoroalkyl substances from water: Stateof-the-art and future perspectives. Advances in Colloid and Interface Science, Vol. 297, No.1, pp. 102537.

[2] Zunino F., Scrivener K., 2020 Increasing the kaolinite content of raw clays using particle classification techniques for use as supplementary cementitious materials. Construct and Building Materials, Vol. 244, No. 1, pp. 118335.

[3] Huggett J.M., 2015 Clay Minerals, Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences. Elsevier, Amsterdam.

81

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 78-82

[4] Liu P., Farzana R., Rajarao R., Sahajwalla V., 2017 Lightweight Expanded Aggregates from the Mixture of Waste Automotive Plastics and Clay. Construction and Building Materials, Vol. 145, pp. 283-291.

[5] Salahudeen N., 2018 Metakaolinization effect on thermal and physiochemical properties of kankara kaolin. International Journal of Applied Science and Technology, Vol. 11, No. 2, pp. 127-135.

[6] Hassan M.D., 2014 Geochemistry and Origin of the Cretaceous Sedimentary Kaolin Deposits, Red Sea, Egypt. Geochemistry, Vol. 74, pp.

195-203.

[7] Khan M.S.H., Nguyen Q.D., Castel A., 2020 Performance of limestone calcined clay blended cement-based concrete against carbonation. Advance Cement Research, Vol. 32 No. 11, pp. 481–491.

[8] Krishnan S., Emmanuel A.C., Shah V., Parashar A., Mishra G., Maity S., Bishnoi S., 2019 Industrial production of limestone calcined clay cement: experience and insights. Green Mater. Vol. 7, pp. 15–27.

[9] Kazeem D M., John T.K., Adewumi J.B., Oladimeji B.O., 2021 Comparative performance of limestone calcined clay and limestone calcined laterite blended cement concrete. Cleaner Engineering and Technology, Vol. 4, pp, 100264.

[10] Qiao Z.F., Zhang S.N., Shen A.J., Shao G.M., She M., Cao P., Sun X.W., Zhang J., Guo R.X., Tan X.C., 2021 Features and Origins of Massive Dolomite of Lower Ordovician Penglaiba Formationin the Northwest Tarim Basin Evidence from Petrography and Geochemistry, Petroleum Science, In press, https://doi.org/10.1016/j.petsci.2021.03.001 [11] Kumar B.P., Babu K.R., Rajasekhar M., Ramachandra M., 2020 Identification of land degradation hotspots in semiarid region of Anantapur district, Southern India, using geospatial modeling approaches, Modeling Earth Systems and Environment, Vol. 6 No. 3, pp. 1841–1852.

[12] Madhu T., Kumari O.V., Kumar G.R., Reddy E.C., 2019 Analysis of Geological Factors for Successful Dolomite Mining Exploration at Venkatampalli Village, Narpala Mandal, Anantapur District, Andhra Pradesh. Bulletin of Pure & Applied Sciences-Geology, Vol. 38 No. 2, pp. 218–224.

[13] Warren J., 2000 Dolomite: occurrence, evolution and economically important associations, Earth-Science Reviews, Vol. 52, pp. 1–81.

[14] Pradeep K.B., Raghu B.K., Sree P.P., Rajasekhar M., 2020 Occurrence and structures of dolomites in North Eastern part of Anantapur district, and their use in engineering materials.

Materials Today: Proceedings, In press. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.07.335.

[15] Wang Z., Torres M., Paudel P., Hu L., Yang G., Chu X., 2020 Assessing the Karst Groundwater Quality and Hydrogeochemical Characteristics of a Prominent Dolomite Aquifer in Guizhou. China. Water, Vol. 12, No. 9, pp. 2584.

[16] Keller W.D., Matlack K., 1990 The pH of clay suspensions in the field and laboratory, and methods of measurement of their pH. Applied Clay Science, Vol. 5, pp. 123-133.

Acest articol este cu acces deschis, distribuit pe baza licenței Creative Commons BY SA 4.0. Autorii păstrează drepturile de autor și sunt de acord cu termenii licenței CC BY SA 4.0 menționate mai sus.

Acest articol a fost scris în lb. engleză de către autori străini. Traducerea titlului și a rezumatului a fost efectuată de către redacția revistei.

82

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 vol. 27, nr. 4 / 2021, pp. 83-84

Prof. univ. dr. ing. MIRCEA GEORGESCU la 80 de ani

Colegul și prietenul nostru, profesorul universitar, doctor inginer, conducător de doctorat Mircea Georgescu, va împlini vârsta de 80 de ani. Cel cunoscut și recunoscut în calitatea sa de profesor, decan al Facultăţii de Mine 14 ani (1990-2004), prorector al Universităţii din Petroşani 4 ani (20042008), a devenit, în timp, o emblemă a activității multilaterale în cadrul Universităţii din Petroşani, potențând dimensiunea umanistă și aspirația pentru cunoaştere a celor care muncesc și creează în domeniul științei și tehnicii.

S-a născut în 26 ianuarie 1942 în localitatea Bolgrad-Basarabia (azi în Ucraina). În 1944, la vârsta de 2 ani, s-a refugiat în ţară împreună cu familia, stabilindu-se în satul Pestra din judeţul Olt, unde şia făcut studiile primare, urmând apoi cursurile Liceului Ioniţă Asan din Caracal, pe care le-a absolvit în 1959. În perioada 1960-1966 a fost student al Facultăţii de Mine din cadrul Institutului de Mine din Petroşani. Ca absolvent, în 1966, al Facultății de Mine a Institutului de Mine Petroşani, a fost repartizat, datorită rezultatelor la învăţătură din perioada facultăţii, să ocupe un post de preparator la Catedra de Tehnică Minieră Generală. Din 15.08.1966 până în 1.10.1991 a parcurs toate gradele didactice, de la preparator la profesor universitar. Este doctor în Ştiinţe Inginereşti din 1981 şi conducător de doctorat din 1997 în domeniul Mine, Petrol şi Gaze. În cei peste 45 ani, cât a profesat în învăţământul superior, a contribuit la pregătirea a peste 47 de promoţii de ingineri în domeniul mineritului şi mediului. A efectuat stagii de pregătire de specializare la universităţi prestigioase cum ar fi: Institutele de Mine din Moscova şi Sankt Petersburg.

83

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 83-84

Ca profesor, în înţelesul strict al cuvântului, a ştiut să sintetizeze cunoştinţele obţinute cu multă trudă şi să le ofere într-un mod viu, cu profunzime şi originalitate, auditoriului.

Activitatea profesorului Mircea Georgescu este încununată de o vastă operă didactică şi ştiinţifică, dar consider că cea mai mare realizare o reprezintă modelarea şi formarea unui corp de cadre didactice, cercetători şi proiectanţi bine pregătiţi, care, cu cinste, vor transmite generaţiilor viitoare cunoştinţele necesare pentru continuarea activităţii miniere.

Profesorul Mircea Georgescu, în mediul universitar şi ştiinţific din ţară şi străinătate, este recunoscut ca un specialist desăvârşit şi se bucură de aprecieri binemeritate. Acest lucru se datorează muncii prodigioase, depusă în cei peste 54 ani de activitate, finalizată cu elaborarea a 14 cărţi, tratate şi monografii, 54 articole publicate în ţară, 54 articole publicate în străinătate; a coordonat 16 contracte de cercetare cu teme de interes pentru unităţile economice şi a colaborat la 90 de astfel de contracte. A coordonat 12 granturi (PN CDI) şi un program internaţional de învăţământ (TEMPUS).

A fost colaborator la 3 programe internaţionale de cercetare-dezvoltare-inovare şi, de asemenea, colaborator la trei brevete de invenţie.

Inginer, profesor universitar, conducător de doctorat, editor și excelent manager, Mircea Georgescu, la cei 80 de ani, este un spirit viu, o prezență activă, un interlocutor plăcut, neobosit în a stimula dorinţa de cunoaştere a doctoranzilor pe care îi coordonează şi colegilor mai tineri.

La împlinirea vârstei de 80 de ani, prietenii şi colegii îi urează sănătate, putere de muncă, bucurii, viață lungă și activă în continuare.

Prof. univ. dr. ing. Eugen Cozma Prof. univ. dr. habil ing. Ilie Onica

84

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 vol. 27, nr. 4 / 2021, pp. 85-92

Recenzie a volumului MINERIT PE TERITORIUL ROMÂNIEI Trecut, prezent și un posibil viitor Autor prof. univ. dr. ing. D.H.C. DUMITRU FODOR, membru al Academiei de Științe Tehnice a României

La sfârșitul anului 2021 a apărut la editura Universitas- Petroșani tratatul Minerit pe teritoriul României - trecut, prezent și posibil viitor avându-l autor pe prof. univ. dr. ing. D.H.C. Dumitru Fodor, membru al Academiei de Științe Tehnice a României.

A scrie o istorie a mineritului românesc înseamnă a o scrie pe cea a locuitorilor acestor meleaguri, căci se poate spune că mineritul a apărut odată cu omul preistoric.

Pentru profesorul universitar Dumitru Fodor, a cărui reputație nu o voi releva în aceste rânduri, căci ar însemna să repet ceea ce se știe deja în lumea academică românească, a scormoni prin istoria României și implicit prin cea a mineritului ei nu este o îndeletnicire recentă, căci o primă ediție a acestei istorii a apărut în 2005 la editura Infomin Deva intitulată Pagini din istoria mineritului.

De atunci au trecut mai bine de 15 ani, timp în care s-au schimbat multe în industria minieră românească, schimbări care, din păcate, nu fac cinste breslei minerilor de pe acest teritoriu.

Această carte, deși autorul o consideră o ediție revizuită și adăugită a celei dintâi, este structurată într-o nouă viziune, cu informații noi și detaliate despre devenirea artei miniere practicată pe aceste meleaguri într-o știință minieră care și-a găsit ecou internațional.

Este compusă în 10 capitole, așa cum s-a și desfășurat istoria României în mai multe etape mari ale ei: începuturile până la cucerirea Daciei de către romani, mineritul în Dacia în timpul stăpânirii romane, activitatea minieră după părăsirea Daciei de către romani până în secolul al X-lea, activitatea minieră în perioada Evului Mediu, mineritul în perioada capitalistă, mineritul românesc în perioada 1948-1990, mineritul românesc după 1990, un posibil viitor al mineritului românesc și continuă cu un laudatio adus celui care a fost, și este, principalul personaj în istoria mineritului, minerul. Ca o răzbunare pe starea actuală și viitoare a mineritului românesc autorul își încheie parcursul, prin istoria milenară a mineritului românesc, cu o scurtă privire asupra mineritului mondial, dorind să arate, generației de astăzi și a celor viitoare, că această meserie este la loc de cinste în multe societăți de pe planeta noastră.

Activitatea minieră a omului preistoric, nașterea mineritului, a debutat atunci când acesta ne mai găsind pietrele folositoare la suprafața pământului a început a le căuta în pământ.

85

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 85-92

Cercetările arheologice efectuate pe teritoriul României au pus în evidență activitatea de extragere și valorificare a diferitelor minerale și roci de către om începând cu Epoca Paleolitică și continuând în celelalte epoci Mezozoică, Neolitică, a Bronzului și a Fierului.

Vetre și ateliere de prelucrare a silexului, a oaselor și a coarnelor de ren, cu scopul de a se produce obiecte de vânătoare și de pescuit, precum și unelte de lucru pentru minerit au fost descoperite pe teritoriul României, care atestă vechi tehnici de exploatare minieră de peste 15 milenii.

Cel mai vechi obiect din aur descoperit până în prezent pe teritoriul României este idolul antropomorf stilizat, de la Moigrad -comuna Mirșid, județul Sălaj-, despre care arheologii consideră că provine cam din aceeași perioadă - circa 3500 î.e.n - cu bijuteriile descoperite la Varna.

Dacă ne referim la teritoriul României, atunci se poate spune că minerii epocii bronzului au fost tracii, iar cei ai epocii fierului au fost strămoșii direcți ai poporului român, geto-dacii și apoi dacii, care, în special în timpul lui Burebista și Decebal, când statul dac, centralizat și puternic, deținea în mâinile sale toate bogățiile țării, au ridicat la cote înalte îndeletnicirea extragerii și prelucrării minereurilor utile, cu precădere cele metalifere, dar și a diverselor materiale și sorturi de piatră, necesare în primul rând marilor construcții civile și militare de apărare. Pe lângă aur, se mai exploatau argintul, plumbul, cuprul, fierul, sarea și piatra.

Din epoca fierului, secolele VI – VII î.e.n., datează și descoperirea grupului de statuete antropomorfe la Baia de Criș – Transilvania, reprezentând mineri cu ciocane târnăcop, fixate sub centură, având în spate un sac sau coș pentru transportul minereului. Autorul crede că acestea sunt primele statuete din lume care înfățișează meseria de miner.

Cucerirea Daciei de către romani, în urma războiului din 105-106 e.n. a marcat o nouă etapă în istoria societății de pe teritoriul carpato-danubiano-pontic caracterizată în general, prin procesul de împletire dintre civilizația geto-dacă și cea romană, proces prin care fondul cultural dacic s-a îmbogățit prin receptarea unor componente de bază ale culturii și civilizației romane.

Un mare avânt ia în epoca romană extragerea metalelor, mai ales a aurului. Minele de aur din Munţii Apuseni sunt exploatate acum prin numeroase galerii, plane înclinate şi puţuri; aur se mai obţinea şi din nisipurile râurilor, prin spălare. Fiind proprietate imperială, minele de aur erau exploatate direct de statul roman; centrul exploatărilor miniere era la Alburnus Maior (Roşia Montană), iar centrul administrativ la Ampellum (Zlatna).

Pe lângă aur, se mai exploatau în aceeaşi zonă argintul şi plumbul. Mine de cupru se aflau la Micia (Veţel – Deva), iar fierul era extras de la Ghelar şi Teliuc, în ţinutul Hunedoarei.

Pe scară largă se mai exploatau piatra şi sarea, în care Dacia era foarte bogată. În Dobrogea s-a exploatat intens piatra de construcţie şi zăcămintele de fier şi de cupru. În toate oraşele dobrogene existau ateliere metalurgice şi de olărie.

După retragerea trupelor romane din Dacia exploatarea și prelucrarea minereurilor aurifere este lăsată pe mâna populației care a rămas în Munții Apuseni și în celelalte zone miniere-aurifere. În acea perioadă de instabilitate politică, de lupte și năvăliri succesive ale popoarelor barbare, nu au existat pe teritoriul Daciei condiții care să favorizeze activitatea industrială și comercială și fără îndoială că extracția aurului și a altor metale în Dacia s-a redus simțitor.

86

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 85-92

În tratatele de specialitate se arată că o dată cu retragerea stăpânirii romane la sudul Dunării, societatea omenească de pe teritoriul ţării noastre a păşit într-o nouă perioadă de dezvoltare istorică, perioada de trecere la feudalism, care va dura până în secolul al X-lea. În perioada Evului Mediu activitatea minieră și valorificarea bogățiilor minerale din subsolul României a cunoscut un continuu progres, cu excepția unor momente când din cauza unor împrejurări istorice vitrege, mineritul a fost oprit sau redus la nivelul satisfacerii unor minime nevoi. Pentru această perioadă, s-a putut constata, în comparație cu perioada anterioară, o intensificare a punerii în valoare a zăcămintelor de minereuri de cupru și fier în scopul confecționării uneltelor de lucru, în special pentru domeniul agriculturii. În secolul al XVI-lea se produc câteva modificări mai importante în tehnologiile de extracție și preparare care au condus la sporirea producției și productivității muncii. Pentru extracția pe puțuri au apărut „crivacurile”, niște trolii simple acționate de forța animală, iar în mine se foloseau vagoneți cu roți și cu șina de lemn și schimbătoarele de cale – macazurile, tot din lemn.

Pentru măcinarea minereului aurifer, minierii din Transilvania au început să utilizeze șteampurile, mai întâi în Munții Apuseni şi apoi la Baia-Mare, preluând meșteșugul de la minerii germani, colonizați în aceste regiuni. Șteampurile au revoluționat tehnologia extragerii aurului înlocuind mojarele și râșnițele și rămânând singurul utilaj de măcinare până la apariția morilor. Bateriile de șteampuri, care au cunoscut la noi o dezvoltare deosebită, în mineritul aurifer erau formate din câte 3-5 săgeți (bare) grele verticale, dotate cu un manșon spre capătul lor de sus, care patinau în ghidaje. Săgețile sau barele erau ridicate prin manșon de camele unui ax orizontal rotit manual sau de o roată hidraulică.

Munca femeilor și copiilor în domeniul mineritului este consemnată în documentele vremii începând din a doua jumătate a secolului al XVIII-lea.

Condițiile de muncă și de salarizare a minerilor erau din ce în ce mai grele spre sfârșitul secolului al XVIII-lea și la începutul secolului următor. Lipsa aproape totală a mijloacelor de protecție și a asistenței medicale corespunzătoare provocau mereu accidente în rândurile minerilor. Documentele oficiale înregistrează un mare număr de copii folosiți la toate minele mai importante. La Săcărâmb, de pildă, în 1771, peste 300 din numărul personalului angajat era construit din copii. De asemenea, la Baia Sprie lucrau, către 1772, peste 200 de copii.

La sfârșitul secolului al XVIII-lea și începutul secolului al XIX-lea se înfăptuiește prima revoluție industrială cunoscută și ca o revoluție tehnică care reușește într-o perioadă scurtă de timp să schimbe lumea. Aceasta a avut în minerit un dublu susținător, atât ca domeniu de aplicare a cuceririlor științifice și tehnice, cât și ca furnizor de materii prime necesare dezvoltării ramurilor industriale și transporturilor, influențând decisiv dezvoltarea unor zone geografice. În această perioadă la gama variată de substanțe utile ce se extrăgeau se adaugă și cărbunele.

87

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 85-92

Cel mai important bazin carbonifer al Transilvaniei, bazinul din Valea Jiului, a fost cunoscut în 1780, dar abia în jurul anului 1835 se efectuează în bazinul Valea Jiului primele lucrări de prospecțiuni și explorări mai detaliate pentru cunoașterea rezervelor de cărbune.

Cunoștințele tehnice miniere au atins în prima jumătate a secolului al XVIII-lea la un nivel care a permis oamenilor de știință să încadreze într-un domeniu independent de cunoștințe tot ceea ce se știa despre originea și proprietățile minerale utile, prospectarea, explorarea și exploatarea acestora, prepararea și chiar tehnologia prelucrării lor. Toate aceste cunoștințe au fost încadrate într-o știință denumită în acel timp Știința minieră, cea mai veche știință tehnică non militară.

La mijlocul secolului al XIX-lea are loc cristalizarea relațiilor de producție capitaliste și pe teritoriul României, ceea ce a marcat începutul unei noi etape în evoluția generală a societății românești. Relațiile capitaliste s-au dezvoltat și s-au simțit în mod pregnant în special în minerit și siderurgie, unde s-au realizat condiții favorabile formării industriei capitaliste. În cadrul orânduirii capitaliste din România se disting două perioade bine individualizate: prima ține până la sfârșitul primului război mondial (1848-1918), iar a doua este cuprinsă în intervalul dintre desăvârșirea unității naționale a poporului român prin unirea Transilvaniei, Banatului și Bucovinei cu România veche și sfârșitul celui de al doilea război mondial (1918-1944).

După revoluția din 1848, industria din țările române înregistrează un ritm de dezvoltare mult mai viu, comparativ cu epoca anterioară, mai cu seamă în Transilvania. În Moldova și Țara Românească, persistă încă relațiile feudale și ca urmare introducerea în producție a noilor cuceriri ale tehnicii a fost încetinită. De asemenea, dominația otomană continuă să exercite un rol negativ, împiedicând printre altele dezvoltarea industriei. În această perioadă progrese mari au fost înregistrate în industria de extracție a sării, a materialelor de construcție – cărămidă, var, ipsos, metalele prețioase, a cărbunelui odată cu utilizarea unor tehnici și tehnologii noi, mai productive, și cu creșterea nivelului cunoștințelor tehnice și științifice ale inginerilor pregătiți în învățământul superior tehnic. Într-o primă etapă 1840-1870 a început să se utilizeze mașina cu abur, iar în etapa 1870-1900 a avut loc o dezvoltare progresivă a mineritului, datorată în mare parte și ridicării nivelului cunoștințelor tehnice și științifice ale inginerilor pregătiți în învățământul superior tehnic.

La începutul secolului al XX-lea se produc progrese substanțiale în modernizarea unora dintre compartimentele de bază ale activității din minerit. Un factor important îl reprezintă introducerea în minerit a unor surse noi de energie care înlocuiesc forța fizică umană și animală: energia aburului 1838, energia electrică -1894, energia pneumatică -1900.

Astfel, încă din 1902 – 1903 la Lupeni, se foloseau pichamere tip „Hardy” și „Elliot” și mașini de forat realizate în atelierele societății „Uricani – Valea Jiului”. În 1907, la Lupeni erau folosite 5 perforatoare pneumatice și 5 haveze. În 1908 tot la minele din Lupeni s-au construit trei instalații pentru producerea aerului comprimat, iar în 1910 la această mină funcționau deja 6 haveze și 76 ciocane pneumatice de abataj. În 1911, în Valea Jiului existau 30 de haveze și 217 ciocane de abataj precum şi 17 compresoare care produceau aerul comprimat.

88

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 85-92

Mine de lignit și de cărbune brun au fost deschise şi exploatate într-o serie de bazine miniere, situate atât în interiorul cât și în exteriorul arcului carpatic: Bazinul Zarandului, Bazinul Almașului, Bazinul Bihorului, Bazinul Borsec – Bilbor, Bazinul Țării Bârsei , Bazinul Comănești, Bazinul Carbonifer Doicești, Bazinul carbonifer Schitu – Golești, Zona Olteniei cu bazinele Rovinari, Motru și Jilț. În extracția minereurilor de fier se constată o concentrare a producției în Banat (Ocna de Fier, Dognecea) și în Poiana Ruscă (Ghelar, Teliuc), restul minelor existente pe teritoriul României reducându-și treptat activitatea.

Extracția minereurilor de metale prețioase, după stagnarea din jurul anului 1848, cunoaște o perioadă de înflorire, concentrându-se la rândul ei în zona Munților Apuseni și regiunea Baia Mare.

Acțiunea de concentrare a lucrărilor de extragere se constată la majoritatea minelor. De asemenea, pentru o serie de zăcăminte se acceptă o deschidere comună, dotarea de suprafață fiind legată de această soluție.

Se produc schimbări în tehnica de săpare și dislocare a rocilor și substanțelor minerale utile, aplicându-se pe larg folosirea explozivilor, a perforatoarelor și ciocanelor de abataj. Se face adaptarea metodelor de exploatare la condițiile de zăcământ. Importante realizări sunt înfăptuite în industria carboniferă unde se aplică o serie de metode de exploatare specifice stratelor subțiri și medii precum și a stratelor groase, pentru care se folosește rambleierea uscată a spațiului exploatat sau hidraulică.

Se aplică din ce în ce mai mult deschiderea minelor prin puțuri verticale și înclinate și se fac mari schimbări și în privința transportului subteran și de la suprafață.

Din punct de vedere legislativ apar reglementări clare privind regimul minier din România.

Este de amintit Regulamentul Organic (1831–Țara Românească și 1832 Moldova), Codul Civil (1864), Legea Minelor (1895), care cu modificările din 1900 și 1906, va funcționa până după primul război mondial. Începând cu secolul al XX-lea mineritul cunoaște cele mai favorabile condiții de dezvoltare.

Ritmul accentuat al producției, creșterea numărului și mărimii întreprinderilor miniere, creșterea adâncimii de exploatare, introducerea pe scară largă a mecanizării și necesitatea asigurării condițiilor de lucru pun în fața științei miniere o serie de probleme mai mari și mai complexe decât în trecut. În perioada României Mari, între cele două războaie mondiale, mineritul din România a progresat mult, obținând o serie de realizări tehnice, mai importante fiind: introducerea, atât la minele de minereuri cât și la cele de cărbune, a perforajului mecanic – rotativ electric și percutant pneumatic; generalizarea, în mineritul de sare, a metodei de exploatare cu camere mari trapezo-dreptunghiulare și introducerea havezelor pentru tăierea sării; aplicarea metodei de exploatare cu front lung de abataj la minele de cărbuni din bazinul minier Valea Jiului; extragerea cărbunelui în abataje folosind haveze și lucrări de perforare- împușcare; folosirea scocurilor oscilante și a transportoarelor cu raclete pentru transportul producției în abataje; susținerea galeriilor în inele și ziduri de bolțari, iar a abatajelor cu stâlpi metalici; introducerea la zăcămintele de minereuri a metodei de exploatare cu înmagazinarea minereului; construirea uzinelor moderne pentru prepararea cărbunelui în Valea Jiului și a cianurațiilor pentru minereurile aurifere; introducerea separatoarelor electromagnetice la uzinele de preparare a minereurilor de fier; folosirea excavatoarelor cu acțiune intermitentă în cariere, iar din punct de vedere legislativ trebuie menționată Constituția din 1923 și Legea minelor din 1924, care prevedeau că zăcămintele miniere, precum și bogățiile de orice natură ale subsolului sunt proprietatea statului, dar se ține seama de drepturile câștigate. În lucrare se face o prezentare a situației bogățiilor minerale ale României după anul 1948 arătându-se că, deși zăcămintele de substanțe minerale utile din România sunt de dimensiuni mici sau

89

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 85-92

cel mult medii, neîntâlnindu-se zăcăminte de talie mare și foarte mare decât în cazul depozitelor de sare și roci utile, oamenii locului au obținut performanțe deosebite în extragerea și valorificarea lor.

Exploatării zăcămintelor de substanțe minerale și tehnologiilor de prepararea și valorificare a diverselor minerale aplicate până în anul 1990 li se atribuie o parte importantă a cărții susținută de explicații scrise, dar și de o parte grafică edificatoare.

Nu sunt uitate nici investițiile realizate în industria minieră în perioada 1948-1990, caracterizate prin: dotarea minelor cu mașini și utilaje și pentru îmbunătățirea condițiilor de muncă și de trai ale muncitorilor; construirea de capacități noi de producție, moderne; valorificarea unor resurse minerale care nu erau de cea mai bună calitate și câteodată în condiții de zăcământ mai dificile.

După anul 1948, spre a satisface cerințele de cadre tehnice ale noii industrii, s-a dat o mare dezvoltare cercetării științifice, proiectării și învățământului tehnic superior și mediu. În carte se acordă un spațiu corespunzător evoluției și realizărilor acestor instituții și se subliniază rolul Institutului de Mine (astăzi Universitatea) din Petroșani la formarea inginerilor minieri, electromecanici minieri, topografi minieri și inginerilor de preparare, dar și aportul deosebit adus la cercetarea științifică teoretică și aplicativă.

Introducerea în producție a rezultatelor cercetării științifice realizate de institutele de cercetare-proiectare și în învățământul superior, în domeniul exploatării și valorificării substanțelor minerale utile a avut drept rezultat un real progres tehnic în mineritul românesc, care, în mod concret se poate sintetiza în: aplicarea unor metodologii și procedee moderne în cercetările geologice pentru sporirea eficienței economice a acestora, introducerea unor metode de exploatare cu eficiență economică ridicată, îmbunătățirea gradului de mecanizare a operațiilor grele și cu volum mare de muncă, introducerea unor tehnologii perfecționate de săpare și susținere a lucrărilor miniere, introducerea unor tehnologii noi pentru prepararea minereurilor și cărbunilor, introducerea utilajelor moderne de mare capacitate în subteran și la suprafață, asimilarea în construcție a utilajelor specifice industriei miniere din țară, modernizarea utilajului existent.

Până în a doua jumătate a secolului al XX-lea problemele de mediu în mineritul românesc au fost tratate cu multă ușurință sau nu au fost tratate de loc. Ca urmare a acestui lucru, astăzi în România sunt foarte multe probleme de mediu cauzate de industria minieră care vin din acea perioadă.

Punctul slab al legislației de mediu în România, consideră autorul cărții, nu este legea ca atare, ci modul de aplicare a ei și a condițiilor create în conformitate cu acestea, care nu se ridică la nivelul de exigență cerut.

Refacerea componentelor de mediu din România se desfășoară greu pentru că această activitate reclamă timp, resurse financiare și materiale și forță de muncă calificată, deci foarte mulți bani.

Autorul încheie istoria mineritului din perioada 1948-1990, care a cunoscut poate cel mai mare progres tehnic, tehnologic și științific, cu o serie de observații critice la deciziile luate pentru minerit.

Astfel, din dorința de a asigura în totalitate necesitățile economiei românești cu substanțe minerale numai din producția internă, s-au făcut și unele exagerări și greșeli, în sensul forțării deschiderii și punerii în exploatare a unor zăcăminte care ulterior s-au dovedit a fi total nerentabile pentru exploatare și valorificare (se exemplifică punerea în exploatare a sulfului din Munții Călimani, a zăcămintelor de șisturi bituminoase de la Anina, a zăcămintelor de minereuri de fier de la Vârfu Bou – Rușchița, a zăcămintelor de bauxită de la Ohaba – Ponor, a nisipurilor cu conținut de metale 90

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 85-92

grele de la Chițucu, a zăcămintelor de cărbune de la Câmpul lui Neag – Valea Jiului); în cazul zăcămintelor de minereuri, multe dintre minele, carierele și uzinele de preparare puse în funcțiune nu au fost dotate cu utilajele cele mai performante existente pe plan mondial la momentul respectiv: instalații mobile de perforat; mașini de încărcat, excavatoare, camioane, mori, pompe, celule de flotație; s-au făcut programe de asimilare a principalelor utilaje din fluxurile tehnologice, dar care nu s-au finalizat în totalitate sau au fost realizate în mod necorespunzător din cauza materialelor indigene întrebuințate sau a importului de completare făcut în mod necorespunzător; au fost realizate cu cheltuieli mari o serie de obiective de investiții și care au funcționat foarte puțin până în momentul dezafectării (ex. uzina de la Moldova Nouă pentru recuperarea molibdenului, uzina de preparare de la Uricani – Valea Jiului).

Odată cu trecerea României la economia de piață, începând cu anul 1990, au fost formulate și concretizate o serie de concepte strategice privind restructurarea de fond a sistemului industriei miniere care au constat, între altele, în: restructurarea tehnologică și a producției; restructurarea organizatorică și managerială; restructurarea personalului din cadrul unităților miniere; restrângerea sau sistarea activității productive la unele mine cu rezerve geologice în epuizare, precum și cu condiții geologo-miniere deosebit de grele, care aveau costuri de producție mari și foarte mari.

Din 1990 și până azi producția industriei miniere a scăzut în mod continuu. În acest interval de timp au fost trecute în conservare și închise un mare număr de unități miniere și în special exploatările miniere subterane.

Autorul consideră că după 1990 au fost idei multe și bune, dar din care nu s-a realizat aproape nimic. Toate forțele și energiile au fost concentrate pe închiderea grabnică a mineritului românesc.

Aici trebuie subliniată viziunea proprie a profesorului Dumitru Fodor privind viitorul mineritului românesc: punerea în valoare a zăcămintelor cu conținuturi sărace, dar cu volume mari de rezerve, care se pretează la exploatarea în cariere; reprocesarea reziduurilor miniere și a iazurilor de decantare cu conținut de metale; redeschiderea rezervelor care pot fi valorificate economic prin metode subterane de extracție; redeschiderea rezervelor cu elemente minerale însoțitoare, care au devenit în actualul context tehnico-economic, de mare interes; amplificarea producției de sare bulgări și în soluție, producția de materiale de construcții și de diverse substanțe nemetalifere necesare unor sectoare de activitate, precum și producția de roci utile necesare marilor șantiere deschise pe teritoriul țării; exploatarea în continuare a zăcămintelor de cărbuni, la un nivel de producție absolut necesar economiei naționale cu rezolvarea problemelor de mediu care se impun.

Așa cum spuneam la început, autorul cărții face un minunat laudatio minerului. La întrebarea: ce este minerul ca profesiune? Nu numai că se dă un răspuns, dar se face un elogiu onorant: este aducătorul comorilor subpământene la suprafață, este un om integru, cu simțul realității, este temerar, muncește cu grijă și înfruntă cu stoicism pericolele, este tenace în procesul muncii și este profund convins că succesul se ofilește și faima ruginește dacă nu sunt udate, respectiv lustruite prin muncă zi de zi, crede cu tărie în Dumnezeu.

Ultimul capitol al cărții face o trecere în revistă a mineritului mondial. Lumea mineritului mondial este o lume bipolară constituită din sectorul minier la scară mare, eficient și bine organizat, care produce aproximativ 70 – 75 % din producția mondială de substanțe minerale utile și sectorul minier la scară mică, neorganizat sau cu o organizare precară.

91

Revista Minelor – Mining Revue ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590

vol. 27, nr. 4 / 2021 pp. 85-92

Minele au fost și vor rămâne și în viitor o parte vitală a economiei naționale și deci va trebui să i se dea importanța cuvenită acestui sector de activitate din cadrul economiei naționale.

Pentru un doritor, de orice profesiune, de a cunoaște aceste îndeletniciri ale unei părți din populația acestor meleaguri, cartea profesorului Dumitru Fodor este cel mai bun îndreptar.

Cartea se adresează, însă, cu precădere specialiștilor mineri, căci cuprinde informații detaliate despre tehnicile și tehnologiile de extragere și valorificare a materiilor prime minerale aplicate în România de-a lungul veacurilor. Nu sunt lăsate deoparte nici învățământul și cercetarea științifică, sectoare importante pentru progresul mineritului.

Astăzi găsim multe lucrări valoroase despre istoria mineritului, dar toate se referă fie la un anumit tip de substanță minerală utilă, fie la o anumită regiune minieră din țara noastră.

Nu găsești, însă, o istorie a întregului minerit din România decât citindu-i cărțile profesorului universitar Dumitru Fodor.

O caracteristică a acestei cărți, care trebuie remarcată și subliniată, este că reprezintă cel mai sintetic, dar complet, document privind tehnicile și tehnologiile aplicate pentru extragerea și valorificarea bogățiilor subsolului românesc, din preistorie și până în prezent.

Dacă despre preocupările oamenilor de-a lungul veacurilor poți afla în multe scrieri mai vechi sau mai noi, despre evenimentele faste sau mai puțin faste prin care au trecut ei te poți, de asemenea, documenta, despre cum se lucra pentru utilizarea rocii în folosul lor, de la începuturi și până în prezent, singurul document, care va rămâne și peste ani, nu este altul decât cel pe care ni-l pune la dispoziție, după o muncă de sisif, autorul acestei cărți.

Pentru toate acestea profesorul Dumitru Fodor trebuie felicitat și rugat să ne mai încânte cu astfel de lucrări pentru ca generațiile viitoare să-și cunoască istoria mineritului și importanța covârșitoare a acestei îndeletniciri pentru progresul omenirii.

Prof.univ.dr.ing. Mircea Georgescu

92

Revista Minelor / Mining Revue (MinRv), ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590, este o revistă care aparține Universității din Petroșani, România, publicată trimestrial, atât în format tipărit, cât și online.

Este o revistă internațională cu acces deschis, axată pe dezvoltarea și schimbul de aspecte științifice și tehnice (noutăți) în domeniul larg al științelor miniere.

Acceptăm spre publicare contribuțiile (lucrări de cercetare, rapoarte și recenzii) care prezintă studii teoretice, experimentale originale și simulare și modelare pe computer, inclusiv, dar fără a se limita la următoarele subiecte: Ÿ Exploatarea subterană/în carieră (tehnologii miniere, stabilitatea lucrărilor miniere subterane, împușcare, aeraj, …); Ÿ Mecanizare minieră, transport minier, foraj; Ÿ Mecanica rocilor și ingineria geotehnică; Ÿ Geologie și topografie minieră; Ÿ Hidrogeologie (hidrogeologie a exploatării miniere de suprafață și subterane, apă de mină, asecare și recuperare); Ÿ Evaluarea impactului asupra mediului; Ÿ Gestionarea deșeurilor miniere; Ÿ Extracția, utilizarea și prelucrarea materiilor prime; Ÿ Închiderea minelor și recuperarea amplasamentului; Ÿ Sănătate și securitate în muncă; Ÿ Planificarea și proiectarea minelor; Ÿ Controlul și optimizarea proceselor miniere; Ÿ Fiabilitatea, întreținerea și performanța generală a sistemelor miniere; Ÿ Evaluarea și gestionarea riscurilor în minerit și inginerie minerală.

Editorii vor lua în considerare și lucrări despre alte subiecte legate de domeniul minier și probleme de mediu. Toate articolele de cercetare publicate în această revistă vor fi supuse unei evaluări riguroase, bazată pe examinarea inițială a editorului și revizuirea de către experți independenți.

Revista este destinată cadrelor didactice, oamenilor de știință, cercetătorilor din industrie și aplicați, precum și factorilor de decizie și politici.

Toate informațiile necesare publicării în Revista Minelor – Mining Revue se pot găsi pe site-ul nostru. În plus, veți putea vizualiza și arhiva revistei începând cu anul 2011 pe adresa Universității din Petroșani - www.upet.ro/revistaminelor/ Arhivarea Sciendo păstrează arhiva revistei începând cu anul 2021 prin intermediul serviciului Portico - un serviciu digital de arhivare pe termen lung al manualelor, revistelor și colecțiilor.

Politica anti-plagiat Colectivul editorial a inclus revista în cadrul unei comunități ce utilizează un sistem de verificare a similarităților pentru a se asigura că articolele sunt originale. Verificarea similarității este un program care scanează în detaliu manuscrisele, în vederea eliminării plagiatelor și obținerii unui standard înalt calitativ în urma procesului de recenzie.

Licență Open Access Această revistă oferă acces deschis pentru articole, distribuite pe baza licenței Creative Commons BY SA 4.0. Autorii păstrează drepturile de autor și sunt de acord cu termenii licenței CC BY SA 4.0 menționate mai sus.