Issuu on Google+

CUPRINS

Camelia BARBU, Roxana BUBATU Proiectarea unui controller pentru o instalație pico hidro

2

Silviu BECUŢ, Adrian VLAD, Adrian DIDIŢEL, Attila KOVACS, Viorel VOIN RIOGUR - un produs de succes al MAXAM România, ca soluţie pentru creşterea eficienţei împuşcărilor de conturare în cariere şi lucrări subterane

6

Dumitru FODOR, Gavril BAICAN Exploatarea în cariere a zăcămintelor de lignit situate în condiţii hidrogeologice grele

12

Dacian MARIAN, Ilie ONICA, Eugen COZMA O nouă funcţie de profil pentru evaluarea scufundării terenului în cazul exploatării subterane a stratelor de cărbuni

24

Ciprian NIMARĂ Evaluarea impactului antropic asupra morfostructurii regiunii estice a Depresiunii Petroşani

34

Constantin NISTOR Managementul terenurilor afectate de industria minieră din Bazinul Olteniei

40

Viorel VULPE Posibilităţi de utilizare a golurilor remanente din exploatările miniere la zi

47

Vasile ZAMFIR, Horia VÎRGOLICI, Olimpiu STOICUŢA Sinteza poziţională a mecanismului cu culisă

54

PERSONALITĂŢI DE LÂNGĂ NOI „Un vis împlinit” - Prof.univ dr. docent ing. D.H.C. Ştefan Covaci la împlinirea vârstei de 90 de ani

58

UNIVERSITATEA DIN PETROŞANI Str. Universităţii, nr 20, 332006, Petroşani, jud. Hunedoara Informaţii: tel. 0254 / 542.580 int. 296, fax. 0254 / 543.491 Cont: RO91TREZ368504601X000062 C.U.I. 4374849 Trezoreria Petroşani e-mail: radu@upet.ro, revistaminelor@upet.ro www.upet.ro Lucrările trebuie trimise la una dintre adresele de mai sus, atât în lb. română cât şi în lb. engleză, împreună cu un abstract şi 4 cuvinte cheie. Responsabilitatea conţinutului articolului aparţine exclusiv autorilor. Lucrările nepublicate nu vor fi returnate. © Copyright Revista Minelor 2011 – apare trimestrial Editura UNIVERSITAS Petroşani

ISSN 2247 -8590

ISSN-L 1220 - 2053

Revista Minelor este acreditată de către Consilul Naţional al Cercetării Ştiinţifice din Învăţământul Superior (CNCSIS) în categoria B+ Revista Minelor este indexată în Baza de Date Internaţională EBSCO Publishing S.U.A. http://www.ebscohost.com/titleList/a9h-journals.pdf Editor: Ec. Radu ION Tiparul: Universitatea din Petroşani – Atelier Multiplicare-Minitipografie


2

PROIECTAREA UNUI CONTROLLER PENTRU O INSTALAȚIE PICO HIDRO Camelia BARBU*, Roxana BUBATU** Abstract: Obiectivul acestei lucrări este acela de a proiecta un controller pentru o instalație pico hidro pe baza modelului matematic. Mai întâi procesul natural al apei este considerat fiind format din: un lac, o conductă de aducțiune, o turbină hidro, un generator de curent continuu și un controller. După aceasta, pentru fiecare parte componentă a sistemului pico hidro este scris modelul matematic și apoi întregul sistem este simulat în buclă deschisă. În continuare, este proiectat controllerul și întregul sistem este simulat în buclă închisă. Aceste două moduri de control sunt comparate și sunt prezentate avantajele pentru fiecare dintre ele. Rezultatele simulării sunt cele așteptate și pot fi utilizate pentru proiectarea și validarea controllerului. Keywords: design, pico-hydro, mathematical model, simulation, controller

Introducere Un pico hidro sistem înseamnă o instalație de mică putere, nu mai mult de 10 kW, reprezentând cea mai mare provocare în generarea de energie curată, datorită următoarelor avantaje: • Utilizeaza surse de apă de mici dimensiuni și este prietenos cu mediul înconjurător; • Poate funcționa în mod autonom și este potrivit pentru zone izolate; • Investițiile inițiale sunt reduse. O instalație pico hidro are următoarele elemente importante: lacul și duza, conducta de aducțiune, turbina hidro, generatorul de c.c. și controllerul.

Fig.1. Instalația pico hidro: situația reală și schema bloc

În această analiză considerăm cazul de mai jos al unui generator de c.c. având o magistrală comună. Instalația pico hidro poate fi

considerată ca un sistem cu diagrama bloc din fig.2.

Fig.2. Pico-hydro system block diagram

Lacul are ca intrare debitul necontrolat qx și ca ieșire o duză care controlează nivelul apei în lac h, iar ieșirea este debitul controlabil qv. Există două nivele de apă în lac: nivelul minim N0 și nivelul ____________________________________ *Şef lucr.dr.ing.. Universitatea din Petroşani **Drd.ing. Universitatea din Petroşani

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

maxim N1. Nivelul apei h trebuie să fie controlat prin poziția on/off a duzei între cele două nivele. Al doilea element este turbina hidro, care este un element neliniar, având ca intrare presiunea hy, iar ca ieșiri momentul MT și viteza ωT. Generatorul de c.c. este tot un element neliniar. Intrările generatorului sunt momentul MT, viteza ωT, fluxul de control Φ și puterea electrică P.


3

Controllerul are două intrări, presiunea h și viteza ωT și două ieșiri, una pentru controlul on/off al vanei și alta pentru controlul fluxului Φ. Modelul matematic al procesului hidraulic În această parte a lucrării vom modela și simula procesul hudraulic al instalației și vom prezenta rezultatele simulării. Considerând volumul V, suprafața S și nivelul h în lac, putem scrie relația: dV = q x − qV dt Pentru a modela principiul controlului on/off al vanei vom introduce în relația de mai sus distribuția treaptă θ(x) , rezultând:

qV =

1 ⋅ ΔhV ⋅ θ( x) kV

vom obține Cu V = S ⋅ h, Δh = h, TV = kV ⋅ S modelul matematic al procesului și funcția de transfer: TV ⋅

GW =

dh + h ⋅ θ(x) = kV ⋅ q x dt

kV h( s ) = q x ( s ) θ ( x) + TV ⋅ s

⎧ kV ⎪⎪T ⋅ s ; =⎨ ⎪ kV ; ⎪⎩1 + TV ⋅ s

θ ( x) = 0 θ ( x) = 1

Fig.3. Simularea procesului hidraulic: a) modelul; b) rezultatele simulării

Modelul matematic al generatorului de c.c.

Plecăm de la ecuațiile turbinei hidraulice, în formă liniară, unde a și b sint constante. Dacă se modifică doar debitul și viteza, obținem relațiile matematice pentru moment: M T = a ⋅ qT − b ⋅ ωT

În regim dinamic dependența dintre momentul și presiunea poate fi scrisă ca o ecuație diferențială liniară. dM T TT ⋅ + M T = kT ⋅ hy dt unde: TT este constanta de timp și kT este amplificarea regimului staționar.

Rezultă funcția de transfer a turbinei: GMT ( s ) =

M T ( s) kT = hy ( s ) 1 + TT ⋅ s

În fig.4 sunt prezentate rezultatele modelării și simulării pentru abordarea neliniară și liniară, cu următoarele date: a=400, b=1.5, k1=300, k2=50, k3=0.02, k4=0.03. În această simulare vom considera intrarea hy constantă la 5m și intrarea ωT între 7 și 8 rad/s. Ca ieșiri vom reprezenta momentul MT și debitul qT. Momentul este prezentat atât liniar, cât și neliniar cu scopul de a se observa aproximarea dată de liniarizare. După cum se vede, aceste diferențe sunt acceptabile, deci în continuare vom folosi aproximarea liniară.

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


4

Fig.4. Turbina hidro: model și rezultatele simulării

Apoi vom scrie modelul matematic al generatorului de c.c. Aceasta din cauză că, în general, sistemele pico hidro folosescsoluția de c.c. pentru a încărca bateriile. Ecuațiile generatorului pentru intrarea MT și ieșirile U și P sunt următoarele: di U = ke ⋅ Φ ⋅ ωT − ( RG + RL ) ⋅ i − LG ⋅ dt M T = km ⋅ Φ ⋅ i

P = Ui = M T ωT −

RG + RL k

2

m

⋅Φ

2

M 2T −

LG k

2

m

⋅Φ

2

MT

dM T dt

unde: Φ, i și U sunt fluxul, curentul și tensiunea generatorului; RG și LG sunt rezistența și impedanța generatorului și RL este sarcina. Pentru a menține o tensiune de ieșire aproximativ constantă, se poate introduce o buclă de viteză. În fig.5 sunt prezentate rezultatele modelării și simulării pentru cele două cazuri, buclă decshisă și buclă închisă.

Fig.5. Generator c.c.: modelul și rezultatele simulării

Modelul matematic al instalației

Pentru modelarea și simularea instalației considerăm cele două părți, cea electrică și cea hidraulică împreună cu controllerul dedicat. Acest controller se bazează pe principiul on/off și controlează debitul de intrare al turbinei și stabilizează tensiunea de ieșire a generatorului.

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

Mai întâi vom proiecta controllerul care are două intrări și două ieșiri. Intrările sunt presiunea h și viteza ωT. Ieșirile sunt semnalul de control on/off al vanei și fluxul generatorului. În fig.6 este prezentat modelul controllerului și rezultatele simulării. Modelul complet al instalației a fost obținut conectând toate elementele prezentate mai sus și controllerul.


5

Fig.6. Controller: a) model; b) rezultatele simulării

În fig.7 sunt prezentate modelul și rezulatele simulării pentru acest sistem. Sunt utilizate următoarele date: qx = 6 m3/s; S = 12 m2; N1 = 1.5 m; N0 = 0.4 m; ω0 = 15 rad/s; U0 = 18 V; h0 = 8 m; RL = 0.02 Ω; RG = 0.01 Ω; Tp = 5 s; kT = 7.5; TT = 5 s; h = 0.5 .. 2 m; ωT = 18 .. 20 rad/s.

Sistemul poate rula în două moduri: buclă deschisă și buclă închisă. În fig.7 pot fi observate rezultatele foarte bune în cazul controlului în buclă închisă.

Fig.7. Întreaga instalație: a) model; b) rezultatele simulării

Concluzii

Bibliografie

Mulți ani râurile mici și apele curgătoare au fost o importantă sursă vitală pentru comunitățile mici din jurul lor. Astăzi, datorită tehnologiei pico hidro aceste ape curgătoare reprezintă, de asemenea, o importantă resursă de energie curată. Această lucrare prezintă o abordare sistemică a instalației pico hidro, începând cu realizarea procesului și continuând cu proiectarea controllerului. Componenta hidraulică și componenta electrică au fost modelate și simulate. Apoi, este proiectat, modelat și simulat controllerul și sunt obținute rezultatele simulării pentru instalație. Rezultatele acestei lucrări demonstrează corectitudinea acestei soluții și poate fi utilizată în aplicațiile practice, cum ar fi proiectarea controllerelor pentru instalații hidro.

1. Fraile-Ardanuy, J., Wilhelmi, J.R., Fraile-Mora, J., Pérez, J.I., Sarasúa, I. A Dynamic Model of Adjustable Speed Hydro Plants, 9 Congreso Hispano Luso de Ingeniería Eléctrica, Marbella, Spain, 2005 2. Pop, E., Leba, M., Tabacaru-Barbu, I.C., Pop M. Modeling, Simulation and Control of Pico-Hydro Power Plant, Control Systems, Proceedings of the 4th WSEAS/IASME International Conference on Dynamical Systems and Control, Corfu, GREECE, October 26-28, 2008, ISBN 978 960 474 014 7, ISSN 1790 2769, pp. 103-108 3. Leba, M., Pop, E. New distribution Properties and Applications in Digital Control, Proceedings of the 7th WSEAS International Conference on Advanced Topics on Signal Processing, Robotics and Automation (ISPRA’08), Cambridge, U.K., ISBN 978 960 6766 44 2, ISSN 1790 5117, pp. 43-48, 2008 4. Tabacaru-Barbu, I. C. Contributions Regarding the Modeling, Simulation and Implementation of Methods and Techniques of a Sustainable Integrated Renewable Energetic System Achievement, Ph.D. Thesis, University of Petrosani, 2009 Revista Minelor - nr. 4 / 2011


6

RIOGUR - UN PRODUS DE SUCCES AL MAXAM ROMÂNIA, CA SOLUŢIE PENTRU CREŞTEREA EFICIENŢEI ÎMPUŞCĂRILOR DE CONTURARE ÎN CARIERE ŞI LUCRĂRI SUBTERANE Silviu BECUŢ*, Adrian VLAD**, Adrian DIDIŢEL***, Attila KOVACS****, Viorel VOIN***** Introducere Îmbunătăţirea activităţii miniere în exploatările de suprafaţă şi / sau subteran din România, necesită aplicarea unor tehnici şi tehnologii moderne de împuşcare pentru obţinerea celor mai bune performanţe, atât în ceea ce priveşte eficienţa tehnologică cât şi siguranţa personalului din cadrul acestor exploatări. La efectuarea lucrărilor de împuşcare o parte din energia eliberată în urma detonării explozivilor se consumă în mod util pentru sfărâmarea şi detaşarea rocii din masiv. Cea mai mare parte a energiei se pierde însă pentru aruncarea bucăţilor de rocă sfărâmată în atmosferă, sub formă de energie cinetică (undă de şoc aeriană), termică şi sonoră sau, în masiv, transformându-se pe măsura propagării dinspre epicentrul exploziei, în unde elastice (unde seismice). Ca urmare, în proiectarea şi coordonarea lucrărilor de împuşcare trebuie să se aibă în vedere următoarele aspecte: • detaşarea din masiv a volumului de rocă necesar, la o granulaţie corespunzătoare cerinţelor tehnologice; • integritatea taluzurilor, în cazul carierelor respectiv conturarea corectă a galerilor sau

camerelor de exploatare în cazul lucrărilor miniere subterane; • protejarea obiectivelor civile şi industriale din zonă, faţă de efectele lucrărilor de împuşcare - undă aeriană de şoc, efect seismic etc., respectiv reducerea gradului de disconfort al factorului uman. În cazul lucrărilor miniere de suprafaţă, găsirea metodologiei cele mai favorabile a avut întotdeauna ca obiectiv integritatea taluzurilor deoarece acestea vor fi redate naturii după operaţiunile de reconstrucţie în urma împuşcărilor. În cazul lucrărilor miniere subterane, tehnologiile de împuşcare trebuie să prevină apariţia supraprofilărilor în cazul tunelelor sau galeriilor miniere respectiv realizarea unui contur al camerei cât mai bun, care să nu afecteze structura pilierilor în cazul salinelor. Implicarea specialiştilor de la MAXAM România, a avut ca scop principal obţinerea unui nou produs exploziv care să îndeplinească criteriile tehnice, economice şi de securitate la utilizarea acestui produs, la lucrările de împuşcare în subteran şi la suprafaţă. Acest produs se numeşte Riogur FCD şi se utilizează fie la realizarea conturului final în cazul tunelelor sau altor lucrări subterane (galerii, camere de exploatare a sării, etc.), fie la profilarea corectă a taluzelor în cazul lucrărilor miniere de suprafaţă.

Figura 1. Riogur FCD. Secţiune

____________________________________ *Dr. ing. MAXAM România ** Director fabrică MAXAM România *** SHE&Q&S Manager MAXAM România **** Dr. ing. INSEMEX Petroşani ***** Prof.univ.dr.ing. Universitatea din Petroşani

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

RIOGUR FCD. Generalităţi, parametri tehnici, utilizare Generalităţi Riogur FCD este un exploziv de tip watergel având drept oxidant principal azotatul de amoniu şi drept carburant principal azotatul de monometilamină şi reprezintă cea mai recentă evoluţie în tehnologia microgelurilor.


7

În masa de exploziv încartuşat este introdus un fitil detonant având o încărcătură explozivă de 6 g/ml, menit să asigure continuitatea explozivului, flexibilitatea, transmisia detonaţiei precum şi îmbunătăţirea performanţelor balistice.(figura 1). Caracteristici tehnice Principalele caracteristici tehnice ale acestui exploziv sunt următoarele: - viteza de detonaţie : 3300 - 3800 m/s - densitate(g/cm3): 1,15 – 1,18 g/cm3 - transmiterea detonaţiei: 6-9 cm - capacitatea de lucru (mortier balistic): 65 – 72 % - volumul gazelor: 932 l/Kg - continutul de gaze toxice: 2,27 – 4, 67 l/100g Explozivul Riogur FCD a fost testat şi certificat în laboratoarele de specialitate din cadrul INSEMEX Petroşani.

Riogur se fabrică în mod curent în următoarele calibre şi lungimi ale cartuşului: 17mm x 500mm, 22mm x 500mm, 26mm x 500mm, 32mm x 500mm, 45mm x 500mm. În situaţii speciale, pot fi fabricate şi calibrele 29mm, 38mm şi 40mm. Ambalare Produsele se ambalează în cutii speciale de carton, de 25kg sau 60kg Cutiile se expediază clienţilor sub formă paletizată (figura 2). Este un exploziv din clasa de transport 1.1D, ce se fabrică la Victoria, jud.Brasov, în incinta punctului de lucru al Maxam România.

Figura 2. Riogur FCD. Ambalare

Utlizare şi avantaje Acest tip de exploziv se utilizează cu succes la împuşcări de presfărâmare şi conturare (presplitting) atât la lucrări de deschidere şi taluzare în cariere, cât şi la lucrări subterane şi tunele. Avantaje principale: Comparând produsul, din punct de vedere al preţului, cu alţi explozivi cunoscuţi pe piaţă, cu siguranţă este cel mai competitiv. Se poate utiliza uşor şi prezintă o mare siguranţă în exploatare, precum şi pe timpul transportului. Practic riscul de neiniţiere este redus la zero, datorită fitilului detonant din compoziţia sa. Având o viteza de detonaţie de peste 3500m/s, o stabilitate termică remarcabilă şi o foarte bună rezistenţă la apă, Riogur FCD reprezintă un exploziv demn de luat în considerare de către orice potenţial utilizator. Aplicaţii ale explozivului RIOGUR FCD în România Teoria împuşcărilor de contur

O gaură încărcată cu exploziv creează în timpul detonării explozibilului şi în apropierea încărcăturii, o zonă în care rezistenţa dinamică la compresie este în mare măsură depăşită iar roca este zdrobită şi pulverizată. În afara acestei zone de tranziţie, forţele de tracţiune asociate undei de compresie generează o dispunere de fisuri radiale în jurul întregii găuri. În situaţia a două găuri încărcate cu exploziv ce se detonează simultan, aceste fisuri radiale tind a se propaga în mod egal în toate direcţiile până când, prin coliziunea celor două unde de şoc în punctul de mijloc dintre cele 2 găuri, se produc forţe de tracţiune complementare şi perpendiculare pe planul axial (fig 3). Tracţiunile în planul sus amintit depăşesc rezistenţa dinamică la tracţiune a rocii, creând o nouă fisurare şi favorizând, în direcţia secţiunii proiectate, propagarea fisurilor radiale. Ulterior, extinderea fisurilor se produce prin acţiunea gazelor de explozie care le invadează şi se infiltrează în ele. Propagarea preferenţială în planul axial împreună cu efectul de deschidere prin presiunea gazelor permit obţinerea unui plan de tăiere în concordanţă cu cel proiectat. Revista Minelor - nr. 4 / 2011


8

Figura 3. Stadiul tensiunilor generate prin suprapunerea undelor de şoc produse prin detonarea simultană a două încărcături

Presiunea gazelor este elementul cheie în executarea unei împuşcări de contur, deci aceasta ar trebui menţinută până când se finalizează unirea fisurilor care încep de la găurile adiacente, adaptându-se lungimea încărcăturii explozive pentru a se evita scăpări de gaze în atmosferă. Se poate trage concluzia că mecanismul unei împuşcări de contur cuprinde două fenomene distincte, unul derivat din acţiunea undei de şoc şi altul din acţiunea gazelor de explozie, între ambele păstrându-se o legătură de cauzalitate. Utilizarea explozivului RIOGUR FCD în cariere Primele testări ale explozivului Riogur FCD la lucrări miniere de suprafaţă s-au efectuat in cadrul companiei LAFARGE AB, având ca locaţie Cariera Suseni. Exploatarea s-a realizat într-o rocă andezitică, modul de stratificare a rocii precum şi gradul de fisurare a acesteia fiind foarte variabile de la o zonă la alta. Densitatea medie este 2,5-2,6 t/m3 ceea ce conferă rocii un comportament plastic, caracteristică ce amortizează capacitatea de tăiere a explozivului. Prezenţa straturilor de argilă de grosimi variabile au influnţat foate mult granulometria rocii rezultată după impuşcare. În timpul fazelor de exploatare s-a schimbat sistemul de detonaţii prin modificarea reţelei de perforare şi în special modul de iniţiere a reţelei de împuşcare. În cadrul lucrărilor de împuşcare explozivul Riogur FCD a fost utilizat la două tipuri de aplicatii: • lucrări de împuşcare pentru realizarea taluzului final al carierei;

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

• lucrări de impuscare pentru realizarea producţiei propriu-zise. În cadrul primei aplicaţii lucrările de impuşcare au vizat obţinerea taluzului final al carierei, taluz situat la aproximativ 8 – 10 m de drumul judeţean care face legătura intre localitatăţile Suseni şi Odorheiul Secuiesc. În continuare sunt prezentaţi principalii parametrii ai împuşcării. • înălţime treaptă: 14 m • anticipantă: 2,5 – 3,5 m • număr de găuri: 27 • număr de rânduri: 1 • diametrul găurilor: 76 mm • distanţă între găuri: 2,2 m • exploziv de conturare: Riogur FCD cu diametrul de 45 mm • Iniţiere: fitil detonant de 6 g/ml Modul de realizare a încărcăturii în gaură este prezentat în figura 4. În urma acestei împuşcări s-a obţinut un taluz rectiliniu, pe lungime de aproximativ 60 m fară a fi afectată integritatea drumului sau a solului din apropiere. Ulterior, în acea zonă a fost amenajat un loc de parcare pentru turişti, loc denumit „Belvedere”. A doua aplicaţie a vizat utilizarea explozivului Riogur FCD în cadrul lucrărilor de producţie curente. S-a observat că în condiţiile utilizării explozivilor de bază la lucrările de împuşcare curente datorită gradului mărit de fisurabilitate al rocii, după împuşcare rezulta o suprafisurare de aproximativ 3-4 m în spatele frontului împuşcat. Aceasta conducea pe lângă apariţia unor supragabariţi rezultaţi după împuşcare şi la dificultatea perforării primului rând de găuri pentru următorul front de lucru.


9 Conexiune cu fitil detonant de 6 g/ml sau cu conector cu aceiasi intârziere

Start

Fitil detonant sau sistem neelectric

Buraj Obturator de plastic sau hârtie

Empty Volume

Riogur 45x500 mm

Legatura intre Riogel si Riogur

1 cartus de Riogel 60x500 mm

Figura 4. Modul de realizare a încărcăturii de contur în gaură

Ca urmare s-a decis utilizarea explozivului Riogur FCD cu diametru de 45 mm pe ultimul rând. Pentru aceasta s-a modificat atât schema de perforare precum şi modul de încarcare şi iniţiere a găurilor de sondă. Găurile de producţie au fost forate la un diametru de 92 mm iar cele de contur la un diametru de 76 mm. De asemenea distanţele între găurile de pe acelaşi rând au fost diferite, la găurile de producţie distanta între găuri fiind de 2,8 – 3 m iar la cele de contur de 2,2 m. Coloana de exploziv din găurile de producţie a fost construită din Elexit, Riogur şi Nagolită iar iar

în găurile de contrur s-a introdus Riogur FCD cu diametrul de 45 mm, având la bază un cartuş de Riogel cu diametrul de 60 mm. Iniţierea încărcăturilor explozive din găuri s-a realizat cu sisteme nelectrice tip Detinel. În figura 5 este prezentată schema de împuşcare aplicată în carieră. În urma aplicării acestei tehnologii de împuşcare s-a constatat dispariţia fisurilor în spatele frontului, realizarea unui taluz regulat pe toată lungimea frontului precum şi reducerea supragabariţilor rezultaţi după împuşcare.

Figura 5. Monografia de împuşcare Revista Minelor - nr. 4 / 2011


10

Utilizarea subteran

explozivului

RIOGUR

FCD

S-a propus o schemă de împuşcare cu cu găuri paralele, utilizând ca încărcătură de baza Amonita E iar pentru găurile de contur s-a utilizat Riogur FCD 22 mm. Principalii parametrii ai împuşcării sunt: - Numar total de găuri: 112 - Lungimea găurilor: 2,0 – 2,1 m - Diametrul găurilor 40 mm - Exploziv de bază: AmonitaE (32x220mm, 200g/cartus) - Cantitate de exploziv/gaură: 1,0 – 1,2 Kg - Exploziv de contur: Riogur F-CD 22 - Iniţiere: Capse electrice milisecundă tip Riodet S Modul de încărcare a găurii de mină este prezentat în figura 6 iar schema de împuşcare este prezentată în figura 7.

în

Testarea explozivului Riogur FCD în subteran s-a efectuat la Salina Ocna Dej, aparţinând SNS Bucuresti, având în vedere producţia ridicată de sare care se exploateaza pe parcursul unui an cât şi faptul că este cea mai complexă salină din România. Tehnologia de împuşcare la Salina Ocna Dej se execută în camere de formă pătratică, având lungimea de 15 m şi înălţimea de 8 m. Scopul principal al testării a fost acela de a vedea comportamentul şi eficienţa explozivului Riogur FCD 22 mm în zona de contur a camerei de exploatare.

Figura 6 A

A- A

1,00 1,00 0,20

0,35 12

12 10

12 10

12 10

12 10

12 10

12 9

12 9

12 10

12 10

12 10

12 10

12

11

10

11

11 0,8

1,26

1,26

1,26

1,26

1,26

1,26

1,26

1,26

1,26

1,26

1,26

0,8

11

11 9

9

9

9

8

8

8

8

9

9

9

9

8

8

8

7

7

7

7

7

7

8

8

8

6

6

6

5

5

5

5

5

5

6

6

6

4

4

4

3

3

3

3

3

3

4

4

4

2

2

2

1

1

1

1

1

1

2

2

2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

11

B

11

B

11

11

0,65 1,00

11

11

11

11

11 1

0,15

B-B

1

A

Figura 7. Schema de împuşcare cu găuri de mină paralele

Concluzii Utilizarea explozivului Riogur F-CD în găurile de contur a condus la realizarea unui profil mult mai bun şi a unui uniformităţi a pereţilor pe intregul salt de împuşcare. Se evită în acest mod apariţia Revista Minelor - nr. 4 / 2011

supra sau subprofilarii şi implicit dimensionarea corectă a pilierului. Nu au fost observate urme negre pe sare în zona găurilor de contur care să afecteze organoleptic calitatea sării.


11

Concluzii generale Pentru a minimiza afectarea taluzelor în cazul lucrărilor de suprafaţă, afectarea pereţiilor galerilor sau tunelelor sau a pilierilor în cazul exploatărilor de sare, există diferite moduri de detonaţie ce reduc destabilizarea acestora. Este evident faptul că aceste metodologii, în mod normal, conduc la un cost mai mare al operaţiunii, deşi o parte se poate recupera prin timpul câştigat ce ar fi fost dedicat curăţării locului după împuşcare. Un cost suplimentar ce nu trebuie neglijat apare în situaţia apariţiei supraprofilărilor lucrărilor subterane unde este necesar să se facă lucrări suplimentare de susţinere sau reprofilare, caz în care cheltuielile ulterioare cresc considerabil. Utilizarea explozivului Riogur FCD atât în cadrul tehnologiilor de împuşcare la suprafaţă cât şi in subteran au arătat că acest produs constituie o solţie viabilă pentru reducerea costurilor menţionate anterior.

Trebuie menţionat de asemenea că utilizarea acestui produs contribuie la limitarea efectelor asupra structurilor miniere şi deasemenea limitează efectul împuşcărilor asupra obiectivelor civile sau industriale aflate în imediata vecinătate a exploatărilor. Bibliografie 1. Nasca, F. Teoria de la voladura de contorno, Madrid, Spania, 2010 2. Becuţ, S., Kovaks, A., Hegedus, N., Ranete, A. Improvements on blasting technology in Ocna Dej salt mine (Romania) applying modern MAXAM explosives, „Drilling and Blasting technology 2010” 10th International Conference, Hungarian Society for Blasting Technology MARE, Balatonkenese, Ungaria, 2010 3. *** Technical Product Specification of RIOGUR FCD, Maxam Civil Explosives, Spania, 2009

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


12

EXPLOATAREA ÎN CARIERE A ZĂCĂMINTELOR DE LIGNIT SITUATE ÎN CONDIŢII HIDROGEOLOGICE GRELE Dumitru FODOR*, Gavril BĂICAN** Introducere Zăcămintele de lignit din Oltenia sunt cele mai importante zăcăminte de cărbune din România. Aceste zăcăminte se încadrează în unitatea

structurală a depresiunii subcarpatice în aria cuprinsă între Dunăre şi Olt, ocupând o suprafaţă totală de cca. 4500 km2 pe raza a trei judeţe: Mehedinţi, Gorj şi Vâlcea, fig.1.

Fig. 1. Bazinele miniere din Oltenia cu minele şi carierele aferente

Din punct de vedere geologic zăcămintele din Oltenia aparţin formaţiunilor pliocene (dacian, romanian şi ponţian) şi sunt constituite din 21 strate de cărbune de grosime şi extindere variabilă, separate între ele de roci sterile, moi, coezive şi necoezive,predominant argiloase şi nisipoase.

Grosimile stratelor de lignit variază de la câţiva decimetri la mai mulţi metri prezentându-se sub formă compactă sau sub forma mai multor bancuri de cărbune, ce alcătuiesc complexul unui strat, fig.2.

Fig. 2. Secţiune geologică transversală prin Bazinul Minier Rovinari

Stratele de lignit sunt numerotate de jos în sus în ordinea depunerii: A, B, C, D şi I…..XVII. Stratele de lignit A, B, C, şi D aparţin Ponţianului, stratele I, II, III şi IV se găsesc în Dacian, stratele V-VI şi VII-VIII în Romanianul Inferior şi stratele IX-XV în Romanianul Superior. Din cele 21 stratede lignit, în zonele de luncă sunt exploatate stratele V-VIII, iar în zonele colinare stratele V-XII. Volumul rezervelor de lignit din Oltenia cunoscute prin lucrări de cercetare geologică şi hidrogeologică la parametrii ce permit înscrierea acestora în categoria rezervelor de bilanţ, este de 2852 milioane tone. ____________________________________ *Prof.univ.dr.ing. – Universitatea din Petroşani **Dr.ing. Universitatea din Petroşani Revista Minelor - nr. 4 / 2011

Lignitul din Oltenia are următoarele caracteristici calitative: - puterea calorifică medie: 1700-2200 cal/kg; - conţinutul de cenuşă anhidru: 34-38 %; - umiditatea: 39-45 %; - conţinutul de sulf: 0,8-1,2 %; - materii volatile: 17-23 %. Zăcămintele de lignit din Oltenia sunt grupate după criterii geologice, geografice şi economice în cinci bazine miniere, fig.1. În fiecare bazin au fost delimitate mai multe perimetre, funcţie de particularităţile zonale ale zăcământului şi de posibilităţile de exploatare. Din totalul rezervelor industriale de lignit omologate, peste 80 % sunt exploatabile în cariere, iar restul de 20 % sunt exploatabile prin lucrări miniere subterane. În ultimii ani, aproape 90 % din


13

producţia de lignit a României a rezultat din cele 16 cariere de mari dimensiuni amplasate în zona Olteniei, între Olt şi Dunăre. Minele şi carierele din Oltenia funcţionează sub coordonarea SNLO- Tg.Jiu şi a celor trei complexe energetice de la Rovinari, Turceni şi Craiova. Pentru zăcămintele de lignit din Oltenia constituite din strate exploatabile cu grosimi de 1,0 până la 8,0 m, situate la adâncime mică şi condiţii de relief corespunzătoare, s-a aplicat exploatarea acestora în cariere.

Toate carierele au fost proiectate cu capacităţi de producţie cuprinse între 0,5 mil tone pe an (cariera Berbeşti) până la 4,4 mil. tone pe an (cariera Roşia de Jiu). Funcţie de condiţiile de relief şi distanţa pe verticală de la suprafaţă la ultimele strate exploatabile, adâncimea carierelor variază între 40 şi 110 m în zonele de luncă şi până la 180 m în zonele colinare, raportul de descopertă pe total câmp minier fiind cuprins între 3,5 la carierele Tismana şi Lupoaia şi 8,1 m3 steril/tona de lignit extrasă la cariera Berbeşti.

Fig. 3. Vedere de ansamblu a unei cariere dotată cu tehnologii în flux continuu

Astăzi, toate carierele din Oltenia sunt dotate cu tehnologii în flux continuu, fig.3, caracterizate prin următoarele elemente: • Excavarea masei miniere se realizează cu ajutorul excavatoarelor cu rotor de diferite dimensiuni constructive şi caracteristici tehnice şi care pot să realizeze randamente cuprinse între 15 26 ; SRs 1300 ; 3,5 3,5 30 30 SchRs 1400 şi SRs 2000 . 7 7

1200 şi 4500 m3/h: SRs 470

Ca pondere, predomină excavatoarele cu capacitatea cupei de 1400 l – peste 50 % din excavaţii se realizează cu acest tip de excavator. Procesul de excavare se caracterizează prin: - extragerea în trepte cu înălţimea de până la 25 m la tăierea deasupra nivelului de vehiculare; - extragerea în subtrepte de până la 10 m înălţime; - extragerea în trepte de până la 7 m la tăierea sub nivelul de vehiculare. Lăţimea blocului de excavare poate ajunge la 60 m la o lungime a frontului de lucru de până la 2,0 km. • Transportul masei miniere excavate din fronturile de lucru la locurile de depozitare se execută cu instalaţii de transport cu benzi transportoare având lăţimea benzii cuprinsă între 1200-2250 mm, viteze de 4,19-6,15 m/sec şi capacităţi de transport de la 2500 m3/h până la

12.500 m3/h, folosindu-se circuite separate pentru transportul sterilului la halde şi utilului la depozite. Transportoarele cu bandă sunt amplasate pe treptele de extragere în mai multe variante: - un singur transportor pe toată lungimea frontului de extragere; - două transportoare, dintre care unul pe toată lungimea frontului de excavare; - două transportoare montate cap la cap. Carierele mai sunt dotate cu diverse instalaţii necesare desfăşurării procesului de transport: mese de încărcare mobile, cărucioare de preluare deplasabile pe şenile, călăreţi de bandă, etc. • Depozitarea sterilului în halde cu maşini de haldat cu capacităţi de la 2500 la 12500 m3/h şi stocarea utilului în depozite de cărbune cu folosirea instalaţiilor de depunere, de scoatere sau combinate de depunere şi scoatere cu capacităţi cuprinse între 1250 şi 5600 m3/h. Maşinile de haldat au braţul de deversare cu lungimea de 60, 70, 95, 120 şi 170 m. Maşinile de haldare cu lungimea braţului de 120, respectiv de 170 m se utilizează pentru depunerea sterilului prin transbordare în halde interioare. Fluxurile tehnologice moderne din carierele în funcţiune sunt mai simple sau mai complicate în funcţie de morfologia terenului, grosimea copertei, numărul şi grosimea stratelor de lignit exploatabile din perimetru, numărul şi grosimea intercalaţiilor de steril, capacitatea de excavare şi dimensiunile funcţionale ale utilajelor. Revista Minelor - nr. 4 / 2011


14

În unele cariere în care stratele de cărbune se individualizează bine, fluxul tehnologic a putut fi organizat simplu, în sensul că fiecare excavator lucrează numai în steril sau numai în cărbune, pe trepte ce constituie linii tehnologice separate. Într-o serie de alte cariere stratele de cărbune sunt separate prin intercalaţii de steril în mai multe bancuri, ducând astfel la dificultăţi în procesul de exploatare cu repercusiuni negative asupra calităţii cărbunelui şi productivităţii utilajului de excavare. În multe cariere se organizează atât excavarea pe trepte separate de steril şi cărbune, cât şi excavarea selectiv-alternativă – cărbune-steril pe aceeaşi treaptă şi cu acelaşi excavator. De regulă se extrag selectiv stratele de cărbune cu grosime mică (minim 1,0 m) şi intercalaţiile sterile cu grosimi mai mari de 0,4 m. În carierele din bazinele miniere ale Olteniei se aplică următoarele metode de exploatare: • Metoda de exploatare cu transportul sterilului la halde exterioare – se utilizează în carierele de lignit unde nu s-a atins cota finală a vetrei carierei şi, deci, nu sunt create încă premizele

formării haldei interioare. Astăzi această metodă se aplică în carierele: Pinoasa şi Berbeşti. • Metoda de exploatare cu transportul sterilului la halde interioare - se aplică în carierele: Gârla, Rovinari Est, Panga şi Ruget, fig.3. • Metoda de exploatare cu transportul parţial al sterilului la halde interioare şi transportul parţial la halde exterioare – se aplică în prezent la următoarele cariere: Jilţ Nord, Roşiuţa, Olteţ. • Metoda de exploatare combinată cu transbordarea parţială a sterilului la halda interioară şi transportul parţial la haldă exterioară – se aplică în cariera Tismana II. • Metoda de exploatare cu transportul parţial al sterilului la halde interioare şi transbordarea parţială la halde interioare, fig. 4 – se aplică la carierele: Roşia de Jiu, Tismana I, Peşteana Sud, Peşteana Nord, Lupoaia. • Metoda de exploatare combinată cu transportul parţial la haldă interioară şi exterioară a sterilului şi cu transbordarea parţială în haldă interioară, fig.5 – se aplică în carierele Jilţ Sud şi Husnicioara.

Fig. 4. Metoda de exploatare cu transportul parţial al sterilului la halde interioare şi transbordarea parţială la halde interioare -Cariera Peşteana-Nord – Bazinul Minier Rovinari

Fig. 5 Metoda de exploatare combinată, cu transportul unei părţi din steril la halde exterioare, a unei a doua părţi la halde interioare şi transbordarea parţială în halde interioare celei de-a treia părţi din descopertă

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


15

În funcţie de caracteristicile materialului haldat (umiditate, consistenţă, coeficient de afânare, granulometrie, etc.) precum şi de înălţimile preconizate pentru haldele exterioare, acestea au fost construite sub un unghi de taluz general cuprins între 6 şi 9o. În zonele colinare, haldele exterioare de steril au fost construite prin umplerea văilor din apropierea carierelor, distanţele de transport a sterilului până la depunerea în haldă, ajungând în unele situaţii până la 10 km şi chiar mai mult. Astăzi în România, activitatea de extragere a lignitului la suprafaţă se desfăşoară în 16 cariere de mari dimensiuni dotate cu tehnologii în flux continuu şi care funcţie de cerinţa pieţei pot să asigure o producţie totală de aproape 30 milioane tone lignit pe an. Capacitatea de producţie şi dotarea carierelor în funcţiune din zona Olteniei este prezentată în tabelul nr.1.

Ponderea între metodele de exploatare aplicate o deţin metodele care folosesc pe lângă transportul sterilului şi transbordarea sterilului în haldele interioare. Treptele de lucru din cariere au înălţimi de 1525 m, unghiuri de taluz de 60-65o şi lungimi care variază între 1000 şi 2000 m. Unghiurile generale de taluz ale carierelor variază între 12 şi 20o în funcţie de natura rocilor din perimetrul de exploatare şi de tehnologiile de lucru aplicate. Sterilul rezultat din tranşeele de deschidere a fost transportat şi depozitat în halde exterioare, amplasate la distanţe variabile faţă de perimetrele de exploatare, funcţie de condiţiile de relief existente. În zonele de luncă, haldele au fost amplasate în imediata apropiere a conturului definitiv al carierei şi au fost construite pe verticală în mai multe trepte, înălţimea maximă de depunere în treaptă fiind de 15-20m.

Tabelul nr.1 Capacitatea de producţie şi dotarea tehnică a carierelor din Oltenia

2 2

0,8 1,7 2,5 1,5 3,5

1 1 0

4,4 0,7 1,4 1,3 0,5 0,7 0,9

0

0 2 3

0 1

2

15

1

18

1 1

5 2 5 12 2

3

9 2 5 16 4 3 3 3

3

3 2

1

0 0 1 1

0 0

1 1 1

2 0 1 1 1

1 1 3

0

1 1

1

0

1 1 1 3

1

0

1

4 4 3 2 5 1 1 1 1 3

2

0

0 1

7

1

1 1 2 4 2 1 2 1

1 1

2 2

4

2

1

1

1

14

5

3

5 2 3 10 2 1 2 2

1

28 28 42 70 48 42 90 9 23 7 18 12 2 36

12,8 16,4 19,4 35,8 35,4 26,8 62,2 6,1 15,2 12,6 8,4 20,2

1

9

98

62,5

1

1

3

1

2

1

4

2

3 2

2 1

7 3

1

1

1

1

1

3

42 10 15 67 30 17 18 13

24,2 6 9,4 39,6 14,3 5,6 6,7 4,6

2

4

2

8

78

31,2

0 1

6 2 2 4 3 2 5

Km bandă

1

TRANSPORTOARE Nr. benzi

4 1 1 2 1 1 2

2

1 1 2 1 1 2

3 3 4 7 4 3 7 2 3 3 3 3

Total

2

MH 6300.95 MH 12500.95 Total

MH 4400.60

Total

Erc 1400

SRs 2000 0

1 1

De scos

3,5 2,5

5

5 6 6 12 8 8 16 2 4 4 3 5

De depus

0

5 1 6 7 8 6 14 2 3 3 2 5

Combinate

5

MH 6500.90

2,2 2,3 2,5

MAŞINI DE DEPOZIT

MAŞINI DE HALDAT MH 4400.95 MH 4400.170 MH 6500.60

Mehedinţi Lupoaia Roşiuţa E.M.C.Motru Jilţ Sud Jilţ Nord EMC Jilţ Gârla Rovinari Est Tismana I Tismana II Pinoasa EMC Rovinari Roşia Peşteana Sud Peşteana Nord EMC Roşia Olteţ Berbeşti Vest Panga Ruget EMC Berbeşti SNLO SA Tg.Jiu

SRs 1300

CARIERA

Capacitatea de producţie [mil.t/an] SRs 470

EXCAVATOARE

2

6

0

7

0

13

1

0

0

0

6

0

0

7

8

8

60

4

80

4

1

7

2

28

4

2

48 13 18 8

39 431 244,1

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


16

Depresiunea Getică, care cantonează zăcămintele de lignit, formează un bazin hidrografic, de mari dimensiuni în care se întâlnesc sisteme acvifere ale căror caracteristici sunt dependente de poziţia lor în coloana stratigrafică, de litologia şi grosimea stratelor şi bancurilor de nisip, de modul de alimentare cu apă şi de debitul acestora. Bazinul hidrografic are o zonă întinsă de alimentare situată la extremităţile sale de vest şi de nord, dar şi în cuprinsul său pe văile Motru, Jilţ, Jiu, Gilort, Amaradia, etc., iar lipsa unor zone de descărcare a condus la formarea unor mari acumulări de apă sub forma unor orizonturi şi complexe acvifere de mare extindere. Datorită structurii geologice a zăcământului, complexitatea condiţiilor hidrogeologice creşte de la vest spre est şi de la nord spre sud. Din punct de vedere hidrogeologic în structura stratigrafică a zăcămintelor de cărbuni din Oltenia se remarcă prezenţa a două orizonturi bine individualizate – orizontul acvifer freatic şi orizontul acvifer din culcuşul stratului IV şi a unui complex acvifer constituit din şapte orizonturi acvifere bine individualizate între ele şi fiecare în parte. Orizontul acvifer freatic este dezvoltat în principal în luncile cursurilor de apă din zonă şi are ca arie de răspândire, extinderea depozitelor aluvionare constituite din nisipuri şi prundişuri acoperite uneori cu un nivel de argile, care le ecranează şi imprimă apelor un caracter slab captiv. Are grosimea de 5-20 m şi coeficienţi de filtrare de 1,8-12,5 m/zi. Nivelul hidrostatic al acestui orizont se situează la adâncimi de 4,5-6,0 m, în funcţie de posibilităţile de alimentare cu apă. Cercetările hidrogeologice efectuate asupra orizonturilor acvifere de adâncime au pus în evidenţă următoarele complexe acvifere în formaţiunile daciene şi romaniene. Orizontul acvifer din culcuşul stratului IV este dezvoltat în nisipurile fine sau grosiere dintre stratele I şi IV întrucât stratele de cărbuni II şi III au zone întinse de nesedimentare, iar nivele de argilă fiind subţiri, orizontul dintre stratele III şi IV comunică cu orizonturile din culcuş, din punct de vedere hidraulic. El are extindere regională şi presiuni de 15 la 165 m col H2O cu rezervele de apă practic inepuizabile. Nivelul hidrostatic variază între -148 şi -186, fiind mai ridicat în partea de vest a regiunii. Iniţial în lunca Jiului şi Motrului a avut caracter artezian, dar, datorită lucrărilor de asecare, mai are acest caracter doar în zonele joase de luncă.

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

Coeficientul de filtrare are valoare medie în jur de 1,0÷7,5 m/zi, însă cu variaţii mari în funcţie de constituţia litologică a nisipurilor. Orizontul acvifer din intervalul stratelor IV-V este alcătuit din una sau două lentile cu extindere variabilă, alcătuite din nisipuri fine, rar medii sau grosiere. Nivelele piezometrice cele mai ridicate au fost puse în evidenţă în partea de nordvest a perimetrului Roşiuţa, iar cele mai coborâte în zona Peşteana. Datorită zonelor întinse de nesedimentare şi grosimi reduse a stratului IV, iar nivelele de argilă fiind subţiri şi inegal dezvoltate, în culcuşul stratului IV există mari suprafeţe unde acest acvifer comunică hidraulic cu orizontul artezian. Orizontul acvifer din complexul stratului V este cantonat între bancurile de cărbune ale stratului V, putând atinge grosimi până la 15 m, fiind constituit din nisipuri fine, argiloase sau prăfoase. Faţă de stratele de cărbune V inferior şi V superior orizontul acvifer este în general separat prin ecrane impermeabile, dar există şi zone în care vine în contact direct. Debitele sunt reduse la 0,1-2 litri/sec, iar coeficienţii de filtrare se cifrează la 0,20,3 m/zi. Orizontul acvifer din intervalul stratelor VVI se dezvoltă în întreaga regiune, însă cu grosimi mici şi răspândire lentiliformă în nord. În toată zona sudică, el se dezvoltă ca strat de 20-30 m grosime, cu extindere generală constituind unul din orizonturile acvifere principale ale zonei, datorită extinderii şi grosimii sale. În general, acest orizont este alcătuit din 1-2 bancuri, care în sud se unesc şi ocupă întregul interval dintre stratele V şi VI. Litologic este constituit din nisipuri fine, uneori cu elemente de pietriş, nisipuri prăfoase. Nivelele hidrostatice variază între +136,10 m şi 248,37 m. Orizontul acvifer din intervalul stratelor VI-VII este alcătuit din 1-3 bancuri de nisip cu grosimea totală cuprinsă între 0,3-14 m, cu răspândire limitată. Litologia acestui orizont este alcătuit din nisipuri fine argiloase. Este un orizont captiv cu nivelul piezometric cuprins între 156,48 m şi 250,2 m, cu coeficientul de filtrare de 0,17-1,77 m/zi. Orizontul acvifer din intervalul stratelor VII-VIII este construit din mai multe bancuri de nisipuri acvifere cu dezvoltare neuniformă. Din punct de vedere litologic, predomină nisipurile prăfoase, subordonat nisipuri fine şi medii. Alimentarea acestui acvifer sa face din apele de precipitaţie prin capetele de strat sau din orizontul freatic. Orizontul acvifer din intervalul stratelor VIII-X este alcătuit din 1-4 bancuri de nisip cu răspândire neuniformă. Litologic, complexul


17

acvifer VIII-X este constituit din nisipuri fine, prăfoase, argiloase. Orizontul acvifer este separat de stratele de cărbune prin ecrane protectoare de argilă în majoritatea cazurilor, însă în toate perimetrele se întâlnesc şi zone în care nisipurile se găsesc la distanţă mai mică de 1,0 m de stratele de cărbune sau vin în contact direct cu acestea. Orizontul acvifer din acoperişul stratului X este cantonat în pachetul de nisipuri şi este situat în cea mai mare parte a regiunii deasupra bazei de eroziune, pe versanţii văilor. Grosimea nisipurilor variază de la câţiva centimetri la peste 20 m, fiind în corelaţie directă cu gradul de erodare al regiunii, grosimile cele mai mari fiind rezultate din însumarea startelor de nisipuri din crestele de deal. Litologic, aceste strate sunt alcătuite din nisipuri prăfoase şi argiloase.

Datorită poziţiei sale deasupra bazei locale de eroziune, acest orizont se caracterizează prin condiţii hidrologice mai uşoare comparativ cu orizonturile inferioare. Coeficientul de filtrare este cuprins între 0,08-0,60 m/zi. Principalii parametrii hidrogeologici ai stratelor acvifere de adâncime cercetate prin forajele hidrogeologice prezintă variaţii importante, reflectând atât variaţiile constituţiei granulometrice a orizonturilor nisipoase în care sunt cantonate, cât şi potenţialul de alimentare diferit al stratelor acvifere respective şi poziţia zonelor de alimentare Pentru a ilustra acest lucru se redau în tabelul nr.2 parametrii hidrogeologici pentru principalele cariere şi orizonturi acvifere din bazinele carbonifere ale Olteniei. Tabelul nr.2

Parametrii hidrogeologici ai orizonturilor acvifere din principalele perimetre de exploatare a lignitului din Oltenia

Cariere Orizonturile acvifere 0

Roşia de Jiu

Pinoasa

Rovinari Est

Peşteana Nord

orizontul freatic complex VI complex V-VI culcuş V şi artezian freatic complex VI-X interval V-VI culcuş V şi artezian freatic complex V-VIII culcuş V şi artezian freatic complex V-VI artezian freatic complex VI-XII

PARAMETRII HIDROGEOLOGICI Coef. Coef. Caracterul Gradul Presiunea Coef.afluxului Debitul Grosmiea de capacităţii apelor de apă specific ecranului detectonizare piezometrică filtrare de cedare subterane [m3/t] [m3/zi] [m] [accid./ha] [mcolH2O] [m/zi] [%]

1

2

3

4

5

6

7

8

nivel liber

10-15

0,2-0,3

-

2

30-150

-

lipsă

ascensional 0,1-1,0

0,05-0,1

10-30

1

10-80

0-4,0

lipsă

ascensional 0,3-2,3

0,1-0,15

70-100

1

8-60

10-5,0

lipsă

artezian

1,0-3,0

0,1-0,18

70-200

2

20-100

5,0-20,0

lipsă

nivel liber

1-5

0,2-0,3

-

0

1-5

-

redus

-

1

1-15

5,0-7,0

redus

0

10-30

1

5-15

2,0-8,0

redus

nivel liber 0,1-1,0 0,005-0,1 ascensional 0,3-2,0 artezian

1,0-3,0

0

40-100

2

5-20

5,0-20,0

redus

nivel liber

3-8

0,2-0,3

-

0

5-15

-

moderat

-

1

5-10

1,0-4,0

moderat

nivel liber 0,3-1,0 0,005-0,1 artezian

1,0-3,0

0

50-150

2

10-50

10-20

moderat

nivel liber

15-20

0,2-3,0

-

1

30-200

-

redus

ascensional 0,3-1,0

0,05-0,1

50-80

1

5-50

0-10

redus

1,0-3,0 3-8

0 0,2-0,25

70-150 -

2 0

10-70 5-15

5-15 -

redus redus

0,1-0,8

0,05-0,1

5-15

1

3-5

0-5

redus

0,2-1,0

0,05-0,1

20-40

1

5-10

0-15

redus

4-6

0,2-0,25

-

-

-

-

lipsă

0,1-0,5

0,05-0,1

-

0

3-5

0-5

lipsă

0,2-1,0

0,05-0,1

0-5

1

2-5

0-10

lipsă

artezian nivel liber lentiliform captiv Jilţ Sud sub culcuş VI presiune freatic nivel liber complex lentiliform Lupoaia V-XII nivel liber culcuş lentiliform str.V ascensional

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


18

În urma cercetărilor efectuate, în fiecare din bazinele miniere, rezultă că o mare parte din zăcămintele din Oltenia se încadrează din punct de vedere hidrogeologic în grupa zăcămintelor cu condiţii grele datorită următoarelor caracteristici: • Stratele de lignit sunt cantonate între roci coezive moi – argile şi marne şi roci necoezive – nisipuri fine, medii ş grosiere; • Unele strate de lignit au deasupra mai multe strate şi orizonturi acvifere; • Există diferenţe mari între orizonturile acvifere din punct de vedere a valorii coeficienţilor de filtrare: valori mici kf < 1,0 m/zi; valori medii kf = 1 – 3,0 m/zi şi valori mari kf > 3,0 m/zi. • Grosimea orizonturilor acvifere variază de la grosimi mici (< 5 m) până la grosimi mari (> 15 m). • Presiunile apelor subterane sunt de asemenea variate, având valori medii (P = 10-30 m col H2O) până la mari şi foarte mari (P> 30 m col H2O). • În cazul unor orizonturi acvifere predomină rezervele statice de apă (orizonturile acvifere din apropierea stratelor exploatabile de lignit), iar în cazul altora predomină resursele dinamice (orizontul freatic şi orizontul artezian din culcuşul str.V cărbune). Exploatarea stratelor de lignit din bazinele miniere ale Olteniei a fost şi este condiţionată de executarea lucrărilor de asecare care au drept scop: - mărirea stabilităţii taluzelor şi tranşeelor de deschidere a carierelor, a treptelor de lucru şi a marginilor carierelor şi haldelor de steril; - preîntâmpinarea fenomenelor legate de ieşirea apelor subterane în taluzele treptelor care să ducă la

sufozii masive a rocilor nisipoase, urmate de fenomene de instabilitate: - preîntâmpinarea pătrunderii apelor arteziene pe vatra carierelor din culcuşul stratului V cărbune. Datorită condiţiilor hidogeologice grele şi foarte grele în care se află, asecarea câmpurilor carierelor din Oltenia se realizează în două etape şi anume: Asecarea preliminară, care precede lucrările miniere cu cca. 1-2 ani şi care este necesară pentru a asigura securitatea lucrărilor miniere în cursul executării lor. În această etapă se realizează: ¾ asecarea completă a depozitelor aluvionare în care se sapă tranşee de deschidere; ¾ reducerea presiunii apelor arteziene din intercalaţiile nisipoase ale complexului cărbunos, cât mai mult posibil, până la asecarea totală, şi ¾ reducerea presiunilor apelor arteziene din culcuşul stratului V cărbune până la valori care să nu permită străpungerea ecranului protector. Asecarea paralelă, se realizează concomitent cu exploatarea zăcământului de lignit, în vederea reducerii în continuare a presiunilor apelor arteziene din culcuşul stratului V cărbune şi a asecării depline, în avans, a aluviunilor şi nisipurilor acvifere din complexul cărbunos. Ca lucrări de asecare se folosesc lucrările de suprafaţă, respectiv tranşeele de asecare pentru orizontul freatic, fig.6, forajele de marea diametru şi adâncime, dotate cu pompe submersibile, fig.7, pentru asecarea formaţiunilor acvifere din complexul productiv şi forajele fără filtru, cu erupţie liberă la nivelul vetrei carierelor, fig.8.

Fig. 6. Asecarea cu tranşee executate în faţa frontului de lucru 1-tranşee de asecare; 2-treaptă de lucru; 3-rocă impermeabilă.

Tranşeele de asecare folosite au o adâncime de 8÷12 m şi asigură debite evacuate din masiv de aproximativ 50-250 m3/h. Forajele de asecare au fost plasate într-o reţea de 200x100 m, iar adâncimea acestora a fost funcţie directă de grosimea medie a orizonturilor acvifere deschise prin forajele de drenare şi care a variat între 35-50 m. Debitul total de apă evacuat dintr-un perimetru de exploatare a fost funcţie de numărul forajelor în funcţiune şi caracteristicile orizontului acvifer supus asecării ajungând până la 450-500 m3/h. Revista Minelor - nr. 4 / 2011

Forajele fără filtru, cu erupţie liberă la nivelul vetrei carierei, au fost plasate în zonele cele mai joase ale carierelor, acolo unde acviferul de drenat avea apă sub presiune şi acoperişul acestuia era constituit din roci rezistente care permiteau realizarea şi stabilitatea în timp a cavernei care se forma datorită funcţionării forajului. Debitul unui asemenea foraj a variat între 60-180 m3/h. Până în prezent din perimetrele miniere cu condiţiile hidrogeologice cele mai grele s-au evacuat aproximativ 14,0 metri cubi de apă pe tona de cărbune extras.


19

Fig. 7. Asecarea cu foraje de mare diametru dotate cu pompe submersibile

Prezenţa în culcuşul stratului V cărbune a unui orizont acvifer cu caracter artezian şi ascensional, practic cu rezerve de apă inepuizabile, impunea găsirea unei soluţii tehnice care să asigure exploatarea în siguranţă a acestui strat de lignit care numai în Bazinul Rovinari cantonează o rezervă de bilanţ de peste 300 milioane tone. În mod practic se pune problema detensionării orizontului acvifer din culcuşul stratului V cărbune şi determinarea deschiderii vetrei carierei, până la limita evitării ruperii ecranului protector. O eventuală rupere a ecranului protector ar fi avut drept consecinţă pătrunderea apei în mod dezordonat în carieră şi compromiterea totală şi definitivă a acesteia. Dimensionarea deschiderii carierelor la vatră

Fig. 8 Detensionarea orizontului acvifer sub presiune cu ajutorul forajelor fără filtru

măsurători să se ajungă la o corelaţie între presiunea apelor arteziene, grosimea ecranului de protecţie din vatra carierei şi deschiderea carierei la vatră pentru desfăşurarea procesului tehnologic în deplină siguranţă. Neputându-se influenţa grosimea ecranului a trebuit acţionat asupra celorlalţi parametrii şi anume: detensionarea orizontului acvifer artezian la valori admisibile şi reducerea deschiderii la vatră a carierei, fig.9. Pentru detensionarea stratului acvifer sub presiune a fost pusă la punct tehnologia de lucru cu foraje fără filtre cu erupţie liberă la nivelul vetrei carierei care s-au dovedit a fi eficiente atât din punct de vedere hidrodinamic cât şi din punct de vedere tehnico-material; ele au o construcţie simplă şi o tehnicitate redusă şi ca urmare necesită costuri mai reduse în raport cu forajele clasice cu filtre.

În carierele cu ape arteziene în vatra zăcământului a fost necesar ca prin calcule şi

Fig. 9 Dimensionarea deschiderii vetrei carierei

Prezenţa unor roci acvifere cu ape sub presiune în culcuşul zăcământului, face ca rezistenţa acestui culcuş să scadă sub valorile normale pentru aceleaşi roci în stare nesaturată, şi dacă ecranul protector impermeabil este prea subţire presiunea apei poate produce bombarea şi chiar ruperea culcuşului, cu consecinţe dintre cele

mai nefavorabile asupra continuării procesului de producţie. Pentru a se evita ruperea culcuşului sau ecranului protector va trebui satisfăcută relaţia: γ a ⋅ P ≤ γ e ⋅ he

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


20

în care: γa – greutatea specifică a apei, tf/m3; P – presiunea hidrostatică a apei din stratul acvifer sub presiune situat sub vatra carierei, m col H2O; γe – greutatea volumetrică a rocilor din ecran, tf/m3; he – grosimea ecranului protector, m. Dacă relaţia γ a ⋅ P ≤ γ e ⋅ h e nu este satisfăcută, trebuie luate o serie de măsuri printre care şi aceea de a construi o haldă interioară cu o treaptă înaintaşă de o anumită înălţime, al cărui

taluz va păstra o anumită distanţă până la taluzul zăcământului în extragere. În mod curent în practică în cazul unui ecran protector neomogen presiunea admisibilă se calculează cu relaţia: P = 0,8 ⋅ γ e ⋅ h e , iar în cazul folosirii metodei de exploatare cu haldă interioară în care se foloseşte haldarea directă, presiunea admisibilă se poate calcula cu relaţia: Pa = 1,2 ⋅ γ e ⋅ h e , fig.10.

Fig. 10. Variaţia presiunii admisibile (Pa) a ecranului funcţie de grosimea lui în zona de luncă 1 - Pa =1,2 γehe; 2 - Pa =γehe; 3 - Pa =0,8 γehe

Pentru zonele colinare unde stratele de lignit au înclinare mai mare decât în zonele de luncă se recomandă următoarea relaţie de calcul a presiunii admisibile: Pa = 2 ⋅ σ i ⋅

h 2e b2

+ 1,2 ⋅ γ e ⋅ h e

(m col H2O)

în care: σi este rezistenţa la tracţiune a rocii, tf/m2; b – lăţimea la bază a tranşeei, m. Corelaţia dintre cei doi parametrii care intră în relaţia de mai sus se poate observa în fig.11.

Fig. 11. Variaţia presiunii admisibile (Pa) asupra ecranului în funcţie de grosimea lui (he) în zona colinară

Deschiderea vetrei (distanţa dintre cele două taluze) se poate determina în mod simplu pe baza relaţiilor cunoscute din rezistenţa materialelor. Ecranul se consideră ca o grindă încastrată – de o parte sub zăcământ şi de cealaltă parte sub haldă. Datorită presiunii uniform repartizate din culcuş, grinda va fi uniform solicitată pe toată deschiderea. Revista Minelor - nr. 4 / 2011

Momentul de încovoiere maxim, Mîmax, se realizează în cele două reazeme încastrate şi este dat de relaţia: p ⋅ L2 ⋅ b 12 2 (P − γ e ⋅ h e )L ⋅ b = 12 Mi max =

Mi max

sau (tm)


21

în care: p = P − γ e ⋅ h e este sarcina uniform distribuită în

care: P este presiunea din vatră, t/m2; L – deschiderea vetrei, m; b – lăţimea grinzii, m. Ştiind că modulul de rezistenţă este dat de relaţiile: M b ⋅ h 2e W = i max şi W = σi 6

b ⋅ h 2e (P − γ e ⋅ h e ) ⋅ L2 ⋅ b de unde: = 6 12 ⋅ σ i 2 ⋅ h 2e ⋅ σ i (m2) P − γ e ⋅ he

2 ⋅ h 2e ⋅ σ i P − γ e ⋅ he

2 e

=

(P − γ

⋅ h e ) ⋅ L2 ⋅ b 12 ⋅ σ i

e

2 ⋅ σ i ⋅ b ⋅ h 2e = P ⋅ L2 ⋅ b − γ e ⋅ h e ⋅ L2 ⋅ b

(m )

b ⋅ h 2e Mi max (P − γ e ⋅ h e ) ⋅ L2 ⋅ b = = 6 σi 12 ⋅ σ i

L=

b ⋅h 6

3

Se poate scrie:

L2 =

De cele mai multe ori, lăţimea admisă a vetrei „L” se determină pe bază de date practice. Ea variază de obicei de la 50 până la 100 m. În baza raţionamentului de mai sus se poate calcula grosimea ecranului protector pentru o anumită presiune din vatră:

2 ⋅ σ i ⋅ b ⋅ h 2e + γ e ⋅ h e ⋅ L2 ⋅ b − P ⋅ L2 ⋅ b = 0 he =

− γ e ⋅ b ⋅ L2 ±

4 ⋅ σi ⋅b h

h

γ 2e ⋅ L 4 ⋅ b 2 + 4 ⋅ 2 ⋅ σ i ⋅ b 2 ⋅ P ⋅ L 2

e

=

e

= L(

L ⋅b

γ

2 e

⋅L

2

+ 8 ⋅σ

i

⋅ P − γ∈ ⋅ L2 ⋅ b

4 ⋅σi ⋅b γ

2 e

⋅ L2 + 8 ⋅ σ 4 ⋅σ

i

⋅P − γ∈ ⋅L)

(m)

i

Model de calcul al ecranului de protecţie. Starea de eforturi şi deformaţiile ecranului protector (m)

în care pe lângă celelalte notaţii cunoscute σi (tf/m2) reprezintă rezistenţa de rupere la tracţiune a rocilor din vatra carierei.

După modul în care lucrează în condiţii reale ecranul protector ABCD fig.12, acesta poate fi asimilat cu o placă încastrată pe contur, încărcată cu o sarcină uniform distribuită, egală cu presiunea hidrostatică a acviferului.

Fig. 12. Dimensionarea ecranului protector

Pentru rezolvarea problemei se consideră mai întâi, solicitarea ecranului ca o placă simplu rezemată pe contur, încărcată cu o sarcină uniform distribuită pe toată suprafaţa, iar apoi se consideră placă încărcată cu momente încovoietoare pe contur, rezultate din sarcina distribuită şi, prin

suprapunerea efectelor, va rezulta cazul real considerat. Solicitările maxime ale ecranului protector Cu ajutorul relaţiilor stabilite pentru expresiile forţelor tăietoare şi al momentelor încovoietoare, se pot trasa diagramele de eforturi, fig.13.

Fig. 13. Diagrama de eforturi şi momente încovoietoare pentru latura scurtă a ecranului Revista Minelor - nr. 4 / 2011


22

Din diagrama de eforturi rezultă că valorile absolute maxime ale solicitărilor ecranului protector se realizează în secţiunile din încastrare, unde Txmax = 0,5· p·L şi Mxmax = 0,0833·p·L2. Aceasta justifică parţial faptul că în unele lucrări de specialitate se consideră că ecranul protector cedează prin forfecarea în încastrare. În realitate este vorba de o solicitare compusă cu eforturile unitare: Tx max 0,5 ⋅ p ⋅ L p ⋅ L = = A h 2h 2 M 6 ⋅ 0,0833 ⋅ p ⋅ L p ⋅ L2 = x max = ≈ Wz h2 2 ⋅ h2

τ max = σ max

b ⋅ h2 în care: W z = ; 6 h2 dacă b=1 rezultă că W z = 6

A şi Wz fiind aria şi respectiv modulul de rezistenţă la încovoiere a unei plăci de lăţime unitară şi grosimea h. Ţinând cont că, pentru cazul considerat:

sau compresiune σa a materialului din care este constituit ecranul protector şi aplicând teoria eforturilor unitare tangenţiale maxime, atunci presiunea hidrostatică admisibilă la baza ecranului orizontal (β=0) se determină după cum urmează: 2 2 σ a ≥ σ max + 4 ⋅ τ max

⎛ p ⋅ L2 σa ≥ ⎜ ⎜ 2 ⋅ h2 e ⎝ σa ≥

τ max = σ max =

( γ 0 ⋅ H − γ ⋅ h ⋅ cos β) ⋅ L 2h ( γ 0 ⋅ H − γ ⋅ h ⋅ cos β) ⋅ L2 2 ⋅ h2

p ⋅L 2 ⋅ he

p=

2

2

⎞ ⎟ +4 ⎟ ⎠

2 ⋅ h2 ⋅ σa L ⋅ L2 + 4 ⋅ h 2e

p = γ 0 ⋅ H − γ e ⋅ h e ⋅ cos β

pentru β=0 p = γ 0 ⋅ H − γ e ⋅ he

γ 0 ⋅ H − γ e ⋅ he = H=

2 ⋅ h 2e ⋅ σ a L ⋅ L2 + 4 ⋅ h 2e

2 ⋅ h 2e ⋅ σ a γ e ⋅ he + γ0 γ 0 ⋅ L ⋅ L2 + 4 ⋅ h 2e

Pentru un anumit ecran, dând diferite valori lui L se obţine corelaţia dintre cei doi parametrii. Determinările de laborator pe modele şi observaţiile practice făcute de-a lungul anilor în carierele de lignit au dus la concluzia că deschiderea la vatră are o influenţă nesemnificativă asupra valorii presiunii limită admisibile pe ecranul protector, fig.14, ceea ce permite asigurarea unui decalaj destul de mare între excavarea cărbunelui şi procesul de depunere în halda interioară.

Admiţând drept criteriu de atingere a stării limită de solicitare, limita admisibilă la întindere

Fig. 14. Corelaţia între deschiderea vetrei carierei şi presiunea admisibilă pe ecranul protector

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

⎛ L ⎜ ⎜h ⎝ e

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Din care la final se obţine:

p = γ 0 ⋅ H − γ ⋅ h ⋅ cos α

în care: γ este greutatea volumetrică a rocilor; γ0 – greutatea specifică a apei; H – presiunea hidrostatică la baza ecranului protector; β – unghiul de înclinare a ecranului faţă de orizontală. atunci relaţiile de mai sus devin:

2

⎞ ⎟ + 4⎛⎜ p ⋅ L ⎜2⋅h ⎟ e ⎝ ⎠


23

În zonele unde ecranele de protecţie au grosimi reduse, sunt necesare măsuri speciale de lucru după cum urmează: - utilajele de excavare şi haldare de la ultima treaptă nu se vor deplasa pe ecranul deschis (descopertat), ci pe subtrepte de lucru; - prin foraje de hidroobservaţie se vor urmării variaţiile presiunii zonei acvifere, putându-se lua măsuri pentru reducerea acesteia; - îndesirea forajelor de detensionare pentru menţinerea nivelului hidrostatic la valori admisibile; - deschiderea la vatră nu va depăşi 50 m, iar vatra carierei va fi acoperită cu drenuri amenajate sau cu pat filtrant creat din balast de 50-60 cm grosime; - în situaţii speciale cu grosimi mici ale ecranului se va lăsa pe vatra carierei bancuri de substanţă minerală utilă protectoare şi se va reduce decalajul între front şi haldă. Încheiem prin a arăta că măsurile luate în condiţii de şantier pentru reducerea presiunii orizontului artezian asupra ecranului protector şi prin modul de conducere a procesului tehnologic, activitatea în cariere s-a desfăşurat dea lungul anilor în mod economic şi în deplină siguranţă.

Bibliografie 1. Băican, G. Contribuţii la dezvoltarea tehnologiilor de exploatare a stratelor de lignit situate în condiţii hidrogeologice grele. Teză de doctorat, Universitatea din Petroşani, 1998. 2. Fodor, D., Rotunjanu, I., Băican, G. Influenţa activităţii miniere din regiunea Olteniei asupra resurselor şi calităţii apelor subterane. Revista Minelor nr.1/1996. 3. Fodor, D. Exploatarea zăcămintelor de minerale şi roci utile prin lucrările la zi. Ed. Tehnică Bucureşti, 1995. 4. Fodor, D., Băican, G. Detensionarea orizontului acvifer captiv prin aplicarea forajelor cu erupţie liberă în Bazinul Minier Rovinari. Revista Minelor nr.10/2010. 5. Poboran, V., Gonteanu, Z., Matei, I. Dimensionarea treptelor de haldă interioară I.M.Rovinari. Revista Minelor nr.2/1964.

la

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


24

O NOUĂ FUNCŢIE DE PROFIL PENTRU EVALUAREA SCUFUNDĂRII TERENULUI ÎN CAZUL EXPLOATĂRII SUBTERANE A STRATELOR DE CĂRBUNI Dacian MARIAN*, Ilie ONICA**, Eugen COZMA** Abstract The Petroşani Hard Coal Basin of Romania contains a balance reserve of about one billion tonnes of coal. After the year 1990, in conformity with the new demands of the market economy, the coal production of this basin was reduced to about 3.5 million tonnes per year. In these conditions has arisen the necessity of revaluation of the impact produced by the underground mining on the ground surface; to determine the development of the subsidence phenomenon in view to elaborate some of the prevention methodologies and the design of the safety pillars for some objectives situated on the surface and underground. Therefore, besides starting the new subsidence and displacement measurements, in the first stage, we proceeded to analyse the old measurements achieved at the Hard Coal Company level, along the time, in different mining fields. Having in view the great diversity of the geo-mining conditions of the mined zones (thick coal seams with gentle and great dip, situated at the variable depths), the most significant cases were taken in study. After the analysis of these measurements, it was elaborated a special time dependent profile function for the conditions of gentle and medium dip seams, as Uricani mine, and generalized for the great dip mines, as Vulcan, Lonea, Petrila, Dâlja mines, with a very good precision of the results. Also, for all these mines, was modified the profile function elaborated by Peng and Chen [22] for Northern Appalachian Coalfield, taking into account the time factor. Bazinul carbonifer Valea Jiului Bazinul carbonifer Petroşani conţine cel mai important zăcământ de huilă din România, cu o rezerva de bilanţ de aproape un miliard de tone. Acest zăcământ a fost cunoscut şi exploatat încă din anul 1788, de pe vremea imperiului austro-ungar [1]. Însă, exploatarea intensivă a acestui zăcământ a început odată cu industrializarea României, după cel de-al doilea război mondial, ajungând ca după anul 1980 capacitatea de producţie să depăşească 910 milioane tone pe an [1], [23]. Datorită restructurării industriei româneşti, după anul 1990, în conformitate cu noile cerinţe ale ____________________________________ *Dr.ing. Universitatea din Petroşani **Prof. univ.dr.ing. Universitatea din Petroşani Revista Minelor - nr. 4 / 2011

economiei de piaţă, producţia din acest bazin a ajuns la cca. 3,5 milioane tone pe an. De la început, acest zăcământ a fost delimitat în 16 câmpuri miniere care, în urma mai multor etape succesive de reorganizare şi de închidere, au rămas în activitate doar 7 câmpuri miniere. Tectonica complicată a zăcămintelor de cărbuni determină delimitarea acestora în blocuri geologice cu extindere redusă (cele mai multe dintre ele variind între 200 şi 300m) şi dificultăţi tehnice în extragerea acestora. Mai mult decât atât, apar emanaţii de metan (peste 10 – 15 m3 de metan pe tonă) şi o tendinţă accentuată spre autoaprindere [1], [23]. În acest perimetru, prin lucrările de cercetare geologică, a fost identificat un număr de 18 strate, dintre care cea mai mare importanţă economică o reprezintă stratul 3 (48%) şi stratul 5 (12%). Complexul sedimentar, în care sunt prezente aceste strate, este format din depozite ce aparţin cretacicului superior, paleogenului, neogenului şi cuaternarului [23]. Deoarece geneza zăcământului este sedimentară, cele mai frecvente roci în acest bazin sunt: calcare, marne, argile, gresii argiloase sau marnoase, conglomerate etc., a căror rezistenţă este între 15 – 16 MPa şi chiar peste 50 – 60 MPa. În principal, rocile au o stabilitate relativ redusă [4], [16], [25]. Obiectul acestui studiu constă în analiza influenţei exploatării subterane a stratului 3 asupra suprafeţei în cazul minelor Uricani, Vulcan, Lonea, Petrila şi Dâlja, utilizând o nouă funcţie de profil. Funcţiile de profil Scufundarea este o consecinţă inevitabilă a exploatării subterane – poate fi redusă şi locală sau extinsă pe o suprafaţă mare, poate fi imediată sau dezvoltată în timp, pe parcursul mai multor ani. Scufundarea minieră poate fi definită ca o mişcare a terenului care apare datorită prăbuşirii rocilor acoperitoare în golurile de exploatare [24]. Scufundarea are următoarele componente majore: scufundarea, deplasarea orizontală, înclinarea, curbura şi deformaţia specifică orizontală. De asemenea, există mai multe terminologii utilizate pentru definirea caracteristicilor unui profil de scufundare într-o secţiune transversală principală: unghiurile de scufundare, unghiurile critice de scufundare,


25

unghiurile de rupere, punctele de inflexiune şi raza de influenţă majoră [21]. Factorii care determină deformarea finală a suprafeţei sunt următorii: proprietăţile fizice ale rocilor din acoperiş, dimensiunile spaţiului exploatat, adâncimea de exploatare (adâncimea de exploatare şi înălţimea exploatată, adâncimea de exploatare şi lăţimea exploatată), exploatarea mai multor panouri, topografia suprafeţei, timpul [21], geologia rocilor de la suprafaţă, discontinuităţile geologice, fracturile şi clivajul, apa subterană, nivelul apei şi fluctuaţiile acesteia, metoda de exploatare, viteza de avansare a frontului, umplerea golurilor, etc. [24]. Obiectivele principale ale ingineriei scufundărilor sunt: 1) prognoza deplasării terenului; 2) determinarea efectului acestor deplasări asupra structurilor şi resurselor regenerabile; 3) minimizarea daunelor provocate de fenomenele de scufundare [24]. Tehnicile de prognoză a scufundării existente se împart în două categorii de bază şi anume: empirice şi fenomenologice. Metodele empirice de prognoză a scufundării ca urmare a exploatării subterane se împart în următoarele: 1) grafice; 2) funcţii de profil; 3) funcţii de influenţă. Funcţiile de profil implică derivarea unei funcţii matematice care poate fi folosită pentru a aproxima profilul complet al albiei de scufundare de la suprafaţă. Diferă de abordarea fenomenologică prin faptul că, constrângerile utilizate în funcţia de profil sunt derivate empiric din datele rezultate din observaţiile din teren [24]. Această metodă poate fi aplicată la condiţii geologice diferite, modificând valorile constantelor. Funcţiile de profil au fost aplicate cu succes în mai multe ţări precum: Polonia, Ungaria, Uniunea Sovietică şi Statele Unite etc. [24] şi în România. Ca exemple de funcţii de profil sunt următoarele [24]: Arie de exploatare critică: -Funcţia de profil „hiperbolică”: UK [6], [27]

W (x ) =

⎡ 1 ⎛ c ⋅ x ⎞⎤ ⋅ Wmax ⋅ ⎢1 − tanh⎜ ⎟⎥ 2 ⎝ B ⎠⎦ ⎣

-Funcţia de profil Superioară[7]

„eroare”:

(1)

Polonia/Silezia

( )

⎧ ⎡ 2 1 ⎤⎫ W (x) = ⋅ Wmax ⋅ ⎨1 − ⎢ 1/ 2 ∫0ln x / B exp − u 2 ⋅ du⎥⎬ (2) 2 ⎦⎭ ⎩ ⎣π

-Funcţia de profil „exponenţială”: Ungaria [10], [11]

⎡ ⎛ 1 ⎞ ( x + B )2 ⎤ W ( x ) = Wmax ⋅ exp ⎢− ⎜ ⎟ ⋅ ⎥ (3) B 2 ⎦⎥ ⎣⎢ ⎝ 2 ⎠ SUA/Appalachia [22]

⎡ ⎛ c ⋅ x ⎞d ⎤ W ( x ) = Wmax ⋅ exp ⎢− ⎜ ⎟ ⎥ ⎢⎣ ⎝ B ⎠ ⎥⎦ -Funcţia de profil trigonometrică: URSS/Doneţ, Institutul Topografie Minieră [2]

(4)

General

de

⎡ ⎛ x⎞ ⎛1⎞ 1 ⎛ π ⋅ x ⎞⎤ W (x ) = ⋅Wmax ⋅ ⎢1 − ⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ ⋅ sin⎜ ⎟⎥ (5) 2 ⎝ B ⎠⎦ ⎣ ⎝ B ⎠ ⎝π ⎠ Hoffman [5]

⎡⎛ π ⎞ ⎛ x ⎞⎤ W ( x ) = Wmax ⋅ sin 2 ⎢⎜ ⎟ ⋅ ⎜ − 1⎟⎥ (6) ⎣⎝ 4 ⎠ ⎝ B ⎠⎦ Arie de exploatare subcritică -Funcţia de profil trigonometrică: USSR/Donets, Institutul Topografie Minieră[2]

General

de

⎡ 1 − n2 2 ⎤ ⋅ ⎢n 2 ⋅ A + ⋅ B ⎥ (7) 4 ⎣ ⎦ sin 2 ⋅ π ⋅ x ⎞ ⎛ A = ⎜1 − x + ⎟ 2 ⋅π ⎠ ⎝ B = (1 + cos π ⋅ x )

W (x) = Wmax (n1 , n2 )

1/ 2

unde:

-Funcţia de profil Hiperbolică: Polonia/ Silezia Superioară [8], [26]

1 2 ⋅ (x + w) 2⋅ x⎤ ⎡ (8) W ( x ) = ⋅Wmax ⋅ ⎢tanh − tanh 2 B B ⎥⎦ ⎣

unde: x este distanţa orizontală; c – constantă arbitrară; B – raza ariei de exploatare critică; u – variabila de integrare; w – lăţimea panoului; W(x) – funcţia de profil; Wmax – scufundarea maximă posibilă; n1, n2 – coeficienţi funcţie de lăţimea exploatată/adâncimea de exploatare; n – n1 sau n2 funcţie de latura panoului. Analiza fenomenului de scufundare în cazul stratului 3, bloc V, panoul 1, mina Uricani Urmărirea deplasării şi deformării suprafeţei terenului sub influenţa exploatării subterane la mina Uricani se realizează prin intermediul unei staţii de urmărire formată din 10 repere (lungimea totală a acestei staţii fiind de 563,6m). Revista Minelor - nr. 4 / 2011


26

este funcţia deplasărilor verticale; T(x) – funcţia înclinărilor; K(x) – funcţia curburii. Astfel, albia de scufundare măsurată a fost analizată statistic [12], [15] cu ajutorul unei funcţii de profil nou elaborată care are următoarea formă [9]:

Observaţiile topografice au fost efectuate din 3 în 3 luni, începând cu luna octombrie 2007. Această staţie de urmărire furnizează date cu privire la deplasarea şi deformarea suprafeţei terenului în urma exploatării stratului 3, blocul V, panoul 1 (Fig. 1).

W ( x ) = a ⋅ x b ⋅ e − c⋅ x

(9) unde: a, b şi c sunt coeficienţii de regresie. Între aceste funcţii există următoarele corelaţii matematice, şi anume [14] (Onica, 2001):

T (x ) =

dW d 2W ; K (x ) = dx dx 2

(10)

Ţinând cont de corelaţiile precedente, în funcţie de parametrii de regresie, pot fi stabilite ecuaţiile celorlalţi parametrii ai albiei de scufundare. T ( x) =

Fig.1. Staţia de urmărire a deplasării suprafeţei terenului, la mina Uricani

dW ( x ) a ⋅ x ( b −1) = ⋅ ( b − c ⋅ x ) (11) dx e c⋅x

Pentru T ( x) =

Exploatarea stratului gros cu înclinare redusă (de sub 10o) s-a realizat cu banc de cărbune subminat, pe toată grosimea acestuia (de 10m), cu front lung de abataj, cu lungimea medie de 90m şi extinderea panoului de 354m. Exploatarea acestui panou a început în anul 2003 şi s-a încheiat în ultima jumătate a anului 2007. Pe lângă deplasarea orizontală U, în mm, şi deformaţia specifică orizontală ε , în mm/m, alţi parametrii importanţi care definesc albia de scufundare sunt: scufundarea sau deplasarea orizontală W, în mm; înclinarea, T, în mm/m; curbura, K, în m-1 [14]. Studiind aceşti parametrii, se observă că între ei există anumite dependenţe şi anume: deplasările verticale sunt maxime atunci când înclinarea este zero şi prezintă un punct de inflexiune pentru o valoare maximă a înclinării (în punctul în care curbura albiei de scufundare este zero). Pentru exprimarea matematică a acestor dependenţe vom defini următoarele funcţii: W(x)

distanţa x =

dW ( x) = 0 , respectiv la dx

b rezultă scufundarea maximă: c b

⎛b⎞ Wmax = a ⋅ ⎜ ⎟ ⋅ e −b ⎝c⎠

(12)

De asemenea, funcţia curburii albiei de scufundare este:

d 2W ( x) K ( x) = = a ⋅ x (b − 2) ⋅ e −c⋅x ⋅ A (13) 2 dx 2 ⎤ ⎡ b unde: A = ⎢ c 2 ⋅ ⎛⎜ x − ⎞⎟ − b ⎥ c⎠ ⎝ ⎥⎦ ⎢⎣ Punctele de inflexiune x1 şi x2 ale curbei deplasărilor verticale (pentru K ( x) = 0 ) sunt:

x1, 2 =

b∓ b c

Tabelul 1 Coeficienţii de regresie a, b şi c şi coeficientul de determinare R2

b

c

R2

4,201 ⋅ 10 -30

14,784333

0,041864

0,984

4,6

6,279 ⋅ 10

11,414900

0,032404

0,986

7,7

2,494 ⋅ 10 -19

9,696927

0,026632

0,985

05.09.2008

10,3

1,858 ⋅ 10

-15

7,950222

0,022357

0,985

15.11.2008

12,7

1,152 ⋅ 10 -14

7,592713

0,021372

0,983

16,5

1,041 ⋅ 10

12.06.2009 15.09.2009

Data

Timp – t (Luni)

a

03.12.2007

1,25

15.03.2008 16.06.2008

12.03.2009

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

-23

-14

7,637613

0,021582

0,968

19,5

2,522 ⋅ 10

-14

7,460140

0,020980

0,961

22,7

7,914 ⋅ 10 -14

7,247970

0,020503

0,956


27

În cazul stratului 3, blocul V, panoul 1, mina Uricani, coeficienţii a, b şi c obţinuţi pentru fiecare albie de scufundare parţială, precum şi pătratul coeficientului de corelaţie a fiecărei ecuaţii R2 pentru ecuaţia (9) sunt prezentate în Tabelul 1. Pentru a introduce variabila timp în această funcţie de profil s-a făcut regresia tuturor coeficienţilor de regresie, prezentaţi în Tabelul 3, în funcţie de timpul t. Astfel încât a rezultat o nouă funcţie de profil generalizată, dependentă de timp, care are forma [9]:

-20

0

100

200

300

400

W (x, t) = a1 ⋅ t a2 ⋅ xb1⋅ln(t )+b2 ⋅ e−(c1⋅ln(t )+c2 )⋅x

(14) unde: x este distanţa măsurată de la limita bazinului de scufundare; t–timpul;

a1 = 2 ⋅ 10 −31 ; b1 = −2,593; c1 = −0,0074 a 2 = 12,936; b2 = 15,365; c 2 = 0,0435

sunt

coeficienţii de regresie ai funcţiei generalizate. Curbele scufundărilor măsurate în timp precum şi aproximarea statistică a acestora cu ajutorul funcţiei de profil generalizate, dependente de timp, sunt reprezentate în figura 2.

500

600

700

800

900

1000

0

Scufundarea W (mm)

20 40 60 80 100 120 140 160 180

Masuratori Regresie

Distanţa x (m)

Fig. 2. Curbele reale ale scufundărilor şi curbele corespunzătoare ale funcţiilor de profil, în cazul stratului 3, blocul V, panoul 1, mina Uricani

În anul 1981, Peng şi Chen [21], [22] au dezvoltat următoarea funcţie exponenţială negativă a profilelor de scufundare, de-a lungul secţiunii transversale principale a bazinului de scufundare : (15) W ( x) = W max ⋅ A unde:

A = e − a⋅z

b

; Wmax este scufundarea maximă;

a, b sunt constante; z =

x ; x este distanţa s

orizontală de la origine (care este localizată în centrul profilului de scufundare); s reprezintă jumătate din lăţimea bazinului de scufundare. Pentru calculul deplasării orizontale se utilizează următoarea relaţie: U ( x) = U max ⋅ A' (16) unde: A' = − a ⋅ b ⋅ z (b−1) ⋅ A . În cazul nostru (când albia de scufundare este asimetrică) pentru a obţine profilul complet al albiei de scufundare, relaţia (15) trebuie aplicată de două ori, pentru partea stângă şi pentru partea dreaptă a albiei de scufundare măsurată. Dacă această relaţie este aplicată pentru fiecare albie de scufundare măsurată în timp, vor fi obţinuţi coeficienţii de regresie corespunzători as şi bs, pentru partea stângă a albiei de scufundare, şi ad şi bd, pentru partea

dreaptă a albiei de scufundare. Ca şi în cazul funcţiei de profil (14), pentru a introduce variabila timp în funcţia de profil a lui Peng & Chen, s-a făcut regresia coeficienţilor de regresie, în funcţie de timp. Aşadar, au fost obţinute următoarele relaţii: a)– pentru partea stângă a albiei de scufundare [9]:

W s ( x, t ) = W max ⋅ e − ms ⋅ z

ns

(17)

m s = a s1 ⋅ ln(t ) + a s 2 n s = bs1 ⋅ ln(t ) + bs 2

unde:

şi

Coeficienţii de regresie obţinuţi sunt următorii: a s1 = −0.936; a s 2 = 6.642; bs1 = −0.074; bs 2 = 2.139 (R2=0.994). b)– pentru partea dreaptă a albiei de scufundare [9]:

Wd ( x, t ) = Wmax ⋅ e − md ⋅z unde: md = ad 1 ⋅ t

ad 2

nd

şi nd = bd 1 ⋅ t

(18) bd 2

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


28

Pentru condiţiile geo-miniere de la mina Uricani, coeficienţii de regresie au următoarele valori: a d 1 = 6.964; a d 2 = −0.693; bd 1 = 4.085; bd 2 = −0.401 (R2=0.983). -20

0

100

200

Albiile de scufundare reale, în funcţie de timp, şi aproximarea statistică a acestora cu ajutorul relaţiei lui Peng & Chen modificată, în funcţie de timp, sunt reprezentate în figura 3.

300

400

500

600

0

Scufundarea W (mm)

20 40 60 80 100 120 140 160 180

Distanţa x (m) Scufundare măsurată

Peng&Chen MODIFICAT - stanga

Peng&Chen MODIFICAT - dreapta

Fig.3. Curbele scufundărilor reale şi aproximarea statistică a acestora cu ajutorul relaţiei lui Peng & Chen modificată

Din figura de mai sus se poate observa că relaţia lui Peng & Chen modificată oferă rezultate foarte bune în analiza statistică a măsurătorilor. Avantajul principal al acestei funcţii de profil modificată este că ia în considerare atât scufundarea maximă măsurată cât şi timpul. Iar ca deficienţe se pot fi menţiona următoarele: dacă staţia de urmărire a deformării terenului nu acoperă întreaga albie de scufundare funcţia de profil nu poate prognoza ce se întâmplă în afara zonei urmărite; la joncţiunea dintre cele două funcţii -20

0

200

400

600

(stânga şi dreapta), în punctul de scufundare maximă, albia de scufundare nu deţine un punct de racordare perfectă. Albia de scufundare obţinută prin modelare numerică cu elemente finite în 2D [9], [13], [17], [18], [19] în ipoteza comportamentului elastoplastic de tip Mohr-Coulomb, a fost comparată cu albia de scufundare măsurată (Fig.4), rezultând o scufundare maximă comparabilă, dar cu anumite abateri de la profilul general al albiei de scufundare.

800

1000

1200

1400

0

Scufundarea - W (mm)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Distanţa - x (m)

Măsurat 03.12.2008 Măsurat 15.11.2008 Scufundarea - Modelare FEM 2D

Măsurat 15.03.2008 Măsurat 12.03.2009 Scufundarea - Modelare FEM 3D

Măsurat 16.06.2008 Măsurat 12.06.2009

Măsurat 05.09.2008 Măsurat 15.09.2009

Fig. 4. Albia de scufundare obţinută prin modelare numerică în comparaţie cu albiile de scufundare măsurate

Pentru realizarea analizei în 2D şi 3D a stabilităţii suprafeţei terenului, afectat de exploatarea subterană a stratului gros de cărbune nr. 3, panoul 1, bloc V, de la mina Uricani s-a folosit codul CESAR-LCPC [9], [13], [17], [18], [19]. Aşadar, pentru analiza în 3D a fost creat un singur Revista Minelor - nr. 4 / 2011

model cu “goluri de exploatare”, în ipoteza comportamentului elastic al masivului de roci [9]. Albia de scufundare obţinută prin modelare numerică cu elemente finite în 3D, în elasticitate, urmărind staţia de monitorizare a deplasării terenului de la suprafaţă (fig.1) este prezentată în


29

figura 4, în comparaţie cu albia de scufundare măsurată şi cu rezultatele obţinute prin modelare numerică în 2D (în profilul principal).

De asemenea, în figura 5 este reprezentată variaţia deplasării orizontale după axa X şi în figura 6, după axa Y (transversal pe staţia de urmărire).

Deplasarea orizontală după direcţia X u (mm)

60

40

20

0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

-20

-40

-60

Distanţa - x (m)

Fig.5. Deplasarea orizontală după axa X, obţinută prin modelare numerică în 3D

Deplasarea orizontală după axa Y V (mm)

20 15 10 5 0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

-5

-10

Distanţa - x (m)

Fig.6. Deplasarea orizontală după axa Y, obţinută prin modelare numerică cu elemente finite în 3D (transversal pe staţia de urmărire)

Analiza fenomenului de scufundare în cazul stratului 3, bloc VII - VIII, abatajele 366 şi 376, de la mina Vulcan

Urmărirea deplasării suprafeţei terenului sub influenţa exploatării subterane la mina Vulcan se realizează prin intermediul unei staţii de urmărire formată din 16 repere (lungimea totală a acestei staţii fiind de 620,8m). Observaţiile topografice au fost executate din 3 în 3 luni, începând cu luna iunie 2008. Această staţie de urmărire furnizează date cu privire la deplasarea şi deformarea suprafeţei terenului în urma exploatării stratului 3, bloc VII - VIII, abatajele 366 şi 376 (Fig. 7). Stratul 3 (cu grosimea medie orizontală de 50m), aferent acestor 2 abataje frontale, a fost exploatat în felii orizontale, cu banc de cărbune

subminat. Exploatarea stratului 3 a început încă din anul 1964, utilizând exploatarea în felii orizontale descendente cu surparea rocilor din acoperiş. În urma analizei statistice a măsurătorilor şi aproximarea acestora cu ajutorul funcţiei de profil (9), apoi în urma regresiei coeficienţilor de regresie a funcţiilor specifice fiecărei faze de măsurare, s-a obţinut funcţia de profil generală (14), dependentă de timp, cu următorii coeficienţii de regresie:

a1 = 7 ⋅ 10 −132 ; b1 = −4,1863; c1 = −0,0113; a 2 = 21,23; b2 = 60,35; c 2 = 0,1363 (R2=0,950). Curbele scufundărilor, măsurate în timp, precum şi curbele de aproximare ale funcţiei de profil dependentă de timp sunt reprezentate grafic în Figura 8, unde se constată o foarte bună aproximare a măsurătorilor din teren.

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


30

Fig.7. Secţiune verticală transversală, mina Vulcan -200 0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

Scufundarea W (mm)

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Distanţa x (m)

Măsurători Regresie

Fig.8. Curbele scufundărilor reale şi ale funcţiei de profil dependente de timp, pentru cazul stratului 3, bloc VII - VIII, abatajele 366 şi 376 la mina Vulcan

Analiza fenomenului de scufundare în cazul stratelor 3 şi 5, blocul VI, de la mina Lonea

În continuare, vor fi analizate măsurătorile efectuate asupra unei staţii de urmărire mai vechi, materializată în anul 1985 de către Catedra de Topografie Minieră a Universităţii din Petroşani, fiind formată din 2 aliniamente: un aliniament direcţional, cu un singur capăt stabil format din 14 de repere de urmărire (cu o lungime totală de 380m) şi un aliniament transversal, cu un singur capăt stabil format din 35 de repere (cu o lungime totală de 558m). Aliniamentul direcţional a fost urmărit până în anul 1987, când reperul stabil al aliniamentului a dispărut, iar asupra aliniamentului transversal au fost efectuate observaţii până în anul 1996.

Această staţie de urmărire furnizează date cu privire la deplasarea şi deformarea suprafeţei terenului în urma exploatării stratelor 3 şi 5 din blocul VI (Fig. 9). Înclinarea stratelor este de cca. 30o, iar grosimea stratului 3 este de aproximativ 28 – 42m, iar a stratului 5 de cca. 4-5m (Fig. 10). Metoda de exploatare aplicată este în felii orizontale descendente, cu dirijarea presiunii prin surparea totală a rocilor înconjurătoare [3]. În mod similar cazurilor de la minele prezentate anterior, coeficienţii funcţiei generale de profil dependente de timp (14) sunt:

a1 = 3 ⋅ 10 −123 ; b1 = −8,527; c1 = −0,013716; a 2 = 46,949; b2 = 54,017; c 2 = 0,095607

(R2=0,970).

Fig. 9. Secţiune transversală prin zăcământ la Lonea Mine Revista Minelor - nr. 4 / 2011


31

Şi in acest caz se constată o bună aproximare a măsurătorilor cu ajutorul acestei funcţii de profil. Curbele scufundărilor măsurate în timp precum şi aproximarea statistică a acestora cu 0

100

200

300

400

ajutorul funcţiei generale de profil (14) sunt reprezentate grafic în Figura 10.

500

600

700

800

900

1000

0 2000

Scufundarea W (mm)

4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

Măsurători Regresie

Distanţa x (m)

Fig. 10. Curbele scufundărilor măsurate şi aproximate, funcţie de timp, în cazul stratelor 3 şi 5, blocul VI, de la mina Lonea

După cum se poate observa în Figura 10, datorită avansării în adâncime a exploatării zăcământului poziţia punctului care atinge scufundarea maximă, pentru fiecare albie de scufundare intermediară, se modifică, iar albia de scufundare se dezvoltă asimetric şi mult în lateral. Analiza fenomenului de scufundare în cazul str.3, abatajele 138 şi 139, de la mina Petrila

Măsurătorile efectuate pe aliniamentului 200, materializat în anul 1981, este format din 16 repere de urmărire, dispuse pe o distanţă de 250m. Începând cu anul 1978 exploatarea stratului 3, sub orizontul 300, s-a făcut prin metoda de exploatare în felii cu dirijarea presiunii prin surpare totală 0

50

100

150

200

orizontale la nivelul abatajelor 138 şi 139. În cursul anului 1991, în abatajul 139 s-a executat rambleierea totală la nivelul orizontului 200 [20]. Ca şi în cazurile prezentate mai sus, analiza statistică a măsurătorilor s-a realizat prin funcţia de profil (9) apoi prin funcţia generalizată dependentă de timp (14), care a condus la obţinerea următorilor coeficienţi de regresie:

a1 = 2,686 ⋅ 10 −4 ; b1 = −0,364; c1 = −0,002496; a 2 = 2,414; b2 = 2,828; c 2 = 0,019876

(R2=0,981). Curbele scufundărilor măsurate şi a celor rezultate din funcţia de profil dependentă de timp, definită de coeficienţii de mai sus, sunt reprezentate în Figura 11. 250

300

350

400

450

500

0 100 Scufundarea W (mm)

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

Distanţa x (m)

Măsurători Regresie

Fig.11. Curbele scufundărilor măsurate şi a celor aproximate cu ajutorul funcţiei de profil, pentru cazul str.3, abatajele 138 şi 139, de la mina Petrila

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


32

[3]. În acest bloc, stratul 3 are o grosime cuprinsă între 2 şi 11m şi o înclinare mare, de cca. 60 – 68o [20]. Ca şi în cazurile prezentate mai sus analiza statistică a măsurătorilor a condus la funcţia de profil (14) explicitată funcţie de timp, cu ajutorul următorilor coeficienţi de regresie:

Analiza fenomenului de scufundare în cazul stratului 3, blocul III, de la mina Dâlja

În acest caz vor fi analizate măsurătorile efectuate asupra unei staţii de urmărire ce a fost materializată în anul 1975, formată dintr-un profil transversal cu două capete stabile, cuprinzând un număr de 33 de repere, dispuse pe o distanţă de 841,8m. Observaţiile asupra acestei staţii de urmărire au fost efectuate bianual, până în anul 1981. Această staţie avea rolul de a urmări deplasările şi deformările suprafeţei terenului provocate de exploatarea stratului 3, blocul III, exploatat în felii orizontale cu surpare totală a rocilor înconjurătoare 0

100

200

300

a1 = 3,860 ⋅ 10 −140 ; b1 = −11,879; c1 = −0,024739; a 2 = 62,418; b2 = 63,180; c 2 = 0,135407

(R2=0,865). Curbele scufundărilor măsurate şi aproximate statistic, dezvoltate în timp, sunt reprezentate în Figura 12. 400

500

600

700

800

0 500

Scufundarea W (mm)

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Măsurători Distanţa x (m)

Regresie

Fig. 12. Curbele scufundărilor, dezvoltate în timp, în cazul stratului 3, blocul III, de la mina Dâlja

Concluzii

Odată cu reconsiderarea exploatării zăcămintelor de cărbuni din bazinul carbonifer Valea Jiului datorită închiderii mai multor mine, intrării în exploatare a unor noi panouri şi cerinţei de revalorificare a terenurilor de la suprafaţă şi de evaluare a stabilităţii unor construcţii a apărut necesitatea de „analiză a stabilităţii terenurilor de la suprafaţă afectate de influenţa exploatării subterane”. În acest sens, s-a încercat evaluarea imediată a măsurătorilor efectuate de-a lungul timpului în diferite câmpuri miniere din Valea Jiului şi analiza bazei de date acumulate la nivelului Companiei (in această lucrare prezentându-se cele mai semnificative studii de caz). Menţionăm că analiza datelor a fost foarte dificil de efectuat deoarece urmărirea deformării suprafeţei, de-a lungul timpului, s-a realizat după o serie de aliniamente care nu întotdeauna au fost relevante din punct de vedere ştiinţific. Scopul

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

acestor monitorizări fiind doar de urmărire a stabilităţii unor drumuri, construcţii, zone de teren şi al altor obiective de interes imediat. În consecinţă, a fost elaborată o funcţie de profil dependentă de timp, care prognozează foarte bine dezvoltarea în timp a albiilor de scufundare formate in urma exploatării stratelor groase din Valea Jiului. De asemenea, s-a încercat, cu rezultate foarte bune, adaptarea funcţiei de profil elaborată de către Peng şi Chen pentru Northern Appalachian Coalfield, la condiţiile bazinului carbonifer din Valea Jiului. Analiza fenomenelor de scufundare prin metoda funcţiilor de profil, prin modelare numerică şi prin alte mijloace de cercetare se va dezvolta în continuare, la nivelul întregului bazin carbonifer al Văii Jiului, fiind instrumente de previziune şi control necesare în proiectarea noilor panouri de exploatare şi elaborarea măsurilor necesare pentru reducerea efectului de degradare a suprafeţelor terenului sub influenţa exploatării subterane.


33

Bibliografie 1 Almăşan, B. Exploatarea zăcămintelor minerale din România, Vol. 1, Editura Tehnică, Bucureşti, pp. 70-291. 2. Anon, V. The Movements of the Rock Masses and the Surface in the Main Coalfields of the Soviet Union (in Russian), General Institute of Mining Surveying, Ugletekhjizdat, Moskow, 1958, 250 p. 3. Covaci, St. Exploatări miniere subterane, Vol. I, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1983, 424 p. 4. Hirian, C. Mecanica rocilor, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1981, 322 p. 5. Hoffman, H. The Effect of Direction of Working and Rate of Advance on the Scale-Deformation of a Self-Loaded Stratified Model of a Large Body of Ground, Proceedings International Conference on Strata Control, New York, NY, 1964, pp. 397-411. 6. King, H.J. Mechanics of Mine Subsidence, Proceedings Whetton, J.T. European Congress on Ground Movement, University of Leeds, Leeds, UK, Apr. 1957, pp.27-38. 7. Knothe, S. Rate of Advance and Ground Deformation (in German), Berakademie, Vol.5, No.12, 1953, pp.513-518. 8. Knothe, S. Observations of Surface Movements Under Influence of Mining and Their Theoretical Interpretation, Proceedings European Congress on Ground Movement, University of Leeds, Leeds, UK, Apr. 1957, pp. 210-218. 9. Marian, D.P. Analiza stabilităţii terenului de la suprafaţă sub influenţa exploatării stratelor de cărbuni cu înclinare mică şi medie din bazinul Văii Jiului, Teză de doctorat, Universitatea din Petroşani, 2011, 173p. 10. Marr, J.E. A New Approach to the Estimation of Mining Subsidence, Transactions, Institution of Mining Engineers, Vol.118, 1958, pp.692-706. 11. Martos, F. Concerning An Approximate Equation of the Subsidence Trough and Its Time Factor, Proceedings International Strata Control Congress, Leipzig, Germany, 1958, pp.191-205. 12. Oncioiu, G., Onica, I. Ground Deformation in the Case of Underground Mining of Thick and Dip Coal Seams in Jiu Valley Basin (Romania), Proceedings of 18th International Conference on Ground Control in Mining, 3-5 August, 1999, Morgantown, WV, USA, pp.330-336. 13. Onica, I. Introducere în metode numerice utilizate în analiza stabilităţii excavaţiilor miniere, Editura Universitas, Petroşani, 2001, 156 p. 14. Onica,I. Impactul exploatării zăcămintelor de s.m.u. asupra mediului, Ed. Universitas, Petroşani, 2001, pp.173-198.

15. Onica, I., Cozma, E., Goldan, T. Degradarea terenului de la suprafaţă subinfluenţa exploatării subterane, Buletinul AGIR, nr. 3, 2006, pp.14-27. 16. Onica, I., Cozma, E., Stress and Strain State Developed Around the Longwall Faces in the Jiu Valley Coal Basin, Proceedings of the 21 World Mining Congress & Expo –Session 6: Coal Mining – Chances and Challenges, Stress and Strain State Developed Around the Krakow, 2008, pp.153-163. 17. Onica, I., Cozma, E., Marian, D. Analiza deformării terenului de la suprafaţă cu ajutorul metodei elementelor finite, în condiţiile exploatării cu abataje frontale a stratului 3 – mina Livezeni, Revista Minelor, nr. 12011, pp. 24-33. 18. Onica, I., Cozma, E., Marian, D. Ground Surface Deformation as Effect of Longwall Mining of the Coal Seam No. 3 of the Livezeni Mine, Proceedings of the 22nd International Mining Congress and Exhibition of Turkey, May 11-13, 2011, Ankara, Turkey. 19. Onica, I., Cozma, E., Marian, D. Analysis of the Ground Surface Subsidence in the Jiu Vally Coal Basin by Using the Finite Element Method, Proceedings of 11th International Multidisciplinary Scientific Geo-Conference & EXPO SGEM 2011, Modern Management of Mine Producing, Geology and Environmental Protection, Albena, Bulgaria, 19.06.2011- 25.06.2011. 20. Ortelecan, M. Studiul deplasării suprafeţei sub influenţa exploatării subterane a zăcămintelor din Valea Jiului, zona estică, Teză de doctorat, Universitatea din Petroşani, 1997, 195p. 21 Peng, S.S. Coal Mine Ground Control, John Wiley and Sons, New York, 1986, pp. 420-460. 22. Peng, S.S., Chen, D.W. Analysis of Surface Subsidence Parameters Due to Underground Longwall Mining in the Northern Appalachian Coalfield, Department of Mining Engineering, West Virginia University, 1981, TR 81-1, 22p. 23. Petrescu, I., ş.a. Geologia zăcămintelor de cărbuni, Editura Tehnică, Bucureşti, 1987, pp.81-106. 24. Singh, M.M. Mine Subsidence (Chapter 10.6), in SME Mining Engineering Handbook, SME, 1992, pp. 938-971 25. Todorescu, A. Proprietăţile rocilor, Editura Tehnică, Bucureşti, 1984, 676 p. 26. Wardell, K., Webster, N.E. Some Surface Observations and Their Relationship to Movements, Leeds, England, 1957, pp.141-148. 27. Wardell, K. Surface Ground Movements Associated With the Total and Partial Extraction of Stratified Mineral Deposits, MSc Thesis, University of Nottingham, UK, 1965.

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


34

EVALUAREA IMPACTULUI ANTROPIC ASUPRA MORFOSTRUCTURII REGIUNII ESTICE A DEPRESIUNII PETROŞANI Ciprian NIMARĂ* Rezumat. Mineritul, principala activitate economică în Depresiunea Petroşani a reprezentat o necesitate vitală a evoluţiei comunităţii din această micro-regiune, dar ale cărui "produse" au putut fi observate atât în mediul natural cât şi în cel socialpolitic. În mediul natural se evidenţiază prin morfologia tehnogenă variată ca dimensiuni, forme şi procese morfogenetice. Scopul evaluării impactului antropic asupra reliefului, respectiv identificarea arealelor cu mediu geomorfologic puternic afectat, a fost acela de a putea găsi ulterior, soluţiile necesare reintegrării peisagistice şi funcţionale a morfostructurilor antropice. Cuvinte cheie: impact antropic, mediu geomorfologic, morfostructură, evaluare, regiune, sector. Introducere

aduse modificări de formă precum şi modificări funcţionale, rezultatul fiind apariţia unui peisaj geomorfologic antropizat cu o susceptibilitate crescută la hazarduri şi riscuri antropice. Arealele miniere cu exploatări de cărbune se caracterizează prin prezenţa morfostructurilor antropice, variate ca dimensiuni, caracteristici geometrice, diversitate a proceselor morfogenetice, timp de evoluţie, structură litologică etc. Aceste procese de modelare antropică sunt o necesitate vitală în cadrul evoluţiei tehnologice. Pentru a fi mult mai uşor de analizat mediul geomorfologic afectat din cadrul Depresiunii Petroşani, am divizat depresiunea, pe criterii geologice, geomorfologice şi economice, în două regiuni distincte, iar fiecare regiune a fost divizată la rândul său în sectoare [3], după cum urmează: ¾ Regiunea Estică: sectorul Petroşani-Petrila (figura 1); ¾ Regiunea Vestică: sectorul Aninoasa-VulcanLupeni şi sectorul Uricani-Câmpu lui Neag.

În urma proceselor de dislocare-relocare şi stocare a masei materiale, teritoriului iniţial îi sunt

Figura 1. Localizarea Regiunii Estice a Depresiunii Petroşani (sectorul Petroşani-Petrila)

Limite În trasarea limitei nordice a regiunii analizate s-a ţinut seama de linia tectonică nordică. De-a lungul acesteia se observă o încălecare a cristalinului peste depozitele seriei conglomeratice ____________________________________ *Dr. geogr. Universitatea din Petroşani Revista Minelor - nr. 4 / 2011

a sedimentarului [2]. La contactul celor două formaţiuni se poate urmări linia de ruptură de pantă, care pe direcţia SV-NE trece la Sud de următoarele vârfuri: Dealul Boţonilor (950 m), Piatra Roşie (1192 m), Nord Cimpa (978 m). Între Petroşani şi nordul localităţii Cimpa, limita de Nord separă depresiunea de Munţii Şureanu, constituiţi din


35

cristalin şi pătura mezozoică (în special calcare jurasice), care se prezintă sub forma unui abrupt. Limita Nord-Estică, pe o porţiune redusă, este formată de rama nordică a bazinetului de eroziune Răscoala, scufundat pe cursul inferior al acestei ape. Se pare că bazinetul a fost un golf al lacului din Miocen, ce înainta până în acest colţ al depresiunii. Limita de Sud şi Sud-Est separă regiunea estică a Depresiunii Petroşani de Munţii Parâng. La Sud-Est de defileu, limita trece pe la Nord de Dealul Măgura (970 m), traversează cursul superior al Văii Sălătrucului şi cel mijlociu al Maleii, se continuă pe la Vest

de Plaiul Godeanu şi Dealul Cimpa, ajungând în valea Jiului de Est în amonte de localitatea Cimpa. Aceeaşi limită morfologică, bine exprimată între zona montană şi depresiune, se observă între sectorul dintre Jieţ - Cimpa; aici piemontul apare clar detaşat faţă de zona montană, ieşind bine în evidenţă ruptura de pantă dintre cele două unităţi morfologice (figura 2). Limita de Vest a arealului analizat a fost considerată a fi interfluviul ce desparte valea Jiului de Est de valea pârâului Aninoasa [3].

Figura 2. Secţiune transversală prin Regiunea Estică a Depresiunii Petroşani

Morfostructuri antropice de tip haldă Principalele morfostructuri antropice create în urma proceselor de exploatare a cărbunelui în cadrul Regiunii Estice a Depresiunii Petroşani sunt reprezentate de structurile tehnogene de tipul haldă de steril şi carieră de cărbune. Marea majoritate a haldelor sunt amplasate pe versanţi sau în lungul unor văi cu sau fără regim hidrologic. Cotele terenurilor de depozitare variază în general între poate produce presiuni hidrostatice şi în final poate provoca alunecări de teren sau scurgeri plastice şi noroioase.

Figura 3. Tipul rocilor la E.M. Livezeni

650 m în axul văilor şi 750 m pe versanţi a căror unghi de înclinare variază între 6° şi 35°. În unele cazuri, haldele au fost construite astfel încât barează văi fără cursuri permanente de apă; în perioade cu precipitaţii, se formează lacuri a căror prezenţă este deosebit de favorabilă, periclitând stabilitatea haldelor. Apa infiltrată prin haldă modifică proprietăţile fizico-mecanice ale materialelor haldate şi ale terenului de bază şi poate da naştere fenomenelor de eroziune. De asemenea, Materialele haldate sunt constituite în cea mai mare parte din argile, marne, gresii şi gresii argiloase, în funcţie de litologia arealului exploatat (figura 3, figura 4, figura 5).

Figura 4. Tipul rocilor la E.M. Lonea Revista Minelor - nr. 4 / 2011


36

Figura 5. Tipul rocilor la E.M. Petrila-Sud Tabelul 1. Situaţia actuală a haldelor de steril din Regiunea Estică

Nr. crt. 1 2

Unitatea economică Mina Petrila Sud Mina Petrila Sud

Denumire haldă Haldă desteril Jieţ Vest Haldă de steril Jieţ Puţ 4

3

Mina Lonea III

Haldă de steril Defor

4

Mina Taia

Haldă aferentă incintei

5

Mina Petrila 2

Haldă de steril 2 Est

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Mina Dâlja

Haldă de steril Puţ auxiliar nr.1 Mina Dâlja Haldă de steril Plan înclinat Mina Dâlja Haldă de steril Puţ aux. 1+2 Haldă de steril Tericon Mina Dâlja PA 3 Haldă de steril Valea lui Mina Lonea 1 Ciort Haldă de steril Halda Mina Livezeni Sud aferentă incintei Haldă de steril Ramura I, Preparaţia Petrila II, III, IV şi VI Haldă de steril Preparaţia Petrila Ramura V E.M. Lonea Haldă de steril Lonea I E.M. Lonea Haldă de steril Jieţ Haldă de steril P.A nr. 2 - 3 E.M. Livezeni incinta Maleia Haldă de steril E.M. Livezeni U.P.Livezeni

Observaţiile de teren au dus la constatarea unor aspecte esenţiale legate de prezenţa haldelor de steril (situaţia actuală a haldelor din Regiunea Estică a Depresiunii Petroşani este prezentată în tabelul 1). De obicei, suprafeţele de teren ocupate, cât şi haldele de steril prezintă următoarele caracteristici: - haldele au o geometrie neuniformă şi sunt formate în zone cu teren accidentat; - nu s-au executat lucrări de amenajare a terenului înainte de formarea lor; aceasta ar fi trebuit Revista Minelor - nr. 4 / 2011

Suprafaţă Volum Stare Proprietar, (ha) (m³) tehnică administrator 7,53 1.772.000 Ecologizată CNH Petroşani 1,14 57.000 Ecologizată CNH Petroşani Consiliul local 12,75 2.149.970 Inactivă Petrila 3 8.400 Inactivă CNH Petroşani Consiliul local 1,63 388.540 Inactivă Petrila 1,74

63.000

Inactivă

CNH Petroşani

1,74 8,00

280.000 1.270.000

Inactivă Inactivă

CNH Petroşani CNH Petroşani

1,20

77.500

Inactivă

CNH Petroşani

7,19

982.472

Inactivă

Consiliul local Petrila

11,00

54.000

Inactivă

CNH Petroşani

30

5.105.000

Inactivă

Consiliul local Petrila

19,59

2.802.299

Activă

CNH Petroşani

2,10 0,78

350.000 51.000

Activă Activă

CNH Petroşani CNH Petroşani

2,30

301.792

Activă

CNH Petroşani

2,38

427.057

Activă

CNH Petroşani

să asigure decaparea solului vegetal, executarea treptelor de înfrăţire, drenarea corespunzătoare a apelor şi izvoarelor din zonă etc.; - nu s-au executat întotdeauna lucrări de nivelare a haldelor, ceea ce duce adeseori la acumulări locale de apă. Exploatarea cărbunelui în subteran are repercusiuni deosebite şi asupra terenurilor de la suprafaţă prin provocarea de surpări, rupturi sau prăbuşiri. Aceste fenomene, nu numai că nu permit


37

utilizarea normală a terenurilor, în scopurile iniţiale, dar afectează grav şi construcţiile din zonă. Degradările terenului de la suprafaţă se manifestă în funcţie de grosimea stratelor. Exploatarea stratelor subţiri de înclinare mică provoacă doar scufundări ale suprafeţei, fără să fie afectate culturile din zonă. În cazul stratelor groase se manifestă scufundări sub formă de trepte cu intense zone de rupturi pe direcţia stratelor. Alte fenomene conexe sunt: apariţia izvoarelor, secarea unor puţuri şi formarea lacurilor permanente pe fundul albiilor de scufundare [1]. Terenurile fracturate şi instabile au afectat aproape 70 de gospodării individuale ţărăneşti, iar în anumite cazuri, au necesitat evacuarea şi demolarea unor blocuri de locuit în oraşul Petrila.

Fenomenul de subsidenţă manifestă o amploare mai mare deasupra bancurilor subminate, precum şi în apropierea limitelor faliilor. După cum s-a observat deasupra bancurilor subminate porţiunile afectate de subsidenţă prezintă suprafeţe mari şi produc modificări semnificative suprafeţei topografice, impunând în acest fel, restricţii în ceea ce priveşte modul de utilizare al terenului. Morfostructuri antropice de tip carieră O altă situaţie specifică activităţii miniere din cadrul Regiunii Estice şi a Bazinului Minier Petroşani, în general, este reprezentată de existenţa unor cariere de cărbune abandonate datorită nerentabilităţii economice a exploatărilor (tabel 2).

Tabelul 2. Caracteristicile carierelor abandonate din Regiunea Estică

Denumirea carierei Cimpa Jieţ Defor Jieţ Vest

Suprafaţa ocupată (ha) 9,30 12,56 6,41

Evaluarea impactului asupra morfostructurii Regiunii Estice În conceperea metodelor de evaluare s-a ţinut cont de tipul de activitate antropică, de produsele rezultate, capacitatea de refacere a terenului degradat, expoziţia terenului iniţial şi a celui creat antropic, radiaţia solară şi nivelul de interes al suprafeţei iniţiale. Au fost propuse trei metode de evaluare a impactului antropic asupra morfostructurii [4, 5], ulterior aplicate pentru toată depresiunea. Metoda de evaluare geomorfologice

a

deprecierii

calităţii

În funcţie de valoarea coeficientului de depreciere a calității geomorfologice, obţinut prin formula: Nr. crt.

Suprafaţa zonei influenţate (ha) 0,75 1,05 0,50 DC = Rg + D

Stabilitate relativă

(1)

valoare ce se regăseşte în tabelul 1 (completat cu tabelul 2) şi comparând această valoare cu scara valorică de mai jos, se poate concluziona faptul că în cadrul Regiunii Estice a Depresiunii Petroşani, arealul cel mai intens modificat din punct de vedere geomorfologic îl constituie lunca Jiului de Est din sectorul Petrila (DC=11), precum şi Piemontul de acumulare Maleia (DC=10) [5]. Scara valorică pentru evaluarea deprecierii calităţii geomorfologice: • 0 mediu geomorfologic neafectat; • 1 - 3 mediu geomorfologic slab afectat; • 4 - 6 mediu geomorfologic moderat afectat; • 7 - 10 mediu geomorfologic puternic afectat; • 10 mediu geomorfologic intens modificat.

Tabelul 3. Matricea de evaluare a impactului asupra reliefului în Regiunea Estică Denumirea resursei Reprezentativitatea Diversitatea elementelor Deprecierea calității de interes geomorfologic geomorfologice, geomorfologice geomorfologică, create, D DC R

g

1 2 3 4 5 6 7

Platoul, lunca Jiului de Est, Petrila Lunca Jiului de Est (malul drept Petroşani) Piemontul Dâlja Piemontul Maleia Valea Arsului Valea lui Ciort Valea Defor

1 2

10 1

11 3

1 3 1 1 1

4 7 2 1 5

5 10 3 2 6

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


38

Nr. crt. 1 2 3 4 5 6 7

Tabelul 4. Diversitatea elementelor de relief create antropic în Regiunea Estică Denumirea resursei Tipuri de elemente antropice create Diversitatea geomorfologice elementelor Forme de Forme de relief Acumulări de apă antropice create, D acumulare negative (lacuri) tehnogenă (microdepresiuni) Platoul, lunca Jiului de 5 1 4 10 Est, Petrila Lunca Jiului de Est 1 0 0 1 (malul drept) Piemontul Dâlja 4 0 2 6 Piemontul Maleia 4 1 2 7 Valea Arsului 1 1 0 2 Valea lui Ciort 1 0 0 1 Valea Defor 1 3 1 5

Metoda de evaluare bazată pe relaţia expoziţie – radiaţie solară În ceea ce priveşte expoziţia terenului iniţial (înainte de a fi supus intervenţiei antropice) din cadrul Regiunii Estice, se observă faptul că suprafeţele cu expoziţie nordică ocupă suprafaţa cea mai însemnată (37,76 ha), iar cele sudice prezintă suprafaţa cea mai redusă (3 ha), (figura 6). În urma intervenţiei antropice asupra

Figura 6. Expoziţia terenului iniţial

Metoda de evaluare modificare – reutilizare În urma aplicării formulei de calcul pentru evaluarea impactului asupra morfologiei într-un areal dat: MR = Ns · Ta · R (2) şi comparând valoarea obţinută cu următoarea scară de valori: • 0 – mediu geomorfologic neafectat, nu există intervenţii antropice, mediu natural; • (0 – 25] mediu geomorfologic puţin afectat; • (25 – 50] – mediu geomorfologic moderat afectat; • (50 – 100] – mediu geomorfologic puternic afectat; • (100 – 150] – mediu geomorfologic foarte puternic afectat, până la modificare totală;

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

morfologiei, se constată faptul că, noile suprafeţe create prezintă o orientare preponderent vestică (23,68 ha), iar suprafeţele care beneficiază de o cantitate de radiaţie solară mai redusă, sunt cele cu orientare sudică (17, 66 ha), (figura 7). Notele de bonitate acordate pentru terenul iniţial au fost 2, datorită expoziţiei predominant nordice, respectiv nota 6 pentru suprafeţele create antropic, datorită expoziţiei predominant vestice [4].

Figura 7. Expoziţia terenului creat antropic

s-au obţinut valori cuprinse între 11,8 şi 67 (tabel 5) [4]. Comparând valorile obţinute în tabelul 5 cu scara de valori menţionată anterior, se poate concluziona faptul că: ¾ arealele cu mediu geomorfologic puţin afectat şi moderat afectat sunt: Lunca Jiului de Est (Petroşani – E.M. Livezeni), Valea Arsului şi Valea lui Ciort, Piemontul Dâlja; ¾ arealele cu mediu geomorfologic puternic afectat de activităţile antropice, sunt: Lunca Jiului de Est (Platou, Petrila), Piemontul Maleia şi Valea Defor.


39

Tabelul 5. Matricea de evaluare a impactului antropic asupra reliefului Regiunii Estice Nr. crt.

Denumirea resursei geomorfologice Sistem de Forma de relief modelare afectată

1

Platoul, lunca Jiului de Est, Petrila

2

Lunca Jiului de Est, Petroşani (EM Livezeni) Piemontul Dâlja

3 4

Nivel strategic ( Ns )

Tipul de Capacitatea de Valoarea activitate refacere (%) coeficientului (R) final (MR) ( Ta )

h, a, sb, ci, ps, pt, pec, dtm h, sb, ci, pt,

2

6,1

5 (0)

61

2

2,95

2 (50 – 75)

11,8

h, a, pec,

2

4,7

47

2

5,3

2

2,85

5 (0) 5 (0) 3 (25 – 50) 3 (25 – 50) 5 (0)

5

Valea Arsului

h, a, sb, ci, pt, ps, gs h, ps, gs

6

Valea lui Ciort

h, pt

2

2,65

7

Valea Defor

h, a, ex, pec,

2

6,7

Fluvial

Piemontul Maleia

Produse ale activităţii antropice

53 17,1 15,9 67

Concluzii

Bibliografie

În Regiunea Estică a Depresiunii Petroşani, mediul geomorfologic afectat în urma activităţilor de exploatare a cărbunelui, prezintă o suprafaţă de 136,09 ha. În urma evaluării impactului antropic asupra reliefului, s-a constatat că resursele geomorfologice, cel mai intens modificate şi care prezintă o capacitate de refacere pe cale naturală foarte redusă, sunt reprezentate de lunca Jiului de Est (pe raza oraşului Petrila) şi piemontul de acumulare Maleia. Din punct de vedere al notei de bonitate obţinute în urma aplicării metodei de evaluare expoziţie-radiaţie solară, (nota 6), comparativ cu nota obţinută iniţial (nota 2) reiese faptul că noile suprafeţe create în urma activităţilor de exploatare a cărbunelui, la nivelul întregului sector PetroşaniPetrila, prezintă posibilităţi crescute de reinstalare a vegetaţiei în contextul reamenajării peisagistice.

1. Biro, C. Reabilitarea terenurilor degradate de activităţile antropice din bazinul minier Valea Jiului, Teză de doctorat, Petroşani, 2004; 2. Lupu, S. Depresiunea Petroşani, studiu geomorfologic, Teză de doctorat, Facultatea de Geografie, Universitatea BabeşBolyai, Cluj Napoca, 1970; 3. Nimară, C. Cercetări privind reintegrarea peisagistică a arealelor afectate antropic din cadrul Bazinului Minier Petroșani, Teză de doctorat, Facultatea de Mine, Universitatea din Petroșani, 2011; 4. Nimară, C. Metode de evaluare a impactului antropic asupra morfostructurii unei regiuni geografice, Revista Minelor, vol. 17, nr. 1/2011

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


40

MANAGEMENTUL TERENURILOR AFECTATE DE INDUSTRIA MINIERĂ DIN BAZINUL OLTENIEI Constantin NISTOR* Rezumat Prezenta lucrare urmărește realizarea unui set de măsuri pentru managementul terenurilor afectate de activitățile miniere de extracție a cărbunelui din regiunea Olteniei. Unitatea de studiu este localizată între râurile Olt și Dunăre și cuprinde cinci bazine de extracție: Husnicioara, Motru, Jilț, Berbești, Rovinari, care concentrează 13 cariere, ce au afectat până în prezent câteva mii de hectare de teren. Pentru atingerea obiectivului sunt necesare investigații prin folosirea de metode specifice care prelucrează date și informații relevante. Achiziția și actualizarea datelor obținute din mai multe surse, reprezintă un element de bază în dezvoltarea proiectului. Identificarea hazardelor și dezvoltarea de scenarii ale evoluției, evaluarea influențelor asupra vecinătății consituie o necesitate. Evaluarea dinamicii hazardelor și a măsurilor adecvate de stopare în funcție de stadiul de evoluție al proceselor reprezintă pasul următor. Pornind de la arealele afectate și hazardele potențiale, se dorește realizarea unui plan de refacere a terenurilor prin oferirea de soluții, care trebuie să țină seama de modul de utilizare al terenurilor anterior deschiderii exploatărilor miniere, necesitățile economice și sociale ale regiunii. Recuperarea terenurilor trebuie făcută prin prisma reintegrării peisagistice și economice și redobîndirea funcționalității ecologice care să asigure o dezvoltare durabilă. Cuvinte cheie: management, relief susceptibilitate, hazard, reabilitare

antropic,

Industria minieră are un puternic impact asupra mediului, severitatea acestuia depinzând în mare măsură de metoda de extracţie și condiţiile geologice (Bell, 2000). Activităţile miniere au unimportant rol în economia locală şi naţională, întotdeauna când însă evoluează într-un mod necontrolat, induc un risc foarte ridicat în eroziunea solului şi probleme serioase în contaminarea mediului (Coelho, 2007). Operaţiile miniere la scară mică sau mare sunt inerent distructive pentru mediu şi produc o mare cantitate de deşeuri care au un impact negativ pentru decade (Kitula, 2006). Problemele de mediu apar ca urmare a lucrărilor miniere inadecvate şi a lipsei măsurilor de ____________________________________ *Asist.dr. – Universitatea din Bucureşti, Facultatea de Geografie

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

reabilitare. Activităţile miniere au fiecare un potenţial impact advers pentru mediu, societate, cultură, sănătate şi comunităţile din apropiere. Noronha, citat de Kitula (2006), indică că impactul social şi asupra mediului este mult mai persuasiv în regiunile cu noii stabiliţi, unde minele au fost închise. Impactul minier include deplasarea populaţiei locale din regiunile ancestrale, marginalizarea şi opresiunea din partea semenilor ca urmare a problemelor de ordin economic. Impactul industriei miniere asupra mediului nu poate fi niciodată zero, întotdeauna există ungrad de nesiguranţă despre tipul şi extinderea impactului care poate apărea. Managemetul riscului are un rol vital în dezvoltare datorită inerenţei consecinţelor adverse care nu pot fi eliminate în totalitate fără a face operaţiile miniere tehnic sau economic neviabile (ERM, 2000). Exploatarea cărbunelui inferior din această regiune situată între Valea Oltului şi Valea Dunării, este concentrată în 5 unităţi de producţie (Fig.1), Bazinele Carbonifere: Husnicioara, Motru, Jilţ, Rovinari, Berbeşti care includ 13 cariere şi au afectat câteva mii de hectare hectare de teren (Fodor, 2002). Influenţele asupra reliefului s-au manifestat în mod direct prin formarea unui relief antropic, fundamental diferit de cel natural, ajungându-se la cazuri de inversiuni antropice ale reliefului. Carierele de lignit, localizate în cadrul unităţilor deluroase, formează o dată cu atingerea dimensiunilor maxime adevărate depresiuni antropice care se extind pe mai mulţi kilometri. În condiţiile reliefului deluros din regiune, singura modalitate de amplasare a haldelor a fost suprapunerea acestora formelor negative ale reliefului preexistent, în lungul văilor mici din regiune, respectiv în albiile majore ale râurilor mari care traversează unitatea. Ca urmare a acestei bruşte schimbări a reliefului regiunii care asigură suportul pentru toate celelalte elemente ale cadrului natural, s-au produs mutaţii profunde la nivelul funcţionalităţii ecologice a suprafeţelor de pe aceste reliefuri. Refacerea personalităţii ecologice iniţiale a reliefurilor antropice este aproape imposibilă, întrucât condiţiile de mediu iniţiale au fost modificate iremediabil, de aceea se caută soluţii pentru a se asigura post închidere o funcţionalitate ecologică cât mai apropiată de cea iniţială.


41

Fig.1 Repartiţia activităţilor de exploatare a lignitului din sectorul Motru-Jiu

Considerăm că realizarea unui plan de management al terenurilor degradate prin industria minieră reprezintă o necesitate care să răspundă cerinţelor legate de luarea deciziilor în privinţa gestionării terenurilor, prevenirii riscurilor şi informării comunităţilor. Asemenea planuri de evaluare şi diminuare a impactului activităţilor miniere asupra mediului pornind de la scară regională şi naţională au fost realizate la nivel instituţional în majoritatea statelor cu industrie extractivă. Spre exemplu în Slovacia, evaluarea impactului activităţilor miniere asupra mediului constituie încă din anii “90 parte din programul Reţeaua Naţională Slovacă de Monitorizare (Klukanova, 1999). În Franţa a fost adoptat la scară naţională Risk Prevention Plans, (RPPs), pentru controlul riscului generat de mişcările terenului (Mate 1999, citat de Merad 2004). Acest plan a condus la generarea a patru tipuri principale de informaţii: un raport informativ asupra fenomenelor naturale, o hartă de hazard, o evaluare a situatiei şi o hartă de risc. Întrucât metodele de evaluare bazate pe o singură sursă de date, de exemplu planurile de situaţie ale exploatărilor, care pot fi incomplete (sunt valabile numai pentru suprafeţe reduse unde datele pot fi verificate pe teren), este preferabil folosirea unor surse de date încrucişate - multi

criteria decision-aid approach (Merad 2004). Pentru un management corect al regiunilor afectate de activităţi miniere, Agenţia Americană pentru Protecţia Mediului (EPA), a dezvoltat BASINS, Better Assesment Science Integrating point an Nonpoint Sources, un soft specializat care o dată instalat are capacitatea de a donwloada singur din diferite surse, pentru o regiune selectată, toate datele geografice şi geologice, reproiecta informaţiile într-o proiectie unică. Programul dispune de instrumente pentru modelarea regiunii afectate şi calcularea costurilor de reabilitare. În Australia a fost dezvoltat de către Agenţia pentru Protecţia Mediului, ERM (Environmental Risk Management), care constituie un set de reguli, măsuri şi proceduri cu caracter obligatoriu pentru prevenirea riscului de mediu, ce trebuie adoptate pe toată perioada derulării activităţii şi ulterior pentru recuperarea terenurilor afectate de minerit. Această abordare trebuie să fie sistematică şi oferă beneficii considerabile incluzând îmbunătăţirea performanţei protecţiei mediului. Considerăm că managementul terenurilor degradate prin activităţi miniere trebuie să cuprindă de asemenea criterii de evaluare, măsuri de prevenire orientate în următoarele direcţii (ERM, 2000): - proceduri şi practici de identificare a hazardelor Revista Minelor - nr. 4 / 2011


42

- consecinţa acestor hazarde - estimarea nivelului de risc (cantitativ sau calitativ) - evaluarea nivelului de risc pe baza unor criterii relevante şi obiective - luarea deciziilor despre minimalizarea şi identificarea riscului Construirea unei baze de date actualizate este primul pas în asigurarea unui management eficient al terenurilor afectate prin activităţi miniere. Dezvoltarea metodologiilor şi crearea bazei de date digitale sunt consumatoare de timp iar partea cea mai dificilă tehnic este construirea şi producerea informaţiilor (Walsby, 2007). În orice activitate de management, luarea deciziei se bazează pe informaţie, cu referire asupra operativităţii accesării acesteia, interoperabilităţii (conectivitatea cu informaţii din surse şi despre subiecte diferite), calitatea informaţiei, actualizarea informaţiei. Singura modalitate de colectare şi stocare a informaţiilor care răspunde criteriilor exigente menţionate este construirea unui Sistem Informatic Geografic (GIS), care în plus oferă şi reprezentarea spaţială a informaţiilor de interes (Chacon et. al. 2006). În cadrul acestui sistem pot fi integrate date în diferite formate: vectoriale ( mărimi numerice şi alfanumerice: dimensiuni, valori, orientare, suprafaţă), raster (aerofotograme, imagini satelitare, fotografii document, imagini de sinteză), din diferite domenii: geologie, geomorfologie, sol, miniere, silvicultură. Pentru operativitate aceste informaţii pot fi reprezentate într-un sistem de referinţă unic: Stereo “70, aceasta pentru a da posibilitatea integrării mult mai lesnicioase a datelor cu caracter topografic şi tehnic ale exploatărilor, care se bazează pe aceiaşi proiecţie. Construirea SIG se bazează pe trei direcţii: culegerea directă de informaţii din teren prin folosirea de echipamente specifice, care permit recoltarea acestora în format vectorial (prin folosirea de aparatură GPS, GPR, staţie totală, foraje), achiziţionarea de informaţii de la diverşi producători sau deţinărori (ortofotoplanuri ale zonei, imagini satelitare), preluarea datelor geologice, topografice şi tehnice deţinute de unităţile de exploatare (de regulă în format analogic şi convertirea acestora în format vectorial). Culegerea de informaţii din teren este orientată în direcţia verificării şi revizuirii informaţiilor pentru care există incertitudine şi obţinerea de informaţii cantitative despre prezenţa anumitor procese geomorfologice (alunecări, subsidenţe, prăbuşiri, excedent de apă). Pentru evaluarea hazardelor din regiune, este necesară culegerea de informaţii calitative asupra intensităţii şi frecvenţei proceselor respective. Obţinerea unor astfel de date implică efectuarea de investigaţii de teren şi laborator asupra dinamicii Revista Minelor - nr. 4 / 2011

procesului şi a proprietăţilor litologice ale materialelor afectate. Investigaţiile prevăzute a se efectua în teren cuprind cartări GPS la intervale regulate, prin folosirea de aparate de mână şi staţii GPS. Măsurătorile prin folosirea staţiei totale, deşi foarte anevoioase dau posibilitatea obţinerii de date de o mare acurateţe asupra morfologiei şi dinamicii procesului. Prin folosirea noilor aparate de culegere a datelor se doreşte sporirea informaţiilor digitale care pot fi procesate pe baza noilor metodologii şi evidenţia cu un grad mai mare de acurateţe, ariile cu potenţiale hazarde (Walsby, 2007). Pentru aceasta sunt folosite datele de geologie, depozitele superficiale incluzând depozitele antropogene clasificate în termeni de geohazard, iar acolo unde există, date validate cu zonele de ocurenţă. Noile metode combină cunoştinţele geologice cu datele topografice şi alte informaţii, iar fiecare poligon este clasificat în funcţie de potenţialul de hazard (Walsby, 2007). Informaţiile despre potenţialele hazarde sunt folosite în luarea deciziilor despre amplasarea construcţiilor civile şi industriale, recuperarea terenurilor afectate de minerit. Efectuarea de foraje pentru extragerea de carote necesare analizelor geotehnice, interesează în primul rând parametrii care pot fi modelaţi numeric pentru identificarea condiţiilor de stabilitate ale procesului şi care pot fi extrapolaţi pentru o arie mai largă în cadrul metodei deterministe. Hazardele pentru care sunt preconizate experimente de teren şi laborator, sunt cele specifice regiunilor afectate de activităţi miniere, suprapuse atât formelor antropice cât şi celor naturale: alunecări de teren, subsidenţe, prăbuşiri, ravenare. Lucrările miniere, întotdeauna pot prezenta un pericol pentru populaţie şi construcţii, atunci când pilierii sau galeriile se prăbuşesc. O asemenea ruptură poate induce gradual la suprafaţă o uşoară mişcare negativă denumită subsidenţă (Merad, 2004). Într-un asemenea context evaluarea hazardului şi riscului tinde să devină o problemă acolo unde informaţiile sunt incerte. Metoda bazată pe mai multe criterii sporeşte gradul de siguranţă al produsului finit. În această abordare (Merad, 2004), riskul a fost separat în patru clase, clasa 1 corespunzând celui mai ridicat grad de risk, iar clasa 4 celui mai coborât. Pentru clasa 1 se impune un sistem de monitorizare permanentă în timp ce pentru clasa 4 sunt suficiente doar investigaţii topografice. Subsidenţa rezultată din manifestarea surpării abatajelor se transmite pe o suprafaţă mult mai extinsă decât cea ocupată de lucrările subterane (Bell, 2000). Subsidenţa are de asemenea un impact puternic asupra apei subterane; cercetările efectuate


43

asupra lucrărilor vechi (Bell, 2000) au arătat ca circa 50% din cantitatea de apă din precipitaţii se infiltrează prin reţeaua de fisuri şi apare apoi la suprafaţă sub formă de apă poluată prin o seamă de mici izvoare. Pentru aceasta se impune nu numai semnalarea arealelor cu lucrări miniere subterane, dar şi o cartare de amănunt a suprafeţelor afectate de subsidenţe şi susceptibil a fi afectate care au o reală capacitate de inducere a riscurilor atât în mod direct cât şi prin intermediul altor hazarde (Bell, 2000). Baza GIS realizată va constitui sursa de date pentru realizarea de simulări pentru determinarea susceptibilităţii regiunii la anumite procese şi în final identificarea zonelor cu potenţial de hazard. Modelul determinist de evaluare a hazardelor se bazează pe identificarea factorilor care contribuie la lansarea acestora. Au fost identificaţi trei factori cauzativi: geologie, topografie şi apă, fiecare factor prezentând o valoare care este dată de importanţa relativă în declanşarea fiecărui tip de hazard. Aceste date sunt apoi combinate, fiecărui poligon atribuindu-se un anumit grad de susceptibilitate si clasificate după anumite reguli pentru a forma o hartă a susceptibilităţii la hazarde. Modelul probabilistic de evaluare a susceptibilităţii uzează teoriile “weights of evidencens” şi „fuzzy analysis” (Bonham-Carter 1989, Klingseisen, 2006, Zahiri et al. 2005), de identificare a posibilelor zone de ocurenţă prin compararea condiţiilor de pe o anumită suprafaţă cu cele din arealele cunoscute. Dificultatea trasării hărţilor de hazard este cu atât mai ridicată cu cât în trecut, în timpul cartărilor repetate pentru amplasarea obiectivelor industriale nu au fost specificate ariile cu potenţial de hazard, iar probabilitatea acestora a fost amplificată. Pe baza zonelor cu diferite grade de potenţial hazard, pot fi identificate obiectivele antropice (industriale şi rezidenţiale), cu diferite grade de vulnerabilitate. Acolo unde gradul de vulnerabilitate este cel mai ridicat se va trece la evaluarea riscului prin calcularea pierderilor potenţiale la care este expusă populaţia şi bunurile. Studiul privind problematica amenajării ecologice a arealelor degradate ca urmare a activităţilor miniere se concretizează in ample programe de cercetare cu aplicabilitate practica. Conceperea unei metodologii aplicabile presupune, in primul rând, o bună cunoaştere a structurii şi funcţionarii sistemului geomorfologic regional cu scopul identificării arealelor cu stări conflictuale între componente. In vederea realizării unui management modern si eficient al teritoriului se impune realizarea unei corelări a datelor caracteristice studiului de caz ales cu masurile si experienţele privind tehnica de reabilitare a

arealelor degradate prin minerit obţinute de tari cu experienţa in acest domeniu, precum: Germania (Bazinul Ruhr) (Bell et al. 2000), Marea Britanie, Polonia (Bazinul Sileziei), Ungaria (regiunea Miscolc), Cehia, Statele Unite ale Americii, Australia (Anderson, 2001) etc. Pornind de la evidenţierea zonelor de hazard şi evaluarea secvenţială a riscului se poate trece la elaborarea unei strategii a reabilitării terenurilor afectate de minerit. Este necesară stabilirea unor norme de funcţionalitate a peisajului antropizat pentru evitarea unor efecte catastrofale în timpul sau după exploatările de minerale (Bell 1998, 1999 şi Bennett -Doyle 1997). Prin lipsa unui plan de management si soluţii de implementare a acestuia s-a ajuns la o situaţie în care terenurile au fost preluate de proprietari încă înainte de finalizarea construcţiei haldei şi asigurarea măsurilor de stabilizare. Recoltele mari din primii ani i-a încurajat în a persista, dar lipsa de productivitate din anii următori şi ocurenţa proceselor au condus la abandonarea terenurilor şi solicitarea reabilitării acestora sau acordării de alternative. Cum alternativele sunt limitate din lipsa spaţiului, singura măsură de reabilitare la care s-au limitat companiile miniere a constat în încercări de reasigurare a stabilităţii, prin redistribuirea materialului pe pantă fără drenarea cauzelor. Măsurile avute în vedere pentru planul de reabilitare a terenurilor afectate de minerit vizează: (cartografierea terenurilor afectate de activităţile miniere, asigurarea stabilităţii de ansamblu prin realizarea de benzi de sprijin, drenuri, canale de evacuare a apei pluviale, identificarea surselor de poluare care persistă, reprezentate prin utilaj tehnologic dezafectat şi abandonat, stabilizarea proceselor geomorfologice care subminează stabilitatea acestor construcţii antropice, reconstrucţia învelişului pedologic prin redistribuirea de soluri sau asigurarea de condiţii pentru refacerea acestora, propunerea de soluţii peisagistice de amenajare care să îmbine cerinţele economice cu cele de asigurare a stabilităţii, în care benzile de arbori să alterneze cu spaţii înierbate şi terenuri cultivate. Planul de măsuri trebuie să cuprindă măsuri de stopare a evoluţiei proceselor geomorfologice, asigurarea funcţionalităţii economice a terenurilor degradate, reintegrarea peisagistică a acestora (Ruthrof, 2000). De exemplu bazinele carbonifere din partea vestică a Olteniei, prezintă suprafeţe largi ocupate de microcariere şi halde de steril închise, dar din nefericire, care nu au putut fi introduse în circuitul agricol şi forestier.

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


44

Fig. 2 Frontul microcarierei Lupoița II, afectat frecevent de procese de prăbușire și alunecare

Fig. 3 Suprafețe împădurite cu salcâm; Un bun exemplu de recuperare a terenurilor afectate de minerit- halda Roșia Jiu

În această situaţie sunt microcarierele Ploştina Nord, Lupoiţa II, Miculeşti I, Ştiucani, unde activităţile miniere au fost sistate iar terenurile sunt într-o situaţie incertă. Standardele în vigoare solicită unităţilor miniere să restaureze condiţiile de mediu la stadiul anterior începerii activităţilor. Această soluţie nu mai este însă plauzibilă deoarece factorii care imprimă specificul mediului au fost modificaţi ireversibil. Ce este posibil şi recomandabil, este restaurarea condiţiilor de mediu pornindu-se de la noile componente: litologie, relief, hidrologie, sol şi vegetaţie. Pentru o reabilitare de succes a terenurilor degradate prin activităţile miniere, este necesar ca planul de refacere, parte integrantă a unei strategii de mediu, să pornească încă de la debutul activităţilor economice. Situaţia din prezent, unde haldele de steril au fost deja consituite, impune găsirea de soluţii alternative ceea ce sporeşte preţul de cost. Ne luarea în considerare a fiecărui element de Revista Minelor - nr. 4 / 2011

mediu, va conduce la compromiterea rezultatului final şi diminuarea fertilităţii. O scurtă analiză a componentelor de mediu din perimetrele afectate evidenţiează: 1. Litologia, este una favorabilă, fiind compusă din roci sedimentare (argilă, marne, nisipuri, loess, resturi de cărbune), cu un grad mare de dezagregare şi alterare, care favorizează formarea scoarţei de alterare şi a solului. Prezenţa argilei în exces, poate crea probleme de instabilitate în lipsa unor condiţii hidrogeologice adecvate şi a asigurării condiţiilor de pantă. 2. Relieful este reprezentat în morfologie de noile forme antropice, care trebuie interpretate tridimensional prin luarea în considerare a înălțimii și pantei obținute. Pentru terenurile afectate din Oltenia, morfologia haldelor și a microcarierelor abandonate constiuie o problemă, deorece valoarile foarte mari ale taluzurilor obținute nu permit stabilizarea


45

formațiunilor litologice. În anumite situații, microcarierele păstrează valori ale pantei de până la 90°, care constiuie o sursă permanentă de prăbușiri și alunecări. De asemenea morfologia obținută în urma proceselor de modelare creează condiții pentru eroziune și infiltrarea apei în masa de roci. În cele mai multe cazuri, haldele construite în Oltenia, nu au fost prevăzute cu o rețea superficială de scurgere și crearea unui acvifer artificial care să descarce excesul de apă din formele antropice create. Aceste mici amănunte conduc la formarea la suprafață a zonelor de acumulare a apei și infiltrarea apei în masa de roci argiloase cu consecința pierderii stabilității. În această situație se află haldele Știucani, Rogoaze, Valea Mânăstirii, și microcariera Lupoița II. 3. Hidrologia indică prezența apei la suprafață și în interiorul corpului haldei, necesară pentru desfășurarea proceselor de alterare, pedogeneză și asigurarea funcțiilor fiziologice ale plantelor. Ce-a mai importantă este prezența apei conținută în corpul haldei, care să fie eliberată treptat în funcție de necesitățile plantelor. Pentru această evaluare, până în prezent, studiile sunt insuficiente, iar strategiile lipsesc.. 4. Solurile antropogene formate la suprafața reliefului antropic indică o structură scheletică și lipsa orizonturilor bazale. Deoarece rocile sedimentare se dezintegrează relative repede prin procese fizice chimice, se formează la suprafață o crustă de alterare cu grosimea de 0,5 metri, peste care se suprapune un orizont organic A. În urma cercetărilor realizate de Prof. dr. Țicleanu N., s-a constatat că argilele din dealurile Olteniei conțin nivele foarte bogate de fosfor și potasiu, minerale de bază în asigurarea fertilității. Acestea conduc la îmbunătățirea condițiilor de vegetare a plantelor pilot pe solurile nou formate. Din nefericire solurile prezente initial în aceste regiuni, stocate în halde separate, după un interval de 15-20 ani, și-au pierdut proprietățile de fertilitate și nu mai pot fi utilizate la acoperirea haldelor. 5. Vegetația dezvoltată pe aceste terenuri antropice este fundamental diferită de flora spontană a regiunii. În dezacord cu productivitatea ridicată din primii 2-3 ani, numărul de specii care se adaptează noilor condiții este redus, fiind reprezentat de exemplare fără valoare economică. Culturile agricole dezvoltate pe aceste terenuri prezintă în primă fază rezultate bune, însă sărăcirea rapidă în nutrienți și lipsa unei structuri, creează problem în intervalele secetoase. Este recomandabil ca pe aceste soluri să fie cultivate în primă fază specii pilot care să contribuie la îmbogățirea solului în materie organică și favorizeze procesele de pedogeneză.

Fig. 4; Specii de plante pionier pe suprafața haldei Bohorel. Exemplare de cârmâz ( Phytolacca decandra) in mai 2009

Analiza de mai sus indică pentru suprafețele cu acivitate minieră sistată, ca principal problemă lipsa stabilității, iar pentru o parte a terenurilor situația legală neclară. Lipsa stabilității poate fi rezolvată prin remodelarea morfologiei formelor antropice și reducerea unghiului de pantă, și prin proiectarea unei rețele superficiale de drenaj și a unui sitem de scurgere subterană. Situația juridică a acestor terenuri este încă neclară, de pe urma căreia comunitățile locale nu pot obține beneficii. În multe situații terenurile au fost ocupate de vechii proprietari chiar înainte de stoparea activităților miniere și introducerea în programe de reamenajare. Terenurile au fost cultivate, beneficiarii fiind încurajați de recoltele bogate din primii ani. Vechii și acum noii proprietari au blocat măsurile tehnice de reabilitare, orice intervenție fiind percepută ca un abuz. Este situația haldelor Valea Mânăstirii, Rogoaze și Știucani, unde fermierii au înfințat culture chiar înainte de deplasarea utilajelor. Rezultate satisfăcătoare s-au obținut în cazul plantațiilor forestiere. De exemplu în sectorul superior al haldelor Porcașa, Ploștina Nord, Roșia de Jiu, unde noile terenuri au fost plantate cu salcâm, specie adaptată foarte bine, însă lipsa soluțiilor pentru scurgerea apelor pluviale și formarea de zone de băltire și manifestarea fenomenelor de instabilitate conduce la afectarea arborilor. Specia amintită prin rădăcina pivotantă fixează depozitul de roci și elimină apa din masa haldei. Considerăm de asemenea că reîmpădurirea terenurilor afectate de minerit reprezintă soluția cea mai viabilă, și poate fi combinată cu alte forme de recuperare.

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


46

Bibiliografie 1. Bell F.G., Bullock S.E.T., Halbich T.F.J., Lindsay P. (2001) Environmental impacts associated with an abandoned mine in the Witbank Coalfield, South Africa, International Journal of Coal Geology 45 2001 pag. 195– 216 2. Coelho P., Silva S., Roma-Torres J., Costa C., Henriques A., Teixeira J., Gomes M., Mayan O., (2007) Health impact of living near an abandoned mine – Case study: Jales mines, Int. J. Hyg. Environ.-Health 210 (2007) 399–402 3. Domínguez-Cuesta María José, Jiménez-Sánchez Montserrat, Berrezueta Edgar (2007) Landslides in the Central Coalfield (Cantabrian Mountains, NW Spain): Geomorphological features, conditioning factors and methodological implications in susceptibility assessment, Geomorphology, 89, p. 358369. 4. Ghosem M. K., (2001) Management of topsoil for geoenvironmental reclamation of coal mining areas, Environmental geology (Environ. geol.), Springer, Berlin, ALLEMAGNE (1993) (Revue), vol. 40, nr. 1112, pp. 1405-1410 5. Glade T., Anderson G., Malcom, Crozier J. Michael (2005), Landslide hazard and risk, Publiser Willey. 6. Hack R., Price D., Rengers N., (2002) A new approach to rock slope stability – a probability classification, Bulletin of Engineering Geology Environment, Springer-Verlag

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

7. Kitula A.G.N., (2006) The environmental and socio-economic impacts of miningon local livelihoods in Tanzania: A case study of Geita District, Journal of Cleaner Production 14 (2006), pag. 405-414 8. Klukanova Alena , Rapant Stanislav, (1999) Impact of mining activities upon the environment of the Slovak Republic: two case studies, Journal of Geochemical Exploration 66 (1999) 299–306 9. Merad M.M., Verdel T., Roy B., Kouniali S., (2004) Use of multi-criteria decision-aids for risk zoning and management of large area subjected to mining-induced hazards, Tunnelling and Underground Space Technology 19 (2004) 125–138 10. Segumpta Mritunjoy, (2003) Environmental impacts of mining: restoration , and control, Lewis Publisher.

monitoring,

11. Walsby Jennifer Catherine (2007) Geohazard information to meet the needs of the British public and government policy, Quaternary International 171–172 (2007) 179–185 12. Zahiri H., Palamara D.R., Flentje P., Brassington C. M., Baafi E., (2006) A GIS-bassed Weight-of-Evidence model for mapping cliff instabilities associated with mine subsidence, Environmental Geology, Springer-Verlag 2006. 13. *** (1995) Environmental Risk Management, Best Practice Environmental Management in Mining, Edited by Environmental Protection Agency Australia.


47

POSIBILITĂŢI DE UTILIZARE A GOLURILOR REMANENTE DIN EXPLOATĂRILE MINIERE LA ZI Viorel VULPE* Rezumat: Acest articol analizează posibilităţile de utilizare, aspectele de ordin constructiv şi măsurile de asigurare a stabilităţii golurilor rămase în urma extragerii substanţelor minerale utile prin lucrări miniere la zi. Cuvinte cheie: gol remanent, depozit de roci sterile, depozit de reziduuri, lac de acumulare, umplere cu apă, măsuri de amenajare, măsuri de consolidare şi stabilitate. Consideraţii generale Industria extractivă minieră contribuie în mare măsură la poluarea intensă a factorilor mediului (apă – aer - sol), atât prin cantităţile de reziduuri, cât şi prin diversitatea lor. O serie dintre aceste unități economice, din cadrul industriei extractive miniere, ce au ca obiectiv extragerea de substanțe minerale utile prin lucrări miniere la zi, în viitorul apropiat își vor atinge limitele perimetrelor de exploatare, şi în consecinţă vor epuiza rezerva exploatabilă de substanță minerală utilă. Odată cu epuizarea acestei rezerve de substanţă minerală utilă, în perimetrul exploatării la zi întâlnim două zone distincte, ce trebuie reabilitate: o primă zonă unde în timpul desfășurării procesului de extragere a substanței minerale utile s-a depus sterilul, ce ocupă de obicei suprafețe ce pot să ajungă până la sute de hectare (carierele din bazinul carbonifer Rovinari,Jilţ, Motru, Berbeşti, etc). o cea dea doua zonă, ce se găseşte între depozitul de steril şi taluzurile marginale ale exploatării miniere la zi, numită în literatura de specialitate golul remanent, gol ce poate avea mai multe destinaţii, astfel încât în activitatea de amenajare vor trebui găsite soluţii pentru a transforma această „rană” produsă de activitatea de extragere, într-o structură perfect integrată în regiune, cu un grad cât mai ridicat de utilitate. Motivele care susţin necesitatea de remodelare şi reabilitare a terenurilor afectate de activităţile antropice din industria minieră se poate enumera: ¾ necesitatea reintegrării suprafeţelor degradate în circuitul productiv şi / sau ecologic al regiunilor în care acestea se găsesc, fapt care ____________________________________ *Drd.ing. – SNLO S.A. Tg.Jiu, E.C. Roşia

conduce la regenerarea potenţialului economic al acestora; ¾ îmbunătăţirea calităţii mediului înconjurător; ¾ eliminarea riscului de alunecare al formelor de relief antropice apărute în teritoriu prin depozitarea materialului steril în halde; ¾ reducerea pantelor asigurându-se diminuarea fenomenelor de eroziune şi accelerarea procesului de instalare a vegetaţiei; ¾ eliminarea impactului vizual negativ al zonelor cu aspect selenar; ¾ posibilitatea creării unor noi spaţii de depozitare pentru diferite tipuri de deşeuri şi/sau alte materiale în golurile remanente ale carierelor sau pe suprafaţa haldelor de steril. În funcţie de scopul reabilitării suprafeţelor afectate de lucrările miniere distingem următoarele tipuri de intervenţii: ‰ pentru reconstituirea peisajului în configuraţia iniţială; ‰ pentru schimbarea destinaţiei de folosire în conformitate cu cererile avansate de comunitatea locală; ‰ pentru sistematizare provizorie în aşteptarea deciziilor definitive luate de organele în drept. Estimarea volumului variante de utilizare

golului

remanent

si

Este bine cunoscut faptul că la orice exploatare la zi, după epuizarea rezervei geologice de bilanţ, rămâne un gol remanent datorită faptului că din perioada de deschidere şi până la crearea condiţiilor de depunere a materialului steril în interior carierei, în spaţiul exploatat (halda interioară), materialul este depus în afara câmpului minier (halda exterioară). Excepţie fac exploatările la zi ce îşi închid perimetru în zone colinare, iar vatra carierei este la cota terenului înconjurător sau mai sus decât aceasta. În acest caz nu se mai poate vorbi de un gol remanent. Volumul golului remanent în cazul unei cariere poate fi apreciat cu relaţia: Vg = Vh / ka + Vp în care: Vg – este volumul golului remanent m3 Vh - este volumul materialului steril din halda exterioară m3 ka – coeficientul de afânare a materialului steril depus în halda exterioară % Vp – volumul total de substanţă minerală utilă extrasă m3 Revista Minelor - nr. 4 / 2011


48

Conform legislaţiei în vigoare orice exploatare minieră, fie ea subterană sau de suprafaţă, are obligaţia de a reda în circuitul economic suprafeţele afectate în urma lucrărilor de deschidere, pregătire şi exploatare a substanţelor minerale utile. În cazul golului remanent, care este una dintre formele antropice rezultate, alături de alte suprafeţe (halda exterioară, halda interioară, suprafeţe ocupate cu incinte sociale, căi de transport etc.), posibilităţi de reutilizare sunt multiple Dacă pentru depozitele de steril lucrările de reabilitare în scopul redării în circuitul economic, pot începe şi sunt recomandate să se efectueze în paralel cu lucrările de extragere, utilizarea golului remanent implica o analiză distinctă în vederea a găsirii de soluţiile optime de utilizare. Între acestea se menţionează: • folosirea lui ca spaţiu de depozitare a rocilor sterile pentru noi perimetre de exploatare ce se deschid în apropiere;

utilizarea ca depozit de cenuşă pentru termocentralele pe cărbune; • utilizarea lui ca deponent menajer în condiţiile unei pregătiri prealabile; • umplerea lui cu apă, cu diferite utilizări; În funcţie de metodele de exploatare, succesiunea în timp şi spaţiu a lucrărilor de deschidere, pregătire si exploatare, raportul de descoperta, golul remanent rezultat poate fi: - gol remanent având părţile laterale formate numai din taluzuri „in situ”, ca urmare a lipsei lucrărilor de haldare interioară se exemplifică prin cele două lacuri formate natural în urma încetării activităţii şi retragerii utilajelor din microcariera Moi, bazinul carbonifer Rovinari, jud. Gorj (figura 1) - gol remanent având părţile laterale formate atât din taluzuri naturale cât şi din taluzuri de haldă, rezultate în urma depozitării rocilor sterile în spaţiul exploatat.

Figura 1 Gol remanent al microcarierei Moi, Jud. Gorj umplut natural cu apă

Utilizarea golului remanent ca depozit de roci sterile Un asemenea tip de utilizare presupune o analiză care trebuie să tină cont de perspectiva dezvoltării activităţii extractive în zonă, fezabilitatea unui asemenea proiect, analiza posibilităţilor tehnice şi economice de asigura transportul maselor de steril din perimetrele adiacente şi corelarea volumului de steril, necesar de depozitat, cu volumul golului remanent; În cazul utilizării spaţiului ca depozit de roci sterile, pentru alte perimetre de exploatare, nu este necesară aplicarea altor măsuri suplimentare pentru asigurarea stabilităţii, faţă de cele specifice în cazul tehnologiilor de excavare, transport şi haldare.

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

Se poate exemplifica în acest caz cariera Rovinari Est, deschisă printr-un sistem de deschidere impus de morfologia zonei, prin continuarea lucrărilor de excavare din perimetrul minier Beterega, cu avansare spre zona estică, materialul steril depunându-se în golul rămas în cariera Beteraga. Folosirea golului reziduuri

remanent ca depozit de

În scopul utilizarea spaţiului rămas în urma exploatării substanţei minerale utile, ca depozit de cenuşă, sau deponent menajer, sunt necesare măsuri de impermeabilizare astfel încât să fie împiedicată posibilitate ca eventualele reziduuri radioactive sau anumiţi compuşi chimici să pătrundă în pânza


49

freatică a zonei adiacente, ce pot avea consecinţe grave asupra mediului pe o întindere foarte mare. Alegerea sistemului optim de impermeabilizare se face ţinându-se seama de o serie de factorii, printre care se menţionează: • natura deşeurilor ce urmează a fi depozitate; • condiţiile hidrogeologice; • geomorfologia zonei; • solicitările ce pot apărea în timpul exploatării; • natura şi caracteristicile materialului utilizat; Sistemul de impermeabilizare trebuie să asigure: • etanşeitatea întregului depozit; • stabilitate chimică şi termică faţă de deşeurile depozitate şi faţă de rocile din fundament; • rezistenţa mecanică la eforturile care apar în timpul construcţiei şi în timpul exploatării; • rezistenţa la fenomenele meteorologice (inclusiv la îngheţ, la temperaturi ridicate şi la raze ultraviolete); • stabilitate dimensională la variaţiile de temperatură; • rezistenţă la îmbătrânire; • elasticitate suficientă şi rezistenţă la rupere; Realizare depozitelor de cenuşă, rezultate din arderea cărbunilor în termocentrale, trebuie să ţină cont de o serie de criterii tehnico-economice şi sociale, printre care se enumera: ƒ oportunitatea şi necesitatea amenajării depozitului de cenuşă; o în dimensionarea depozitelor, calculul capacităţilor de depozitare (suprafaţa şi

volumul de depozitat), trebuie să se ţină seama de cantitatea medie de cenuşă rezultată, având in vedere ca perioada de funcţionare a depozitului trebuie să fie de 15– 20 de ani; o amplasarea, formarea şi dimensionarea depozitului de cenuşă, în vederea asigurării unei capacităţi optime de depozitare, cu costuri de investiţii şi de exploatare minime; ƒ soluţia constructivă a depozitului de cenuşă: o consideraţii privind stabilitatea depozitului de cenuşe sub efectul negativ al infiltraţiilor; o verificarea fundaţiei depozitului de cenuşă la suprapresiuni; ƒ măsuri de protecţie a mediului şi posibilităţi de reutilizare a haldei de cenuşă; o prevenirea poluării mediului ambiant cu substanţe antrenate din depozite; o prevenire, in zonele adiacente a catastrofelor produse de distrugerea structurii acestora şi de deplasarea acestor reziduuri; o protecţia calităţii aerului în zona depozitului de cenuşă; o supravegherea comportării depozitelor de cenuşă, prin mijloace specifice, atât în perioada de exploatare cât şi după epuizarea spaţiului de depunere asigurând reintegrarea în circuitul economic şi ecologic a terenurilor ocupate; ƒ posibilităţi de utilizare a cenuşii de la termocentrală ca material în construcţii;

Figura 2 Gol remanent utilizat pentru depozitarea cenuşii de la termocentrala Rovinari

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


50

Folosirea golului remanent ca lac de acumulare Posibilitatea cea mai simplă de utilizarea a golului remanent, rezultat în urma exploatării este cea de lac de acumulare cu apă, preluând diferite funcţiuni ca: amenajare piscicolă, zonă de agrement, bazin de acumulare pentru irigarea suprafeţelor terenurilor agricole deja redate în circuitul economic, alimentarea cu apă a localităţilor aflate în imediata apropiere, organizarea de baze nautice. În cazul utilizării lui ca lac de acumulare sunt necesare cercetări minuţioase în vederea stabilirii măsurilor de asigurare a stabilităţii taluzurilor submersate şi în special atunci când golul este format din zone, cu taluzuri „ in situ”, şi taluzuri de haldă, iar materialul depozitat este heterogen şi prezintă un anumit coeficient de afânare, fiind cunoscut efectul negativ al prezentei apei in corpul taluzurilor sau versantului, cu implicaţii în asigurarea stabilităţii. Semnalăm importanţa conducerii activităţilor de excavare, astfel încât taluzurile marginale, ce vor delimita acumularea de apă, să aibă o geometrie care să asigure condiţiile de stabilitate, înainte de a se ajunge la reamenajarea golului remanent. Acest considerent este important pentru a evita lucrări suplimentare ce ţin de retaluzări sau în situaţii nefericite chiar la exproprieri de suprafeţe adiacente pentru reamenajarea taluzurilor marginale. În apropierea lacului format se recomandă realizarea de zone împădurite, ceea ce contribuie la satisfacerea exigenţelor estetice precum şi la dezvoltarea unui spaţiu vital pentru dezvoltarea faunei în zonă cu efecte benefice supra factorilor de mediu. Apariţia lacurilor de acumulare poate determina insa unele modificări locale, de obicei minore ale climei, încât este greu de a face diferenţa între impactul specific asociat de prezenţa masei de apă şi climatul regiunii cu fluctuaţiile lui normale. Efectele unei acumulări de apa asupra climatului variază în funcţie de dimensiunile acumulării de apă (suprafata luciului de apă, adâncimea lacului), topografia regiunii şi climatul natural. Din punct de vedere topoclimatic, lacul de acumulare poate imprima anumite caracteristici proprii elementelor şi fenomenelor meteorologice, creând un topoclimat specific suprafeţelor cu apă. Astfel pot să apară : • temperaturi mai scăzute; • umiditate mai ridicată; • descendenţa maselor de aer; efectul crescut al vântului datorită suprafeţei plate; Revista Minelor - nr. 4 / 2011

• • • •

ceaţa de radiaţie şi de evaporaţie; nebulozitate mai accentuată; precipitaţii locale; schimbări în evapotranspiraţie ; Masa de apă poate avea efecte de reducere a variaţiilor termice locale, răcind aerul primăvara şi vara şi încălzindu-l toamna şi la începutul iernii. Posibilităţi de umplere cu apă, utilizare şi măsuri constructive de amenajare a acumulărilor de apă Având în vedere că umplerea cu apă a golurilor remanente este un proces de durată se recomandă ca măsurile de umplere artificială şi / sau naturală, cu apă, a acestor amenajări să se facă după asigurarea stabilităţii şi consolidării malurilor, ţinând cont de dependenţa spaţială între fosta carieră - taluzurile marginale ale treptelor de excavaţii şi taluzurile haldei interioare. Perioada de timp necesară umplerii golului remanent este condiţionată de cantităţile posibile de apă rezultate din sursele naturale de alimentare şi cantitatea de apă posibilă din surse artificiale, şi de volum total de apă necesar. Ca o sursă de alimentare pot fi menţionate lucrările de asecare. Variantele de umplere a golului remanent, în funcţie de particularităţile, zonei pot fi: 9 naturale: - utilizând potenţialul apelor subterane – aferent lucrărilor de asecare sau orizonturilor acvifere deschise din perimetrul carierei. Posibilitatea de umplere pe cale naturală este condiţionată de regimul apelor subterane: debit, viteză de curgere şi nivel piezometric al orizonturilor acvifere intersectate precipitaţiile ce cad în interiorul perimetrului carierei cât şi scurgeri de pe versanţi, etc.. În condiţiile în care lucrări de asecare nu se vor mai executa, volumul maxim de apă din golul remanent va fi condiţionat de următorii factori: • debitul infiltraţiilor din taluzurile marginale; • volumul precipitaţiilor; • nivelul de evaporare; • cota de evacuare posibilă a apei efluent pentru reţeaua hidrografică a zonei; • morfologia si înălţimea haldei interioare fata de cota suprafeţei terenului înconjurător. 9 artificiale: - prin dirijarea apelor de pe văile aflate în imediata apropiere a perimetrului, printr-un volum minim de lucrări hidrotehnice de deviere şi dirijare controlată a acestora. - asigurarea alimentării cu apă din reţeaua hidrografică a zonei prin lucrări hidrotehnice (canale de aducţiune) sau sistem de alimentare prin pompare.


51

Posibilitatea umplerii pe cale artificială se poate realiza şi prin menţinerea în funcţiune, după terminarea lucrărilor de excavare, a eventualelor foraje de drenare cu erupţie liberă şi utilizarea potenţialului orizontului acvifer artezian printr-un volum minim de lucrări hidrotehnice.(cazul carierelor Roşia de Jiu şi Peşteana) Umplerea artificială, prezintă o serie de avantaje: - golul remanent îşi poate prelua funcţiunea considerabil mai repede; - se poate decide de operatori cota până la care este oportună ridicarea apei în lac; - exista posibilitatea corelării lucrărilor de amenajare (consolidare şi lucrări specifice potrivit destinaţiilor finale) cu cantitatea de apă dirijată în viitorul lac; Soluţii de amenajare şi consolidare a taluzurilor submersate La cele mai multe cariere golul remanent rezultat este mărginit de o parte de taluzurile definitive ale carierei, iar de cealaltă parte de taluzurile haldei interioare formata din roci afânate. In aceasta situaţie, la umplerea golului cu apa, materialul heterogen din care este alcătuită halda suferă un proces de saturaţie rapidă (o prima saturaţie), în masa lor formându-se un sistem bifazic (solid-lichid) roca apă care pot declanşa alunecări prin curgere datorită lichefierii.

Pentru a evita producerea de fenomene de instabilitate se propun următoarele soluţii de asigurare a stabilităţii taluzurilor treptelor de haldă ce vor fi submersate: • măsuri de impermeabilizare a taluzurilor treptelor de halda (figura 3) experienţa operatorilor minieri din Germania – cariera Greifenhain • executarea de ziduri de sprijin sau gabioane la piciorul taluzurilor submersate. • folosirea geogrilelor în amenajarea taluzurilor submersate (figura 4); • acoperirea taluzurilor cu anrocamente de piatră naturală sau bucăţi de betoane ce pot fi recuperate din platformele betonate şi drumurile de acces, care vor fi dezafectate odată cu încetarea obiectivului minier (figura 5) • plantarea pe suprafeţele taluzurilor de plante hidrofile. De asemenea este necesară asigurarea protecţiei zonei de acumulare a apei, prin crearea de perdele silvice cu o lăţime de minim 50 m formată din specii de plante hidrofile, iubitoare de apă (figura 6). • aplicarea de soluţii speciale de îmbunătăţirea stabilităţii treptelor de haldă din vecinătatea acumulărilor de ape prin modofificarea caracteristicilor mecanice şi fizice ale rocilor: o consolidări de suprafaţă; o consolidări de adâncime – vibrocompactare; o consolidări prin implantarea unor inserţii speciale de tipul geogrilelor sau geosinteticelor etc.;

Figura 3 - Experienţa operatorilor

Figura 4 - Sistemul constructiv de principiu şi modul de execuţie a lucrărilor de îmbunătăţire a stabilităţii haldelor utilizând materiale geosintetice Revista Minelor - nr. 4 / 2011


52

Figura 5 - Măsuri de protecţie cu arocamente – Digul de retenţie al râului Jiu în zona Rovinari

Figura 6 – Protecţia taluzurilor prin plantarea de plante hidrofile – microcariera Moi

Variante de utilizare a acumulărilor de apă Pentru a spori valoarea unei asemenea amenajări, în funcţie de dimensiunile luciului de apă pot exista utilizări multiple şi anume: • amenajare piscicolă; • acumulare de apă pentru irigaţii, sau sursă de apă pentru alimentare curentă; • zonă de agrement; • bază nautică pentru sporturile de performanţă, etc; În funcţie de tipul de utilizare al acumulării de apă, va fi necesară o amenajare specifică a malurilor şi a fundului lacului. Măsurile constructive generale şi specifice necesare de aplicat în cazul unui asemenea tip de reutilizare sunt prezentate în tabelul nr.1. Concluzii Posibilităţile de amenajare şi utilizare a golurilor remanente rezultate în urma extragerii substanţelor minerale utile prin lucrări la zi trebuie să ţină cont de următoarele aspecte: ¾ de perspectiva dezvoltării activităţii extractive în zonă; Revista Minelor - nr. 4 / 2011

¾ integrarea zonei ce urmează a se reamenaja în cadrul natural adiacent; ¾ analiza utilizărilor alternative ale anumitor obiective care îşi pierd utilitatea odată cu încetarea activităţii de extragere; ¾ morfologia terenului rezultată în urma activităţilor tehnologice din carieră; Pornind de la posibilităţile de utilizare a golurilor remanente, din carierele care îşi încetează activitatea, se fac următoarele aprecieri: 9 În cazul utilizării golului remanent ca depozit de roci sterile - pentru alte perimetre de exploatare, nu sunt necesare măsuri suplimentare pentru asigurarea stabilităţii taluzurilor faţă de cele specifice în cazul tehnologiilor de excavarea, transport şi haldare pentru carierele în funcţiune. 9 Pentru folosirea golului remanent ca depozit de reziduuri - depozit de cenuşă, sau deponent menajer, sunt necesare măsuri speciale de construcţie şi măsuri specifice de reabilitare şi redare în circuitul economic; 9 Amenajarea golului remanent ca lac de acumulare dă posibilitatea valorificării apei în toate formele ei de utilizare fiind pusă în valoare ca un bun economic.


53

Astfel: ¾ Prin amenajarea golului ca lac de acumulare apa este folosită în mod eficient şi echitabil cu rol important în conservarea resurselor de apă ale a zonei ¾ Gospodărea integrată a apelor îmbină problemele de folosire a apelor cu cele de protecţie a ecosistemelor naturale

¾ Se asigură refacerea nivelului apelor subterane (a nivelului hidrostatic) mult mai repede decât în orice altă variantă de utilizare a golului.

Tabel nr.1 Tipuri de măsuri necesare de aplicat pentru diferitele tipuri de utilizări ale acumulărilor de apă din golul remanent Nr. Tip de crt. utilizare

1

2

Măsuri constructive caracter general asigurarea stabilităţii taluzurilor de haldă care vor fi submersate

#stabilizarea taluzurilor de haldă imediat după încetarea activităţii în piscicolă cariere, înainte de începerea procesului de umplere cu apă

irigaţii

#măsuri speciale pentru asigurarea stabilităţii taluzurilor submersate

#malurile vor fi plantate cu o #compactare de suprafeţelor taluzurilor prin vibrocompactare vegetaţie hidrofilă, iubitoare de umiditate, #substituirea parţială a materialului prin realizarea unor #fundul lacului să fie cât mai plat coloane umplute cu material granular #explozii de adâncime pentru îndesarea materialului

#aplatizare plajelor pentru evitarea accidentelor (alunecări, surpări etc.);

#preîncărcarea terenurilor cu sau #vegetaţia va trebui aleasă cu grijă, fără drenaj #asigurarea apei necesare pentru umplerea golului remanent

3

specifice amenajarea malurilor şi baza lacului

#asigurarea controlului agrement nivelului apei în golul remanent prin sisteme de evacuare în caz de forţă majoră

#utilizarea de diguri de arocamente pentru evitarea eroziunii de val a malurilor

#lucrări pentru îmbunătăţirea stabilităţii terenului astfel încât să fie posibilă executarea de zone de parcare, construcţia de clădiri de agrement şi auxiliare,

#lucrări de umezire dirijată sau prin inundare a materialelor #crearea căilor de acces pentru loessoide când tasarea acestora asigurarea racordului cu arterele de se produce sub greutatea proprie circulaţie importantă din zonă #lucrări de impermeabilizare a taluzurilor cu materiale geotextile

Bibliografie 1. Fodor, D., Băican, G. Impactul industriei miniere asupra mediului – Editura Infomin Deva 2001; 2. Lazăr, M. Gospodărirea apelor de suprafaţă - Editura Universitas, 2001; 3. Lazăr, M. Reabilitare Ecologică - Editura Universitas, 2001

4. Rotunjanu, I. Stabilitatea versanţilor şi taluzurilor -Editura Infomin 2005 5. *** Normativ Privind Evaluarea Riscului Producerii Alunecărilor de Teren în Zona Drumului 6. *** Normativ Tehnic Privind Depozitarea Deşeurilor, Constituirea, Exploatarea Monitorizarea şi Închiderea Depozitelor de Deşeuri

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


54

SINTEZA POZIŢIONALĂ A MECANISMULUI CU CULISĂ Vasile ZAMFIR*, Horia VÎRGOLICI**, Olimpiu STOICUŢA*** Abstract In the paper we present the positional synthesis of the slider-crank inverted mechanism as part of mining machines and equipment. Introducere În figura 1 este arătat mecanismul cu culisă de rotaţie, condusă. Dimensiunea e reprezintă excentricitatea culisei. Cu notaţiile din figură se poate scrie euaţia vectorială de contur, în dimensiuni relative, prin raportare la lungimea suportului AD:

BC = e + 1 + a

e − a cos(ψ + ψ 0 − ϕ ) cos ϕ 0 − − a sin(ψ + ψ 0 − ϕ ) sin ϕ 0 + cos(ψ + ψ 0 ) = 0

(4)

şi apoi se identifică cu următorul polinom de interpolare: p 0 + f 0 (ϕ ) + p1 f1 (ϕ ) + p 2 f 2 (ϕ ) = 0 (5) în care: e ⎧ ⎪ p 0 = a cos ϕ 0 ⎪ 1 ⎪ ⎨ p1 = a cos ϕ 0 ⎪ ⎪ p 2 = tg ϕ 0 ⎪ ⎩

(1)

⎧ f 0 = − cos(ψ +ψ 0 − ϕ ) ⎪ ⎨ f1 = cos(ψ + ψ 0 ) ⎪ f = − sin(ψ + ψ − ϕ ) 0 ⎩ 2

(6)

(7)

Pentru determinarea celor trei coeficienţi p0, p1 şi p2 se vor calcula valorile funcţiilor f0(φ), f1(φ) şi f2(φ) pentru un set de valori ale unghiului φ (φ1, φ2 şi φ3) din intervalul de aproximare (φ0, φm), alese arbitrar sau prin construcţie Cebâşev. Se obţine un sistem de trei ecuaţii liniare în pj, j=0,1,2:

Figura 1 Mecanismul cu culisă de rotaţie condusă şi parametrii geometrici care-l definesc

Ridicând la pătrat şi ţinând cont că:

( BC ) 2 + e 2 = t 2 = a 2 + 1 − 2a cos(ϕ 0 + ϕ ) (2) se obţine:

e − a cos(ψ 0 +ψ − ϕ0 − ϕ) + cos(ψ 0 +ψ ) = 0 (3)

Din ecuaţia (3) rezultă că mecanismul cu culisă de rotaţie e dependent de patru parametri geometrici: a, e, φ0 şi ψ0. Calculul a trei parametri Să presupunem că dorim determinarea parametrilor a, e şi φ0 (parametrul ψ0 fiind ales arbitrar). În acest caz ecuaţia (3) se dezvoltă sub forma: ____________________________________ * Prof.univ.dr.ing. Universitatea din Petroşani **Lect.univ.dr. Univ. „Spiru Haret” Bucureşti *** Asist.univ.dr.ing.Universitatea din Petroşani Revista Minelor - nr. 4 / 2011

⎧ p0 + f 0 (ϕ1 ) + p1 f1 (ϕ1 ) + p2 f 2 (ϕ1 ) = 0 ⎪ ⎨ p0 + f 0 (ϕ2 ) + p1 f1 (ϕ2 ) + p2 f 2 (ϕ2 ) = 0 (8) ⎪ p + f (ϕ ) + p f (ϕ ) + p f (ϕ ) = 0 1 1 3 2 2 3 ⎩ 0 0 3

După aflarea parametrilor p0, p1 şi p2, cu formulele (6), se detrmină parametrii necunoscuţi ai mecanismului, în următoarea succesiune:

ϕ0 = arctg( p2 ); a =

e ; e = ap0 cosϕ0 (9) p1 cosϕ0

Analiza erorilor Valoarea reală a unghiului ψ = ψr poate fi calculată cu una dintre următoarele relaţii:

ψ r +ψ 0 = arctg

sin(ϕ 0 + ϕ )

e ± arccos (10) 1 t cos(ϕ 0 + ϕ ) − a

unde

t = a 2 + 1 − 2a cos(ϕ + ϕ 0 )

(11)

sau cu relaţia dedusă din ecuaţia de poziţie (3), pusă sub forma ecuaţiei (12) în sin(ψ0+ψ) şi cos(ψ0+ψ): A sin(ψ 0 + ψ ) + B cos(ψ 0 + ψ ) + C = 0 (12)


55

de unde rezultă

⎛ A ± A2 + B 2 − C 2 i i i i ⎜ Bi − C i ⎝

ψ 0 + ψ i = 2arctg ⎜

1 ⎧ ⎪a ≤ L; e ≥ L ⎪⎪ 1 ⎨ a ≥ ; a ≤ eL L ⎪ ⎪e ≤ L; a ≥ e ⎪⎩ L

⎞ ⎟ (13) ⎟ ⎠

în care

⎧ Ai = a sin(ϕ 0 + ϕ i ) ⎪ ⎨ Bi = − a cos(ϕ 0 + ϕ i ) + 1 ⎪C = e ⎩ i

(14)

Abaterea de poziţie a culisei Δψ(φ) se compară cu valoarea admisibilă pentru mai multe valori φi din intervalul de aproximare (φ0, φm): Δψ (ϕ ) = ψ r − ψ ≤ Δψ ad (15) Calculul a patru parametri Pentru calculul tuturor celor patru parametri, ecuaţia de poziţie (3) se pune sub forma următorului polinom: p0 + f0 (ϕ) + p1 f1(ϕ) + p2 f2 (ϕ) + p3 f3 (ϕ) = 0 (16)

e ⎧ ⎪ p0 = cos ϕ 0 ⎪⎪ ⎨ p1 = − a (tgψ 0 cos ϕ0 − sin ϕ0 ) ⎪ p = a(tgψ cos ϕ + cos ϕ ) 0 0 0 ⎪ 2 ⎪⎩ p3 = tgψ 0 ⎧ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪⎩

Unghiul de transmitere În cazul în care elementul AB este element conducător, unghiul de transmitere este unghiul γ, format între direcţiile vitezei absolute a punctului B (perpendiculara pe t) şi direcţia vitezei relative (paralelă cu direcţia de glisare a patinei BC). Rotind în sens orar laturile acestui unghi, se obţine unghiul format între o direcţie perpendiculară pe direcţia de glisare BC şi direcţia BD. Din figura 1 rezultă:

cos γ =

(17)

f 0 = cos ψ f1 = sin(ψ − ϕ ) f 2 = cos(ψ − ϕ ) f 3 = − sin ψ

(18)

Se aleg arbitrar sau cu construcţia Cebâşev abscisele nodurilor de interpolare în interiorul intervalului de aproximare (φ0,φm). Se scrie sistemul de patru ecuaţii liniare în pj, j=0,1,2,3, care se rezolvă. Parametrii necunoscuţi ai mecanismului se determină în următoarea ordine:

⎧tgψ 0 = p3 ⎪e = p cosψ 0 0 ⎪ p1 ⎪ ⎨tg (ϕ 0 − ψ 0 ) = p2 ⎪ p2 ⎪a ⎪ = tgψ sin ϕ + cos ϕ 0 0 0 ⎩

(19)

Condiţii suplimentare Condiţii privind lungimea elementelor În cazul mecanismului cu culisă de rotaţie trebuie satisfăcute următoarele relaţii privind lungimea elementelor:

e t

(21)

Ţinând cont de relaţia (11), vom avea:

cos γ =

în care:

(20)

e a + 1 − 2a cos(ϕ + ϕ 0 ) 2

(22)

Din relaţia (22) deducem că γ = γmin pentru φ+φ0 = 0:

cos γ min =

e a −1

(23)

Prin urmare, condiţia unghiului de transmitere poate fi dată prin relaţia: a − 1 cos γ ad ≥ e (24) Din figura 1 rezultă că culisa se roteşte dacă: a > 1+ e (25) Din inegalităţile (24) şi (25) se deduce că pentru a > 1 şi îndeplinind condiţia (15) se obţine mecanismul cu culisă de rotaţie. În acest caz, din inegalităţile (20) trebuie îndeplinite numai următoarele: ⎧ ⎪⎪ a ≤ L (26) ⎨ a ≤ eL 1 ⎪e ≥ ⎪⎩ L Dacă

a < 1+ e

(27)

prin rotirea manivelei AB, culisa va avea mişcare oscilantă. Pentru îndeplinirea condiţiei (24) e necesar să fie îndeplinită următoarea inegalitate:

a ≤ 1−

e cos γ ad

(28)

care cuprinde şi relaţia (20). Revista Minelor - nr. 4 / 2011


56

Din inegalităţile următoarele:

(20)

1 ⎧ ⎪a ≥ L ; a ≤ eL ⎨ 1 e ⎪e ≥ ; a ≥ L L ⎩

trebuie

îndeplinite

(29)

geometrici

ai mecanismului, mai ϕ 0 = arctgp 2 şi apoi e şi h din sistemul:

⎧e tgϕ 0 − h = p 0 ⎨ ⎩e + h tgϕ 0 = p1

întâi

(34)

Analiza erorilor

Sinteza mecanismului cu culisă de translaţie În figura 2 este arătat mecanismul cu două culise şi parametrii geometrici care-l definesc.

Relaţia (30) exprimă chiar abaterea dintre ceea ce poate realiza elementul culisă şi ceea ce i s-a impus. Această abatere trebuie să verifice următoarea relaţie, în care Δsad este abaterea admisibilă: Δs (ϕ ) = e tg (ϕ 0 + ϕ ) − s − h ≤ Δs ad (35) Condiţii suplimentare Unghiul de transmitere γ rezultă direct din figura 2:

ctg γ =

h+s e

(36)

Pentru a satisface condiţia unghiului de transmitere minim trebuie să fie îndeplinită relaţia: h + s max ≤ e ctgγ ad (37) Figura 2 Mecanismul cu culisă de translaţie şi parametrii geometrici care-l definesc

Acest mecanism are în componenţă două culise: una de rotaţie, AB, şi una de translaţie, pe direcţie fixă, CD. Mecanismul se mai numeşte mecanism tangenţial. Mecanismul are trei parametri geometrici: e, h şi φ0. Cu notaţiile din figura 2 se poate scrie: h + s − e tg (ϕ 0 + ϕ ) = 0 (30) Pentru determinarea celor trei parametri, ecuaţia (30) se scrie dub forma următorului polinom: p 0 + f 0 (ϕ ) + p1 f1 (ϕ ) + p 2 f 2 (ϕ ) = 0 (31) în care

⎧ p 0 = etgϕ 0 − h ⎪ ⎨ p1 = e + h tgϕ 0 ⎪ p = tgϕ 0 ⎩ 2

(32)

⎧ f 0 = −s ⎪ ⎨ f 1 = tgϕ ⎪ f = s tgϕ ⎩ 2

(33)

Exemplu numeric Să se sintetizeze un mecanism cu culisă de rotaţie pentru aproximarea pe intervalul D ϕ0 = 0; ϕm = 50 a urmatoarei funcţii:

F ( ϕ ) = Ψ (ϕ ) =

1 2 ⋅ϕ 25

(38)

utilizând patru puncte de precizie. Rezolvare: Nodurile de interpolare sunt alese utilizând spaţierea Cebâşev:

Pentru un set de trei valori ale unghiului φ (φ1, φ2, φ3) din intervalul de aproximare (φ0,φm), considerate ca abscise ale nodurilor de interpolare alese arbitrar sau prin construcţia Cebâşev, se scriu trei ecuaţii liniare din care se determină coeficienţii pj, j=0,1,2 în relaţiile (32), se determină parametrii Revista Minelor - nr. 4 / 2011

în care smax este deplasarea maximă a elementului condus, γad este unghiul de transmitere admisibil, h este distanţa de la axa de referinţă la poziţia iniţială a patinei B. Mai sus elementul conducător a fost culisa de rotaţie, caz în care mecanismul generează funcţia f(φ; e, φ0, h). Când culisa de translaţie este element conducător, mecanismul este capabil că genereze funcţia identică f(s; e, φ0, h). În concluzie, mecanismul cu două culise nu depinde de culisa conducătoare.

⎧ ϕm ⎛ π ⎞ 0 ⎪ϕ 1 = 2 ⎜ 1 − cos 8 ⎟ = 1, 903012 ⎝ ⎠ ⎪ ⎪ ϕm ⎛ 3π ⎞ 0 ⎪ϕ 2 = ⎜ 1 − cos ⎟ = 15, 432914 2 ⎝ 8 ⎠ ⎪ ⎨ ⎪ϕ = ϕ m ⎛ 1 + cos 3π ⎞ = 34, 567086 0 ⎜ ⎟ ⎪ 3 2 ⎝ 8 ⎠ ⎪ ⎪ϕ = ϕ m ⎛ 1 + cos π ⎞ = 48, 096988 0 ⎜ ⎟ ⎪⎩ 4 2 ⎝ 8⎠

(39)


57

În urma rezolvării sistemului liniar (16) (utilizand relatiile (17) si (18)) de cinci ecuatii în necunoscute pj, j=0,1,2,3;4 obţinem solutiile:

⎧ p0 = 0.74368 ⎪ = ⎪ p1 0.44078 ⎨ ⎪ p2 = −1.73155 ⎪⎩ p3 = −0.22851

(40)

Parametrii geometrici necunoscuţi ai mecanismului sintetizat se determină pe baza relatiilor (19):

⎧ψ 0 = −12.872080 ⎪ ⎪e = 0.72499 ⎨ 0 ⎪ϕ0 = −27.15408 ⎪a = −1.74187 ⎩

(41)

Cu ajutorul relaţiilor (10) şi (13) se calculează ψr iar cu ajutorul expresiei (15) se calculează deviaţia Δψ(φ), a carei marime este comparata cu valoarea maxima a abaterii, ce aproximează intervalul (φ0,φm), relaţia (15). In cele ce urmează se prezintă graficul funcţiei ψ ( ϕ ) = ϕ2 / 25 punând în evidenţă variaţia unghiului ψr în raport cu ϕ utilizănd expresia (13). În figura 3 se prezintă cu culoare roşie unghiul ψr iar unghiul ψ ( ϕ ) = ϕ2 / 25 situat în intervalul (φ0,φm) se evidenţiază cu culoare albastră.

Bibliografie 1. Zamfir V., Vîrgolici H. Condiţii de sinteză prin metoda interpolării Revista Minelor, vol 17, nr. 1 / 2011 2. Lazăr M., Pandrea N., Popa D. Obtaining Cebâşev-type mechanisms through optimal synthesis based upon some caalculus programs Mec. Apl., Bulletin of the University of Piteşti, 2001 3. Georgescu T., Lazăr M. Cebâşev-type mechanisms obtained through the optimum synthesis based on some calculus programs Scientific Bulletin automotiveAutomotive, no. 19, vol 1., University of Piteşti, 2002 4. Artobolevski I.I., Levitski N.I., Cercudinov S.A. Sintez ploskia mehanizmov Fizmatigiz, Moskva, 1959 5. Beleţki V. Rasciot mehanizmov maşin avtomatov piscevâh proizvodstv, „Vişa scola”, Kiev, 1974 6. Cercudinov S.A. Sintez ploskih şarnirnorîciajnîh mehanizmov Iz-vo Academii Nauk S.S.S.R., Moskva, 1959 7. Dancea I. Programarea calculatoarelor numerice pentru rezolvarea problemelor cu caracter tehnic şi de cercetare ştiinţifică Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 1973 8. Hartenberg R.S., Denavit I. Kinematic Synthesis of Limkage McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering, New York. 9. Lazaride Gh., Stere N., Niţă C. Mecanisme şi organe de maşini Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1970. 10. Sarkisean Iu.L, Cecean G.S. Optimalnîi sintez peredatocinovo cetîrzvenika Maşino-beledenie, nr.3, 1969.

Figura 3 Diagrama funcţiei aproximantă şi aproximată

11. Tesar D. The Generalized Concept of Three Multiply Separated Positions in Coplanara Motion Journal of Meechanisms, vol.2, 1967, p.461-474 12. Tesar D. The Generalized Concept of Four Multiply Separated Positions in Coplanara Motion Journal of Meechanisms, vol.3, 1968, p.11-23 13. Zamfir V. Sinteza mecanismelor cu bare articulate plane (Note de curs), fasciculele 1-5 Litografia Institutului de Mine, Petroşani, 1976, 1977.

Figura 4 Diagrama erorilor de aproximare Revista Minelor - nr. 4 / 2011


58

PERSONALITĂŢI DE LÂNGĂ NOI „Un vis împlinit” - Prof.univ dr. docent ing. D.H.C. Ştefan Covaci la împlinirea vârstei de 90 de ani În data de 07.10.2011, în cadrul Departamentului de Inginerie Minieră, Topografie şi Construcţii de la Universitatea din Petroşani a avut loc festivitatea de sărbătorire a prof.univ.dr.ing. Ştefan Covaci, la împlinirea vârstei de 90 de ani. *** Profesorul Ştefan Covaci s-a născut la Petrila, oraş mineresc de pe malul Jiului de Est, la 9 octombrie 1921, într-o familie de minieri. A urmat cursurile primelor patru clase ale şcolii primare la Petrila, iar următoarele patru clase de liceu, la Petroşani. Din cauza greutăţilor financiare, la 14 ani s-a angajat, ca ziler, la suprafaţă la mina Petrila, timp de 2 ani, după care a fost trecut la subteran. Dornic să-şi continue studiile, s-a înscris la Şcoala de maiştri minieri din Petoşani care în 1945 s-a transformat în Şcoală de Subingineri, pe care a absolvit-o în anul 194. În acelaşi an s-a înscris la Institutul Politehnic din Timişoara, la Facultatea de Mine, pe care îl finalizează cu calificatitivul „cum laude”, fiind repartizat, apoi, la mina DernaTătăruş. În perioada 1949-1953 continuă studiile de aspirantură la Institutul de Mine din Saint Petersburg. După această perioadă a activat ca profesor universitar provizoriu la Institutul de Mine din Bucureşti. În anul 1956 a fost numit director al Institutului Cărbunelui din Petroşani, iar în 1957, când s-a concentrat învăţământul superior minier la Petroşani, a fost numit rector. Activitate didactică şi-a desfăşurat-o ca profesor universitar, până în anul 1990 când s-a pensionat. A deţinut funcţiile de rector şi de şef de catedră. Din anul 1990 a funcţionat ca profesor consultant până în anul 2004 şi, în continuare, păstrează o strânsă legătură cu şcoala minieră din Petroşani. Din anul 1967 a primit dreptul de conducător de doctorat şi sub directa sa îndrumare au obţinut titlul de ,,Doctor în Ştiinţe,, 19 specialişti în domeniul minier. Prin experienţa sa ştiinţifică şi prin talentul său pedagogic, în perioada cât a activat în cadrul învăţământului superior minier, atenţia i-a fost îndreptată înspre: dezvoltarea ştiinţei şi tehnicii miniere; perfecţionare programelor analitice şi a procesului de învăţământ; lărgirea contactelor şcolii miniere din Petroşani cu alte şcoli superioare de prestigiu din străinătate. Alături de prof. Covaci au lucrat multe cadre didactice, în domeniul exploatărilor miniere subterane, unii din ei fiind astăzi reputaţi specialişti Revista Minelor - nr. 4 / 2011

în producţie, dar şi cei care formează astăzi nucleul şcolii miniere din Petroşani. Profesorul Ştefan Covaci este cel care a scris primele manuale şi tratate în domeniul ,,exploatărilor miniere subterane,,, lucrări după care au învăţat şi învaţă studenţii, îşi desăvârşesc pregătirea profesională doctoranzii şi îşi împrospătează cunoştinţele specialiştii care activează în producţie, cercetare şi proiectare. Profesorul Covaci este un om de ştinţă de mare notorietate, cu recunoaştere şi apreciere în dezvoltarea ştiinţei miniere, atât în ţară cât şi pe plan mondial. În activitatea sa a elaborat un număr mare de lucrări, de o deosebită valoare, pe care le-a publicat în reviste şi buletine ştiinţifice din ţară şi străinătate sau le-a susţinut la conferinţe şi congrese internaţionale. Datorită prestigioasei sale activităţi, în anul 1960 a fost ales membru al Comitetului Minier Român şi a devenit membru activ al Comitetului Internaţional Minier de organizare a Congreselor Mondiale Miniere. În perioada 19601989 a activat necontenit în acest organism internaţional, fiind mesagerul ştiinţei miniere româneşti, făcând cunoscute în lume realizările şcolii superioare miniere din Petroşani. În anul 1989 prof. univ. dr. docent ing. D.H.C. Ştefan Covaci a primit titlul de Membru de Onoare al Comitetului Internaţional Minier pentru contribuţii aduse dezvoltării ştiinţei miniere pe plan mondial. *** La această festivitate au participat: cadre didactice din universitate; rectorul în funcţie, prof univ. ing mat. Emil Pop; foşti rectori prof.univ.dr.ing. Dumitru Fodor şi prof.univ.dr.ing. Nicolae Dima -; specialişti de mare prestigiu, ce au dus pe umerii lor activitatea de producţie din Valea Jiului: ing. Iulian Costescu (fost director general şi ministru adjunct), ing. Victor Apostu (fost asistent al prof. Ştefan Covaci şi fost director de mină), dr.ing.Voicescu Benor (fost director), dr.ing. Alexandru Tomuş (fost doctorand al prof. Ştefan Covaci şi actual şef de laborator la I.C.P.M.C. Petroşani), ec. Iosif Bârsan (fost director economic, prieten apropiat al prof. Covaci Ştefan) şi jurnalişti de la unele ziare locale. Şedinţa festivă a fost deschisă de către directorul Departamentului de Inginerie Minieră, Topografie şi Construcţii, prof.univ.dr.ing. Constantin Semen, care a evidenţiat faptul că întreaga activitate profesională a prof. Ştefan Covaci s-a desfăşurat în cadrul acestui departament


59

(fosta Catedră de Exploatări Miniere), catedră care a continuat să-şi consolideze prestigiul obţinut pe vremea când prof. Ştefan Covaci a fost rectorul Institutului de Mine şi şeful acestei catedre. Decanul Facultăţii de Mine, prof. univ.dr.ing. Ioan Dumitrescu, în cuvântarea sa, a menţionat că „..evenimentul la care participăm astăzi reprezintă recunoştinţa noastră faţă de întreaga D-voastră activitate,….aţi reuşit să treziţi conştiinţa multora dintre noi, adevărata valoare, …şi nu aţi folosit nici o strategie pentru ca oamenii să vă iubească. Datoria noastră este să menţinem vie istoria acestei instituţii, scrisă de personalităţi ca D-voastră”. În cadrul acestei festivităţi, decanul facultăţii a înmânat prof. Ştefan Covaci, „Diploma de excelenţă”, ca omagiu adus întregii sale cariere. Rectorul Universităţii din Petroşani, prof.univ.dr.ing.mat. Emil Pop, a remarcat amprenta pusă de personalitatea prof. Ştefan Covaci asupra acestei instituţii, de la înfiinţare şi până astăzi. „Prin greutăţile prin care le-a întâmpinat Universitatea din Petroşani, cadrele didactice au reuşit să treacă prin toate vicisitudinile vieţii, de-a lungul istoriei sale. Cea mai mare avere a acestei şcoli o reprezintă cadrele didactice care au reuşit să depăşească toate aceste greutăţi”- a spus rectorul Emil Pop. Cu ocazia acestei festivităţi, rectorul universităţii a înmânat, din partea Biroului de Senat, primului rector al Institutului de Mine din Petroşani, din perioada 1956-1963, „Diploma de onoare” . Reluând cuvântul în încheierea festivităţii rectorul universităţii a mai spus despre profesorul Ştefan Covaci că „…este părintele nostru spiritual şi susţinătorul nostru şi al întregii şcoli. Şcoala se sprijină pe nişte piloni, iar profesorul Ştefan Covaci este pilonul principal.” Prof.univ.dr.ing. Dumitru Bădulescu, fost asistent al profesorului Ştefan Covaci, a fost invitat să citească mesajul colectivului Departamentului de Inginerie Minieră, Topografie şi Construcţii, ca expresie a recunoştinţei cadrelor didactice din acest departament şi în special din partea colectivului de cadre didactice de la Exploatări Miniere, pentru aportul adus de marea personalitate a prof. Ştefan Covaci la dezvoltarea acestui departament. „Aţi format generaţii de absolvenţi, cărora le-aţi trezit sentimentul de demnitate, dăruire profesională şi dragoste faţă de meseria aleasă. În toate zonele miniere din ţară şi chiar din străinătate, foştii Dvoastră studenţi vă apreciază şi îşi amintesc cu mândrie că le-aţi fost dascăl”- cităm din acest mesaj. Sub motto–ul „Domnului profesor cu dragoste”, îşi fundamentează întreaga sa alocuţiune dr.ing. Benor Voicescu. Acesta face o incursiune romantică în întreaga biografie a profesorului Covaci, rememorând evenimente, personaje şi

personalităţi, spicuind din lucrarea autobiografică „Un vis împlinit”scrisă de profesor la împlinirea vârstei de 81 de ani. „Există oameni care îşi pun definitiv amprenta personalităţii lor asupra acelora cu care vin în contact şi ale căror succese se confundă cu ceasurile de glorie ale neamului şi cu prestigiul intelectual al unei naţii” – spunea inginerul Voicescu la finalul intervenţiei sale, referindu-se „cu dragoste” la personalitatea profesorului Ştefan Covaci. Dr. ing. Alexandru Tomuş, în cuvântarea sa, şi-a exprimat toată gratitudinea faţă de profesorul Covaci, care i-a fost profesor şi conducător de doctorat şi pe care îl compară cu „un diamant autodidact”, şlefuit de-a lungul a 9 decenii, cu mult talent şi multă muncă. Fostul rector al Institului de Mine din Petroşani, în perioada 1979-1989, prof.univ.dr.ing. Dumitru Fodor, în intervenţia sa, despre prof. Ştefan Covaci spune următoarele: „Este o viaţă de om pe care am trăit-o alături de profesorul Ştefan Covaci. Prima impresie făcută de rectorul şi profesorul Ştefan Covaci a fost una foarte puternică. Am avut satisfacţia şi onoarea de a lucra cu Domnia Sa. L-am admirat pentru seriozitatea, munca depusă şi rezultatele obţinute. Dânsul a fost un magistru. A inspirat şi coordonat foarte multe activităţi în echipă. Domnul profesor Covaci a pus bazele literaturii ştiinţifice miniere din România, semnând primele tratate de Exploatări Miniere. A susţinut o activitate eficientă în organismele internaţionale, unde a făcut cunoscut ceea ce se întâmplă în învăţământul superior şi în industria minieră din România. Activitatea sa în Comitetul Internaţional Minier, al cărui membru este de peste 50 de ani, a fost încununată de succes încă din anul 1972, când a organizat al VI-lea Congres Minier Mondial în România, unde au participat peste 2000 de specialişti, din peste 50 de ţări. Sunt mândru că am crescut şi lucrat alături de profesorul Ştefan Covaci”. Prof.univ.dr.ing: Viorel Voin - prorector, îşi exprimă toată admiraţia faţă de viaţa şi personalitatea profesorului Ştefan Covaci. Pentru a ieşi din discursul prozaic, reciteşte o poezie dedicată la fel, cu multă dragoste, „primului rector Ştefan Covaci”, de către inginerul Cornel Burlec, la aniversarea a 50 de ani de la absolvirea promoţiei 1960 şi adaptată noului context al sărbătoririi profesorului. Directorul Departamentului de Management, Ingineria Mediului şi Geologie, prof. univ.dr.ing. Maria Lazăr, omagiindu-l pe profesorul Ştefan Covaci, remarcă faptul că „..numele profesorul Ştefan Covaci este o emblemă a ceea ce a fost Institutul de Mine şi Universitatea din

Revista Minelor - nr. 4 / 2011


60

Petroşani, ...iar foştii studenţi îşi reamintesc cu dragoste de profesorul Ştefan Covaci”. Prof.univ.dr.ing. Ilie Rotunjanu, fost decan al Facultăţii de Mine în perioada 1984-1990, printre altele, în intervenţia sa spune că: „Mă fac mesagerul generaţiei mele şi vă asigur de întreaga admiraţie a acestei generaţii, care vă apreciază şi vă admiră…. Aţi realizat primul tratat de Exploatări Miniere. Sunt mândru că prin D-voastră ne-am făcut cunoscuţi în ţară şi în străinătate, care aţi luptat pentru prestigiul şcolii şi aţi dus renumele şcolii noastre în străinătate”. Cu această ocazie, profesorul Rotunjanu îl roagă pe prof. Ştefan Covaci să scrie un mesaj pe primul tratat de Exploatări Miniere, care va fi donat Universităţii din Petroşani pentru întregirea memoriei istorice a acestei instituţii. Selectăm din intervenţia prof.dr.ing. Nicolae Dima, fost rector al Universităţii din Petroşani, în perioada 2004-2008, următoarele: „Student fiind, m-am mutat în anul doi de la Bucureşti. Şcoala avea rolul de a reprezenta învăţământul superior minier la nivel de ţară. Acest lucru a fost făcut sub distinsa conducere a profesorului Ştefan Covaci. Ca student, aveam

Prof.univ dr. docent ing. D.H.C. Ştefan Covaci

Revista Minelor - nr. 4 / 2011

respectul cuvenit faţă de rectorul acestei instituţii. A fost un mare formator de oameni, sub aspect profesional şi educativ. Comportamentul profesorului Ştefan Covaci a avut un impact deosebit de profund asupra generaţiei mele şi a celorlalte generaţii”. La finalul acestor intervenţii, marcat de o profundă emoţie, a luat cuvântul sărbătoritul, distinsul profesor Ştefan Covaci. Domnia Sa a ţinut să mulţumească tuturor pentru cuvintele frumoase, exprimate cu această ocazie festivă, urându-le sănătate, fericire şi împlinirea a cel puţin „90 de primăveri”. „Pentru mine, ziua de astăzi este o zi deosebită, datorită dragostei D-voastră şi bucuriei reîntâlnirii şi a multor amintiri care ne leagă. Cu această ocazie mi-am amintit de profesorii mei, de colegii mei, de generaţia mea şi de studenţii mei. Figurile dascălilor mei s-au tipărit în inima mea. Datorită lor mi-am realizat o serie de obiective. Ceea ce înseamnă că viaţa mea nu s-a scurs în zadar.” Prof.univ.dr.ing. Eugen Cozma, Prof.univ.dr.ing. Ilie Onica (foşti asistenţi ai Profesorului Ştefan Covaci)

Patru rectori ai Universităţii din Petroşani - de la stânga la dreapta: Prof.univ.dr.ing. Nicolae Dima, Prof.univ.dr.ing. mat. Emil Pop, Prof.univ.dr. docent ing. Ştefan Covaci, Prof.univ.dr.ing. Dumitru Fodor


nr. 4 RO/2011