__MAIN_TEXT__

Page 1

Revista Minelor Mining Revue PUBLICAŢIE INTERNAŢIONALĂ DESPRE MINERIT ŞI MEDIU Vol. 25 Nr. 2 / 2019 ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590

Publicat de Universitatea din Petroşani


REVISTA MINELOR - MINING REVUE COLECTIVUL EDITORIAL Editor şef: Prof.univ.dr.ing. Ilie ONICA Co-editori: Șef lucr.dr.ing. Paul Dacian MARIAN Lect. Lavinia HULEA Senior editori: Prof.univ.dr.ing. Dumitru FODOR Prof.univ.dr.ing. Nicolae ILIAŞ Prof.univ.dr.ing. Mircea GEORGESCU Comitetul ştiinţific: Prof. Iosif ANDRAS - Universitatea din Petroșani, România Dr.hab.ing. Marwan AL HEIB - Ecole des Mines de Nancy, INERIS, Franța Prof. Victor ARAD - Universitatea din Petroşani, România Dr.ing. Horea BENDEA - Politechnico di Torino, Italia Prof. Lucian BOLUNDUȚ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Ioan BUD - Universitatea Tehnică Cluj-Napoca, România Prof. Mihai Pascu COLOJA - Universitatea de Petrol și Gaze din Ploiești, România Prof. Ştefan COVACI - Universitatea din Petroşani, România Prof. Eugen COZMA - Universitatea din Petroșani, România Prof. Nicolae DIMA - Universitatea din Petroşani, România Prof. Carsten DREBENSTEDT - TU Bergakademie Freiberg, Germania Prof. Ioan DUMITRESCU - Universitatea din Petroșani, România Dr.ing. George-Artur GĂMAN - I.N.C.D. INSEMEX Petroşani, România Prof. Ioan GÂF-DEAC - Universitatea Dimitrie Cantemir Bucureşti, România Dr.ing. Edmond GOSKOLLI - National Agency of Natural Resources, Albania Prof. Monika HARDIGORA - Technical University of Wroclaw - Polonia Prof. Andreea IONICĂ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Alexandr IVANNIKOV - Moscow State Mining University - Rusia Prof. Oleg I. KAZANIN - National Mineral Resources University of Sankt Petersburg - Rusia Prof. Vladimir KEBO - Technical University of Ostrava - Rep. Cehă Conf. Charles KOCSIS - University of Nevada, Reno, S.U.A. Prof. Sanda KRAUSZ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Maria LAZĂR - Universitatea din Petroşani, România Prof. Monica LEBA - Universitatea din Petroşani, România Prof. Per Nicolai MARTENS - RWTH Aachen University - Germania Prof. Roland MORARU - Universitatea din Petroşani, România Prof. Jan PALARSKI - Silesian University of Technology - Gliwice, Polonia Prof. George PANAGIOTU - National Technical University of Athens - Grecia Prof. Lev PUCHKOV - Moscow State Mining University - Rusia Prof. Pavel PAVLOV - University of Mining and Geology St. Ivan Rilsky Sofia - Bulgaria Prof. Sorin Mihai RADU - Universitatea din Petroşani, România Prof. Ilie ROTUNJANU - Universitatea din Petroşani, România Dr. Ing. Raj SINGHAL - Int. Journal of Mining, Reclamation and Environment - Canada Prof. Mostafa Mohamed TANTAWY - Assiut University - Egipt Prof. Mihaela TODERAȘ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Lyuben TOTEV - University of Mining and Geology Sofia - Bulgaria Prof. Ingo VALMA - Tallin University of Technology - Estonia Conf. Ioel VEREȘ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Yuriy VILKUL - Technical University of Krivoi Rog - Ucraina Prof. Işik YILMAZ - Cumhuriyet University - Turcia Acad. Dorel ZUGRĂVESCU - Institutul de Geodinamică al Academiei Române, România


CUPRINS

Dacian-Paul MARIAN, Ilie ONICA, Sorin MIHUȚ Analiza prin modelare numerică în 2D a stabilității unei caverne de dizolvare, rezultată în urma exploatării sării la Ocnele Mari, România

2

Elena Mădălina DELAYAT, Maria LAZĂR Impactul exploatării lignitului în cadrul EM Berbeşti asupra mediului

15

Camelia BĂDULESCU Utilizarea diferitelor tipuri deșeuri la fabricarea brichetelor ecologice

25

Camelia BĂDULESCU Tehnici de creştere a calităţii apei potabile

29

V. VELEHORSKY Exploatarea petrolului prin puţuri şi galerii la Sărata Monteoru

35


ANALIZA PRIN MODELARE NUMERICĂ ÎN 2D A STABILITĂȚII UNEI CAVERNE DE DIZOLVARE, REZULTATĂ ÎN URMA EXPLOATĂRII SĂRII LA OCNELE MARI, ROMÂNIA Dacian-Paul MARIAN*, Ilie ONICA**, Sorin MIHUȚ*** Rezumat: Zăcământul de sare Ocnele Mari a fost exploatat prin sonde de dizolvare în mai multe câmpuri de sonde, saramura extrasă constituind materia primă pentru produsele sodice și chimice fabricate pe platforma industrială Govora. Câmpurile de sonde de dizolvare abandonate reprezintă un pericol real, prin procesul de dizolvare necontrolată care pot duce la dezvoltarea unor caverne de mari dimensiuni, cu planșee de siguranță a căror grosime nu mai corespunde din punct de vedere al portanței. Acest studiu prezintă rezultatele obținute în urma modelării cu elemente finite în 2D a unui gol de mari dimensiuni (caverna SOCON – Salina Ocnele Mari – România), cavitate rezultată prin unirea mai multor goluri de dizolvare. Cuvinte cheie: elemente finite, modelare numerică, analiza stabilității, sare gemă, dizolvare cinetică 1. Noțiuni generale Din punct de vedere geografic, sarea care se exploatează în prezent în România este aproape uniform distribuită pe teritoriul țării noastre, fig. 1.1.

față de extracția sării geme în stare solidă, prin lucrări miniere. Eficacitatea acestui procedeu constă din preturi de producție mici, cheltuieli de transport minime, posibilitatea valorificării zăcămintelor de sare gemă cu intercalații de steril și adâncime mare de exploatare. Însă, o cunoaștere insuficientă a problemelor legate de exploatarea sării prin dizolvare poate conduce la pierderea controlului asupra dizolvării și distrugerea pilierilor dintre camerele de dizolvare [8], [10], [11]. 2. Exploatarea sării geme prin dizolvare la Ocnele Mari

Fig. 1 Harta salinelor din România [8] Exploatarea sării în România s-a făcut, în decursul a două milenii, pe cale uscată. Abia la sfârșitul secolului al XVIII-lea s-a început exploatarea sării în soluție, la Cacica, prin evaporarea saramurii din izvoarele sărate ale regiunii. Un secol mai târziu s-a trecut la extracția sării prin dizolvare în 3 bazine circulare cu diametrul de 100 m, amplasate în lucrări miniere subterane. Zăcământul de sare Ocnele Mari a fost exploatat prin sonde de dizolvare în mai multe câmpuri de sonde forate de la suprafață, saramura extrasă constituind materia primă pentru produsele sodice și chimice fabricate pe platforma industrială Govora. Extragerea sării prin sonde sub formă de soluție reprezintă o metodă simplă și cu anumite avantaje * Șef lucr.dr.ing., Universitatea din Petroșani ** Prof.dr.ing., Universitatea din Petroșani *** Dr.ing. D&M General Construct

2

2.1. Descrierea câmpurilor de sonde de dizolvare de la Ocnele Mari Odată cu punerea în funcțiune a uzinei de la Govora a crescut necesarul de sare în soluție de la 850000 tone/an la 2450000 tone/an [10]. Pentru a răspunde acestei nevoi s-au pus în funcțiune, începând cu anul 1960, 4 câmpuri de sonde amplasate în partea centrală a zăcământului de sare (fig. 2). Aceste câmpuri de sonde sunt [3], [17], [21], [22]: a) Câmpul I – conține un număr de 10 sonde individuale, S351 – S360, amplasate pe Dealul Urzicaru. Aceste sonde au fost exploatate în perioada 1960 – 1973 prin metoda de exploatare cu ridicări în trepte mici. b) Câmpul II – cuprinde un număr de 15 sonde individuale, S361 – S370, S376 – S379 și S381, amplasate în jurul Câmpului I, extinzându-se spre est în cartierul Țeica. Aceste sonde au fost exploatate în perioada 1968 – 1991 prin metoda de exploatare cu ridicări în trepte mari. c) Câmpul III – cuprinde un număr de 33 de sonde și anume:

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


- un număr de 28 de sonde individuale exploatate prin metoda de exploatare cu ridicări în trepte mari, împărțite în funcție de zona în care au fost amplasate și de locul de racordare la instalațiile tehnologice ce le deservesc, astfel: - Zona Țeica I – conținând 5 sonde (S401, S402, S404, S405 și S411) amplasate pe dealul Țeica, la nord de sondele ce formează Câmpurile I și II, racordate la cabina de comandă a Câmpului II; - Zona Țeica II – având un număr de 6 sonde (S406 – S410 și S412) amplasate pe partea dreaptă a văii Țeica, sonde racordate inițial la o stație provizorie de amorsare iar mai apoi au fost racordate la cabina de comandă a Câmpului III de sonde situat în cartierul Lunca; - Zona Lunca-Goruniș – cuprinzând un număr de 17 sonde (S403, S413 – S428) amplasate în cartierele cu aceleași nume, fiind racordate la cabina de comandă a Câmpului III Lunca. - un număr de 5 sonde experimentale amplasate astfel:

- 2 sonde (S429 și S430) amplasate în cartierul Lunca pe partea stângă a Pârâului Sărat, aflate într-un perimetru izolat față de sondele individuale. În cazul acestor sonde s-a aplicat metoda de exploatare în baterie. Aceste două sonde au fost oprite în anul 2001, având rezerva epuizată. - 3 sonde cu exploatare în canal (S431, S432 și S433) amplasate pe dealul Goruniș, la sudvest de sondele individuale, într-o zonă izolată. d) Câmpul IV – ce cuprinde un număr de 8 sonde (S466 – S473) amplasate în perimetrul fostei mine de sare de la Ocnița, mină parțial prăbușită, în jurul lacului format pe locul vechii saline. Exploatarea în acest câmp s-a făcut cu scopul de a valorifica rezervele de sare abandonate sub minele vechi și a început în anul 1992 după cum urmează: - sondele S466–S472; - sondele S470–S471; - sondele S467–S468–S469, menționând că sonda S467 a fost menținută oprită deoarece canalul de legătură dintre aceasta și sondele S466–S472 a fost executat la nivelul altei intercalații.

Fig. 2 Amplasarea câmpurilor de sonde de la Ocnele Mari 2.2. Efectele exploatării sării geme prin dizolvare Datorită camerelor de dizolvare apărute în urma exploatării sării geme prin metoda sondelor cu dizolvare cinetică apar probleme deosebite în ceea ce privește stabilitatea masivului de roci. Prin crearea golurilor de dizolvare starea de tensiune inițială din masiv se modifică, având loc o redistribuire a tensiunilor în jurul golului creat, care duce la apariția unor concentratori de tensiune. Aceștia au valoarea maximă în extremitățile orizontale ale golului, putând duce la apariția unor fisuri sau la căderi de bolovani din tavanul sau pereții golului de dizolvare [1], [2]. ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Pentru menținerea echilibrului în masiv atât pe parcursul exploatării cât și după încetarea acesteia trebuie ca tehnologia de exploatare să fie aleasă în mod corespunzător în funcție de proprietățile geominiere locale. Așadar este necesară stabilirea corespunzătoare a dimensiunilor camerelor de dizolvare și a poziției acestora în plan. În consecință dacă dimensiunile camerelor de dizolvare și pilierii de siguranță dintre acestea sunt proiectați în mod corespunzător, poate fi asigurată stabilitatea excavațiilor pe o perioadă de timp îndelungată [3].

3


Principalele efecte negative care pot fi generate de exploatarea prin dizolvare cinetică a zăcămintelor de sare gemă sunt următoarele [4], [9], [24]: - dizolvarea pilierilor dintre camerele de dizolvare, unirea camerelor de dizolvare putând duce la apariția unor caverne subterane de dimensiuni mari; - scufundări necontrolate ale suprafeței, cu apariția unor conuri de surpare de mari dimensiuni; - degradarea suprafeței și implicit a obiectivelor civile și industriale din acea zonă; - impregnări locale ale suprafeței cu motorină și saramură (sau chiar dezastre ecologice) ca urmare a pierderii etanșeității unor sonde de dizolvare sau a scurgerilor accidentale.

3. Analiza stabilității cavernei SOCON prin modelare numerică în 2D Pentru realizarea modelelor de calcul cu elemente finite în deformație plană și în ipoteza comportamentului elastic, izotrop și liniar, a fost utilizat programul de calcul CESAR-LCPC 2D [12], [14], [15]. Prin intermediul acestui program au fost realizate modele cu elemente finite respectând, pe cât posibil, condițiile geominiere regăsite în cazul zăcământului de sare gemă Ocnele Mari. 3.1. Realizarea modelelor numerice Pentru o analiză cât mai precisă, au fost realizate două modele numerice cu elemente finite (fig. 4-5) corespunzătoare secțiunilor 3-3` și 6-6` (fig. 3).

Fig. 3 Poziția în plan a secțiunilor verticale față de conturul cavernei SOCON

Fig. 4. Model cu elemente finite caverna SOCON secțiunea 3-3` (Varianta I) Pentru analiza stabilității cavernei SOCON în deformație plană, în cazul celor două secțiuni realizate, au fost luate în considerare patru variante de calcul și anume: - Varianta I - caverna este umplută complet cu saramură; - Varianta II - la partea superioară a cavernei (s-a considerat că pe o înălțime de 10m) există o zonă cu aer. 4

Fig. 5. Model cu elemente finite caverna SOCON secțiunea 6-6` (Varianta I) - Varianta III - caverna este umplută complet cu saramură iar sarcina piezometrică în cavernă este situată la cota +290m; - Varianta IV - caverna este umplută complet cu saramură iar sarcina piezometrică în cavernă este situată la cota +295m;

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


Condițiile inițiale de încărcare a modelului au fost considerate geostatice  o  , corespunzătoare unei adâncimi medii de situare a cavernei de cca. H = 125 m și anume: - tensiunile geostatice verticale  oy   s  g  H  24806 kN/m2 = 24,8MPa; - tensiunile geostatice orizontale

 ox 

1 

  oy  k o   oy  8269kN/m2 =

8,3MPa (unde k o 

 1 

 0,333 ).

Tensiunile induse de prezența excavațiilor rezultate în urma extragerii sării au fost  e  , respectiv variația de tensiuni reprezentată de tensiunile orizontale  e x = – 8,3MPa și verticale  e y = – 24,8MPa. În final, încărcarea modelelor a fost realizată cu tensiunile totale (fig.6):  T   o   e [10]. Pentru sesizarea celei de-a treia dimensiuni a fost introdus un coeficient Lambda determinat cu

     

relația 6.7 a cărui valoare a fost: pentru secțiunea 33`:   0,554 ; pentru secțiunea 6-6`:   0,618 .

 x  

1  th 0,33  x / D  2

(1)

unde: th este tangenta hiperbolică; D - deschiderea excavației; x - distanța de la secțiune studiată la frontul de abataj (   0 dacă secțiunea este în spatele frontului de abataj - secțiunea excavată;   0 dacă secțiunea este în fața frontului de abataj – secțiunea neexcavată). Întrucât în interiorul cavernei există un anumit volum de saramură (care exercită o anumită presiune asupra pereților cavernei) în modelele numerice s-a introdus presiunea hidrostatică (contrară celei induse de prezența excavației) considerând valoarea zero a presiunii la partea superioară a cavernei, pentru varianta I, respectiv la 10m sub partea superioară pentru varianta II. Pentru variantele III și IV valoarea zero a presiunii hidrostatice s-a considerat la cota +290m respectiv +295m. Densitatea aparentă a saramurii luată în calcul a fost de   1300 kg/m3 [7], [18], [19].

Fig. 6 Presiunea hidrostatică pentru secțiunea 3-3` – Varianta IV Pentru optimizarea calculelor în funcție de precizia rezultatelor cerute de analiza de stabilitate, calculele au fost realizate considerând un număr de 60 de iterații pe increment și o toleranță a rezultatelor de 1%, utilizând pentru rezolvare „metoda tensiunilor inițiale”. 3.2 Analiza rezultatelor În urma calculelor efectuate pe modelele prezentate mai sus, comparând valorile rezultatelor obținute (tab. 1 și 2), se poate constata faptul că nu

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

există diferențe majore între rezultatele obținute în variantele de calcul I și II (Varianta I – caverna umplută complet cu saramură; Varianta II - la partea superioară a cavernei există o zonă cu aer) respectiv între variantele de calcul III și IV. Însă, diferențe majore se constată între variantele II respectiv IV (adică între varianta II în care caverna se consideră a avea un gol de 10m la partea superioară și varianta IV în care presiunea hidrostatică din cavernă se află la cota +295m). Între aceste două variante de calcul se constată o diferență de aproximativ 60%.

5


Parametrul u, [mm] v, [mm] duv, [mm]  xx , [kN/m2]

Tabel 1 Domeniul de variație a principalilor parametrii de calcul din modelele numerice, secțiunea 3-3’ Domeniul de variație Secțiunea 3-3` Varianta I Varianta II Varianta III Varianta IV +324  -335 +331  -344 +120  -124 +108  -122 +150  -1090 +150  -1110 +48  -391 +43  -350 0  1090 0  +1110 0  +391 0  +350 +4800  -12700 +4900  -12900 +4110  -6910 +4240  -6560

 yy , [kN/m2]

+100  -34000

+100  -34900

+100  -14700

+100  -13500

 xy , [kN/m ]

+8500  -10200

+8700  -10400

+3380  -4070

+3080  -3710

 1 , [kN/m2]  2 , [kN/m2]  f max , [kN/m2]

+4990  -8120

+5090  -8210

+4310  -5270

+4420  -5100

+100  -34600

+100  -35500

+100  -15100

+100  -13900

0  +13700

0  +14100

0  +5390

0  +4900

0  +4990

+5080  -10

0  +4300

0  +4420

0  -34600

0  -35500

0  -15100

0  -13900

2

 t , [kN/m ]  c , [kN/m2] 2

u, [mm] v, [mm] duv, [mm]  xx , [kN/m2]

Tabel 2 Domeniul de variație a principalilor parametrii de calcul din modelele numerice, secțiunea 3-3’ Domeniul de variație Secțiunea 6-6` Varianta I Varianta II Varianta III Varianta IV +1350  -1150 +1380  -1190 +904  -765 +876  -740 +420  -4430 +440  -4550 +280  -2980 +280  -2890 0  4440 0  +4550 0  +2980 0  +2890 +11100  -64000 +11500  -65800 +8100  -45200 +8000  -44000

 yy , [kN/m2]

+1300  -90600

+1600  -93300

+100  -63400

+100  -61700

 xy , [kN/m ]

+38700  -33200

+39900  -34200

+26400  -22200

+25600  -21600

 1 , [kN/m ]  2 , [kN/m2]  f max , [kN/m2]

+11100  -31300

+11500  -32100

+8600  -23000

+8600  -22500

0  -110000

0  -113000

+100  -76500

+100  -74500

0  +40700

0  +42000

0  +27800

0  +27000

0  +11000

0  +11500

+8620  -10

+8540  -10

0  -110000

0  -113000

+100  -76500

+100  -74500

Parametrul

2

2

 t , [kN/m2]  c , [kN/m2]

După cum se poate observa, cazul cel mai nefavorabil este cel în care presiunea hidrostatică în cavernă este scăzută, iar la partea superioară a cavernei există un gol. De asemenea, se poate observa că între valorile deplasărilor și tensiunilor rezultate în cele două secțiuni prin cavernă există diferențe foarte mari, valorile parametrilor rezultate în secțiunea 6-6` fiind de aproape patru ori mai mari decât valorile rezultate în secțiunea 3-3`. Analizând valorile deplasărilor verticale în masiv (pentru cazul cel mai nefavorabil secțiunea 66` Varianta II - fig. 7) se constată că scufundarea cea mai mare se înregistrează în zona centrală a cavernei, însă în realitate surparea suprafeței s-a produs la marginea cavernei înspre amonte (fig. 8).

6

Un posibil motiv al surpării suprafeței în această zonă ar putea fi deplasarea orizontală, care după cum se poate observa din fig. 9 în zona respectivă atinge o valoare maximă (care în cazul cel mai nefavorabil are valoarea de 1190mm). Deplasarea orizontală conduce la fisurarea masivului, facilitând astfel infiltrarea apelor în cavernă și implicit dizolvarea planșeului de sare. Studiind tensiunile de tracțiune în masiv în secțiunea 6-6` (fig. 10) se poate observa că tensiunile maxime la suprafață ating o valoare de 3500 – 4500kN/m2, valoare cu mult peste rezistența de rupere la tracțiune a rocilor (cca. 500kN/m2), aceste valori maxime fiind înregistrate înspre amonte, aproximativ în zona care a cedat în anul 2001.

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


Au fost realizte secțiuni predefinite în concordanță cu tavanul cavernei (fig. 11, 12) și suprafață (fig. 13), pentru o mai bună evaluare a

stării de stres, comparând diagramele de tensiune și forfecare cu valorile limită ale sării geme.

Fig. 7 Deplasarea verticală a rocilor în masiv în secțiunea 6-6` reprezentare scalară (Varianta II de calcul) – v, în mm

Fig. 8 Surparea suprafeței în câmpul de sonde II - secțiunea 6-6`

Fig. 9 Deplasarea orizontală a rocilor în masiv în secțiunea 6-6` reprezentare scalară (Varianta II de calcul) – u, în mm ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

7


Fig. 10 Tensiunile de tracțiune în secțiunea 6-6` reprezentare scalară (Varianta II) -  t , în kN/m2 11000

Tensiuni de trancţiune -  t (kN/m2)

9000

7000

5000

3000

1000

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-1000

Distanţa - d (m) Varianta I

Varianta II

Varianta III

Rezistenta de rupere la tracţiune a sării

Varianta IV

Fig. 11 Tensiunile de tracțiune t la tavanul cavernei în secțiunea 6-6` 20000

2

Tensiuni de forfecare maxime -  fmax (kN/m )

17500

15000

12500

10000

7500

5000

2500

0 0 Varianta I

50

100 Varianta II

150

200 Distanţa - d (m)

Varianta III

Fig. 12 Tensiunile de forfecare maxime  8

Varianta IV

f max

250

300

350

400

Rezistenţa de rupere la forfecare a sării

la tavanul cavernei în secțiunea 6-6` Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


3600

2

Tensiuni de forfecare maxime -  fmax (kN/m )

4000

3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 0 0 Varianta I

50

100

150

200

Varianta II

250

300

350 400 450 Distanţa - d (m)

Varianta III

Varianta IV

Fig. 13 Tensiunile de forfecare maxime  3.3. Analiza stabilității suprafeței după coeficienții de siguranță calculați cu criteriul de rupere MohrCoulomb Programul de calcul CESAR-LCPC nu furnizează valori ale coeficienților de siguranță, necesari pentru a aprecierea stabilității suprafeței după anumite criterii de rupere. De aceea, vom introduce un astfel de criteriu, plecând de la curba intrinsecă a rocilor. Pentru un punct oarecare, caracterizat de o anumită stare de tensiuni, se determină cercul lui Mohr corespunzător și se raportează la curba intrinsecă a sării geme. În acest sens, vom lua în considerare dreapta lui MohrCoulomb (definită de relația:   C    tg ) și se vor stabili următoarele condiții: a) Dacă  1  Rt , pentru

R1  C  ctg  S c   sin  rezultă CS  R1 / R b) Dacă  1  Rt , atunci CS=0  2 unde: S c  1 reprezintă abscisa cercului lui 2   2 Mohr; R  1 - raza cercului lui Mohr; R1 – 2

raza cercului lui Mohr tangent la dreapta MohrCoulomb; CS- coeficientul de siguranță; Rt – rezistența la tracțiune a sării geme; C – coeziunea rocilor;  – unghiul de frecare interioară a sării geme. În ceea ce privește valoarea calculată a coeficientului de siguranță CS există trei cazuri de stabilitate: 1) CS = 1, atunci când cercul lui Mohr și curba intrinsecă sunt tangente – rezultând o stabilitate la limită;

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

f max

500

550

600

650

700

750

800

Rezistenţa de rupere la forfecare a sării

la suprafață în secțiunea 6-6`

2) CS < 1, atunci când cercul lui Mohr și curba intrinsecă sunt secante – rezultând condiții pentru apariția fenomenelor de rupere; 3) CS > 1, atunci când starea de tensiuni este departe de fenomenul de rupere – rezultând un anumit grad de stabilitate, funcție de valoarea coeficientului de siguranță. În cazul nostru, pentru a aprecia stabilitatea camerei după conturul interior al acesteia și implicit pentru calculul coeficientului de siguranță CS (când: C = 4000kN/m2 și   30o ), vom avea relația:

R1  3464,102  0,5  S c

(2) Valorile coeficienților de siguranță rezultați pentru cele două secțiuni luate în studiu (secțiunea 3-3` și secțiunea 6-6`) în toate cele patru variante de calcul considerate sunt prezentate grafic în figurile 14-17 în secțiuni predefinite după suprafață și după tavanul cavernei. Analizând graficele coeficienților de siguranță (vezi fig. 14 – 17) se poate observa că în cazul secțiunii 3-3` coeficientul de siguranță este CS > 1, însă în secțiunea 6-6` se poate observa o stabilitate la limită, coeficientul de siguranță fiind CS < 1 în anumite zone. Suprapunând graficul coeficientului de siguranță pentru varianta II de calcul peste secțiunea 6-6` se poate observa că în zona în care s-a produs ruperea în anul 2001 coeficientul de siguranță are valori minime (fig. 18 – 19). Așadar, studiind ultimele două figuri putem afirma faptul că surparea suprafeței s-a produs datorită fenomenelor complexe de tracțiune forfecare.

9


80

Varianta I Varianta II Varianta III Varianta IV

75 70 65 60

Coeficient de siguranţă - CS

55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

100

200

300

400

500

600

Distanţa - d (m)

Fig. 14 Coeficientul de siguranță de-a lungul suprafeței în secțiunea 3-3`

30

Varianta I Varianta II Varianta III Varianta IV

28 26 24

Coeficient de siguranţă - CS

22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

Distanţa - d (m)

Fig. 15 Coeficientul de siguranță de-a lungul suprafeței în secțiunea 6-6`

10

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


20

Varianta I Varianta II Varianta III Varianta IV

18

16

Coeficient de siguranţă - CS

14

12

10

8

6

4

2

0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

Distanţa - d (m)

Fig. 16 Coeficientul de siguranță de-a lungul tavanului cavernei în secțiunea 3-3`

20

Varianta I Varianta II Varianta III Varianta IV

18

Coeficient de siguranţă - CS

16

14

12

10

8

6

4

2

0 0

50

100

150

200 Distanţa - d (m)

250

300

350

400

Fig. 17 Coeficientul de siguranță de-a lungul tavanului cavernei în secțiunea 6-6`

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

11


Fig. 18 Coeficientul de siguranță de-a lungul suprafeței și la tavanul cavernei (secțiunea 6-6` septembrie 1993)

Fig. 19 Coeficientul de siguranță de-a lungul suprafeței (secțiunea 6-6` februarie 2002)

12

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


Analizând rezultatele obținute pe baza modelării numerice în 2D se poate concluziona că, la dimensiunile cavernei înregistrate în anul 1993 surparea suprafeței era doar o chestiune de timp (chiar dacă pe anumite zone coeficientul de siguranță are valori cuprinse între 2 și 30 surparea s-a produs în zona în care coeficientul de siguranță este minim CS < 1).

2. Averșin S.G. Cauzele deplasării terenului datorită exploatărilor miniere, Ugletehizdat, Moscova (în rusă), 1947;

4. Concluzii Analiza stabilității cavernei SOCON (Ocnele Mari), prin modelare numerică în 2D, am realizat-o cu ajutorului programului de calcul CESAR-LCPC, program bazat pe metoda elementelor finite. A fost evitată modelarea în 3D datorită dimensiunilor mari ale cavernei (și implicit a modelului) și a resurselor de calcul foarte mari necesare rulării unui astfel de model. De asemenea, au fost stabilite dimensiunile zonei de interes din jurul cavernei în așa fel încât să cuprindă suprafața modelului unde variația tensiunilor și deformațiilor este maximă. Calculele au fost efectuate în ipoteza comportamentului elasto-plastic de tip MohrCoulomb fără ecruisaj, în ipoteza deformației plane. Pentru această analiză au fost realizate două modele numerice corespunzătoare secțiunilor verticale 3-3` și 6-6`, luând în considerare 4 situații posibile și anume: Varianta I - caverna este umplută complet cu saramură; Varianta II - la partea superioară a cavernei (sa considerat că pe o înălțime de 10m) există o zonă cu aer; Varianta III - caverna este umplută complet cu saramură iar sarcina piezometrică în cavernă este situată la cota +290m; Varianta IV - caverna este umplută complet cu saramură iar sarcina piezometrică în cavernă este situată la cota +295m. Din rezultatele acestei analize s-a constatat că situația cea mai defavorabilă este aceea în care la tavanul cavernei exisă un gol de o anumită dimensiune, însă în toate cazurile studiate tensiunile de tracțiune și forfecare depășesc rezistența de rupere a sării geme. În concluzie se poate afirma că, indiferent de situația în care s-a aflat caverna Socon prăbușirea rocilor aflate în tavanul cavernei era inevitabilă, drept urmare se impunea aplicarea unor măsuri urgente de evitare a unor catastrofe.

4. Cartuta G., Portik F. Dimensionarea planșeelor și pilierilor de sare la exploatarea prin sonde, Buletin de topografie minieră nr. 1/1970;

Bibliografie 1. Atudorei C., Bocanete E., ș.a. Cercetarea, exploatarea și valorificarea sării, Editura tehnică, 1971;

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

3. Bendea H. (2000) The tracing of deformations, caused by underground cavities at Ocnele Mari mining area, by topographic and calliper diameter methods, PhD Thesis, University of Petroșani.

5. Dima V., ș.a. Studiu comparativ privind metoda actuală de exploatare a sării prin sonde și metodele de exploatare în trepte și în baterie, ICEMIN București, 1964; 6. Gongea D., Paraschiv V., Baroncea Al. Caracterizarea fizico-mecanică a zăcământului de sare gemă de la Ocnele Mari, C216, ICEMIN București, 1971; 7. Hirian C. Mecanica rocilor, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1981; 8. Hirian C., Georgescu M., Deak Gy., Deak Șt. Extraction of rock salt from Romania in the 21 st century on ecomining principles, Estfalia Publishing House, Bucharest, (in romanian). 9. Kulle P.A. Exploatarea zăcămintelor de sare prin dizolvare în subteran, 1957; 10. Marian D.P., Onica I., Cozma E., Mihuț S. Socon Cavern’s Stability Analysis by using Finite Element Numerical Modelling, Annals of the University of Petroșani – Mining Engineering –, Vol. 15 (2014), ISSN: 1454-9174; 11. Mihuț S., Marian D.P., Onica I., Cozma E. Reducing Environmental Impact Generated by the Extraction of Rock Salt in Solution at the Ocnele Mari, Romania, Proceeding of the 15th International Multidisciplinary Scientific Geo-Conference & EXPO SGEM 2015, Sofia, Bulgaria, June 16-25 2015, ISSN: 1314-2704; DOI:10.5593/SGEM2015/B13/S3.071. 12. Mihuț S., Marian D.P., Onica I., Cozma E. Stability analysis of the underground structures from the Ocnele Mari Saline, Proceeding of the 15th International Multidisciplinary Scientific Geo-Conference & EXPO SGEM 2015, Sofia, Bulgaria, June 16-25 2015, ISSN: 1314-2704; DOI: 10.5593/SGEM2015/B13/S3.078 13. Mocuța M. Contribuții la înțelegerea cauzelor și evoluției proceselor de dezechilibru din Câmpul II de sonde de la Ocnele Mari. Soluții de dezamorsare, Teză de doctorat, Universitatea din București, Facultatea de geodezie și Geofizică, 2005;

13


14. Onica, I., Marian, D.P. Ground surface subsidence effect of underground mining as thick coal seams of the Jiu Valley in the Basin, the Archives of Mining Sciences, Vol. 57, no. 3, p. 547-577; ISSN: 0860-7001. 15. Onica I., Marian D.P. Applications of the finite element method in the analysis of land and underground structures stability, Universitas Publishing House, Petroșani, ISBN 978-973-741-473-1, 215p (in romanian). 16. Panet, M. Stabilité et soutènement des tunnels, Chapitre IX de La mécanique de roches appliquée aux ouvrages de génie civil, Publication de l’Association amicale des Ingenieurs anciens élèves de l’ENPC, Aix-en-Provence. 17. Pavel M. Documentație tehnică privind realizarea amorsării câmpului IV de sonde Ocnele Mari prin fisurare hidraulică, E.M. Râmnicu Vâlcea, 1993; 18. Popescu Al., Todorescu A. Mecanica rocilor în minerit, Editura Tehnică, București, 1982;

19. Stamatiu M. Mecanica rocilor, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1962; 20. Todorescu A. Proprietățile rocilor, Editura Tehnică, București, 1984; 21. Zamfirescu F., Danchiv A., Dima R., Popa I., Constantinescu T., Mocuța M., Niță C., Andrei M., Popescu C. Evaluarea factorilor de risc din zona câmpurilor de sonde I – IV Ocnele Mari, Contract de cercetare, Universitatea București, 2005; 22. Zamfirescu F., Danchiv A., Constantinescu T., Mocuța M., Andrei M., Niță C. Monitorizarea Câmpurilor I-IV de sonde Ocnele Mari – Raport anual, Contract de cercetare, Universitatea București, 2011; 23. *** Manualul inginerului de mine, Vol. I, Editura tehnică, București, 1984; 24. *** Mining Engineering Handbook, New York, 1973;

Recenzor Șef lucr.dr.ing. Ladislau RADERMACHER UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI

14

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


IMPACTUL EXPLOATĂRII LIGNITULUI ÎN CADRUL EM BERBEŞTI ASUPRA MEDIULUI Elena Mădălina DELAYAT*, Maria LAZĂR** Rezumat: România, una dintre cele mai importante ţări producătoare de cărbune în Europa, are o lungă tradiţie în industria minieră şi are importante rezerve de cărbune, care pot asigura continuitatea producţiei pentru mai mult de 150 de ani. După 1989, producţia de cărbune din ţara noastră aproape s-a înjumătăţit, mai ales din cauza descreşterii activităţii miniere şi a reducerii consumului de cărbune, aceste aspecte au afectat și exploatarea din Bazinul Minier Berbești. Exploatarea lignitului din cadrul Bazinului Minier Berbști are un impact remanent consistent asupra mediului înconjurător, care trebuie corect identificat și cuantificat, astfel încât să se poată aplica măsurile corespunzătoare care să asigure o exploatare de calitate, în condiții de siguranță maximă și cu respectarea principiilor dezvoltării durabile. Lucrarea de faţă prezintă cele trei cariere active din Bazinul Minier Berbeşti, respectiv Carierele Berbeşti Vest, Panga şi Olteț care asigură în perioada actuală, exclusiv materia primă pentru funcţionarea Termocentralei Govora. Evaluarea și identificarea impactului exploatării lignitului din Bazinul Minier Berbești se bazează pe realizarea unei rețele de impact și a unei matrici din care reies principalele activități generatoare de impact precum și modificările majore pe care aceste le induc asupra mediului ambiant. Cuvinte cheie: Bazinul Minier Berbești, exploatare minieră, mediu înconjurător, sol, apă aer, impact, producţie energetică 1. Introducere Termocentrala Govora funcţionează pe baza cărbunelui inferior (lignit) exploatat în bazinele carbonifere de la Berbeşti şi Alunu, situate la aproximativ 40 km distanţă de aceasta. De asemenea, are capacitatea de a funcţiona suplimentar pe bază de păcură, gaze naturale iar ocazional pe bază de biomasă şi alţi combustibili alternativi compatibili. CET Govora are capacitate de depozitare a 500.000 de tone de cărbune concasat şi 10.000 m3 de păcură, precum şi asigurarea unei cote minime de gaze naturale, echivalent cu 3% din necesarul de energie primară, respectiv 1.500 Nm3/h. Racordul la reţeaua Transgaz poate asigura un consum maxim de 66.000 Nm3/h de gaze naturale [2]. Pentru realizarea producţiei de energie electrică şi termică se consumă anual 2,1 milioane de tone cărbune de la Exploatarea Minieră BerbeştiAlunu (producţia carierei în anul 2017), ceea ce reprezintă 97% din energia termică primară, precum şi 30 de milioane de metri cubi de gaz metan pentru susţinerea arderii sau combustibil de rezervă (păcură), reprezentând 3% din necesarul de resurse [2]. Datorită restructurării mineritului începută în anul 1997, care a condus la închiderea etapizată a tuturor minelor şi microcarierelor, activităţile de exploatare s-au concentrat în carierele Ruget, Olteţ, Berbeşti şi Panga. *

Drd. Universitatea din Petroșani Prof.dr.ing. Universitatea din Petroșani

**

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

2. Descrierea carierelor aparținând Bazinului Miner Berbești La nivelul României cele mai importante zăcăminte de cărbuni inferiori (respectiv lignit) se găsesc în Subcarpaţii Olteniei, în spaţiul cuprins între Dunăre şi Râul Olt. Această arie ocupă o suprafaţă de aproximativ 4500 km2, pe teritoriul a trei judeţe, şi anume Mehedinţi, Gorj şi Vâlcea, după cum reiese din figura 1. Din punct de vedere geologic, zăcământul din Oltenia aparţine formaţiunilor pliocene (Dacian, Romanian şi Ponţian) fiind constituite din 21 de strate de cărbune inferior, lignit, cu grosime şi extindere variabilă, limitate de roci sterile, mai moi, uşor coezive, între care predomină rocile argiloase şi cele nisipoase [3, 6] În prezent, în Oltenia se află în funcțiune următoarele cariere: Roșia de Jiu, Peșteana Nord, Rovinari Est - Gârla, Tismana I - II, Pinoasa, Jilț Nord, Jilț Sud, Lupoaia, Roșiuța, Berbești Vest, Panga și Olteţ. Aceste ultime trei cariere de lignit: Berbeşti Vest, Olteţ şi Panga din judeţul Vâlcea, aparţin Bazinului Minier (BM) Berbeşti (figura 2). Acesta este amplasat în Piemontul Getic, de-a lungul paralelei 45° latitudine N, la granița dintre judeţele Gorj şi Vâlcea, fiind mărginit la vest de Râul Gilort, iar la est de Râul Bistriţa [3]. Având o lungime de peste 45 km şi o dezvoltare pe înclinare de 2,5-5 km, zăcământul de lignit a fost împărţit în patru perimetre miniere. În interiorul fiecărui perimetru au fost conturate mai multe câmpuri miniere ce au constituit obiectul de exploatare al unor mine sau cariere. 15


Fig. 1. Zona minieră Oltenia [3] Începând din Dacianul superior şi continuând cu Romanianul inferior au existat condiţii favorabile de dezvoltare a unei vegetaţii puternice ce a determinat formare a nouă strate de lignit cu grosimi şi extinderi variabile, din care importanţă economică prezintă stratele I, II, III şi mai rar IV, strate a căror putere calorifică variază între 1.803 şi 2.428 kcal/kg [6].

Cantitatea totală de cărbune extrasă din abataje şi lucrările miniere de pregătire s-a ridicat la 17,24 milioane tone lignit, iar producţia maximă de 1,159 milioane tone s-a înregistrat în anul 1996 [3]. Cele trei cariere active din BM Berbeşti, respectiv Carierele Berbeşti Vest, Panga şi Olteț asigură în perioada actuală, exclusiv materia primă pentru funcţionarea Termocentralei Govora, ele fiind deţinute în trecut de CE Oltenia.

Fig. 2. Bazinul Minier Berbeşti (mine, cariere active şi în conservare, halde) [6]

16

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


În prezent BM Berbeşti funcţionează cu trei sectoare de activitate, după cum urmează [2]:  Sectorul Olteț care are în componenţă patru linii de excavare, două linii de haldare şi o linie de transport cărbune;  Sectorul Berbeşti Vest care are în componenţă trei linii de excavare, o linie de haldare şi o linie de transport cărbune;  Sectorul Panga care are în componenţă trei linii de excavare, două linii de haldare şi o linie de transport cărbune. Conform datelor obţinute de la CET Govora pentru anul 2018, capacitatea de producţie proiectată este următoarea [2]:  Panga – 1.100 mii tone/an;  Olteţ – 1.200 mii tone/an;  Berbeşti Vest – 500 mii tone/an. Conform aceleiaşi surse durata de activitate la capacitatea proiectată este următoarea [2]:  Panga – 5,9 ani;  Olteţ – 18,9 ani;  Berbeşti Vest – 9,5 ani. Posibilităţile de extindere a perimetrelor la U.M.C. Berbeşti Vest - extindere perimetru Olteţ [2]:  iniţial - 8,336 km2;  extindere – 2,653 km2;  total perimetru – 10,989 km2. Accesul în perimetru se face de-a lungul văilor principale care brăzdează regiunea, fie dinspre nord, din şoseaua naţională Râmnicu Vâlcea Horezu - Târgu Jiu, pe şoseaua Milostea - Mateeşti - Berbeşti - Grădiştea, care urmăreşte firul Văii Tărâia, sau pe şoseaua Ciuperceni - Alimpeşti Bodeşti – Igoiu - Alunu, de-a lungul Văii Olteţului, fie de la sud pe aceleaşi şosele. Se mai poate face accesul în perimetru pe şoseaua Târgu Cărbuneşti Albeni – Călugăreasa - Ruscana – Roşia de Sus şi de Jos - Alunu, venind dinspre vest. Deasemenea accesul feroviar în perimetru se face pe calea ferată Râmnicu Vâlcea – Băbeni – Berbeşti - Alunu, iar pentru perimetrul Albeni - Ruget, pe calea ferată Craiova - Târgu Cărbuneşti - Corbu. Cariera Olteţ este amplasată în zona vestică a judeţului Vâlcea, fiind situată în perimetrul Amaradia–Tăraia şi se întinde pe raza localităţilor Roşia de Amaradia, Alunu, Sineşti şi Berbeşti. Lucrările de deschidere au început în anul 1980 şi au constat în executarea unei tranşee în zona nordică unde stratele de cărbune au aflorat. Capacitatea de producţie proiectată a carierei Olteţ a fost de 0,3 milioane tone pe an. Stratele de cărbune exploatabile în perimetrul acesteia sunt: I, II şi III, dar pe suprafeţe restrânse, acolo unde grosimea stratului permite selectarea, se excavează cu rezultate bune şi stratul numărul IV.

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Metoda de exploatare aplicată la cariera Olteţ este ”metoda combinată cu transportul parţial al descopertei la halda interioară, a unei a doua părţi la halda exterioară şi transbordarea parţială la halde interioare a părtii a treia din steril”, iar tehnologia utilizată este ,,tehnologia de excavare, transport şi haldare în flux continuu” cu un excavator cu cupe de mare capacitate care efectuează alternativ descopertarea şi extracţia lignitului [6]. Cărbunele depozitat este încărcat în vagoane specializate de tip FALS, cu o capacitate de aproximativ 55 tone fiecare, care sunt cântărite şi apoi expediate la CET Govora, cu trenuri care au în componenţă 25 de vagoane. Calea ferată cu o lungime de aproximativ 38 km, traversează trei catene deluroase (din care unul dintre dealuri este străpuns de un tunel) şi cinci cursuri de apă. Din cauza utilizării sub capacitatea de tranzit proiectată, întreţinerea căii ferate este precară şi apar adesea riscuri de deraiere, contracarate prin întreruperi ale transportului pentru lucrări de consolidare ale terasamentului. Cărbunele acumulat formează o stivă de combustibil solid în apropierea benzilor înclinate de cărbune ce fac legătura între gospodăria de cărbune şi sala cazanelor de unde este preluat lignitul cu ajutorul unei mașini combinate de depunere şi preluare. Cariera Berbeşti este situată la vest de Pârâul Tărâia (afluent de stânga al Olteţului) pe raza localităţilor Berbeşti-Alunu, facând parte din perimetrul minier Amaradia –Tărâia. Relieful este colinar şi are altitudini cuprinse între cotele 350470 m. Cariera Berbești a fost proiectată cu o capacitate de producție de 0,5 milioane tone pe an. În funcție de condițiile de relief din zonă dar și de distanța pe verticală de la ultimele strate exploatabile de cărbune şi până la suprafață, adâncimea carierelor existente în zona Berbeşti variază între 40 și 110 m în zonele mai joase de luncă și până la 180 m în zonele colinare, ceva mai înalte, raportul de descopertă pe total câmpul minier este cuprins între 3,5 şi 8,1 m3 steril/tonă de util [3]. În carierele Berbeşti se aplică metoda de exploatare ce constă în transportul sterilului la haldele exterioare, aceasta fiind metoda utilizată în carierele de lignit unde încă nu s-a atins cota finală a vetrei carierei și deci, nu sunt create încă premisele pentru a se forma halda interioară a bazinului. Metoda de exploatare cu transportul sterilului la haldele interioare se aplică în prezent doar în cariera Panga (în prezent ponderea mai mare între metodele de exploatare aplicate, o dețin metodele care folosesc pe lângă transportul sterilului și transbordarea sterilului în haldele interioare). 17


Treptele de lucru din cariere Berbeşti au înălțimi de 15-25 m unghiuri de taluz de 60-65° și lungimi care variază între 1000 și 2000 m. Unghiurile generale de taluz ale carierelor variază între 12 și 20° în funcție de natura rocilor din perimetrul de exploatare și de tehnologiile de lucru aplicate [1]. Lucrările din carieră se realizează cu excavatoare speciale, cu rotor, ce pot asigura excavarea cărbunelui în trepte cu înălţimea de până la 25 m. La tăierea deasupra nivelului de vehiculare fiind utilizată o înălţimea medie ceva mai mică, de doar 22 m. Sterilul rezultat din tranșeele de deschidere din zona Berbeşti a fost transportat și depozitat în halde exterioare amplasate la distanță medie față de perimetrele de exploatare. În funcție de caracteristicile materialului haldat (umiditate, consistență, coeficient de afânare, granulometrie etc.) precum și de înălțimile preconizate pentru haldele exterioare, acestea au fost construite sub un unghi de taluz general între 6° și 9°. Cariera Panga este amplasată în zona vestică a judeţului Vâlcea, pe malul stâng al Pârâului Tărâia, fiind situată pe raza localităţilor Berbeşti, Copăceni şi Mateeşti, în perimetrul minier Tărâia-Cernişoara. Lucrările miniere de deschidere au constat în execuţia cu ajutorul utilajelor clasice a unei transee cu lungimea de 600 m în latura vestică a carierei Berbeşti, urmată de o deplasare a intrândurilor de atac în paralel cu aceasta. În prezent, la cariera Panga sunt asigurate condiţiile de depozitare a sterilului în totalitate în halda interioară prin intermediul maşinilor de haldat. 3. Identificarea impactului exploatării lignitului în Bazinul Minier Berbeşti asupra mediului Pe lângă arderea directă a cărbunelui în termocentrale, costuri sociale şi de mediu rezultă şi din extragerea din cariere, transportul și depozitarea cărbunelui inferior din Bazinul Minier Berbeşti, fapt ce afectează calitatea aerului, a învelişului edafic, sistemul acvifer şi ecosistemele terestre şi acvatice prin modificarea biodiversităţii în arealul aferent exploatării miniere supusă studiului prezent. Astfel, exploatarea lignitului din Bazinului Minier Berbeşti are o serie de consecinţe remanente ce se manifestă asupra tuturor componentelor mediului: aer, sol şi subsol, apă şi ecosisteme. 3.1. Impactul asupra aerului Exploatarea la zi a lignitului din Bazinul Minier Berbeşti precum şi acumularea şi depozitarea deşeurilor solide reprezintă o problemă de mare actualitate şi importanţă pentru calitatea mediului înconjurător prin prisma influenţelor profund negative asupra tuturor componentelor sale [1]. 18

Calitatea aerului, unul din factorii importanţi ai mediului, este afectă negativ de exploatarea minieră dar şi de deşeurile produse şi depozitate în halde, deoarece aerul este purtătorul multor agenţi poluanţi, pe care îi împrăştie cu uşurinţă pe suprafaţa terenului. Datorită antrenărilor eoliene (fenomenul de deflaţie/vîntuire) apar spulberări de cenuşă (un numar de 20-30 /an) care reprezintă principalele efecte negative ale depozitelor de cărbune, ale haldelor de zgură şi cenuşă şi care se răsfrâng asupra perimetrului şi zonelor limitrofe haldelor. De asemenea, este afectată vizibilitatea în zonele respective, aerul devine irespirabil prin generarea de mirosuri neplăcute datorate atât deşeurilor ca atare cât şi proceselor de degradare. Se distrug astfel clădiri, se produce uzura prematură a sistemelor electrice (conturnare izolatori şi stâlpi de înaltă tensiune), se blochează centrii respiratori şi se diminuează recoltele din spaţiile agricole învecinate. Efectele modificării calităţii aerului, cauzate de lucrările din carieră, se materializează prin creşterea, în anumite puncte ale perimetrului minier, a concentraţiei de pulberi în suspensie, de gaze şi de fum rezultate din desfăşurarea activităţilor din carieră. Punctele mai importante de manifestare sunt zona de excavare (la cupa excavatorului), zona de depunere în haldă a sterilului şi cărbunelui, punctul de deversare ale benzilor de front, pe benzile de legătură, dar şi pe drumurile de acces [1]. Activitatea din carieră se manifestă ca o sursă de poluare, în special cu pulberi sedimentabile, adică particule cu dimensiuni mai mari de 20 μm, care nu difuzează în atmosferă, ci se depun gravitaţional. Din analizele făcute asupra pulberilor din zona carierelor s-a stabilit predominanţa carbonului în forma elementară sau în compuşi organici. Au mai fost determinate cantităţi de siliciu, fier, magneziu, zinc. Pentru localităţile din zona Berbeşti, nivelul de poluare cu pulberi sedimentabile provenite din cariera Berbeşti este sub valoarea celui admis de standarde. Pentru perioadele de vară, când creşte concentraţia de praf datorită secetei şi uscăciunii, sunt prevăzute surse mobile de udare, în zonele de acces şi de manevră, pentru utilajele din carieră. O sursă potenţială de noxe o reprezintă autoaprinderea cărbunelui din depozite sau din stratele carierei. Datorită arderilor incomplete, în aer se degajă monoxid de carbon şi cantităţi mai mici de bioxid de sulf, hidrocarburi uşoare şi substanţe toxice care însă, nu ajung la concentraţii care să depăşească limitele admise. Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


3.2. Impactul asupra solului Modificările remanente la nivelul solului sunt cauzate de exploatarea la zi a zăcămintelor de lignit din Bazinul Minier Berbeşti. În cariere este afectat în primul rând stratul de sol fertil de la suprafaţă întrucât se schimbă folosinţa terenurilor. De asemenea, reziduurile solide, respectiv cantitatea de steril care se haldează, rezultată din exploatările miniere necesită suprafeţe întinse de terenuri pentru depozitare. Solul prezent în arealul minier Berbeşti face parte din categoria solurilor brune de pădure puternic podzolite, având orizontul superior cu o alcătuire lutoasă şi luto-nisipoasă, precum şi solurile argiloase care sunt extinse. Solurile de pădure au un profil slab diferenţiat, colorat brun sau gălbui cu nuanţe mai închise în orizontul A, din cauza prezenţei humusului. Structura orizontului A este glomerulară colţuroasă, iar spre adâncime elementele structurale se măresc treptat astfel încât în orizontul B structura devine nuciformă sau nuciformprismatică, urmând după structura rocii mame. În arealul Bazinului Minier Berbeşti, executarea lucrărilor de descopertare a stratelor de cărbune a dus la îndepărtarea stratului vegetal de sol de pe întreaga suprafaţă a carierelor şi a haldelor. Ținând cont de aplicarea programului de refacere ecologică a zonei, solul descopertat a fost conservat în depozite de sol fertil în scopul folosirii ulterioare. Astfel solul fertil este excavat, transportat individual şi depus în ultima treaptă sau pe bermele finale, fiind utilizat apoi la acoperirea suprafeţelor ce urmează a fi redate în circuitul agricol cu premisele obţinerii celor mai bune rezultate, atât din punct de vedere cantitativ, cât şi calitativ. O astfel de situaţie nu este predominantă, iar de aceea, cantităţile de sol fertil recuperate sunt mici şi nu reuşesc să satisfacă necesarul pentru acoperirea integrală a suprafeţelor ce sunt redate circuitului agricol. Exploatarea lignitului din Bazinul Minier Berbeşti aduce la zi materiale litologice cu vârste şi compoziţie fizico-chimică diferite, distribuite întrun mod eterogen, atât pe orizontală, cât şi pe verticală [8]. Astfel, s-a individualizat o nouă categorie de sol numită protosol antropic minier. De cele mai multe ori protosolurile antropice oferă un volum edafic util suficient pentru dezvoltarea sistemului radicular al plantelor de cultură, însă ele sunt lipsite de activitate microbiologică (trăsătura esenţială a unui sol evoluat). Haldele de steril sunt construcţii inginereşti în care sunt depuse rocile sterile exploatate din carieră odată cu roca utilă reprezentată de lignit. Acestea sunt amplasate pe terenurile situate în jurul exploatărilor miniere. Pentru amplasarea haldelor

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

se alege terenul care determină un impact minim asupra mediului şi necesită cele mai reduse cheltuieli de haldare. În cadrul haldelor de steril din Bazinului minier Berbeşti, materialele sunt în general bune pentru solificare. În solurile fertile, argila coloidală are valori cuprinse între 6,1-6,5%, în timp ce în sterilul haldelor predomină materialele cu un conţinut în argilă coloidală cuprins între 15-30%. Protosolurile antropice miniere sunt slab productive sau neproductive, încadrându-se în categoria claselor a V-a şi a VI-a de calitate (OSPA Gorj). Pentru introducerea protosolurilor antropice miniere în circuitul productiv din Bazinul Berbeşti sunt necesare intervenţii ameliorative pe perioade îndelungate de timp. La suprafaţa ocupată propriuzis de halde se adaugă şi suprafaţa de teren riveran care reprezintă zona de influenţă a acestora [3]. Majoritatea haldelor din bazinul Berbeşti sunt amplasate pe versanţi sau în lungul văilor, cu sau fără scurgeri de ape. Cotele terenurilor de depozitare variază în general între 650 m în axul văilor şi 750 m pe versanţi. Unghiul de înclinare al versanţilor variază între 6°şi 35°. În unele situaţii haldele au fost construite în aşa fel încât barează văi fără cursuri permanente de apă, formându-se lacuri din ape provenite din precipitaţii [1]. 3.3. Impactul asupra apei de suprafaţă şi subterane Principalele daune provocate de exploatările miniere şi de halde asupra mediului înconjurăror sunt pe lângă impactul vizual neplăcut, distrugerea suprafeţelor de teren acopetit cu sol vegetal şi vegetaţie, poluarea aerului cu praf rezultat în urma deversărilor sterile în halde şi gaze rezultate din mine şi poluarea apelor de la suprafaţă şi din subteran cu elemente chimice dizolvate sau suspensii de particule solide antrenate din halde de către apele de ploaie sau de infiltraţie. Impactul produs de activităţile de exploatare a cărbunilor în câmpul minier Berbesti asupra apelor este un impact local dar şi zonal, temporar dar şi de lungă durată şi se referă la modificări ale văilor naturale, dispariţia unor pâraie prin acţiunile de exploatare sau haldare, remodelarea cursurilor apelor permanente prin regularizări, canalizări, îndiguiri, consolidări, devieri de curs, modificări ale regimului cantitativ al apelor de suprafaţă dar şi modificări ale calităţii apelor de suprafaţă prin evacuarea de ape încărcate cu poluanţi proveniţi din activităţile miniere de exploatare, modificări ale calităţii apelor de suprafaţă prin scurgeri accidentale de combustibili (uleiuri, motorină, benzină) de la motoare sau prin manipularea acestora.

19


La degradarea apelor din perimetrele de extracţie a cărbunelui participă în egală masurăşi haldele de steril de la Panga, Olteţ şi Berbeşti Vest aferente Exploatării Miniere Berbeşti. În judeţul Vâlcea, Exploatarea Minieră Berbesti desfăşoară o activitate de extracţie a cărbunelui inferior (lignit) din carierele de suprafaţă Berbeşti Panga şi Olteţ. În procesul de extracţie a cărbunelui se decopertează sterilul de la suprafaţă pâna se ajunge la stratul de cărbune. Sterilul decopertat este transportat cu ajutorul benzilor transportoare şi depozitat în halde special amenajate, care pot fi atât halde interioare cât şi exterioare. Carierele Berbeşti şi Olteţ sunt deservite de halde active, haldarea facându-se în trepte cu înalţimea maximă de 10 m. În ceea ce priveşte apele subterane se produce o modificare a echilibrului fizico-chimic al apelor, determinată de activităţile de forare şi pompare la executarea forajelor de alimentare cu apă, foraje hidrogeologice, geologice, puţuri sau alte lucrări de captare. Apele subterane sunt afectate în haldele de cenuşă dar şi în perimetrele depozitelor de zgură şi cenuşă, unde se drenează spre freatic cantităţi imense de săruri alcaline, ioni de amoniu, acest lucru facând apele nepotabile. Haldarea impune modificarea continuităţii freaticului şi a acviferelor, precum şi modificarea echilibrului fizico-chimic al apelor subterane (scădere pH, creşteri ale cantităţilor de materie organică, NH4, Ni, Fe etc.) [7]. În zona carierei prin modificarea relaţiilor dintre acvifere şi prin asecarea freaticului se produce dispariţia unor acvifere existente şi apariţia altora noi. Calitatea factorului de mediu apă de suprafaţă şi subterană, este în general afectată negativ de activităţile din cadrul perimetrului de exploatare minieră, după cum am prezentat mai sus. Însă, un efect pozitiv asupra mediului îl au lucrările de regularizare şi canalizare, cu rol de apărare împotriva inundaţiilor. Impactul potenţial de mediu se menţine pe întreaga perioadă de exploatare a zăcământului din zona Berbeşti, manifestându-se printr-o creştere permanentă a vulnerabilităţii apelor subterane şi de suprafaţă, la modificarea echilibrului stării fizicochimice naturale şi la pericolul de poluare. 3.4. Impactul asupra ecosistemelor Exploatările miniere la zi, carierele, precum şi haldele industriale fac ca arealul propiu-zis precum şi terenurile adiacente lucrărilor să determine deteriorări geochimice ale solului, eroziuni şi modificări hidrologice. Toate acestea duc la distrugerea covorului vegetal în spaţiul industrial, la diminuarea biodiversităţii precum şi la instalarea aşa numitelor "pustiuri industriale" [7]. 20

Arealul Bazinului Minier Berbeşti, situat la o altitudine de aproximativ 400 m şi intercalat de dealuri a căror înălţime se menţine sub 700 m, se caracteriează, din punct de vedere al învelişului vegetal, prin prezenţa pădurilor ce alternează cu pajişti şi terenuri agricole. Vegetaţia forestieră cuprinde subzona fagului, subzona pădurilor amestecate de fag cu gorun şi subzona gorunului. Zonele cu umiditate mai ridicată (unde bălteşte apa) din perimetrul exploatării în carieră sau pe halde sunt favorabile apariţiei vegetaţiei palustre. Local, în zona perimetrului minier, ca urmare a lucrărilor de descopertare, vegetaţia naturală arboricolă şi floricolă a fost distrusă în totalitate de pe suprafeţele de lucru. Pe alocuri, în special pe halde, se remarcă o tendinţă de refacere a vegetaţiei ierboase cu specii comune, lipsite de valoare botanică, dar cu importanţă în procesul de îmbogăţire a solului cu materii organice. Cea mai eficientă măsură de reabilitare a haldelor de cenuşă de la Berbeşti o constituie recultivarea biologică (agricolă, silvică, agricolă urmată de cea silvică). Cercetările efectuate pe plan mondial şi naţional din acest domeniu arată că recultivarea silvică este cea mai avantajoasă, întrucât necesită un minim de lucrări faţă de recultivarea agricolă, ameliorează peisajul local şi contribuie la reintroducerea în circuit a unei părţi din cantitatea totală de carbon emisă de termocentrala pe care o alimentează [4]. Local însă, se cultivă pe suprafeţe restrânse, iar agrosistemele din zonă sunt reprezentate de culturi de porumb şi cartofi, iar pe suprafeţe limitate se întâlnesc livezi de pomi fructiferi şi plantaţii de viţă-de-vie. Modificând substanţial învelişul de vegetaţie, de-a lungul timpului, societatea, prin activităţile ei, a exercitat o puternică acţiune şi asupra faunei, care a avut ca efecte schimbarea condiţiilor naturale ale acesteia pe suprafeţe întinse. Canalizările şi desecările terenurilor mlăştinoase au dus la dispariţia faunei nevertebrate sau la vertebrate, adaptată acestui mediu de viaţă. Defrişarea pădurilor, distrugerea stratului vegetal, au avut ca urmare dispariţia unor specii, sau migrarea altora către zone care să asigure condiţiile de viaţă şi climatul caracteristic speciilor respective. Astfel au fost modificate atât condiţiile de viaţă cât şi vechea componenţă şi răspândire a faunei. Fauna în zonele forestiere se caracterizează prin prezenţa veveriţei, tipic pentru pădurile de fag şi pe alocuri de gorun. De asemenea, se pot întâlni, rozătoare de pădure, păsări răpitoare nocturne sau diurne, ca ciuful de pădure (Asio otus), huhurezul de pădure, şorecarul comun, uliul găinilor Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


(Accipiter gentilis). Tot din această biocenoză fac parte păsări tipice de pădure precum ciocănitoare pestriţă (Dryobates major pinetorum), vârdarea (Gecinus viridis), piţigoiul, scorţarul, cojoaica, miscarul, cinteza, gaiţa, cucul [3]. Dintre speciile de interes cinegetic se pot menţiona: porumbelul gulerat, sitarul şi alte specii capabile să se adapteze condiţiilor geografice din diverse zone geografice, cum sunt ariciul, nevăstuica comună, dihorul comun, viezurele, vulpea, căpriorul, mistreţul, lupul, pisica sălbatică şi iepurii [1]. Fauna terestră a suferit importante modificări cantitative, densitatea animală fiind scăzută în zona haldelor şi a carierelor datorită condiţiilor pedologice precare şi lipsei hranei. Lucrările din zonă, prezenţa oamenilor în număr mare, agitaţia, zgomotul utilajelor, pe de o parte, defrişarea pădurilor, desfiinţarea pajiştilor, decaparea solului pe de altă parte, au determinat migrarea faunei vertebrate din zona amplasamentului şi din imediata vecinătate a acestuia. Mamiferele din împrejurimile carierelor au dispărut, retrăgându-se în alte zone cu aceleaşi valenţe ale nişei trofice. Principalele specii prezente în zonă sunt mistreţul, iepurele şi vulpea. Păsările au avut mult de suferit de pe urma exploatării miniere şi a haldării. Prin defrişarea pădurilor a fost afectat habitatul acestora, ceea ce a avut ca efect dispariţia lor din zonă. Cel mai puţin afectate au fost păsările care trăiesc în preajma localităţilor (vrăbiile, porumbeii). Deşi sunt programe de reîmpădurire, în special cu salcâm, a zonelor afectate, sunt şanse minime ca aceste păduri să fie rapid populate cu păsări, deoarece salcâmul nu are dăunători. În timp, haldele miniere devin adevărate construcţii peisagistice (din generaţia III) fiind integrate în mediul ambiental, în care au fost amenajate adesea noi biotopuri secundare, umede sau uscate, care contribuie la asigurarea mediului de viaţă şi protecţia multor specii de plante şi animale [1]. 3.5. Reţele de impact Reţelele de impact permit evidenţierea, efectelor secundare şi indirecte, existenţa unor relaţii multiple sau de concomitenţă a cauzelor şi cumularea efectelor acestora, ţinând seama şi de dimensiunea temporală [5, 7]. Exemple clasice de utilizare a reţelelor de impact în identificarea componentelor ambientale şi a impacturilor sunt metoda elaborată de Sorensen şi metoda Bereano pentru evaluarea tehnologiilor alternative. Metoda Sorensen utilizează un sistem de matrici bidimensionale pentru identificarea impacturilor primare (corelaţie între acţiuni conexe

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

şi elementele proiectului cu modificările introduse de acestea în sistemul ambiental) şi reţele de impact pentru analize ale impacturilor de grad superior şi pentru corelarea lor cu măsurile de diminuare [7]. Metoda Bereano utilizează în schimb trei reţele de impact diferite pentru evaluarea efectelor impactului ambiental de diferite ordine, induse de elemente generatoare, referitoare la construcţia proiectului, la funcţionarea sa şi la activităţile conexe realizării proiectului şi la incidentele probabile sau previzibile [5, 7]. Reţeaua de impact elaborată pentru BM Berbeşti (figura 3) a avut în vedere lucrările de exploatare a lignitului din acest bazin minier de unde s-au ramificat acţiuni specifice, cum ar fi decaparea învelişului de sol, excavarea terenului şi apariţia carierelor miniere, acumularea sterilului sub forma haldelor, poluarea aerului şi a apei de suprafaţă şi subterane, degradarea biodiversităţii, modificări peisagistice şi activităţile socio-umane, fiecare dintre acestea continuându-se cu alte impacturi primare esenţiale asupra componentelor mediului natural şi impacturi secundare. Modificări majore se pot observa la nivelul morfologiei reliefului ca urmare a dezvoltării în adâncime a carierei prin excavarea terenului pentru exploatarea lignitului. Rezultă forme negative topografice şi a apariţiei depozitelor de steril depus sub forma haldelor, în această situaţie apărând forme pozitive de relief, pe suprafaţa cărora se pot intensifica fenomenele de şiroire, alunecări şi ravenare, sau se pot produce tasări ale substratului şi subsidenţe lente, fapt ce reclamă o reamenajarea ecologică a haldelor şi reintroducerea lor în circuitul agricol [4]. 4. Evaluarea impactului generat de activităţile miniere din Bazinul Minier Berbești Matricea din tabelul nr. 1 analizează impactul generat asupra mediului înconjurător de către Exploatarea Minieră din Bazinul Berbeşti. Din analiza acestei matrici, tabelul 1, ce reflectă impactul generat asupra mediului înconjurător de către Exploatarea Minieră din Bazinul Berbeşti se poate sublinia că valorile cumulate ale activităţilor asupra mediului şi valorile însumate ale impactului asupra factorilor de mediu au scăzut în ansamblu la -144, valoarea pozitivă menţinându-se la +3, la nivelul componentei economico-sociale. Din analiza matricii se observă că activităţile generatoare de impact consistent, notate cu valoare egală, de -27, sunt eliberarea particulelor solide (praf, cenuşă, zgură) şi transportul şi depozitarea materiei prime (cărbune, păcură, gaz).

21


Fig. 3. Rețeaua de impact – metoda Bereano

22

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


Tabelul 1. Matrice de impact pentru exploatarea lignitului în Bazinul Minier Berbeşti

Transportul şi depozitarea materiei prime (cărbune, păcură, gaz)

Producerea energiei electrice şi termice în cogenerare

Îndepărtarea învelişului de sol vegetal

Defrişarea vegetaţiei forestiere şi ierboase

Dezvoltarea peisajelor antropice (industriale)

Poluare fonică (zgomote şi vibraţii)

-1

-2 -2 -2 -2 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -1 -2 -2 -1 -1 -2 -3

-1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -1 -1 -1 -2 -2

-2 -1 -2 -2 -3 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -2 -2

+3 -

-1 -1 -1 -2 -1 -1 -1 -1 -2 -1 -2 -1 -1 -2 -1 -1

-1 -1 -1 -2 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -2 -1 -1 -1 -2 -1 -1

-1 -1 -1 -2 -1 -1 -1 -1 -2 -1 -2 -1 -1 -1 -2 -1 -1

-1 -1 -1 -1 -1 -1 -1

-1

-27

-19

-27

+3

-20

-22

-21

-7

Aceste activităţi manifestă o influentă negativă asupra majorităţii componentelor mediului, însă cele mai mari valori de bonitate se înregistrează la nivelul ecosistemelor, de -12 şi asupra învelişului de sol, de -10, ele fiind componente ambientale care au cel mai mult au de suferit. Calitatea aerului şi ocuparea spaţiului au valori însumate mari, de -9 şi respectiv -10. Modificarea calităţii aerului se datorează cantităţilor însemnate de praf şi zgură eliberate în atmosferă, fapt ce reduce transparenţa, perturbă temperatura aerului şi precipitaţiile, creează condiţii favorabile dezvoltării nucleielor de condensare şi produce ploi orografice. Spaţiul analizat este afectat de modificări morfologice survenite ca urmare a excavării terenului prin exploatarea lignitului şi dezvoltării în adâncime a carierelor şi a apariţiei depozitelor de steril sub forma haldelor. ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Impactul cumulat asupra factorilor de mediu

Utilizarea apei brute şi evacuarea apei uzate

Calitatea aerului Microclimatul Nebulozitatea atmosferică Prezenţa solului vegetal Compactarea solului Apa de suprafaţă Oxigen dizolvat în apă Ape subterane Turbiditate Modificarea vegetaţiei Modificarea faunei şi ihtiofaunei Ecosisteme Morfologia albiei Procese de versant Calitatea peisajului Degradarea terenului Ocuparea spaţiului Activităţi socio-economice Riscuri Impactul cumulat al activităţilor asupra mediului

Eliberarea particulelor solide (praf, cenuşă, zgură)

Aspecte de mediu

Generarea de poluanţi gazoşi (SO2, NOx, CO2)

Bazinul Minier Berbeşti

-9 -6 -8 -10 -8 -6 -2 -6 -6 -10 -9 -12 -2 -3 -8 -7 -10 -10 -12 -144 +3

Se elimină solului vegetal, sunt degradate învelişurile de vegetaţie şi faună, peisajele naturale iniţiale fiind înlocuite cu peisaje miniere, de aceea este importantă planificarea suprafeţelor de teren din zonele miniere şi optimizarea cerinţelor spaţiului pentru diverse utilizări post miniere. 5. Concluzii România se confruntă în prezent cu o situație complexă din punct de vedere al poluării mediului înconjurător, deoarece dezvoltarea industrială nu a avut în vedere că progresul societății umane depinde, nu numai de bunurile pe care le oferă, ci și de neajunsurile provocate mediului ambiant. Pentru a menține cărbunele în mixul energetic național funcționarea termocentralelor bazate pe combustibil fosil solid, trebuie să se integreze în cerințele unei dezvoltări durabile, mai ales datorită 23


faptului că această resursă, cărbunele, este o rezervă strategică în sectorul energetic, utilă atât în perioadele cu temperaturi scăzute cât și în perioadele de secetă dar și pentru că România are cărbune pentru încă 30-40 de ani. Impactul emisiilor poluante ale Termocentralei Govora asupra mediului este influențat în mod direct de calitatea cărbunelui ars în focarele cazanelor, de aceea recomand o atenție sporită asupra calității materiei prime folosite, achiziționarea de combustibil cu un conținut redus de sulf și cenușă, montarea instalațiilor moderne de captare a cenușii (electrofiltre). Deoarece cererea de energie electrică creşte, în următoarea perioadă putând să se ajungă chiar la dublarea consumului, în deceniul actual grija noastră se poate concentra asupra centralelor electrice existente, care deși sunt surse de poluare masivă, sunt instalaţii propice aplicării unor tehnologii şi procedee noi care ar putea asigura o redresare economică, CET Govora fiind una dintre puținele termocentrale care încă mai funcționează în sudul țării noastre, deși situația este dificilă, societate aflându-se în insolvență începând din anul 2016.

Bibliografie 1. Chiriță R.V., Identificarea,estimarea și evaluarea impactului generat de modificările geomorfologice din Bazinul minier Berbești asupra mediului, Raport de Cercetare Științifică nr. 3, Petroșani, 2018. 2. Delayat (Barbu) E.M., Analiza comparativă a celor două surse energetice în contextul eficienței energetice, Raport de Cercetare Științifică nr. 4, Petroșani, 2019. 3. Dican N., Soluţii moderne de redare în circuitul economic a haldelor de steril şi a terenurilor degradate de activitatea minieră în bazinul minier Berbeşti, Teză de doctorat, Petroşani, 2014. 4. Drebenstedt C., Planungsgrundlagen der Wiedernutzbarmachung, Braunkohlentagebau und Rekultivierung, Springer Verlag Berlin, pp. 487–512, 1998. 5. Faur F. Proiectarea sistemelor de monitorizare a mediului, Editura Universitas, Petroşani, 2018, ISBN 978-973741-614-8, 223 pag 6. Fodor, D., Dican, N., Exploatarea zăcămintelor de cărbuni din bazinul minier Berbeşti prin lucrări miniere la zi, Revista Minelor, nr. 2, Editura Universitas, Petroșani, 2013. 7. Lazăr M., Faur F., Identificarea și evaluarea impactului antropic asupra mediului. Îndrumător de proiect, Editura Universitas, Petroșani, 2011. 8. Nyari (Apostu) I.M., Faur F. Stability assessment of the final slopes of the North Pesteana quarry in the context of long term safety of objectives in the influence areas, Research Journal of Agricultural Science, Vol. 50, Nr. 4, pp. 17-27, 2018.

Recenzor Prof.univ.dr.ing. Mircea GEORGESCU UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI

24

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


UTILIZAREA DIFERITELOR TIPURI DEȘEURI LA FABRICAREA BRICHETELOR ECOLOGICE Camelia BĂDULESCU* Rezumat: There is a national and international seek for solutions of turning to account the existing offals and also for trying to create ecological conditions in the areas where they have been stored. This offas’ turning to account are also necessary due to the considerable diminution of the fossil fuels. This thesis presents one possibility of turning to account the produced offals in the mining, petrochemistry and wood processing industries through their briquetting by a recipe that can satisfy not only the consumers' demands regarding the caloric power, granulometry, mechanic resistance, burning behaviour, but also those regarding the composition of the given gases as a result of the burning. The diminution of the dioxide sulfur given off as a result of the fossil fuels' burning becomes an important problem and that is why in all my tested recipes I have introduced a desulphurization agent, even though it brings to a diminution of the caloric power. Cuvinte cheie: șlam steril, melasă, cocs petrolier, rumeguș, brichete ecologice 1. Introducere Atât pe plan intern cât şi pe plan internaţional se caută soluţii pentru valorificarea deşeurilor produse în industrie. Valorificarea şlamurilor sterile rezultate în urma procesului de preparare, depuse pe iazurile de decantare şi ecologizarea acestor reprezentând obiectul a numeroase studii. Pentru şlamurile cărbunoase s-a studiat posibilitatea brichetării cu lianţi vegetali și agenţi desulfurizanţi precum CaO, Ca(OH)2, CaCO3. Prin brichetare s-a urmărit obţinerea unui produs ce poate fi utilizat de către consumatorii casnici, cu o rezistenţă care să asigure transportul, manipularea şi depozitarea fără degradarea acestora din punct de vedere granulometric, la costuri de producţie cât mai scăzute, concomitent cu reducerea cantităţii de bioxid de sulf degajat în urma arderii. 2. Caracteristicile materialelor utilizate în proces Şlamul steril utilizat pentru efectuarea încercărilor de brichetare este colectat din iazul de decantare numărul II de la Uzina de Preparare a Cărbunelui Coroeşti. Iazul de decantare numărul II a fost pus în funcţiune în anul 1968, în momentul de faţă fiind scos din funcţiune. Este amplasat în continuarea celor două compartimente ale iazului nr. I, A şi B, în lunca din dreapta râului Jiu. Suprafaţa totală ocupată este de 10,8 ha, la nivelul plajei având o suprafaţă de 7,5 ha. Până la scoaterea din folosinţă, pe acest iaz s-a depozitat o cantitate de aproximativ 2 milioane tone şlam steril,rezultat în urma procesării cărbunelui. Pentru încercările experimentale s-au prelevat mai *

multe probe, din diferite puncte şi adâncimi iar după omogenizare s-a determinat conţinutul de cenuşă (60,6%) şi puterea calorifică (2700 kcal/kg). Din punct de vedere granulometric, în urma analizelor, putem spune că materialul este alcătuit preponderent din granule cu dimensiuni sub 0,2 mm. Umiditatea şlamului se situează în jurul valorilor de 20-35%. Melasa (figura 1) este produsul secundar rezultat la fabricarea zahărului din sfecla de zahăr sau trestie de zahăr, din care nu se mai poate extrage zaharoza prin tehnologia de cristalizare şi centrifugare. Este un lichid dens, vâscos, lipicios de culoare brun până la brun închis. S-a folosit melasă în diferite proporţii (6 – 15%) cu rolul de liant al componentelor solide introduse în reţetele de brichetare.

Fig. 1. Aspectul melasei

Prof.dr.ing. Universitatea din Petroșani

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

25


Fig. 2. Cocsul petrolier utilizat Utilizarea cocsului petrolier sub formă de combustibil cu cenuşă scăzută în centrale termice, cuptoare pentru ciment sau la focare casnice, este limitată de puterea calorică ridicată şi de conţinutul mare de sulf.Principalele caracteristici ale cocsului utilizat în încercările efectuate sunt prezentate în tabelul 1. Prin utilizarea cocsului petrolier obţinem pentru brichete o putere calorifică ce face posibilă utilizarea lor în focare obişnuite. Tabel 1. Caracteristicile cocsului utilizat Componente Unitatea de măsură Valori Densitate [g/cm3] 0,64 Umiditate [%] 6,2 Volatile [%] 26,72 Cenuşă [%] 18,53 Putere calorifică [kcal/kg] 5807 Agent desulfurizant - s-a utilizat Ca(OH)2, în proporţie de 7% din total amestec de brichetare. Rumeguşul de lemn constituie un deşeu al industriei de prelucrare a lemnului. Utilizarea acestuia în reţetele de brichete este legată de temperatura scăzută de aprindere, urmărind astfel o mai bună comportare la ardere a brichetelor obţinute. 3. Rezultate experimentale Pornind de la rezultatele cercetărilor anterioare desfăşurate atât pe plan intern cât şi internaţional sau stabilit câteva reţete în care s-a variat ponderea materialelor utilizate şi presiunea de lucru, urmărind efectul pe care îl au în obţinerea unor brichete corespunzătoare din punct de vedere al

26

rezistenţei, puterii calorifice şi a compoziţiei gazelor rezultate în urma arderii. În tabelul 2 sunt prezentate câteva dintre reţetele utilizate pentru obţinerea brichetelor. Tabel 2. Compoziţia câtorva dintre amestecurile utilizate pentru brichetare Şlam Cocs Melasă Var Rumeguş Reţeta (%) (%) (%) (%) (%) P1 37,0 37,0 6 7 13 P2 43,5 43,5 6 7 0 P3 36,0 36,0 8 7 13 P4 42,5 42,5 8 7 0 P5 35,0 35,0 10 7 13 P6 41,5 41,5 10 7 0 P7 34,5 34,5 11 7 13 P8 41,0 41,0 11 7 0 P9 33,5 33,5 13 7 13 P10 40,0 40,0 13 7 0 Analiza rezistenţei la compresiune în funcţie de compoziţia amestecului utilizat (figura 3) ne indică faptul că, la presiuni de până la 30kN brichetele care au în compoziţie rumeguş (reţeta nr.7 şi 9) au o rezistenţă mai ridicată decât cele în care rumeguşul lipseşte. De asemenea s-a constatat că pentru amestecurile cu rumeguş creşterea presiunii de lucru la peste 30kN nu produce o creştere considerabilă a rezistenţei la compresiune. În schimb, pentru brichetele obţinute din şlam, cocs, var şi melasă creşterea presiuni are un efect pozitiv asupra rezistenţei brichetelor dar acest lucru duce la creşterea considerabilă a costurilor de producţie. Rezistenta la compresiune(kg/cm2)

Cocsul de petrol este o substanţă solidă obţinută prin încălzirea şi menţinerea la temperatură ridicată a unor reziduuri petroliere lichide. Procesul de cocsare este un mijloc de desulfurare indirectă, pentru materii prime petroliere, cu conţinuturi diferite de sulf. Are un aspect spongios, un conţinut mai ridicat de sulf şi impurităţi, decât celelalte categorii de cocs petrolier.

90

P6

80

P8

70

P7

60

P9

50 40 30 20 10 0

10

20

30 presiune de lucru (kN)

Fig. 3. Rezistenţa la compresiune în funcţie de presiunea de lucru, pentru diferite amestecuri Graficul rezistenţei la compresiune în funcţie de consumul de liant (figura 4) ne arată faptul că, pentru consumuri de până la 8% liant se înregistrează o uşoară creştere a rezistenţei la compresiune dar la consumuri peste această valoare rezistenţa brichetelor creşte semnificativ. Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


Rezistenţa la compresiune (kg/cm2)

Stabilirea unui consum optim de liant trebuie să aibă în vedere rezistenţa la compresiune, rezistenţa la coeziune, aspecte legate de costurile de achiziţionare și transport a liantului cât şi aspectele tehnologice. În acest sens, s-a observat că la consumuri de peste 13% se produce o fluidizare a materialului, în momentul presării la presiuni de peste 10kN, ceea ce duce la migrarea lui şi astfel apar probleme legate de tehnologia de lucru. De asemenea se poate observă că rumeguşul îmbunătăţeşte caracteristicile de rezistenţă ale brichetelor obţinute, la acelaşi consum de liant. 90 brichete cu rumeguș

80 70

brichete fără rumeguș

60 50 40 30 20 10 0 6

8

10 11 13 Consum de melasă (%)

Fig. 4. Variaţia rezistenţei la compresiune în funcţie de ponderea liantului Utilizarea rumeguşului prezintă avantajul că reduce consumul de melasă, creşte rezistenţa la compresiune, indicele de coeziune şi îmbunătăţeşte procesul de aprindere. Analiza prin metoda Fast Vac. a reţetelor 7 şi 8, rețete care corespund din punct de vedere al rezistenţei la compresiune şi au un indice de coeziune ridicat, ne indică prezenţa următoarelor substanţe:

Tabel 3. Substanţele componente din amestecurile supuse brichetării Substanţa Pondere în Pondere în reţeta nr. 7 reţeta nr. 8 SiO2 14,1 17,0 C 56,8 57,4 Na2O 0,317 0,243 MgO 0,436 0,457 Al2O3 7,85 9,95 P2O5 0,0377 0,0373 SO3 6,03 5,27 Cl 0,0566 0,0273 K2O 1,77 1,37 CaO 9,83 5,55 TiO2 0,408 0,433 V2O5 0,119 0,0818 Cr2O3 0,0127 0,0173 MnO 0,0252 0,0206 Fe2O3 2,11 2,03 NiO 0,0336 0,0253 CuO 0,0111 0,00807 ZnO 0,0151 0,00824 Ga2O3 0,00232 As2O3 0,0160 0,0000445 Br 0,0142 0,0112 Rb2O 0,00739 0,00780 SrO 0,0184 0,0152 Y2O3 0,00532 0,00386 ZrO2 0,0122 Pt 0,00594 0,00525 Sumă 100 100 Din analize se poate observa conţinutul redus de metale care ar putea trece în stare de vapori. De asemenea se observă prezenţa galiului şi zirconiului în amestecurile ce conţin rumeguş dar şi o creştere a conţinutului de carbon.

În tabelul 4 se prezintă o inventariere a emisiilor poluante rezultate în urma arderii brichetelor. După cum se poate observa, emisiile rezultate în urma arderii brichetelor se situează sub limita admisă de legislația în vigoare. Tabel 4. Emisiile de poluanți cauzate de arderea brichetelor Concentraţia Concentraţia admisă 3 determinată [mg/Nm ] [mg/Nm3] Nr. Poluant Depăşire Metoda de crt. emis pe coş [ori] determinare Valoare În probe Media Act normativ admisă* 58 76 Gravimetric cu Pulberi în Ord MAPPM nr. 1 52 63.2 100 Nu filtru din fibră de suspensie 462/93, Anexa 2, sticlă 38 Norme a emisiilor 92 pentru instalaţii de 2 SO2 132 132 2000 Nu Colorimetric ardere (punct 2) 3 NO2 16 16 500 Nu Colorimetric 4 CO 895 895 Colorimetric  Nota. Concentraţiile admise sunt pentru centrale cu puterea termică < 100MW/t

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

27


4. Concluzii Utilizarea rumeguşului duce la creşterea rezistenţei brichetelor obţinute la aceeaşi presiune de lucru şi acelaşi consum de liant. Pentru brichetele cu rumeguş, creşterea presiunii de lucru peste 30kN nu duce la îmbunătăţiri considerabile ale rezistenţei iar pentru brichetele fără rumeguş o presiune de lucru mai mare este absolut necesară. Creşterea conţinutul de melasă creşte rezistenţa brichetelor obţinute dar un consum mai mare de 15% creează probleme tehnologice. Rumeguşul îmbunătăţeşte comportamentul la aprindere şi ardere datorită temperaturii de aprindere mai scăzute decât cea a cocsului şi a şlamului. Pentru depozitarea şi comercializarea brichetelor obţinute din aceste amestecuri se impune însăcuirea şi păstrarea în locuri ferite de umiditate. Fluxul tehnologic de fabricaţie a acestui tip de brichete este destul de simplu şi nu impune costuri suplimentare legate de utilizarea agentului termic. Prezenţa agentului desulfurant reduce emisiile de oxizi de sulf iar cenuşa rezultată, datorită prezenţei ghipsului şi conţinutului foarte scăzut de metale grele, se poate utiliza pentru ameliorarea solurilor. La brichetele necorespunzătoare din punct de vedere al rezistenţei la compresiune s-au observat fisuri la bavura (figura 6).

Orientarea cea mai raţională în conjunctura actuală este aceea de producere a biobrichetelor. În China – mare consumatoare de cărbunebrichetele ecologice sunt produse din: cărbune, var stins şi biomasă ( paie, deşeuri de lemn, gunoi agricol). Aceste materiale sunt amestecate şi apoi turnate sub presiune în maşina de brichetat. Cenuşa rezultată după arderea acestor brichete are o compoziţie favorabilă utilizării ei pentru ameliorarea solurilor. Varul are rolul agentului de desulfurare care dispersat printre granulele de cărbune favorizează reacţia catalitică între sulful conţinut în combustibil şi acest agent de desulfurare în timpul procesului de ardere. Sulful , în proporţie de 60 – 80 % se fixează în compuşii solizi nepoluanţi care rămân în cenuşă. Principalele caracteristici ale biobrichetelor: - produc puţin fum ; - reactivitatea la aprindere ridicată – datorită fibrelor lemnoase amestecate în compoziţia brichetelor. - nu se produce zgură; - scade conţinutul de SO2 în gazele emanate la ardere. Bibliografie 1. Cîşlariu G, Toth L. Brichetarea, o soluţie de valorificare a deşeurilor petroliere, Universitaria Simpro, Petroşani 2005 2. Haneş, N., Bădulescu, C. Condiţii calitative pentru producerea combustibililor de tip brichete ecologice, Simpozionul Ropet - Univ. Petroşani, 2001 3. Bădulescu C. Cercetări privind posibilitățile de valorificare a șlamului steril din iazurile de decantare ale uzinei de preparare Coroesti, Analele Univ. Petrosani, 2018

Fig. 5. Brichetă obţinută din şlam, cocs petrolier, rumeguş, var şi melasă

4. Haneş, N. Factori de influenţă asupra calităţii brichetelor ecologice, Revista Minelor nr. 4/2003 5. Haneş, N. Brichetele ecologice o ofertă pentru piaţa combustibililor solizi, Revista Minelor nr. 5/2004 6. Hayami H., Wake Y., Kojima T., Yoshioka K. Bio-coal briquettes and planting trees as an experimental CDM in China, Keio Economic Observatory Discussion Paper G-No. 136, WG4-30, September 2001 7. www.det.csiro.au 8. www.coalbriquettes.com/bb-activities.html

Fig. 6. Bavură fisurată (brichetă obţinută după reţeta 2) 28

Recenzor Prof.univ.dr.ing. Eugen COZMA UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


TEHNICI DE CREŞTERE A CALITĂŢII APEI POTABILE Camelia BĂDULESCU* Rezumat: Apa naturală/brută captată din orice sursă nu poate corespunde din punct de vedere calitativ tuturor exigenţelor reclamate de domeniile în care este utilizată, astfel încât se impune ca o necesitate de prim ordin o monitorizare permanentă a parametrilor ei; atunci când unii dintre aceşti parametri nu corepund domeniului în care apa este folosită, se intervine prin intermediul staţiilor de tratare, astfel încât, la finalul procesului respectiv, apa să corespundă standardelor calitative în vigoare. În acest context, lucrarea de faţă îşi propune să analizeze, comparativ, mai multe metode de tratare a apei potabile. Cuvinte cheie: tratare ape, clorinare, ozonizare, UV 1. Introducere Apa, element indispensabil vieţii şi activităţii omului, se constituie într-un important indicator al aprecierii gradului de civilizaţie şi al posibilităţilor de dezvoltare pe care o comunitate le oferă locuitorilor săi. În prezent, apele ca şi întregul mediu înconjurător sunt supuse unui impact agresiv generat de dezvoltarea societăţii pe baza unor tehnologii poluante, ca de altfel întreaga activitate umană. De aceea protecţia calităţii apelor a devenit astăzi una din preocupările majore ale omenirii, de realizarea ei depinzând însăşi viaţa pe planeta noastră. Cercetările au pus în evidenţă faptul că, alături de deficienţele cantitative în alimentare cu apă a localităţilor, există şi mari deficienţe calitative (fizice, chimice şi bacteriologice), ale apei potabile cu repercusiuni asupra sănătăţi populaţiei. Unii dinte factorii de risc ai contaminări apei potabile sunt: - eficienţa scăzută a procedeelor de tratare; - lipsa de protecţie sanitară a surselor de apă; - lipsa de calificare adecvată a personalului operaţional la nivelul staţiilor de tratare a apei. Aşa cum am precizat, unul dintre factorii de risc ai contaminării apei potabile este eficienţa scăzută a procedeelor de tratare. Această eficienţă scăzută se datorează în primul rând tratării apei cu clor care are dezavantajele şi limitele ei. Cercetările ştiinţifice demască efectele adverse ale prezenţei clorului în apă în detrimentul sănătăţii publice şi a mediului. De asemenea, clorinarea duce la corodarea conductelor metalice şi afectează mirosul şi gustul apei. O altă mare problemă ar fi că, unii agenţi patogeni au căpătat deja rezistenţă la clorinare, ceea ce duce bineînţeles la o calitate necorespunzătoare a apei potabile. *

Prof.dr.ing. Universitatea din Petroșani

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

2. Metode avansate de tratare a apei potabile 2.1. Generalități Metodele convenţionale de tratare a apei sunt: sedimentarea, coagularea, filtrarea (fizică sau biologică), apoi dezinfecţia. Se mai folosesc opţional procedee de mineralizare, demineralizare, deferizare, etc. Dezinfecţia se face de regulă prin clorinare (cu clor, dioxid de clor, cloramină), dar şi prin ozonizare, iodurare sau bromurare, sau cu argint, permanganat de potasiu etc. Principalele tehnologii de dezinfecţie a apei potabile, utilizate în prezent, sunt: Dezinfecţia cu clor și derivați ai acestuia; Dezinfecţia cu dioxid de clor; Dezinfecţia cu compuși ai bromului; Procedee electrofizice de dezinfecţie (ioni de 2+ Cu şi Ag+) Procedee de dezinfecţie prin separare cu ajutorul membranelor; Procedee de dezinfecţie cu PHMB (Polihexametilen biguanida); Procedee de dezinfecţie cu ajutorul radiatiilor ultraviolete (UV); Procedee de dezinfecţie cu ozon. În analiza acestor tehnici trebuie urmăriţi câţiva parametri de bază precum: - eficienţa tehnologiei de dezinfecţie; - uşurinţa în exploatare; - impactul asupra mediului; - impactul asupra utilizatorului uman; - gradul de apariţie a produşilor secundari de reacţie; - costurile de exploatare În majoritatea cazurilor suntem nevoiţi să epurăm, nediscriminatoriu, clase întregi de componenţi ai apei, nu doar cei toxici, ceea ce duce şi la îndepărtarea unor substanţe dorite, şi mai ales la costuri mari, consum mare de reactivi, schimbare frecventă de filtre etc. În România, prin HG 100/2002 de aprobare a normei de calitate a apelor NTPA 013, s-au definit 29


următoarele trei tehnologii standard de tratare a apei pentru transformarea apelor de suprafaţă de categoriile A1, A2 şi A3 în apă potabilă: Categoria A1: Tratare fizică simplă şi dezinfecţie (de exemplu: filtrare rapidă şi dezinfecţie). Categoria A2: Tratare normală fizică, chimică şi dezinfecţie [de exemplu: preclorinare, coagulare, floculare, decantare, filtrare, dezinfecţie (clorinare finală)]. Categoria A3: Tratare fizică, chimică avansată, perclorare şi dezinfecţie [de exemplu: clorinare intermediară, coagulare, floculare, decantare, filtrare prin adsorbţie (pe cărbune activ), dezinfecţie (ozonizare, clorinare finală)]. Printre substanţele chimice utilizate în tratarea apei se numără varul nestins, sulfatul de aluminiu, clorul, hidroxidul de calciu, soda caustică, dioxidul de carbon, carbonatul de sodiu, sulfatul feros şi sulfatul feric, cărbunele activ - praf sau granule, silico-fluorura de sodiu, polielectroliţi, amoniacul, fosfaţii, sulfatul de cupru, permanganatul de potasiu, hipocloriţii, clorura de sodiu, argilele etc. Deşi substanţele sunt foarte diverse, elementul activ şi mecanismul este comun mai multor categorii. 2.2.Procedee şi etape de tratare a apei în vederea potabilizării acesteia Staţiile de tratare a apei au structuri destul de diferite în funcţie de dimensiuni, complexitate, tehnologii folosite, etc . De asemenea există şi mini-staţii de tratare sau chiar dispozitive individuale. Totuşi, etapele de tratare sunt de cele mai multe ori aceleaşi şi principiile la fel. Procese fizice de tratare a apelor Grătarele servesc pentru îndepărtarea din ape a impurităţilor grosiere (bucăţi de hârtie, crenguţe, aşchii, ţesături, folii din material plastic, etc.) care trebuie să constituie primul proces aplicat într-o staţie de tratare și epurare. Sedimentarea sau decantarea particulelor este un proces complex, care depinde în mare măsură de provenienţa apelor. Acest proces se realizează în câmp gravitaţional, pe baza diferenţelor ce apar între vitezele limită ale particulelor, caracteristică de bază ce apare la deplasarea particulelor solide în mediu fluid (apa sau aerul). [7] În cazul apelor reziduale încărcate cu suspensii minerale, viteza limită de cădere (care este o mărime fizică ce apare datorită forţelor de rezistenţă ale mediului) reprezintă un parametru de bază în funcţie de care se stabilesc toţi ceilalţi parametri constructivi şi funcţionali ai utilajelor de sedimentare utilizate (deznisipatoare, bazine, decantoare de diferite construcţii). Datorită complexităţii fenomenelor care intervin în cursul 30

separării gravitaţionale a particulelor solide, prevederea prin calcul a comportării lor este imprecisă. Cele mai reale informaţii asupra cineticii decantării se obţin prin teste de laborator prin care se determină viteza de sedimentare a diferitelor tipuri de suspensii solide. Aceste teste de laborator (sau teste de limpezire a apelor reziduale) se efectuează, de obicei, adăugând în apa reziduală şi diferiţi reactivi de limpezire care conduc la creşterea însemnată a vitezei de sedimentare a suspensiilor solide din ape. Filtrarea reprezintă procesul de trecere a apei printr-un mediu poros în care are loc reţinerea prin fenomene predominant fizice a unora dintre constituenţii apei, îndeosebi a particulelor solide de material.[1] Procese chimice de tratare a apelor Neutralizarea Este procesul prin care pH-ul unei ape, având valori în afara intervalului favorabil dezvoltării florei şi faunei acvatice (aprox. 6,5 – 8,5), este reglat prin adaos de acizi sau baze, după caz. Neutralizarea apei are ca efect şi micşorarea însuşirilor corozive ale apei care pot determina degradarea materialelor cu care vine în contact (conducte, construcţii şi instalaţii de transport sau de epurare). Oxidarea şi reducerea Sunt procese în care substanţele se transformă în altele ca urmare a schimbului de electroni. Principalii agenţi oxidanţi sunt: oxigenul, ozonul, clorul, permanganaţii. . Reducerea se poate face cu fier bivalent sau cu acid sulfuros în mediu acid. Alţi agenţi reducători folosiţi curent în practică sunt sărurile fierului bivalent, sulfiţii, acidul sulfuros şi alte combinaţii cu sulf la valenţe mai mici decât 6, fierul metalic în mediu acid.[7] Precipitarea. Este procesul de epurare bazat pe transformarea poluanţilor din ape în produşi insolubili. Precipitarea este de regulă rezultatul unor reacţii chimice din care rezultă substanţe mai insolubile, dar ea poate avea loc şi în urma schimbării unor condiţii fizice ca de exemplu: suprasaturarea unei ape prin concentrare, micşorarea solubilităţii unor substanţe organice prin sporirea concentraţiei de electroliţi, etc. Precipitarea chimică se aplică frecvent la îndepărtarea din ape a ionilor de metale grele, având în vedere că aceştia formează hidroxizi cu solubilitate scăzută la anumite valori ale pH-ului. Schimbul ionic. Este un proces de epurare care are la bază proprietăţile unor materiale ca, atunci când sunt puse în contact cu o apă mineralizată (conţinând săruri ionizate), să înlocuiască ionii din apă cu ioni proprii (prezenţi în materialul însuşi). Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


Se deosebesc schimbători de cationi (cationiţi) şi schimbători de anioni (anioniţi). Cationiţii reţin cationii eliberând ioni de hidrogen, iar anioniţii reţin anionii eliberând ioni OHClorinarea. Clorinarea este metoda chimică de dezinfecţie care utilizează clorul. Este o metodă simplă, economică şi prezintă siguranţă, putându-se aplica pentru cantităţi mari de apă. Clorul este un nemetal foarte activ, putându-se găsi în trei stări de agregare:solidă, lichidă şi gazoasă. Pentru dezinfecţia apei, clorul este livrat staţiilor de tratare a apei, îmbuteliat sub formă lichidă, la presiune de 6-8 atm. În procesul de dezinfecţie a apei cu clor, se disting trei procese principale: oxidarea compuşilor organici şi amoniacali şi a unor substanţe anorganice avide de clor; clorurarea directă a substanţelor organice; distrugerea germenilor microbieni. Cea mai mare parte a clorului se utilizează în procesul de oxidare a materiilor organice şi compuşilor amoniacali. Clorul consumat în acest proces se numeşte clor absorbit. Numai după ce s-a efectuat oxidarea, restul de clor acţionează asupra germenilor microbieni, fapt pentru care doza de clor ce trebuie adăugată apei pentru o dezinfecţie eficientă este determinată de procesul de oxidare. Cel de-al doilea proces, de clorurare directă a substanţei organice, conduce la formarea de compuşi organocloruraţi care conferă apei gust neplăcut. Aceştia se pot elimina din apă printr-o supradozare de clor. Al treilea proces, privind acţiunea bactericidă directă a clorului, duce la alterarea membranei celulare microbiene, la pătrunderea clorului în interiorul germenului patogen, conducând la moartea acesteia.[7] Ozonizarea constă în tratarea apei cu ozon, oxidant puternic care are şi el avantaje şi dezavantaje. Ozonul se găseşte în cantităţi reduse în atmosferă şi în apropierea echipamentelor electrice – tuburi TV, xeroxuri şi uneori aparate de aer condiţionat. Oriunde apare o scânteie în prezenţa oxigenului, se formează ozon. Ozonul are proprietăți oxidante puternice. Este un gaz instabil, în funcție de temperatură si presiunea aerului. Se descompune rapid în oxigen la temperaturi mai mari de 35 grade C. Are un miros specific și poate fi simțit de majoritatea oamenilor la o concentrație extrem de mică (0,02 ppm/volum). Este relativ solubil în apă, solubilitatea depinzând de temperatura apei, și de tipurile procedeelor de lichefiere. Molecula de ozon este un agent oxidant puternic capabilă să formeze reacții chimice puternice care să contribuie la reacții de oxidare suplimentare.

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Dezvoltarea ozonizării ca practică curentă în tratarea apei potabile s-a dezvoltat în principal datorită produselor nocive rezultate în urma clorinării (formarea compușilor halogenaţi). Timpul necesar obţinerii unei dezinfecţii în proporţie de 99% faţă de bacilul coli este de 7 ori mai scurt dacă se foloseşte ozon, decât dacă se foloseşte clor. Viteza de distrugere a sporilor de bacilus megatherium cereus este de 300 de ori mai mare. Deşi efectul sporicid al ozonului este considerabil, pentru distrugerea acestora sunt totuşi necesare cantităţi mari de ozon. După alţi cercetători, o emulsie de 60.000 coli/l este distrusă de clor în concentraţie de 0,1 mg/l în timp de 4 ore, în timp ce ozonul are acelaşi efect în 5 minute la 22C şi 0,5 secunde la 37C. Planctonul, algele, protozoarele, larvele şi viermii sunt de asemenea distruşi în timp scurt; de pildă protozoarele, inclusiv entamoeba histolica sunt distruse în 3 minute cu o doză de 15 mg/l ozon. În condiţii identice ozonul reacţionează mai rapid asupra bacilului coli, sporilor şi diverselor alge, iar această acţiune se manifestă deosebit de evident la organismele rezistente la clor. Ozonul acţionează eficace asupra virusurilor şi bacteriofagilor la concentraţii foarte scăzute, de zecimi de mg/l. În condiţii identice de dezinfecţie, virusul poliomelitic este distrus prin clorinare cu 0,5-1 mg/l clor rezidual în 1,5-2 ore, în timp ce prin ozonare cu 0,05-0,45 mg/l ozon rezidual, este distrus în 2 minute. Observaţiile efectuate de o serie de staţii de tratare a apei care folosesc ozonul ca dezinfectant, au dovedit că, în cantităţi de 1 mg/l, timp de 1 minut, efectul bactericid obţinut este satisfăcător. În practica curentă, pentru dezinfecţia apei se foloseşte 0,5-2 mg/l ozon. Efectul bactericid este influenţat mai puţin de pH şi temperatură decât în cazul folosirii clorului.[2] Criteriul unei bune desfăşurări a procesului de dezinfecţie îl constituie prezenţa ozonului rezidual în limitele de 0,05-0,1 mg/l. De aceea, în practica ozonării apei, este necesar să se introducă cantităţi de ozon care să acopere cerinţa de ozon a apei, astfel încât după primul contact, să mai rămână cantitatea necesară de ozon liber. La cantităţi de ozon rezidual de 0,013 mg/l, efectul bactericid a fost de 14,2%; la 0,05 mg/l efectul bactericid a crescut până la 48,8% şi a atins 99,7% atunci când cantitatea de ozon rezidual a fost de 0,135 mg/l.[8],[9],[11]. Concentraţia de ozon rezidual care trebuie asigurată depinde de calitatea apei. Dacă apa este poluată, pentru obţinerea unui efect bactericid este nevoie de o concentraţie de ozon rezidual de 0,10,2 mg/l şi chiar de 0,4-0,5 mg/l în cazul apelor poluate puternic cu substanţe organice. Cu cât apa conţine o cantitate mai mare de substanţe organice, cu atât creşte consumul de 31


ozon. Dacă apa conţine substanţe organice în cantităţi crescute, acestea consumă în mod rapid cantităţi mari de ozon, astfel că rămâne o cantitate prea mică pentru distrugerea germenilor; în plus, apa capătă şi un gust neplăcut datorită oxidării parţiale a substanţelor organice. În orice caz, concentraţia ozonului rezidual nu trebuie să depăşească 5 mg/l, deoarece la depăşirea acestei limite ar imprima miros şi gust caracteristic apei. Alţi autori consideră însă că excesul de ozon dispare spontan din apă, neavând nici un inconvenient asupra calităţii apei. Ozonul precipită sărurile de fier şi de mangan, fiind folosit ca metodă de îndepărtare a acestora din apă; de asemenea oxidează nitriţii pe care-i transformă în nitraţi. Ozonul este însă o substanţă periculoasă pentru om, chiar în concertaţii mici. Concentraţia maximă de ozon admisă în aerul respirabil este de 0,1 ppm. Ultimele cercetări în domeniul potabilizării apei, arată pe lângă faptul că dezinfecţia apei prin ozonizare are costuri de capital, costuri de funcţionare, costuri de întreţinere ridicate, precum şi pericole mari, şi că apa potabilizată prin ozonizare favorizează apariţia cancerului. Avantajele tratării apei potabile cu ozon: Necesită timp mai puţin pentru reacţie (10 minute, faţă de 30 minute la clor); activitatea bactericidă este de 20 de ori mai puternică; nu este influenţat de pH-ul apei; nu persistă în apă şi nici nu dă produşi remanenţi (se degajă oxigen); nu produce clor-fenoli şi nu afectează nici în alt fel gustul. Dezavantaje: Nu are efect de durată, remanent în reţea; eficienţa e afectată în prezenţa substanţelor organice, care "concurează" bacteriile pe care ar trebui să le atace; produce compuşi toxici cum sunt ozonidele, greu de dozat. 2.3. Alte metode de tratare a apelor în vederea potabilizării lor Utilizarea ultravioletelor este o metodă de dezinfecţie aplicabilă apelor foarte curate, deoarece depinde de transparenţa apei. Trebuie aplicate în strat subţire şi timp relativ îndelungat, fapt ce face metoda aplicabilă numai pentru volume relativ mici de apă. Se formează şi anumite cantităţi de ozon, care la rândul lui dă derivaţi toxici, deci nici tratarea cu UV nu e perfect "curată". Dezinfecţia apei cu ultraviolete a fost practicată cu succes timp de mulţi ani, fără consecinţe negative, în vreme ce apar încă numeroase domenii noi şi disponibile pentru aplicare. Dintre toate metodele actuale de dezinfecţie a apei, radiaţia ultravioletă este considerată una dintre metodele cele mai eficiente, economice și care nu produce poluare şi este 32

considerată cea mai rapidă şi mai sigură metodă de dezinfecţie. [3] Avantajele folosirii dezinfecţiei cu UV pot fi rezumate uşor: proprietăţile chimice și fizice ale apei tratate rămân neschimbate; nu sunt introduşi compuşi toxici sau elemente precursoare ale acestora; după instalare dispozitivul/instalaţia are nevoie doar de verificări de rutină. Pentru că întreţinerea este minimă şi nu sunt implicate substanţe chimice periculoase nu este nevoie de personal specializat sau cu nivel înalt de pregătire. Avantajele dezinfecţiei cu UV: - nivel ridicat de eficienţă - capital şi costuri de funcţionare mici - nu dăunează mediului - nu are efect asupra gustului şi mirosului apei - dezinfecţie imediată în timpul fluxului tehnologic - supradozarea nu este posibilă. Pentru a se conforma cerinţelor stringente din ce în ce mai mari legate de calitatea apei tratate, echipamentul cu UV este dotat cu lămpi cu UV de mare intensitate pentru debite mari şi este echipat cu sisteme de control şi reglare special proiectate. Debitele mari nu limitează aplicarea tratării cu UV pentru obţinerea unui control bacterian complet. Timp de mulţi ani, tehnicile chimice de dezinfecţie au fost folosite pentru a obţine apa microbiologic pură. Majoritatea metodelor chimice de tratare implică manevrarea materialelor periculoase, a reacţiilor care produc produşi secundari/derivaţi toxici, si alternarea chimiei fluide. UV oferă o alternativa ne-chimică care a fost practicată cu succes, fără consecinţe negative.[10]. Tratare cu argint: Necesită apă foarte curată şi contact de mai multe ore a apei cu plăcile de argint. Este un bun dezinfectant dar aplicabil mai degrabă pentru a menţine o apă sterilă după ce a fost deja dezinfectată. Metoda oligodinamică: se bazează pe proprietatea bactericidă a ionilor metalelor grele (argint, cupru, etc.) la o concentraţie foarte mică a acestora în apa de dezinfectat 10...25 mg/m3. În vechime oamenii cunoşteau efectul sterilizator al argintului, ei păstrau şi transportau apa de băut în vase de argint sau în vase obişnuite în care puneau un obiect de argint. Caracteristici: ionii de argint distrug complet bacteriile şi virusurile, acţiunea argintului este slabă asupra sporilor şi inexistentă asupra ciupercilor. Apa pentru a putea fi tratată cu ioni de Ag trebuie să îndeplinească următoarele condiții: să fie limpede, conţinut redus de materii organice conținut de cel mult 100 mg/dm3 cloruri. numărul de bacterii nu trebuie să fie prea mare deoarece trebuie să crească doza de Ag şi deci costul dezinfectării. Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


Timpul de reacţie 4...6 ore. Razele gamma sunt radiaţii electromagnetice, ionizate. Se folosesc mai rar pentru dezinfecţie. Ultrasunetele sunt vibraţii mecanice de înaltă frecvenţă care pot ucide microorganismele. Sunt rar folosite. Fiecare din tehnologiile analizate au fost abordate pe larg, cuprinzând aspecte teoretice, aspecte tehnice şi practice. În urma analizei efectuate, consider că , în cazul concret a unor staţii de tratare a apei potabile, de interes public, o tehnologie eficientă de dezinfecţie trebuie să îndeplinească următoarele criterii: grad ridicat de eficienţă; manipularea şi depozitarea unor cantităţi cât mai mici de substanţe chimice, agentul dezinfectant de bază să fie produs, pe cât posibil , la locul aplicaţiei;

evitarea formării de subproduşi de reacţie cu efect nociv asupra utilizatorilor; tehnologia de dezinfecţie să fie etapa complementară treptei de filtrare şi recirculare; să permită realizarea unui grad înalt de automatizare a procesului. În urma efectuării acestui studiu comparativ, reiese că cele mai potrivite tehnologii de dezinfecţie a apei potabile par să fie acele tehnologii combinate care reduc la minim riscul de contaminare cu subproduşi de reacție , oferă o dezinfecţie puternică a apei şi elimina disconfortul utilizatorilor. În tabelul nr. 1 se prezintă, comparativ, tehnicile de dezinfecție a apei prin clorurare, ozonizare și ultraviolete cu avantajele și dezavantajele lor.

Tabel 1. Compararea tehnicilor de dezinfecţie ULTRAVIOLETE CLORUL Costurile de capital Costuri de funcţionare Instalare uşoară Întreţinere uşoară Costul de întreţinere Frecvenţa întreţinerii Sistemul de control Performanţa dezinfecţiei Pericole

mici cele mai mici excelentă excelentă cel mai mic fără frecvenţă excelent excelentă mici

Efectul asupra apei

nici unul

Timpul de contact

0,5-5 secunde

3. Concluzii În ţara noastră, ca peste tot în lume, eforturile specialiştilor se îndreaptă către găsirea de soluţii care să contribuie la creşterea gradului de siguranţă al apei, avându-se în vedere relaţia directă existentă între calitatea apei şi sănătate. O altă mare problemă a elementului indispensabil vieţii şi anume apa, sunt condiţiile de calitate impuse de Legea 458/2002 modificată şi completată cu Legea 311/2004. Odată cu intrarea României în U.E. aceste condiţii de calitate sunt mult mai riguroase şi trebuie totodată strict respectate, de aceea trebuie îmbunătăţite metodele de tratare, reţeaua de distribuţie etc. Comparând tehnicile de dezinfecţie prin prisma: costurilor de funcţionare, instalație, întreţinere, sistem de control, performanţa dezinfecţiei, pericole, efecte asupra apei, constatăm că metoda de tratare a apei cu ozon este scumpă dar şi eficientă.

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

cele mai mici mici bună bună mediu frecvent slab lasă unii patogeni ridicate compuşi organici cu clor, gust, schimbării ale ph 30-60 minute

OZONUL ridicate ridicate slabă slabă ridicat continuu bun excelentă ridicate necunoscut 10-20 minute

Bibliografie 1. Bădulescu C. Tratarea și epurarea apelor, Ed Universitas, 2018; 2. Bădulescu C. Noțiuni de ecotoxicologie, Ed Universitas, 2015; 3. Corui A., Sârbu R. Posibilităţi de înlocuire a clorinării ca metodă de dezinfecţie cu procedeul de iradiere cu raze ultraviolete în procesul de potabilizare a apelor. Simpozionul International ROPET 2006; 4. Ianculescu D., Molnar A., David C. Staţii de epurare de capacitate mică, Ed. Matrix, Bucureşti, 2002. 5. Robescu D.N., Lanyi Sz., Robescu D., Verestoy A. Fiabilitatea proceselor, instalaţiilor şi echipamentelor pentru tratarea şi epurarea apelor, Ed.Tehnică, Buc. 2003;

33


6. Robescu D.N., Lanyi S., Robescu D., Constantinescu I. Tehnologii, instalatii si echipamente epurare, Editura Tehnica, Bucuresti, 2000;

10. Vâju, D., Vâju, G. The simulation of the process of water disinfection with ultraviolet (UV) Radiation, A VIII-A Conferinţa Naţională de Biofizică, Iași (2005)

7. Sârbu R. Procedee şi echipamente de epurare a apelor reziduale, Ed. Focus, Petroşani, 2008.

11. Zarnea G. Microbiologie generală, Ed. Didactică şi Pedagogică, Buc.1970

8. Ulinici, S., Vlad, G., Vâju, D., Suciu, L. Metode moderne în modelarea și simularea funcționării treptelor de ozonizare pentru stațiile de tratare a apei, Ecoterra, ISSN 1584-7071, nr. 27, 57-64 (2011)

12. Legea 458/2002 Legea Calitatii Apei în România; Directiva Cadru 98 / 83 / EC / 1998 a Consiliului Uniunii Europene privind calitatea apei potabile.

9. Ulinici, S., Suciu, L., Vâju, D. Procedee de dezinfecție a apelor din piscine. Utilizarea ozonului ca agent ecologic activ de dezinfecție, Ecoterra, ISSN 1584-7071, nr.17, 30-32 (2008)

13. HG 974/15.06.2004 - pentru aprobarea Normelor de supraveghere, inspectie sanitara şi monitorizare a calitatii apei potabile şi a procedurii de autorizare sanitara a productiei şi distributiei apei potabile.

Recenzor Conf.univ.dr.ing. Emilia-Cornelia DUNCA UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI

34

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


EXPLOATAREA PETROLULUI PRIN PUŢURI ŞI GALERII LA SĂRATA MONTEORU Ing. V. VELEHORSKY Articol apărut în limba română şi limba franceză în revista bilunară „Moniteur du Pétrol Roumain – Revue Generale de Pétrol, Mines et Industrie”, în anul 1938, No.9, pag. 671-680

După Păcureţi (Moineşti) în Moldova, şantierul Sărata Monteoru este cea mai veche exploatare petroliferă din România. Ţiţeiul a fost observat aici pe la anul 1840 într-o groapă, unde adunându-se a fost întrebuinţat de către locuitori pentru uns căruţele. În anul 1845 au venit din comuna Moineşti patru oameni, puţari de meserie, care au făcut câteva puţuri; de la 1850 puţurile s-au înmulţit. Puţuri primitive cu producţie mică s-ar fi făcut, după relatările bătrânilor, până în apropierea satului Valea Puţului şi spre Comuna Valea Teancului (Valea Hârsu, Valea Aninoasa etc.). În satul Monteoru, au existat pe atunci mai multe « fabrici de gaze » primitive. În anii 18781979, Gr.C.Monteoru, a cărui proprietate deveniseră terenurile petrolifere în anul 1865, a clădit o distilerie sistematică lângă gara Monteoru (10km depărtare de la schelă), care s-a pus în funcţiune în anul 1880 sub denumirea «Prima fabrică de petrol Gr. C. Monteoru». Exploatarea ţiţeiului se făcea prin puţuri de mână, la început de mică adâncime; mai târziu aceste puţuri atingeau adâncimea de 200metri. Extragerea ţiţeiului se făcea în găleţi de lemn cu ajutorul aşa numitelor « crivace » mânuite de doi lucrători (fig.1) sau « hecne », acţionate de cai, şi mai târziu cu « aparatele de lăcărit » (vezi fig.2 în faţă). Puţurile erau săpate la distanţe mici care adeseori nu atingeau nici 10m. În 1897 schela Sărata este concesionată societăţii « Steaua Română ». Aceasta a continuat exploatarea prin puţuri, săpând în acelaşi timp şi câteva sonde, care însă nu au dat rezultatele aşteptate, fiind vorba de un teren petrolifer lipsit de presiune de gaze. În timpul războiului mondial sondele şi cea mai mare parte din puţuri au fost înfundate. În 1922 s-au repus în lăcărit prin aceleaşi metode primitive unele din puţuri; sondele săpate după război, în număr de 4, de asemenea nu au dat rezultate favorabile din aceleaşi motive arătate mai sus. ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Fig. 1. Crivac

Fig. 2. Vedere generală Geologia regiunii În împrejurimile din Sărata Monteoru sunt reprezentate straturile Miocenului superior şi întregul Pliocen, formând un mare anticlinal. În partea de nord această cută este dreaptă, simetrică (vezi profil fig.5), vârful anticlinalului este în cea mai mare parte denudat până la straturile Miocenului. 35


Fig. 3. Harta geologică a regiunii

Fig.4. Profil I-I

Fig.5. Profil II-II Acesta este reprezentat prin Sarmaticul inferior şi mediu, straturile celui dintâi fiind descoperite numai în valea pârâului Sărata. Ele se compun din marne verzui, gresii şi nisipuri, conţinând o faună destul de bogată (Cerithium, Modiola volhynica, Ervilia, Trochus). Sarmaticul mediu începe cu marne şi gresii calcaroase peste care sunt depuse straturi calcaroase compuse din resturi de Mactra podolica. Spre straturile superioare fauna se împuţinează până ce dispare complet. Sarmaticul superior lipseşte. Blocul de sare diapiric trebuie să fie destul de aproape de suprafaţă; indicii pentru aceasta sunt izvoarele saline şi curative. În crăpăturile formaţiunilor sarmatice se găsesc pe alocuri urme neînsemnate de petrol sau asfalt, care însă nu au nici o însemnătate practică. Pliocenul este reprezentat de-a întregul, de la Meotic până la Levantin. Formaţiunea meotică este dezvoltată în grosime de circa 400m şi este aşezată transgresiv pe Sarmaticul mediu. Ea este compusă din marne, gresii cu bobul mare sau mic cu oolite şi nisipuri. În Meoticul superior se găsesc pe alocuri 36

intercalaţiuni (fără continuitate) de lignit de circa 20 cm grosime. Normal, Meoticul începe cu Dosinianul în grosime de circa 100m, care se distinge printr-o schimbare densă de straturi marnoase şi nisipoase. Meoticul superior, Moldavianul, are o dezvoltare mai mare şi se distinge printr-o faună de apă dulce. În formaţiunea meotică se află straturile mai mult sau mai puţin petrolifere de diferite grosimi. Acestea sunt nisipuri şi gresii cu bobul mare sau mic, deseori acompaniate de resturi de fosile sau chiar compuse din ele, cum este de exemplu stratul din galeria principală de circa 2m grosime, compus din resturi de Neritina şi Modiola, având la bază un banc de gresie cu Unio subatavus. Se pot distinge două părţi ale Meoticului în ceea ce priveşte conţinutul de ţiţei: a) partea superioară (0-180m) şi b) partea inferioară (180-375m). Partea superioară este compusă mai mult din marne cu intercalaţii de nisip, unele conţinând urme de ţiţei şi gaze, altele apă. Partea inferioară constă din marne cu intercalaţii mai mari de nisipuri şi gresii oolitice, conţinând ţiţei în cantităţi variabile, cu puţine gaze. Straturile acvifere cu continuitate se cunosc numai în partea superioară a Meoticului. Cunoaştem circa 7 complexe de straturi petrolifere, din care 5 sunt mai productive. Ponticul are 2 orizonturi, cel inferior compunându-se din marne verzui, plastice şi nisipoase, iar cel superior mai mult din nisipuri şi gresii cu faună bogată. Limita între Pontic şi Dacian nu este pronunţată. Porţiunile superioare ale Dacianului sunt petrografic şi paleontologic bine distinse. La limita Dacianului şi Levantinului se găsesc mici intercalaţii de lignit (fără interes practic). Levantinul are o grosime mai mare şi se compune în principal din nisipuri galbene cu bobul mic, cu concreţii calcaroase şi intercalaţii de marne nisipoase şi gresii. În ceea ce priveşte tectonica terenului, anticlinalul la Sărata Monteoru este de tipul diapiric. Formarea anticlinalului a fost însoţită de dislocaţii. Faliile inverse sunt foarte dezvoltate, mai cu seamă în partea de Est. O falie transversală de la Est la Vest trece prin Valea Săratei spre Nord de Jebeşleşti. În mină se pot observa mai multe falii inverse longitudinale, precum şi falii directe transversale mai recente. Exploatarea prin galerii Ideea aplicării sistemului de exploatare a petrolului prin galerii în România s-a născut în anii când toată lumea era îngrijorată de soarta viitoare a petrolului, în vederea aprecierii geologilor asupra rezervelor de ţiţei, când se studiau diferite metode pentru extragerea ţiţeiului remanent după exploatare prin sonde - gaz-lift, aer-lift, water-flooding la Bradford, torpilare etc. După eşecul cu puţul săpat de societatea «Drainage» la Câmpina, care a fost inundat de apă, atenţia s-a îndreptat asupra Săratei Monteoru, având în vedere că este o regiune lipsită de gaze. Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


După cum am mai arătat în descrierea geologică, aici avem de-a face cu o regiune degazeificată. Meoticul productiv ieşind la suprafaţă, formaţiunile superioare fiind în mare parte erodate. Aplicarea sistemului prin galerii a fost începută în anul 1925. A fost lărgit şi adâncit puţul vechi de mână No.42. Ajungând cu acesta la circa 220m adâncime într-un strat relativ bogat în ţiţei de 1,80m grosime, sa săpat o galerie pentru exploatarea acestui strat. Transportul pe puţ se făcea atunci cu un troliu cu aburi, în găleţi de lemn, aerisirea prin burlane de 10" de la un exhaustor, acţionat de o maşină de aburi. Obţinând rezultate favorabile s-a depăşit modernizarea şi perfecţionarea instalaţilor şi condiţiilor de lucru. A fost construit puţul No.5 (până la 180m, lărgit un puţ vechi), armat cu cărămizi de beton. Diametrul puţului este de numai 2,75 metri, deci mult mai mic decât este obiceiul la alte mine, fiindcă cantitatea materialului transportat nu este atât de mare ca acolo, produsul principal fiind lichid şi deci extras cu pompa. Construirea puţului de 240 metri adâncime a durat 16 luni. S-a lucrat cu toate precauţiunile posibile, ceea ce era în principal necesar în privinţa aerisirii, fiindcă trecând prin unele straturi petrolifere, deşi drenate înainte prin vechiul puţ, petrolul şi gazele îngreunau mult înaintarea. Prin galerii transversale săpate perpendicular pe galeria principală spre Est şi Vest, s-au mai identificat şi alte straturi petrolifere de diferite grosimi (0,3-2,0m), şi conţinut de petrol. Sistemele care s-au aplicat în săparea galeriei principale s-au schimbat cu timpul. La început a fost săpată, după cum arată figura No.6, adică galeria de deasupra stratului de marnă din acoperiş, iar pentru drenarea stratului s-a făcut un canal până în talpa lui. Acest sistem a fost pe urmă părăsit, deoarece întreţinerea galeriei, slăbită prin canal, şi chiar repararea canalului erau foarte costisitoare. S-a încercat săparea galeriei chiar în strat (fig.7). Această metodă avea avantajul că se făcea drenarea stratului chiar prin galeria însăşi, deci săparea era mai ieftină şi pe de altă parte întreţinerea galeriei era mai uşoară, fiind săpată în nisip compact cu gresie la bază; deci se evita contactul nisip-marnă care produce cele mai mari stricăciuni. Dezavantajul însă era că înaintarea se făcea anevoios, aerisirea era dificilă şi petrolul scurgându-se, împiedica lucrul. Părăsind această metodă s-a aplicat aceea a puisardelor (puisards espacés), aplicată în ultimul timp la Pechelbronn (fig.8). Galeria era săpată în marna din acoperiş, iar la distanţa de 10 metri, sunt săpate puţuri mici în strat. Mai multe puţuri sunt legate între ele printr-o conductă şi sunt golite la anumite intervale cu ajutorul pompelor de mână. Galeriile sunt armate cu cadre de lemn distanţate la circa 0,70 metri. La talpa galeriei este montat un canal de scurgere din jumătăţi de tuburi de fier (înainte de beton), acoperit cu un pod de dulapi montaţi între linia Decauville. Întrebuinţarea conductelor de ţeavă nu a dat rezultate, deoarece acestea se înfundau cu nisip, surcele etc. şi erau greu ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

de curăţat. De altfel, etanşeitatea obţinută cu jgheaburi acoperite cu dulapi s-a dovedit suficientă.

Fig. 6. Prima metodă de săpare a galeriilor

Fig. 7. A doua metodă de săpare a galeriilor

Fig. 8. A treia metodă de săpare a galeriilor Săparea galeriilor se face cu ajutorul ciocanelor pneumatice (marteaux piqueurs) acţionate cu aer comprimat, întrebuinţarea explozibilelor fiind interzisă ca periculoasă. Exploatarea straturilor din acoperişul celui principal se făcea până în anul 1932 prin galerii transversale, lungi care deserveau şi aerajul minei, fie scurte pentru stratul din imediata apropiere.

37


La sfârşitul anului 1931 – începutul anului 1932, adică în timpul scăderii preţului ţiţeiului, ajungând în acelaşi timp cu galeria principală într-o regiune unde stratul principal exploatat a devenit aproape lipsit de petrol, s-a început studiul unei noi metode de exploatare, combinând exploatarea prin galerii cu aceea a sondajului orizontal. Impulsul a dat consideraţiunea că înclinarea straturilor este de 3540o, deci forajul se poate aplica în măsură aproape egală spre acoperiş, cum şi spre culcuş. Având la dispoziţie o maşină mică de forat, sistem WirthCraelius, acţionată de un motor cu aer comprimat (la minele de cărbuni întrebuinţată pentru explorări în subsol), s-au săpat câteva găuri orizontale, perpendicular pe straturi, la început de mică adâncime pe urmă de adâncime crescândă. Întâmpinând mari dificultăţi şi făcând cu timpul multe modificări la utilajul întrebuinţat, s-a ajuns a se putea săpa găuri până la 150 metri adâncime de un diametru de 120 mm. Normal se procedează astfel, că de la galeria principală se sapă la distanţe de circa 20 metri, galerii scurte de câte 5 metri lungime (fig. 9 şi 10), în ambele părţi, spre a avea loc suficient pentru manipularea maşinii de forat şi a prăjinilor. Forajul se face hidraulic cu sape coadă de peşte de 120 mm, iar în gresii tari cu o sapă Hughens. Pentru menţinerea găurilor se introduc tuburi de 3" perforate, cu ajutorul aceleaşi maşini de forat, pentru spălare întrebuinţând un dispozitiv cu wash - pipe. Este de remarcat că actualmente problema forajului propriu-zis este aproape rezolvată şi oarecari dificultăţi se întâmpină numai la introducerea tubingului.

Fig. 9. Planul galeriilor şi sondelor orizontale

Fig. 10. Sondele orizontale În anul 1932 au săpat unele sonde care au avut o producţie iniţială până la 20 tone pe zi, scăzând însă 38

destul de repede la o producţie zilnică sub 5 tone. Câteva curbe de declin ale unora di aceste sondaje le arătăm în figura 11. În orice caz, acest sistem a dat posibilitatea de a dubla în scurt timp producţia şantierului şi a reduce costul revenirii la jumătate. Numai astfel s-a putut salva exploatarea în timpul marii crize de preţuri la petrol. Scăderea producţiei din ultimii ani se datoreşte următoarelor două fapte: 1) s-a ajuns cu exploatarea într-o regiune aproape seacă, unde nici sondele orizontale săpate nu dădeau o producţie rentabilă, ne mai vorbind de stratul principal care a secat complet şi 2) din cauza crizei accentuate activitatea a s-a redus considerabil, nefăcându-se un timp oarecare nici o lucrare şi încetând şi săparea galeriilor. Între timp s-a luat în exploatare şi câmpul de Sud care din păcate însă nu permite sondaje orizontale şi spre Est, în apropiere fiind straturi bogate în apă.

Fig. 11. Curbele de declin a câtorva dintre sondele orizontale Aerisirea minei se face cu ajutorul unui ventilator acţionat de un motor electric, având un debit de 500 m.c. pe minut, montat la puţul No.33 destinat numai acestui scop. Circulaţia aerului se face prin sistemul a două galerii paralele, adică cea principală şi a doua de aeraj, care a fost săpată în straturi sau în apropiere de straturi mai mult sau mai puţin productive. Aerul intră pe puţul No.33, parcurge o porţiune a galeriei No.1, intră în galeria transversală No.9, parcurge galeria paralelă de aeraj şi se înapoiază prin galeria No.80 şi No.1 spre puţul principal No.50. La distanţe de câte 100m, se află galerii transversale, care au fost închise cu uşi de aeraj, treptat, pe măsură ce se înainta cu cele două galerii longitudinale. Fronturile galeriilor în sapă sunt aerisite cu ajutorul burlanelor, prin ventilatoare mici de burlan acţionate cu aer comprimat. Aerul de mină este controlat regulat şi analizat prin metoda Coureau - Le Châtelier. Este necesar a menţine procentajul de gaze la o limită inferioară celei prescrise pentru minele de cărbuni (1,5%), având în vedere complexitatea gazelor de petrol. O staţiune de salvare înzestrată cu aparate sistem Fenzy şi Draeger permite pătrunderea în galerii periclitate de gaze, ajutorarea personalului aflat în pericol din cauza gazelor abundente, precum şi darea de prim ajutor, inhalaţiuni etc. în caz de asfixiere, cazuri, de altfel, care au avut loc rar la Sărata. Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


Iluminatul se face cu lămpi electrice portative de mină cu acumulatori «Arras». Iluminatul fix electric nu a fost instalat în mină din motive de securitate; o asemenea instalaţiune ar cere lucrări costisitoare de izolare, multă precauţiune şi supraveghere vigilentă, având în vedere umezeala din puţuri şi galerii. Transportul materialului se face în galerii cu vagonete de circa 0,3 m.c. conţinut, pe decauvilie cu un ecartament de 0,5m, iar pe puţ în ascensoare (fig.12 şi 13). Un troliu electric de 65 CP deserveşte transportul pe puţul principal de extracţie No.50. La puţul No.42 funcţionează de la deschiderea şantierului de Sud vechiul troliu cu aburi cu găleţi de lemn, deoarece transportul de aici al materialului spre puţul principal este dificil din cauza pantei galeriei.

Fig. 12. Puţul de extracţie No.50

Fig. 13. Ascensor

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Extragerea ţiţeiului. Întreaga producţie se scurge prin jgheaburile menţionate mai sus spre puţul No.42, unde se adună în bataluri. De aici est pompat de o pompă Axelson cu dispozitiv Lufkin (fig.14). În galerii sunt instalate 2 pompe sistem Worthington cu aer comprimat, care servesc ca rezervă. Acestea sunt puse în funcţiune în cazuri de defectare sau reparare a pompei Axelson şi excepţional în cazuri de inundaţii de apă, care au avut loc de câteva ori. Cea mai mare a fost în anul 1930 la săparea galeriei No.9. Săparea acesteia se făcea cu foraj prealabil cu perforatoare mici de mână sistem Meudon, făcând găuri până la 56 metri adâncime. Ajungând cu galeria la circa 150 m s-a nimerit un strat foarte bogat în apă, care a dărâmat frontul galeriei, inundând repede batalurile şi umplându-se cu nisip, fapt care a imobilizat pompele. De atunci dovedindu-se acest foraj prealabil de circa 5m, insuficient, se sapă în teren necunoscut găuri lungi cu maşina de forat «Wirth - Craelius». Alte inundaţiuni mai mici s-au întâmplat în timpul săpării sondelor orizontale unde s-au putut lua măsurile necesare mai din timp. Totdeauna însă nisipul antrenat de apă este acela care împiedecă pomparea şi lichidarea inundaţiilor survenite. Întreţinerea galeriilor se face cu ajutorul unor echipe permanente de mineri şi este relativ destul de costisitoare. În general, presiunea terenului este foarte variabilă. În terenuri nisipoase şi grezoase, însă fără intercalaţiuni de marnă, galeriile se menţin mai bine decât în marnă. Cel mai defavorabil este terenul cu intercalaţiuni de nisipuri şi marne. Un fenomen care se observă mult şi în minele de cărbuni este umflarea tălpii şi asta în principal în principal la contactul între marne şi nisipuri, care sunt de evitat la săparea galeriilor.

39


Ţiţeiul din Sărata Monteoru este de tip combustibil semiuleios de densitate importantă cu conţinut mic de benzină. Producţia cea mai mare atinsă (vezi fig.No.16) în timpul exploatării prin puţuri în anul 1905 (circa 12 000 tone), când s-au săpat mai multe puţuri noi în regiunea Păcura Mare, şi prin galerii în anul 1933 (circa 15 800tone), când s-au săpat sondele orizontale cele mai productive. În şantier lucrează 70 lucrători. În concluzie menţionăm constatarea, că deşi avem de-a face cu o regiune relativ săracă şi era de suportat criza mare a preţurilor, exploatarea prin galerii din Sărata Monteoru a putut fi ţinută în medie la limita rentabilităţii şi deci, în caz de conjunctură mai bună şi într-un teren mai bogat, exploatarea prin galerii în stil dezvoltat ar putea face faţă împrejurărilor.

Fig. 14. Puţul No.42 şi dispozitivul Lufkin Ca forţă motrice sunt întrebuinţate pentru instalaţiile de la suprafaţă, electricitatea şi, în măsură mai restrânsă, aburul, în subsol exclusiv aerul comprimat. Instalaţia uzinei constă din două motoare Sulzer - Diesel, de câte 160 CP, fiecare dintre acestea putând fi cuplat cu un compresor de aer comprimat sistem Rateu cu un debit de 20m.c. pe minut la 7 atm. Normal, unul din motoare acţionează un compresor, iar celălalt un alternator de 135 kVA (fig.15). Aerul comprimat este introdus în puţ şi în mină pe o conductă de 5", fiind distribuit în galerii pe conducte de 2". Aburul, întrebuinţat la două maşini de abur, încălzirea ţiţeiului şi pentru baia personalului, este produs de două cazane ignitubulare. Tendinţa este de a se limita consumul aburului la minimum, fiind foarte costisitor, din cauza lipsei de gaze întrebuinţându-se ţiţeiul brut drept combustibil.

Fig. 15. Interiorul uzinei

40

Fig.16. Producţia şantierului de la 1902 la 1937 *** Mina de petrol de la Sărata - Monteoru a fost construită în două etape. Prima etapă, în perioadă 1925-1948, a început cu adâncirea puţurilor P.42 şi P.50, până la aproximativ 230m adâncime, şi săparea unui ansamblu de galerii la „orizontul +44 m“, din care au fost forate 85 de sonde orizontale şi 16 sonde descendente. În anii 1981-1982 au fost efectuate lucrări de reparaţii capitale ale galeriilor. Cea de-a doua etapă, desfăşurată în perioada 1979-1994, a constat în adâncirea puţului de extracţie P.50 până la 307m adâncime şi în deschiderea celui de-al doilea orizont al minei, respectiv „orizontul -25m“. Acesta este un sector experimental destinat realizării cercetării in situ, în condiţiile noilor tehnologii, necesare pentru utilizarea metodelor de exploatare minieră a unor rezerve de ţiţei situate la adâncimi de maxim 500m. Din anul 2004, Mina de ţiţei Sărata Monteoru a intrat în proprietatea Companiei OMV Petrom. Datorită stării relativ bune a lucrărilor miniere situate la orizonturile + 44m şi - 25m, această companie a decis exploatarea în continuare a acestui zăcământ de ţiţei. Având în vedere unicitatea acestei mine de petrol la nivel mondial şi starea bună a lucrărilor miniere considerăm că, pentru conservarea în viitor a acestei mine, ar fi necesară includerea acestui obiectiv istoric românesc în patrimoniul UNESCO.

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2019


Scop şi obiective Revista Minelor publică lucrări de cercetare originale și avansate, noi evoluții și studii de caz în inginerie minieră și tehnologii ce vizează tehnici noi și îmbunătățite, adaptate, de asemenea, pentru aplicații civile. Revista acoperă toate aspectele legate de minerit, problemele de mediu și tehnologii legate de exploatarea și prelucrarea resurselor minerale, topografie, calculatoare și simulare, de îmbunătățirea performanțelor, controlul și imbunătățirea costurilor, toate aspectele de îmbunătățirea securitatii muncii, mecanica rocilor și comunicația dintre minerit și legislație. Problemele de mediu, special identificate, includ: evaluarea și autorizarea impactului asupra mediului; tehnologii minere și de preparare; gestionarea deșeurilor și practicile de reducere la minimum a deșeurilor; închiderea minelor, dezafectarea și regenerarea; drenajul apelor acide. Problemele miniere ce urmează să fie acoperite, includ: proiectarea lucrărilor miniere de suprafață și subterane (economie, geotehnică, programarea producției, ventilație); optimizarea și planificarea minelor; tehnologii de foraj și pușcare; sisteme de transport al materialelor; echipament minier. Calculatoare, micro-procesoare și tehnologii bazate pe inteligență artificială utilizate în minerit sunt, de asemenea, abordate. Lucrările au o gamă largă și interdisciplinară de subiecte. Editorii vor lua în considerare lucrări și pe alte teme legate de minerit și mediu. Toate articole de cercetare publicate în acest jurnal, sunt supuse recenziei riguroase, bazată pe screening-ul inițial al redacției și recenzori independenți. Domenii de interes: Explorări miniere,Proiectare şi planificare minieră, Perforare şi împuşcare, Topografie minieră, Excavare, transport, depozitare, Mecanica rocilor în minerit, Drenaj minier, Calculatoare, procesoare şi tehnologii de inteligenţă artificială folosite în minerit,Tehnologia informaţiei în minerit, Mecanizare, automatizare şi roboţi minieri, Fiabilitatea, mentenanţa şi performanţa globală a sistemelor de exploatare, Tehnologii în curs de dezvoltare în industria minieră, Interacţiunea dintre minerale, sisteme, oameni şi alte elemente ale ingineriei miniere, Simularea sistemelor miniere, Sănătate şi securitate în domeniul minier, Evaluarea impactului asupra mediului, Economia mineralelor, Sisteme de producţie în ingineria minieră, Evaluarea riscurilor şi managementul activităţilor miniere, Dezvoltare durabilă în minerit Colectiv editorial: Luminiţa DANCIU - Universitatea din Petroşani Radu ION - Universitatea din Petroşani Nicolae Ioan VLASIN - INCD INSEMEX Petroşani

Autorii au responsabilitatea datelor prezentate în lucrare. Lucrările nepublicate nu vor fi returnate. © Copyright Editura UNIVERSITAS Petroşani / Revista Minelor - apare trimestrial Contact editorial Pentru informaţii vă rugăm să vă adresaţi: Ilie ONICA, e-mail: onicai2004@yahoo.com sau Radu ION, e-mail: radu_ion_up@yahoo.com Adresa: Universitatea din Petroşani, str. Universităţii nr. 20, 332006 Petroşani, Romania Tel+40254 / 542.580 int. 259, fax. +40254 / 543.491 Citarea din revistă este permisă cu menţionarea sursei. Cont: RO89TREZ36820F330800XXXX C.U.I. 4374849 Trezoreria Petroşani http://www.upet.ro/reviste.php ISSN-L 1220 – 2053 ISSN 2247-8590 Revista Minelor a fost indexată de către Consiliul Naţional al Cercetării Ştiinţifice din Învăţământul Superior (CNCSIS) în categoria B+ Tiparul: Tipografia Universităţii din Petroşani


Instrucţiuni de redactare • Lucrările se redactează folosind programul MS Word (sau echivalent). • Pagina are următoarele setări: Format A4, Sus/Jos/Stânga/Dreapta - 2cm, Header/Footer - 1,25 cm • Fontul folosit esteTimes New Roman. • Lucrările trebuie să conţină un rezumat de max 150 words şi 4 cuvinte cheie. • Titlul se scrie centrat, cu majuscule, 14p. După titlu se lasă un rând liber 12p, apoi se notează autorii centrat, italic, 12p, numele cu majuscule. Afilierea autorilor se trece ca şi notă de subsol. • Textul propriu zis se scrie cu caractere de 11p, pe două coloane egale de mărime 8,1cm. Titlurile de capitole se trec fără aliniat, bold, iar titlurile de subcapitole fără aliniat bold, italic. După titlurile de capitole şi subcapitole se lasă un rând liber. Aliniatele de la începutul paragrafelor au mărimea 0,7cm. • Tabelele pot fi inserate în coloane sau pe întreaga lăţime a paginii, după caz, în funcţie de mărime. Titlul tabelului se scrie deasupra acestuia, 11p, italic, iar textul tabelului se scrie cu caractere de 11p • Figurile pot fi inserate în coloane sau pe întreaga lăţime a paginii, după caz, în funcţie de mărime. Descrierea figurii se scrie sub aceasta, 11p, italic.. • Referinţele bibliografice se scriu cu caractere de 10p. • Nu se inserează numere de pagină.

Profile for Univ Petr

Nr2ro2019  

Nr2ro2019  

Profile for revmin
Advertisement