Issuu on Google+

CUPRINS

Claudio OGGERI, Raffaele VINAI Aditivarea formaţiunilor geologice şi monitorizarea terenului în săparea tunelurilor cu scut

2

Dumitru FODOR, Nicolae STANCA, Ioan Călin VEDINAŞ Exploatarea zăcămintelor aurifere în România

15

Jayanta BHATTACHARYA Eforturi de planificare pentru prevenirea şi înlăturarea „blestemului resurselor” în India

22

Anatoliy T. ANGELOV, Alexandre R. LOUKANOV, Svetlana G. BRATKOVA, Evgeni S. KRAICHEV Factors affecting of performance of microbial fuel cell for treatment of sulphate pollutants

31

Cristina IONICĂ, Victor ARAD Evaluarea impactului generat de activitatea minieră din Valea Jiului

37

Herry PERMANA Evaluarea riscurilor ca strategie de prevenire a accidentelor miniere în minele din Indonezia

43

Daniel BRÂNZAN, Iosif DUMITRESCU, Vilhelm ITU, Mihai-Carmelo RIDZI Îmbunătăţiri funcţionale la instalaţia de evacuare a nămolului din bazinele de colectare a apei de la staţia de pompe puţ auxiliar nr.12 E.M. Lupeni

50


ADITIVAREA FORMAŢIUNILOR GEOLOGICE ŞI MONITORIZAREA TERENULUI ÎN SĂPAREA TUNELURILOR CU SCUT Claudio OGGERI*, Raffaele VINAI* Rezumat Tratarea solului constă în ditivarea şi remodelarea materialului natural în timpul excavării mecanice a tunelutilor, în general la adâncimi mici, pentru a obţine proprietăţi adecvate de plasticitate şi consistenţă a materialului excavat,care devine astfel capabil să exercite o contrapresiune menită să contracareze presiunea naturală a pământului şi a apei freatice asupra camerei de excavare. Evaluarea şi monitorizarea parametrilor acestora şi a performanţei echipamentului sunt esenţiale pentru o excavare adecvată şi sigură, precum şi pentru stabilitatea terenului de la suprafaţă. Această lucrare evidenţiază metodele de testare pentru consolidarea adecvată a masivului în condiţiile utilizării scuturilor EPB, a căror eficacitate a fost demonstrată în condiţii reale. Autorii au studiat influenţa conţinutului de apă şi de spumă de consolidare. O definire corectă a parametrilor de consolidare permite extinderea folosirii echipamentului de săpare cu injectoare de spumă (EPB) în cazul solurilor cu granulaţie variată şi chiar pentru formaţiunile de rocă moale, (aleurit sau fliş). Imoprtanţa tratării corespunzătoare a rocilor se reflectă şi asupra posibilităţilor de depozitare şi refolosire a materialului excavat. Cuvinte cheie: săparea mecanizată a tunelurilor, aditivarea rocilor, scut EPB, refolosirea materialului excavat 1. Introducere Lucrările de săpare a tunelurilor sunt întotdeauna afectate de condiţiile locale de excavare. Atunci când stabilitatea frontului de lucru şi a terenului de la suprafaţă sunt ameninţate de surpări, sau când condiţiile de la suprafaţă impun restricţii (zone urbane), metoda de excavare trebuie aleasă cu grijă şi adaptată condiţiilor freatice. Cele mai critice condiţii de excavare sunt: - tuneluri sub pânza freatică; - tuneluri în soluri afânate; - tuneluri la adâncime mică; - secţiuni mari de excavare; __________________________ *DIATI, Politecnico of Torino, Italy 2

- restricţii impuse de condiţiile de la suprafaţă; - restricţii legate de vibraţii. Pentru a rezolva astfel de probleme, a fost dezvoltată tehnologia săpării cu scut. Aceasta constă în protejarea zonei excavate cu un scut metalic care permite desfăşurarea lucrărilor şi înaintarea utilajelor înlăturând pericole majore ca tasările sau surpările. Au fost dezvoltate şi sisteme pentru susţinerea frontului de lucru prin aplicarea unei contrapresiuni, iniţial cu aer presurizat (în present abandonat, cu excepţia lucrărilor de întreţinere) şi apoi cu flux de nămol de bentonită (Scuturi cu nămol – SS), şi un sistem pneumatic pentru controlul presiunii (Hidroscuturi – HS), şi, în cele din urmă, cu presurizarea materialului excavat (Scuturi pentru contracararea presiunii pământului – EPBS). Aceste metode se pot combina cu intervenţii specifice pentru diminuarea riscului, numite tehnici de consolidare (în faţa, deasupra şi în spatele frontului de lucru). 2. Tehnologia de subterane cu scuturi

execuţie

a

excavaţiilor

Dintr-o perspectivă istorică, scuturile cu nămol (SS) au fost folosite pentru solurile cu granulaţie mare ca şi pentru secţiuni mari de excavare, în timp ce scuturile EPB s-au utilizat în soluri moi, argiloase şi aluvionare, pentru arii de excavare mai restrânse. Motivele acestei diferenţieri sunt următoarele: - pentru EPB: - formaţiunile geologice fine sunt susceptibile a crea o masă plastică pentru propagarea presiunii, iar cele cu granulaţie mai mare ajung mai greu la o consistenţă păstoasă; - capul tăietor al combinei se roteşte într – o masă plastică, puterea necesară fiind mai mare - pentru SS: - rocile fine sunt mai dificil de separat la suprafaţă pentru recuperarea bentonitei; - capul tăietor al combinei se roteşte în nămol cu vâscozitate mică sau foarte mică, puterea necesară fiind mai mică decât în cazul EPB. Cerectările recente în domeniul tehnologiei EPB permit rezolvarea acestor probleme, deoarece puterea mecanică a TBM este din ce în ce mai mare şi se lucrează cu utilaje de dimensiuni uriaşe. Un progres fundamental în domeniu îl constituie aplicarea extinsă şi eficientă a tehnicii numite “aditivarea rocilor”, adică tratamentele aplicate în timpul excavării care asigură caracteristicile Revista Minelor nr. 4 / 2012


necesare pentru lucrările de săpare a tunelurilor cu EPB. Tehnica EPB a fost inventată în Japonia. A fost aplicată pentru prima dată în 1974, prin forarea unui canal colector cu diametrul de 3,35 m şi lungime de 1900 m. această tehnică s – a dezvoltat rapid, şi este astăzi des folosită pentru tipuri diferite de roci, de perimetre de excavare şi de condiţii de mediu.

Fig. 1. Schema funcţională a EPB TBM.

posterior al camerei de excavare. Acest sistem de reglare influenţează direct controlul asupra stabilităţii frontului. Aceasta înseamnă că materialul excavat trebuie menţinut sub presiune în camera de excavare şi că volumul de material excavat şi extras trebuie să fie permanent constant; de aceea viteza de rotaţie a şurubului trebuie controlată în funcţie de avansul scutului, iar presiunea în camera de excavare trebuie să fie cu aproximativ 0,2 bar mai mare decât cea exercitată de pământ (presiunea pământului + presiunea hidraulică) (Peron & Marcheselli, 1994). Comportamentul ideal al solului pentru EPB include: - o bună deformare plastică - consistenţă păstoasă spre moale - frecare internă redusă - permeabilitate redusă Aceste caracteristici sunt necesare pentru a asigura următoarele: 1) roca fluidizată poate transmite presiunea de la peretele frontului; 2) apa freatică poate fi izolată adecvat; 3) cuplul motor poate fi redus; 4) uzura la abraziune poate fi redusă (Feng, 2004). Prin urmare, roca ideală este argiloasă, moale, de consistenţa unei paste, aşa cum arată fig. 3.

Fig. 2. Componentele EPB TBM În tehnica EPB, rocile excavate sunt aditivate şi colectate sub presiune într-o cameră de excavare, fiind apoi extrase sub presiune atmosferică prin intermediul unui şurub al lui Arhimede (transportor elicoidal). Principiul se bazează chiar pe materialul excavat care, atunci când este amestecat şi depozitat în camera de excavare, formează o masă de vâscozitate variată (în funcţie de caracteristicile de fluiditate şi plasticitate), menţinută sub presiune controlată pentru a contracara presiunea exercitată de pământ, protejând astfel stabilitatea frontului de lucru pe măsură ce scutul avansează. Pentru a contracara presiunea pamântului sau a apei freatice, presiune exercitată asupra frontului de lucru variază în funcţie de forţa de compresie exercitată de scut precum şi de viteza de extracţie a rocii (viteza şurubului). Pe măsură ce combina avansează, presiunea asupra frontului este menţinută prin controlarea vitezei şurubului şi a forţei de compresie prin intermediul unor detectori montaţi pe peretele

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

Fig. 3. Metroul Taipei. Consistenţa ideală a solului pentru lucrări EPB (“Tunnel”, STUVA) Testele geotehnice obişnuite (granulaţie, limitele Atterberg, indicele de consistenţă) sunt suficiente pentru identificarea tipului de rocă. Folosirea EPB în nisip şi pietriş implică impermeabilizarea şi asigurarea unei consistenţe adecvate a materialului excavat, asfel încât acesta

3


să fie remodelat de capul tăietor şi extrudat prin transportorul elicoidal fără a permite pătrunderea apei freatice. În cazul mineralelor abrazive va apărea o uzură mai mare. Problemele EPB în cazul argilelor dure, supraconsolidate se leagă de interacţiunea dintre apă şi sol: o cantitate prea mare de apă poate înmuia argila atât cât este nevoie, dar intervalul de plasticitate poate fi foate mic; o cantitate prea mică de apă va avea ca rezultat un material prea dur, cu un volum prea mare, care se poate scurge fără a fi controlat de transportorul elicoidal. În cazul argilelor cu o mare plasticitate, problema este că sunt necesare mari cantităţi de apă, argila fiind foarte impermeabilă. Este aproape imposibil de obţinut un sol bine amestecat, de o consistenţă relative uniformă şi o rezistenţă la tăiere adecvată. Este, în schimb, posibilă obţinerea unor bucăţi mari de argilă intactă care plutesc într – o masă de sol moale; otuşi, în acest caz, există pericolul ca materialul să se recompacteze într – o masă lipicioasă care poate înfunda capul tăietor al combinei. Probleme similare pot apărea în argile cu o plasticitate medie, deşi incidenţa este mai mică (Milligan, 2000). Pentru a extinde folosirea scuturilor EPB pentru roci cu granulaţie mai mare, precum şi pentru roci argiloase dure, materialul natural poate fi tratat prin injectarea de aditivi în timpul excavării. Aditivii sunt de diferite tipuri şi compoziţii şi s – au schimbat mult de la primele aplicaţii până la utilizările mai recente. În principal, aditivii sunt: - spumă; - polimeri; - apă; - alte materiale cu granulaţie fină, cum ar fi bentonita. Proprietăţile spumei sunt stabilite de raportul de expansiune (FER: raportul dintre volumul spumei şi volumul lichidului iniţial), precum şi de natura şi concentraţia agentului spumant din lichid. Într-o aplicaţie obişnuită, raportul de expansiune este înte 10 şi 20, astfel încât 1000 l de spumă conţin între 100 şi 50 l de lichid, restul fiind aer. La rândul său, lichidul conţine între 1 şi 3% concentrate, restul fiind apă. Astfel, chiar dacă sunt necesare cantităţi mari de apă şi agentul concentrat este scump, costul spumei poate fi foarte mic (Milligan, 2000).

4

Spumele cu raport de expansiune între 8 – 10 se numesc spume “umede”, iar cele cu raport de expansiune între 10 – 20 are se numesc spume “uscate”. Acestea din urmă sunt de obicei mai stabile. Spuma trebuie să fie stabilă în timpul injectării şi amestecării cu roca, dar trebuie să devină instabilă imediat după eliberarea din transportorul elicoidal. În primul caz este important să se menţină presiunea în transportorul elicoidal, iar în al doilea să se reducă volumul solului pentru transport şi rambleiere (Kupferroth et al., 2001). Cantitatea de spumă adăugată se măsoară prin aşa – numitul Raport de injectare a spumei (FIR), care ste raportul dintre volumul spumei injectate şi volumul de material excavat. Polimerii acţionează ca agenţi dispersanţi şi măresc suprafaţa negativă totală a particulelor solide la care aderă, reducând tendinţa naturală de floculaţie a acestora ca rezultat al distribuţiei variabile a presiunii asupra acestora şi menţinând astfel o structură dispersată şi o vâscozitate redusă. Polimerii permeabili absorb apa şi îşi măresc volumul. Capacitatea de absobţie de 500-600 de ori mai mare decât greutatea polimerului este posibilă în cazul apei pure, fiind doar de 100 de ori mai mare în cazul apei care conţine suspensii solide. Apa poate spori eficienţa altor aditivi, cum ar fi spuma, lubrifiind şi activând particulele fine, dar poate acţiona şi de sine stătător, în cazul argilelor moi aflate la limita de plasticitate (Bordachar & Nicolas, 1998). 3. Testarea rocilor aditivate Performanţele rocilor aditivate trebuie evaluate prin teste care descriu comportamentul de masă al acestora, dar s-au făcut puţine cercetări în acest domeniu. Alegerea agentului de aditivare se face adesea prin încercări successive în timpul excavării. (Peila et al., 2009). Aceste teste trebuie să asigure o comparaţie între diferiţi aditivi disponibili pe piaţă, să stabilească cantitatea adecvată şi să asigure controlul aditivării în timpul excavării. Caracterizarea rocilor aditivate se face prin teste folosite în geotehnică sau în măsurarea betonului; aceste teste include testul de amestecare, testul penetrării conului, testul de permeabilitate, testul de compresibilitate, testul de tăiere, şi testul de tasare a conului.

Revista Minelor nr. 4 / 2012


Fig.4. Definirea parametrilor şi alegerea tratării optime Recent au fost propuse unele teste la scară industrială folosind un transportor elicoidal de laborator, iar acestea s-au dovedit a avea efecte direct în procesul de excavare cu EPB (Mair et al., 2003; Merritt and Mair, 2006; Peila et al., 2007; Vinai et al., 2008, Borio et al (2009). În prezent, acest tip de test este cel mai eficient instrument în proiectarea aditivării, dar necesită un volum mare de sol şi nu este adecvat pentru o comparaţie sistematică între diferite tipuri de aditivare cu produse variate.

testului de tasare, are rezultate satisfăcătoare şi în ceeea ce priveşte reducerea cuplului de forţe pe transportorul elicoidal, precum şi transmiterea şi controlul presiunii, care sunt parametri esenţiali în lucrările cu EPBS. Testul de tasare a conului, care de obicei se foloseşte pentru beton proaspăt, este folosit des şi în săparea tunelurilor şi asigură o procedură simplă, rapidă şi ieftină pentru controlul calităţii atât în laborator, cât şi la faţa locului (Peron and Marcheselli, 1994; Quebaud, 1996; Jancsecz et al., 1999; Williamson et al., 1999; Leinala et al., 2000; Peña, 2003; Hanamura et al., 2007; Vinai et al., 2008, Peila et al., 2009). Acest test se desfăşoară conform Metodei Standard de Testare a Tasării stabilită de ASTM 143C. procedura este următoarea: solul se amestecă cu cantitatea dorită de spumă şi apă într – o betonieră, şi apoi este turnat în 2 conuri. După un minut, fără a amesteca, se ridică conul. Astfel, se observă căderea şi comportamentul general al materialului. Se pot observa forma, posibilele rupturi ale conului, şi scurgerile de spumă şi apă, ţinându – se cont de toate acestea pentru a defini comportamentul materialului.

Fig. 5. Test de laborator dezvoltat de Vinai. Cifrele se referă la senzori: (1 traductor de dislocare; (2) sensor de presiune în partea superioară a rezervorului şi (3) ) senzor de presiune în partea inferioară a rezervorului; (4)senzor de presiune al transportor elicoidal 1, (5) senzor 2 şi (6) senzor 3; (7) torsiometru pe şurub; (8)cântar pentru steril (Vinai and Oggeri, 2008) În ceea ce priveşte parametrii optimi pentru nisip, Vinai (in Vinai et al. 2008) a desfăşurat o serie de teste folosind transportorul elicoidal de laborator pe acelaşi tip de rocă şi a decoperit că acest amestec, definit ca “optim” în urma folosirii ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Fig. 6. Foto (a) şi schemă (b)ale dimensiunilor (mm) conului

5


Fig. 7. Diferite comportamente în funcţie de conţinutul de apă şi spumă În urma testului, s – au conturat cinci categorii de comportament grupate în trei clase (adecvat, la limită, neadecvat): - dificultate în formarea ‘‘pastei’’ plastice, definită de căderea neregulată a conului (neadecvat), datorită conţinutului insuficient de apă, spumă sau ambele (amestec uscat) sau prea multă spumă, dar insuficientă apă. Se observă o pierdere de spumă, iar curba granulaţiei nu este adecvată obţinerii pastei (adică insuficient nisip, aluviuni sau argilă în amestec); - comportament rigid cu valoare mică a tasării dar cu obţinerea pastei plastice (comportament la limită), datorită conţinutului insuficient de spumă; - un amestec prea fluid cu o pierdere semnificativă de apă şi/sau spumă (comportament neadecvat) datorită conţunutului prea mare de apă şi/sau spumă; -un comportament plastic cu pierdere mică de apă (comportament la limită); - un comportament corect (adecvat) la o cădere a conului de 140–200 mm cu formă regulată şi pierdere redusă de apă sau inexistentă. Peron şi Marcheselli (1994) au descris utilizarea unui EPBS la excavarea unui tunel de metrou în Milano în roci aluvionare cu un conţinut 6

de 75% nisip, 20% pietriş şi bolovăniş, şi mai puţin de 5% argilă. Ei au raportat că, pentru o excavare corectă, a fost necesară o tasare între 50 mm şi 100 mm. Când s – a săpat sub pânza freatică, a fost necesar un FIR (raportul între volumul de spumă şi cel al rocii aditivate) între 50% şi 80%, adăugându – se 5% apă, iar sub pânza freatică a fost necesar să se injecteze spumă cu FIR de 50%. Quebaud (1996) şi Quebaud et al. (1998) au desfăşurat teste pe nisip fin omogen cu o granulaţie între 0,2 mm şi 0,4 mm şi pe un nisip cu granulaţie între 0,01 mm şi 4 mm. Quebaud et al. au afirmat că valoarea optimă a tasării a fost 120 mm şi că, pentru a obţine acest rezultat, când conţinutul de apă a variat între 6% şi 23%, a fost necesar un FIR între 5% şi 35% pentru ambele tipuri de rocă. Peña (2003) a comparat efectele unor agenţi spumanţi diferiti asupra unei probe de referinţă cu o granulaţie între 0,002 mm şi 2 mm. El a observat că la un conţinut de apă de 22%, o concentraţie de agent spumat între 1,5% şi 2,5%, şi un FIR de 65%, tasarea a fost 100–150 mm (interval corect pentru aplicarea EBPS), în timp ce la un FIR de 80%, tasarea a crescut la 150–200 mm.

Revista Minelor nr. 4 / 2012


Tab 1. Schemă pentru definirea produselor secundare în recuperarea materialului excavat

Fig. 8. Exemplu de interval adecvat de aditivare pentru sol nisipos. Axa Xs: conţinut de apă (%); axa Y: FIR (%).: triunghiuri = comportament adecvat; romburi =comportament neadecvat; pătrate =comportament la limită (Oggeri et al., 2008). Rezultate similare au fost obţinute de Leinala et al. (2000), care au desfăşurat teste asupra unor tipuri diferite de rocă în timpul excavării meroului din Toronto. Pentru nisipul aluvionar studiat, cu un conţinut iniţial de apă între 8% şi 11%, a fost necesar un FIR de 50% pentru a obţine o tasare de 100 mm. Vinai et al. (2007), Oggeri et al (2008) şi Peila et al. (2009) au desfăşurat teste pe un nisip omogen şi pe diferite soluri cu granulaţie mare pentru a obţine un amestec adecvat şi au descoperit o corelaţie între conţinutul de apă şi FIR. Refolosirea materialului excavat Aditivarea rocilor este importantă şi pentru că poate influenţa proprietăţile chimice şi fizice ale materialului excavat. Recuperarea materialului excavat este în prezent una din problemele majore de mediu. Aceasta implică reducerea zonelor pentru depozitarea materialului de rambleu, un număr mai mic de agregate pentru căptuşirea cu beton a tunelului, disponibilitatea materialului pentru folosire imediată pentru rambleiere, pentru reabilitarea carierelor abandonate sau pentru îndiguiri. Trebuie luate în considerare următoarele aspecte: 1) proprietăţile formaţiunilor geologice reprezintă punctul de pornire în evaluarea posibilităţilor de utilizare: astfel, roca granitică are o probabilitate mai mare de refolosire decât o formaţiune de fliş, iar pietrişul se poate prepara mai uşor decât nisipul aluvionar (fig.9); 2) metoda de excavare se află şi ea în strânsă legătură cu granulaţia, astfel că forarea şi puşcarea produc materiale diferite în comparaţie cu săparea mecanizată a tunelurilor; 3) prezenţa unor factori naturali de contaminare poate duce la un grad mic de recuperare (fibrele minerale cum ar fi azbestul); ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

4) aditivii pentru excavarea mecanizată au perioade diferite de descompunere şi, uneori, reziduurile chimice împiedică utilizarea pentru materiale de calitate (de exemplu pentru agregate ale betonului). S – a observat că, deşi spumele au perioade de descompunere foarte scurte (minute sau ore), amestecurile spumă–rocă îşi pot menţine caracteristicile plastice timp de câteva zile, sau chiar mai mult, dacă nu sunt expuse la contactul cu aerul. În mod obişnuit, se aşază straturi subţiri de material excavat pe un teren şi se remodelează periodic pentru a asigura expunerea la aer necesară degradării complete a spumei, într-o perioadă cuprinsă între 30 şi 60 de zile. În procesul reciclării materialului, trebuie să se ţină seama şi de “reactivarea” compuşilor chimici care vin în contact cu apa (dacă sortarea şi spălarea nu se realizează corect), întrucât parametrii de fricţiune ai masei de material pot varia foarte mult dacă efectele de lubrifiere ale spumei sunt reactivaţi în contact cu apa pluvială. 5) preparaţiile trebuie să reducă conţinutul de apă al materialului excavat sau să-l separe de particulele de bentonită sau argilă. 6) înainte de a fi folosite în diferite scopuri, materialele trebuie testate pentru a verifica îndeplinirea standardelor (deformabilitae, rezistenţă, permeabilitate, rezistenţă la îngheţ etc) care asigură stabilitatea şi compatibilitatea. Parametrii de acceptabilitate şi “planul de folosire a materialului excavat” sunt stabilite prin lege, şi stabilite de comun acord cu clientul sau cu contractorul. Rata de recuperare variază între valori extreme. În cazul săpării tunelurilor cu EPB, dacă solul este 7


cu granulaţie mare, se poate recupera chiar în proporţie de 50% pentru a obţine un material de înaltă calitate, precum şi produse secundare. Materialul excavat trebuie luat în considerare pe tot parcursul procesului de optimizare a sustenabilităţii lucrărilor.

a)

4. Caracteristici speciale: timpul şi temperatura În timpul lucrărilor de săpare, materialul excavat rămâne un interval de timp variabil în camera de excavare înainte de a fi extras de transportorul elicoidal. Trebuie să ţinem seama şi de timpii morţi datorită operaţiunilor de asamblare, care pot dura până la 2 ore, în cazul în care apar probleme. Mai mult, în camera de excavare, temperatura materialului variază între 30 şi 40 °C. astfel, este important să înţelegem influenţa timpului şi a temperaturii asupra proprietăţilor cum ar fi permeabilitatea şi plasticitatea, ambele aflate în legătură cu fenomenul de colmatare . Pentru a înţelege mai bine relaţia dintre comportamentul rocii aditivate şi timp, s-a realizat testul tasării, prin ridicarea conului după intervale de timp şi la temperaturi diferite, asupra a 2 probe de rocă şi asupra unei probe de tuf vulcanic extras din tunelurile Metroului din Roma. Rezultatele prezentate în fig. 10 arată că, dacă materialul este bine aditivat, îşi păstrează proprietăţile de plasticitate până la 24h (solul 1), dar, în general, după un interval cuprins între 2 şi 4 ore, acesta îşi pierde aproximativ 30% din capacitatea de tasare, reducându-şi plasticitatea.

b) Fig. 10 Valorile tasării în funcţie de timp. axa X: timpul (h); axa Y: tasarea conului (cm).

c)

Pentru a studia influenţa temperaturii asupra solului aditivat, s-au desfăşurat teste asupra tufului volcanic din Roma la două valori diferite ale FIR (30% şi 40%). Amestecul a fost menţinut la o temperatură constantă de 20 °C şi respectiv 40 °C, timp de 1 oră, respective 2 ore, înainte de ridicarea conului. Se observă că temperature ridicată grăbeşte deteriorarea bulelor şi, implicit, a proprietăţilor solului, reducând semnificativ tasarea, după cum arată fig. 11 şi 12.

Fig. 9. Three examples for different conditions of the spoil: a) granular soil with very little conditioning b) rock chips after TBM tunnelling c) silty sand after conditioning 8

Revista Minelor nr. 4 / 2012


cu scut (conform BTS/ICE, 2005). Aplicabilitatea EPBM este împinsă la limită. Totuşi, folosirea masivă a mortarului şi a tehnicilor speciale de aditivare (injectarea cu particule fine şi polimeri pentru a spori stabilitatea şi densitatea) a permis realizarea proiectului.

Fig.11. Valorile tasării în funcţie de temperatură. FIR = 30%

Fig.12. Valorile tasării în funcţie de temperatură FIR = 40% 5. Studiu de caz O combină cu scut EPB a fost folosită în 2008 pentru a excava Lotul 2 al Metroului din Torino. Proiectul exindea o linie deja existentă spre sudul oraşului, conectând staţiile Porta Nuova şi Lingotto. Pentru aceasta, s – a construit un tunel cu o linie dubla, cu diametrul interior de 6,8 şi o lungime de aproximativ 2,9 km. În timp ce combina se apropia de staţia Dante, a avut loc o inundare masivă a staţiei excavate anterior, provocând o oprire a lucrărilor de câteva săptămâni şi necesitând măsuri de izolare. Torino se află într-o zonă de câmpie formată din conuri aluvionare la capătul văilor din munţii Alpi. Aceste conuri de depozite fluvial – glaciale au fost remodelate de râurile care traversează zona (Stura, Dora Riparia, Sangone). Predominante de-a lungul tunelului sunt formaţiunile recente de nisip, pietriş şi prundiş dispuse într-o matrice aluvionară. Aceste formaţiuni au o mare permeabilitate (10-3 – 10-4 m/s) şi grade diferite de cimentare, ca rezultat al unui process de sedimentare aleatoriu (unele conglomerate lenticulare au valori UCS între 7-15 MPa). Săparea sub zonele urbane în astfel de condiţii geologice ridică probleme serioase, mai ales în cazul folosirii unei combine cu scut EPB. În fig. 13 sunt prezentate granulaţia unităţilor menţionate şi limitele de aplicabilitate pentru TBM ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Fig. 13. Granulaţia şi limitele de aplicabilitate conform (BTS/ICE, 2005) În mediul urban, controlul excavării şi monitorizarea de la suprafaţă sunt esenţiale pentru evitarea riscurilor inerente unei astfel de activităţi. Prin urmare, este esenţială prezenţa unui personal calificat, capabil să înţeleagă consecinţele şi să ia decizii, precum şi a unui flux de date în timp real. Monitorizarea lucrărilor cu EPBM se împarte în 6 categorii principale: performanţă şi productivitate, parametrii de forare, extracţia materialului excavat, presiunea pământului, rambleierea prin cimentare şi parametrii de aditivare a solului (Camposinhos et al., 2009). Dintre aceştia, lucrarea de faţă se va ocupa de performanţă şi productivitate, extracţia materialului excavat şi rambleierea prin cimentare. S-a folosit un sistem automat pentru monitorizarea întregului proiect. Datele TBM au fost monitorizate în timp real, permiţând identificarea rapidă a problemelor potenţiale. Acest studiu de caz se referă la perioada de început a proiectului (21-04-2008) şi perioadele de concediu (06-08-2008). Jumătate din această perioadă se referă la zona iniţială de testare, în care s-a realizat un strat de consolidare pe o lungime de 100 m. Performanţă şi productivitate Ca în orice alt proiect, au apărut probleme legate de productivitatea scazută în faza iniţială. În această perioadă s – au excavat în total 213 m de tunel, cu o productivitate medie de 2 m pe zi (20% din valoarea estimată). Productivitatea scăzută poate fi explicată de numeroasele întreruperi şi defecţiuni survenite. În figura 14b se prezintă graficul cu timpul mediu de forare pe fiecare inel, ridicarea inelului şi defecţiunile. Se pot trage imediat două concluzii: utilajul a avut numeroşi timpi morţi (utilisation factor of 9.5%) and for long periods (more than 13 hours in average). Opririle şi defecţiunile au avut origini diferite, şi anume: dezasamblarea cadrului de oţel; asamblarea 9


vagoneţilor de rezervă; probleme legate de disponibiltatea spaţiului de depozitare a materialului excavat; opriri pentru golirea parţială a camerei de excavare şi curăţarea capului tăietor; blocarea liniilor de cimentare etc. În figura 14a se arată evoluţia EPBM, şi se observă o oprire majoră datorită asamblării finale a rezervelor şi câteva opriri minore marcate de liniuţele verticale. În perioada analizată productivitatea medie zilnică a variat mult, fiind clar că aşa – numita curbă de învăţare era încă parcursă.

Fig.14 a,b. Productivitatea medie şi avansul TBM Extracţia materialului excavat Volumul materialului excavat este unul din cei mai importanţi parametri care trebuie controlaţi. TBM moderne pot extrage mari cantităţi de material într – un timp scurt. Dacă extracţia materialului nu este controlată adecvat, pot apărea supraexcavări care duc la surpare sau chiar la formarea unor pâlnii. Controlarea acestui parametru este foarte importantă pentru a evalua greutatea solului in-situ şi pentru a verifica validitatea setului complet de măsurări. În acest proiect, controlul a fost realizat printr – un singur cântar de bandă transportoare. În figura 15 se arată cantitatea totală de material extras pe fiecare inel al tunelului. Se pot trage două concluzii preliminare: variabilitatea extremă a rezultatelor şi valorile alarmante, uneori în afara limitelor admisibile. O altă observaţie se referă la numărul de goliri parţiale ale camerei de excavare, astfel de operaţii fiind în mod normal desfăşurate sub presiune atmosferică. Totuşi, aceste 10

date nu au fost luate în considerare cu seriozitate datorită siguranţei oferite de stratul de consolidare şi de condiţiile neglijabile de tasare, ceea ce a dus la o lipsă de reacţie în situaţii neprevăzute. Din cauza lipsei semnalelor de avertizare, după inelul nr. 46, toate ciclurile de excavare au înregistrat un exces de material excavat. Aceasta a dus în cele din urmă la o avertizare şi la luarea de măsuri imediate. Analiza datelor a arătat că nu a fost calibrat corect cântarul de bandă şi, prin urmare, valorile indicate nu au fost valide. Totuşi, excavarea a continuat până la capătul porţiunii consolidate fără o calibrare adecvată a cântarului, împreună cu alte anomalii legate de presiunea asupra frontului de lucru, aditivarea şi consolidarea solului. O examinare mai atentă a volumului extras a relevat o tendinţă alarmantă. În figura 16, inelul nr. 86, tendinţa volumului extras deviază rapid de la linia de referinţă ajungând la un nivel de supraexcavare de 41%; se observă un nivel anormal de extracţie a apărut şi în timpul opririlor (trendul vertical la un avans de 0,80m), care este o sursă potenţială de pierdere de volum, chiar dacă aceasta este compensată apoi prin închiderea transportorului elicoidal (urmând trendul orizontal). Între timp, EPBM a depăşit zona consolidată, iar tasările înregistrate s-au situat între 9-16 mm, evidenţiindu-se şi probleme de supraexcavare. Toate acestea au ridicat suspiciunea existenţei unor goluri în interiorul tunelului. Astfel, s-au forat nişte găuri de la suprafaţă şi s-au depistat goluri de aproximativ 20 m3, care necesitau umplerea imediată cu mortar. Aceste goluri au apărut, probabil, din cauza supraexcavării între inelele 71 şi 90 (în afara zonei consolidate). În timpul forărilor între inelele 46 şi 70 (chiar înainte de capătul zonei consolidate) nu s-au găsit goluri.

Fig.15. Greutatea totală a materialului extras în timpul excavării (sus):numărul inelului (jos): săparea tunelului chainage. Axa Y: greutatea materialului extras (tone). Săgeţile indică golirea camerei de excavare (se practică goliri parţiale pentru inspecţii şi întreţinere)). Liniile galbene: pragurile de atenţie. Liniile roşii: pragurile de alarmare.

Revista Minelor nr. 4 / 2012


Datorită acestor evenimente, s-au evaluat proceduri speciale de umplere a gourilor, pragurile de atenţionare şi alarmare au fost reduse, s-a dublat controlul asupra volumului de material extras (cu două cântare) şi s-a dezvoltat o procedură de urgenţă pentru a garanta intervenţia rapidă în situaţii neprevăzute. Următoarele inele (91 la 105) au fost excavate cu un control mai bun asupra extracţiei materialului excavat şi asupra parametrilor principali. Totuşi, după o perioadă, camera a fost din nou golită parţial sub presiune atmosferică şi s-au înregistrat supraexcavări. S-au forat din nou găuri de la suprafaţă şi s-au depistat goluri de aproximativ 3 m3.

Fig.16. Greutatea totală a materialului extras pentru inelul nr. 86 (excavat în 02-07-08). Axa X: avansul excavării (m). axa Y: greutatea materialului excavat (tone). Linia albastră: datele măsurate. Linia neagră: trendul teoretic. Linia roşie: valorile de prag. Rambleierea cu mortar Rambleierea cu mortar este esenţială pentru umplerea completă a golului dintre profilul excavării şi stratul de consolidare. Aceasta joacă un rol important în ceea ce priveşte tasările la suprafaţă. În acest sens, este important controlul asupra alunecărilor de teren de la suprafaţă. Acest lucru trebuie realizat cu atenţie, direct din partea posterioară a scutului, concomitent cu ciclul de excavare, folosind straturi successive pentru umplerea omogenă. Trebuie controlate atât presiunea, cât şi volumul, pentru a asigura umplerea completă a golurilor. Valoarea presiunii va fi puţin mai mare decât cea de la suprafaţă (cu aproximativ 0,5 bar) pentru a garanta înlăturarea golurilor şi a infiltraţiilor de apă prin rambleierea cu mortar. În acest studiu de caz, s-a injectat lapte de ciment pe patru căi; două în partea superioară (căile 1 şi 4) şi două în partea inferioară (căile 2 şi 3).

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

Fig.17. Volumul total al rambleierii cu mortar per inel. Axa X (sus):numărul inelului; jos: săparea tunelului. Axa Y: volumul injectat (m3). Linia galbenă: pragurile de atenţionare. Liniile roşii: pragurile de alarmare. Figura 17 arată volumul total al rambleierii cu mortar. Valorile sunt îregistrate pentru inelele excavate, dar reprezintă injectarea în scutul posterior, adică cu şase inele în spate. Au fost înregistrate valorile volumului de rambleiere care depăşesc limitele de avertizare dar, pentru controlul în timp real este mai eficient să se ţină seama nu doar de valoarea mai mică (golul inelar nominal) şi de procentajul de rambleiere suplimentară (aproximativ +30%) şi de trendul presiunii de rambleiere. Pentru o analiză mai precisă şi mai relevantă s-a luat în considerare inelul 85 (din zona unde s-au înregistrat mai multe supraexcavări şi goluri). În partea superioară a figurii 18 se observă injectarea de mortar în jurul inelului 85 (forarea inelului 91). Acest grafic prezintă trendul valorilor măsurate (linia albastră) trendul teoretic (linia roz). În acest exemplu se observă că injectarea a fost realizată în mod discontinuu (observabil în trendul sub formă de treaptă), cu unele extensii acolo unde avansul scutului s-a făcut fără injectare. Această procedură nu asigură absenţa golurilor în partea posterioară a zonei consolidate. Se poate observa şi că volumul total injectat a fost mai mic decât cel teoretic (-7%), deşi s-a situat în apropierea pragului de atenţie. În partea de jos a figurii 18 sunt prezentate patru diagrame, câte una pentru fiecare cale de injectare. Aceste grafice permit analizarea presiunilor de injectare (cu albasru) şi a presiunii pompei (cu roz) pentru fiecare cale. Prima observaţie este că liniile inferioare (nr. 2 şi 3) nu au fost folosite. O procedură eficientă este injectarea pe cât mai multe căi, în jurul zonelor periferice, pentru a asigura o umplere omogenă.

11


Se observă pe linia nr. 4 un blocaj (un vârf de presiune fără injectare). Blocajele au fost foarte dese, cauzate de un avans lent al TBM şi de întărirea laptelui de ciment. O altă observaţie imprtantă este că, în acest caz, presiunea injectării nu este controlată. Injectarea trebuie făcută la presiunile corespunzătoare (liniile orizontale roşii) şi se opreşte când sunt îndeplinite următoarele condiţii: (1) volumul theoretic total este injectat şi (2) în finalul injectării presiunea creşte (indicând faptul ca spaţiul de injectare s – a umplut. Când se controlează doar volumul teoretic al injectării, este lesne de înţeles că, dacă apare o supraexcavare, golul inelar rămâne parţial neumplut. În ceea ce priveşte aditivarea solului, aceasta s – a realizat cu spumă uscată (valorile medii: FIR=136% şi FER=9). Presiunea supra frontului de lucru a fost greu de menţinut din cauza sfărâmării materialului excavat în interiorul camerei. Astfel, bucăţile mai mari de material s – au aşezat în partea de jos a camerei, generând solicitări mari şi, prin urmare, un cuplu de forţe mare şi o uzură ridicată. În partea superioară, materialul mai fluid s – ainfiltrat cu uşurinţă în solul permeabil, îngreunând aplicarea presiunii necesare. 6. Concluzii

Fig.18. Analiza detaliată a rambleierii inel cu inel. Înregistrare în timpul forării inelului 91 şi injectarea inelului 85. Sus: injectarea mortarului. axa X: avansul excavării (m). axa Y: volumul mortarului (m3). Linia albastră: datele măsurate. Linia roz: trendul teoretic. Sus: presiunea de rambleiere şi presiunea pompei pentru fiecare dintre cele paru căi. axa X: timpul de excavare (hh.mm). axa Y: (stânga) presiunea (bar); (dreapta):număr de pompări.

12

Pentru a obţine rezultate bune în ceea ce priveşte rata de avans şi stabilitatea terenului la suprafaţă este important să se indeplinească următoarele condiţii: - condiţiile de sol şi stratigrafia trebuie să fie bine definite înainte de excavare - trebuie desfăşurate teste corespunzătoare pentru aditivarea solului - combina trebuie să fie echipată cu senzor pentru detectarea rapidă şi corectă a parametrilor de excavare - se stabilesc proceduri clare pentru avansul combinei, umplerea golurilor şi fixarea stratului de consolidare, pentru a evita supraexcavarea şi surpările; - se instalează sisteme de monitorizare la suprafaţă pentru a supraveghea clădirile. Lurarea se ocupă de unele dintre aceste aspecte ca urmare a experimentelor autorilor şi a observării unui caz real. Aditivarea solului acoperă o varietate de parametric, depinzând de sol, de aditivi, de conţinutul de apă, de impul de excavare, de temperatură şi de calificarea personaluluil. În final, trebuie remarcat că, deşi s – au stabilit reguli generale care asigură succesul acestor lucrări, este obligatoriu să se desfăşoare teste specifice de laborator pentru fiecare unitate geologică de – a lungul tunelului.

Revista Minelor nr. 4 / 2012


1. Borio L., Peila D., Oggeri C., Pelizza S. Effects of foam on soil conditioned behaviour Proc. 35rd Int. ITA-AITES World Tunnel Congress 2009 Safe tunnel for the city and for the environment, Budapest, 23-28 May. 2009.

9. Leinala T., Grabinski M., Delmar R, Collins J. R. Effects of foam soil conditioning on EPBM performance In Ozdemir, I. A. (Editor), North American Tunneling 2000: Balkema, Rotterdam, The Netherlands

2. Bordachar F., Nicolas L. Fluides conditionneurs pour la pression de terre Tunnels et ouvrages souterrains 169 Janvier/Février 1998, AFTES, pp. 21 – 27 (in French), 1998.

10. Mair R. J., Merritt A. S., Borghi F. X., Yamazaki H., Minami T. Soil conditioning for clay soils Tunnels and Tunnelling International, Vol. 4, pp. 29–32. 2003.

3. BTS/ICE Closed-face Tunnelling Machines and Ground Stability: A Guideline for Best Practice. British Tunnelling Society with the Institution of Civil Engineers, Thomas Telford, 77 p, 2005

11. Merritt A., Mair R. J. Mechanics of tunnelling machine screw conveyor: Model tests Geotechnique, Vol. 56, pp. 605–615. 2006.

Biblografie

4. Camposinhos R., Oggeri C., Beccaria G. Monitoring of EPBM tunnelling at lot 2 of Turin Metro Proc. 35rd Int. ITA-AITES World Tunnel Congress 2009 Safe tunnel for the city and for the environment, Budapest, 23-28 May 2009 5. Feng, Q., L. Soil conditioning for modern EPBM drives Tunnels & Tunnelling International, December 2004, pp. 18-20. 6. Hanamura T., Kurose J., Aono Y., Okubo H. Integral studies on mechanized functions of mudding agents and the properties of muddified soils in the EPB shield tunneling technology In Bartak, J.; Hrdina, I.; Romancov, G.; and Zlamal, J. (Editors), 33rd ITA-AITES World Tunnel Congress: Underground Space. The 4th Dimension of Metropolises: Taylor & Francis Group, London, United Kingdom. 2007 7. Jancsecz S., Krause R., Langmaack L. Advantages of soil conditioning in shield tunnelling: Experiences of LRTS Izmir In Alten, T. and Broch, E. (Editors), ITA-AITES World Tunnel Congress ’99: Challenges for the 21st Century: Balkema, Rotterdam, The Netherlands. 1999 8. Kupferroth F.J., Ellenberger P., Kalin B.A. The use of foams and polymers in Earth Pressure Balanced TBMs MBT –Degussa technical literature. 2001

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

12. Milligan G. Lubrication and soil conditioning in tunnelling, pipe jacking and microtunnelling state of the art review Geotechnical consulting group – London, 2000 13. Oggeri C., Borio L., Peila D. Influence of granulometry, time and temperature on soil conditioning for EPBs applicarions Proc. 34th ITA AITES World Tunnel Congress, Underground facilities for better environment and safety. Agra, India, 19-25 Sept.2008. 14. Peila D., Oggeri C., Vinai R. Screw conveyor device for laboratory tests on conditioned soil for EPB tunnelling operations Journal Geotechnical Geoenvironmental Engineering, Vol. 133, pp. 1622–1625, 2007 15. Peila D., Oggeri C., Borio L. Using the Slump Test to Assess the Behaviour of Conditioned Soil for EPB Tunneling Environmental & Engineering Geoscience, Vol. XV, No. 3, August 2009, pp. 167–174. 16. Peña M. Soil conditioning for sands Tunnels & Tunnelling International, July 2003, pp. 40 – 42 17. Peron J. Y., Marcheselli P. Construction of the ‘Passante Ferroviario’ link in Milan. Italy. Lots 3P, 5P, and 6P: Excavation by large EPBS with chemical foam injection Tunnelling ’94: IMM, Chapman & Hall, London, United Kingdom, 1994.

13


18. Quebaud S. Contribution a` l’Etude du Percement de Galeries par Boucliers a` Pression de Terre: Amélioration du Creusement par l’Utilisation des Produits Moussants Ph.D. Thesis, Université des Sciences et Technologies de Lille, Lille, France [in French], 1996. 19. Quebaud S., Sibai M., Henry J. P. Use of chemical foam for improvements in drilling by earth pressure balanced shields in granular soils Tunnelling Underground Space Technology, Vol. 13, pp. 73–180, 1998.

14

20. Vinai R., Oggeri C., Peila D. Soil conditioning of sand for EPB applications: A laboratory research Tunnelling Underground Space Technology, Vol. 23, No. 3, pp. 308–317, 2008. 21. Williamson G. E., Traylor M. T., Higuchi M. Soil conditioning for EPB shield tunneling on the South Bay Ocean Outfall In Hilton, D. and Samuelson, K. (Editors), Rapid Excavation and Tunneling Conference 1999: SME, Littleton, CO, pp. 897–925.

Revista Minelor nr. 4 / 2012


EXPLOATAREA ZĂCĂMINTELOR AURIFERE ÎN ROMÂNIA Dumitru FODOR*, Nicolae STANCA**, Ioan Călin VEDINAŞ*** Rezumat: România deţine pe teritoriul său o serie de zăcăminte aurifere care au fost exploatate şi valorificate până la începutul mileniului III, când din cauza declinului general al economiei autohtone, minele de aur au fost închise în totalitate. Este interesant de văzut care era situaţia minelor noastre aurifere în momentul luării deciziei de închidere şi de discutat, dacă în actuala conjunctură economică Statul Român nu ar trebui să-şi pună problema reanalizării situaţiei şi reluării parţiale a activităţii de exploatare a unor zăcăminte aurifere. Cuvinte cheie: zăcământ, filon, metodă, extracţie, preparare. I. Introducere Teritoriul României, are o structură geologică foarte complexă. Majoritatea teritoriului face parte din zona orogenului Alpin cu vulcanism terţiar şi actual, este alcătuit din munţi tineri, dealuri, podişuri şi câmpii intercalate în depresiuni tectonice, conţinând în ansamblul său, bogate şi variate zăcăminte de substanţe minerale utile, exemplificate prin: combustibili minerali, minereuri de metale preţioase, minereuri de metale feroase, neferoase şi rare, substanţe nemetalifere etc. Prezenţa numeroaselor zăcăminte de substanţe minerale utile pe teritoriul României a influenţat mult starea economică a ţării. Activitatea de extragere şi prelucrare a minereurilor metalifere a cunoscut în timp perioade de dezvoltare sau de regres, dar niciodată de stagnare totală, aşa cum s-a întâmplat în urmă cu câţiva ani. Între zăcămintele metalifere din România, exploatate şi valorificate un loc aparte l-au deţinut zăcămintele auro-argentifere. De-a lungul timpului pe teritoriul României au fost descoperite şi conturate mai multe zone cu mineralizaţii, dintre care unele au fost exploatate şi epuizate cu mulţi ai în urmă, iar altele au fost în exploatare până în anul 2006, când din raţiuni economice s-a trecut la închiderea tuturor minelor de minereuri metalifere de pe teritoriul României, (vezi figura 1). _____________________________ * Prof.dr.ing. Universitatea din Petroşani ** Manager general, S.C. Deva Gold S.A., Certeju de Sus, *** Dr.ing. S.C. Deva Gold S.A., Certeju de Sus

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

Fig. 1 Răspândirea regiunilor metalifere în România: 1- Bucovina; 2- Carpaţii Orientali; 3- Dobrogea; 4- Carpaţii Meridionali; 5- Banatul de Sud; 6- Munţii Metaliferi; 7- Maramureş De departe cele mai importante zone aurifere ale României sunt: regiunea auriferă Baia Mare şi Poligonul Aurifer al Munţilor Apuseni. Zăcămintele metalifere din Regiunea Baia Mare aparţin provinciei metalo-genetice a eruptivului neogen. Acestea se extind între Ilba şi Botiza pe o zonă cu o lungime de 60 km şi cu o lăţime de maxim 12 km. Zăcămintele metalifere ale acestei regiuni sunt constituite din două tipuri principale: zăcăminte de sulfuri polimetalice şi zăcăminte de aur nativ. Principalele zăcăminte de sulfuri polimetalice se întâlnesc la: Ilba, Nistru, Herja, Baia Sprie, Cavnic, Văratic şi Băiuţ. Zăcămintele de aur nativ sub formă de filoane aurifere, de la Băiţa, Săsar, Valea-Roşie, Dealul Crucii şi Şuior sunt situate în partea centrală a ariei, fiind legate de erupţiile de andezite, riolite şi dacite, care au avut loc în zonă. Filoanele din regiunea Baia-Mare au grosimi minime de 0,4÷1,0 m, medii de 1,5÷3,0 m şi maxime de 5,0÷10 m, se extind pe adâncimi care pot să ajungă la sute de metri şi au lungimi de la 200÷300 m până la 1.000÷2.000 m. Conţinutul de aur variază de la 1,5÷2,2 g Au/t până la 4,0 ÷ 4,5 g Au/t. Zăcămintele de aur cantonate între râurile, Mureş la sud şi Arieş la nord, sunt localizate într-o subunitate, bine individualizată din punct de vedere structural, petrografic şi morfologic, cunoscută sub numele de Munţii Metaliferi, în cadrul cărora este delimitat aşa numitul „Poligon aurifer al Munţilor Apuseni” care are vârfurile în localităţile: Baia de Arieş, Zlatna, Săcărâmb, Topliţa şi Caraci [1], [4]. 15


Privitor la tipurile de zăcământ din Poligonul Aurifer al Munţilor Apuseni se disting următoarele forme: filoane simple, reţele de filoane, volburi, lentile, stocuri şi impregnaţii. Filoanele cu telururi de aur sau de aur şi argint se găsesc mai ales în zăcămintele de la periferia poligonului aurifer din Munţii Apuseni, în timp ce filoanele cu aur nativ sunt prezente mai frecvent la zăcămintele din interiorul poligonului. Aurul nativ se prezintă în cuiburi impregnate în gangă sau în sulfuri. În unele locuri se găsesc cuiburi şi vinişoare de aur sub formă de foiţe, plăci, fire sau chiar cristale octaedrice, alteori sub formă de mici cristale cu latura de 3 ÷ 4 mm, asociate cu pirită, blendă şi galenă sau cu alte minerale ca şi cuarţul, calcitul şi rodocrozitul, (fig. 2). În alte zăcăminte impregnaţia de aur se prezintă sub formă de particule fine cu dimensiuni atât de reduse încât după spălarea minereului rezultă un praf de aur abia vizibil cu ochiul liber.

2. Scurt istoric, conţinutul în aur a zăcămintelor şi producţiile realizate în diferite perioade Aurul conţinut în zăcămintele cantonate în subsolul României a reprezentat una din principalele bogăţii ale ţării. Aceste bogăţii au fost exploatate cu mult timp înaintea erei noastre de către Sciţi, Agatârşi, Daci şi ulterior de Romani [1]. Vechi documente istorice menţionează faptul că o ramură a grecilor din secolul al VII-lea î.e.n., deţineau informaţii despre aurul din această zonă a Europei şi ca urmare au venit în zona Munţilor Apuseni, unde s-au ocupat de exploatarea şi valorificarea organizată a zăcămintelor aurifere. La început, aurul datorită culorii lui atrăgătoare s-a extras prin simplă colectare a pepitelor şi foiţelor de aur din aluviunile râurilor sau prin simplă spălare (concentrare) a aluviunilor mai sărace, cu ajutorul unor unelte simple cum ar fi hîrlostea, hurca şi şaitrocul, (fig. 3).

Fig. 3 Vedere de ansamblu a exploatării rudimentare a aluviunilor aurifere

Fig. 2 Diferite forme de prezentare a aurului nativ Filoanele din poligonul aurifer al Munţilor Apuseni au grosimi de 0,2÷2,0 m, înclinări variabile care pot ajunge până la 70÷800, adâncimi până la 450 m şi lungimi de la zeci de metri până la 800÷1.000m. Conţinuturile variază între un minim de 1,0g Aur /t şi ajunge la maxim 5,0 gAur/t. În cadrul „Poligonului aurifer al Munţilor Apuseni” se găsesc şi multe zăcăminte de tipul Porphyry copper, care reprezintă corpuri subvulcanice, cel mai adesea andezitice, de formă cilindrică care străbat formaţiunile andeziticecuarţifere din fundament, formaţiunile sedimentare şi sedimentele detritice de la suprafaţă [5]. În majoritatea corpurilor, spre margine şi la partea superioară a mineralizaţiei Porphyry copper, se dezvoltă filoane auro-argentifere care sunt însoţite de alteraţii argilice (caolinit, montmorillonit, illit) şi filice (cuarţ, sericit şi minerale argiloase).

16

Mai târziu, aurul a fost găsit în filoanele aurifere care apăreau la suprafaţă şi erau uşor de extras. Cu aceasta începe faza a doua a extracţiei aurului – faza mineritului. Filoanele de cuarţ aurifer au început să fie exploatate primitiv prin şanţuri, puţuri de mică adâncime şi apoi prin galerii. Minereul extras era zdrobit în piuă şi apoi măcinat cu râşniţa, (fig. 4).

Fig. 4 Sfărâmarea manuală a minereului aurifer: a) mărunţirea; b) măcinarea. În regiunile aurifere ale Transilvaniei, pe Arieş, Olt, Mureş, Bistriţa Aurie şi pe afluenţii lor au existat băştinaşi şi zlătari a căror principală ocupaţie a fost, ani de-a rândul spălarea nisipurilor aurifere.

Revista Minelor nr. 4 / 2012


Cuarţul şi caolina, care constituie partea sterilă a minereului, fiind mai uşoare, erau îndepărtate cu ajutorul apei care forma cu materialul măcinat o tulbureală, iar firişoarele de aur fiind mai grele, cădeau la baza vaselor în care se aduna materialul măcinat, de unde cu ajutorul şaitrocului se putea separa de celelalte minerale. Procedeele de preparare a minereului aurifer au început să se perfecţioneze din ce în ce mai mult, ajungând ca minereul să fie zdrobit în instalaţii speciale numite şteampuri, (fig. 5). Aceste instalaţii erau acţionate la început de braţele oamenilor, apoi de forţa animală şi pe urmă de forţa apei în cădere, iar în ultimul secol cu ajutorul energiei dezvoltate de motoarele cu aburi şi cu cea a energiei electrice.

Fig. 5 Sfărâmarea minereului aurifer cu ajutorul şteampurilor: a) şteampuri ţărăneşti cu săgeţi de lemn; b) şteamp de tip ,,Californian” cu săgeţi metalice La şteampuri, firişoarele de aur se colectau la început pe mese acoperite cu ţesături de lână, iar mai târziu prin amalgamare, cu ajutorul mercurului, pe mese de cupru. Dintre strămoşii noştri care s-au ocupat intens de mineritul aurifer, trebuie să-i amintim aici pe daci. Faima bogatelor mine de aur deţinute de daci îl determină pe Traian, împăratul Imperiului Roman să pornească război împotriva lui Decebal, Regele Daciei. În urma războiului din 105-106 e.n., romanii ocupă cea mai mare parte a teritoriului Daciei şi transformă această ţară în provincie a Imperiului Roman. Odată cu ocuparea Daciei de către romani, mineritul aurului cunoaşte o mare dezvoltare. Sunt aduşi mineri pricepuţi din Dalmaţia, Asia Mică şi alte regiuni ale imperiului, care au perfecţionat metodele de exploatare şi cele de preparare ale minereurilor aurifere. Zăcămintele aurifere cele mai intens exploatate în cei 166 ani de stăpânire romană au fost cele de la: Roşia-Montană, Bucium, Zlatna, Almaş, Stănija, Ruda şi Caraci. În timpul Romanilor exploatarea subterană a căpătat o amploare deosebită, lucrările miniere subterane ajungând în unele cazuri până la adâncimi de 300 m. Sistemul de galerii romane din masivul Cârnic de la Roşia-Montană (Munţii

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

Apuseni) însumează cca. 2,5 km lungime şi se dezvoltă pe 7 niveluri, (fig. 6).

Fig. 6 Masivul Cârnic din Roşia Montană străpuns de vechile lucrări miniere romane Producţia de aur realizată în perioada ocupării romane a fost de aproximativ 3.000 kg aur curat pe an şi aproape dublu de argint. Deci în cei 166 ani de ocupaţie, se estimează că romanii au scos din Dacia o cantitate de cca. 500 tone de aur şi 950 tone de argint. Începutul mineritului aurifer în ţara noastră se împleteşte cu istoria poporului român. De atunci şi până astăzi mineritul aurului a continuat fără încetare, uneori mai intens, alteori într-un ritm încetinit din cauza vitregiei veacurilor. În perioada imediat următoare retragerii stăpânirii romane din Dacia, timp de peste 100 ani (272-395) producţia de aur a scăzut foarte mult, ajungând doar la 100 kg/an. Această activitate începe să se revigoreze la începutul mileniului al II-lea e.n. şi să capete o dezvoltare mare în Europa începând cu anul 1320 când începe în mod serios exploatarea minele aurifere din Transilvania. Producţia de aur, în perioada îndelungată a Evului Mediu (396-1492) se apreciază în medie, la cca. 450 kg/an. După anul 1500 începe o dezvoltare susţinută a activităţii miniere pentru extragerea aurului şi astfel asistăm la creşterea şi menţinerea unor producţii ridicate, care se cifrau la peste 1.000 kilograme aur pe an. În mod succint se poate arăta că de la începuturile exploatării aurului pe teritoriul României şi până astăzi au fost extrase şi valorificate peste 2.200 tone aur curat, producţiile variind funcţie de perioadele luate în considerare, după cum reiese din tabelul nr.1: Tabel 1 Aurul extras de pe teritoriul României

17


Este interesant de menţionat că, până în anul 1600 minele de aur din Munţii Apuseni şi din zona Baia-Mare produceau aproximativ 20% din producţia mondială de aur, iar odată cu dominaţia habsburgică în Transilvania, mineritul aurifer a luat o amploare deosebită. Producţia de aur a României în secolul al XXlea s-a diminuat în mod continuu de la o perioadă la alta, astfel dacă în intervalul 1944-1947 s-au extras aproximativ 7,0 tone aur curat pe an, în perioada 1948-1960 aceasta s-a diminuat la 6,0 tone aur curat pe an, iar în perioada 1961-2000 producţia a fost de aproximativ 5,0 tone aur curat pe an. Din anul 2000 până în anul 2005 s-a obţinut aproximativ 2,5 tone aur curat pe an, iar din 2005 până în 2010 producţia a fost de numai 500 kg aur curat pe an şi acelea obţinute din resurse secundare. Ca urmare a îndelungatei exploatări a zăcămintelor aurifere de pe teritoriul României conţinutul în aur al minereurilor extrase a scăzut mult de la o perioadă la alta, involuţia în timp a conţinuturilor industriale este arătată în tabelul nr.2:

terenului înconjurător, au impus pentru deschiderea zăcămintelor în vederea pregătirii şi exploatării subterane, utilizarea galeriilor de coastă, a puţurilor verticale sau a galeriilor de coastă şi puţurilor verticale în cele mai multe cazuri. Majoritatea minelor au avut o reţea dezvoltată şi complicată de lucrări, cu o mare extindere în plan şi repartizate pe mai multe orizonturi, ceea ce a dus la organizarea dificilă a activităţilor şi la cheltuieli mari pentru transport, aeraj, evacuarea apelor, întreţinere şi iluminat, (fig. 7). Deschiderea carierelor s-a făcut cu tranşee şi semitranşee, cu trasee complexe cu bucle de întoarcere, în spirală sau pentru transport în sens unic, deoarece zăcămintele se găsesc în zone montane, caracterizate prin relief accidentat, cu văi adânci şi versanţi abrupţi.

Tabel 2 Conţinutul în aur al minereurilor extrase din zăcămintele aurifere de pe teritoriul României

Costul de producţie al minelor aurifere din România a rămas mare, datorită costurilor aferente forţei de muncă şi condiţiilor geologo-miniere din ce în ce mai dificile care au şi impus exploatarea în subteran şi la adâncimi mari pentru majoritatea zăcămintelor. Având în vedere conţinuturile medii ale zăcămintelor noastre şi rezervele estimate ale acestora, făcute publice cu diverse ocazii de organele abilitate ale statului, se poate aproxima că România deţine încă peste 150 milioane tone de minereuri auro-argintifere pe teritoriu său, care pot fi exploatate şi valorificate în mod economic. 3. Deschiderea, pregătirea şi exploatarea zăcămintelor de minereuri auro-argentifere În ultimele decenii, exploatarea rezervelor de minereuri auro-argentifere din România s-a făcut prin lucrări miniere executate în subteran la minele din Brad, Baia de Arieş, Zlatna, Certej-Săcărâmb, Bolcana, Şuior, Săsar, Baia-Sprie, Ilba, Nistru, Herja şi Băiuţ cât şi prin lucrări miniere executate la suprafaţă, în carierele de la Roşia-Montană, Valea–Morii, Coranda – Hondol, Şuior şi Bolcana [4] [5]. Varietatea deosebită a formelor de prezentare a zăcămintelor din România, precum şi relieful 18

Fig. 7 Deschiderea zăcământului filonian de la Brad Metodele de exploatare şi tehnologiile de lucru din subteran, utilizate în minele noastre, au fost elaborate şi implementate în raport cu condiţiile tehnico-miniere, posibilităţile şi resursele financiare existente pentru achiziţionarea gamei de maşini şi utilaje necesare procesului tehnologic. Dacă metodele de exploatare au fost cele adecvate condiţiilor de zăcământ, echipamentele folosite la perforare, derocare, încărcare şi transport nu au ţinut pasul cu modernizările care se impuneau şi ca urmare întreaga gamă de maşini şi utilaje folosite au fost mult sub nivelul celor realizate şi folosite pe plan mondial, de firme prestigioase în domeniu. Varietatea deosebită a formelor de zăcământ, concretizate prin acumulări de minereu pe fisuri sub formă de filoane cu grosimi de la 20÷30 cm la câţiva metri sau sub formă de stocuri şi lentilele cu dezvoltare pe sute de metri pe orizontală şi pe verticală cât şi natura şi rezistenţa rocilor înconjurătoare au determinat proiectarea şi aplicarea în practică a unei game largi de metode de exploatare, astfel mai utilizate fiind cele prezentate în figurile 8 şi 9. Revista Minelor nr. 4 / 2012


Fig. 8 Metoda de exploatare cu înmagazinare,aplicată la Minele Săcărîmb, Brad, Roşia Montană, Băiuţ, Herja, Ilba, Nistru, Săsar, Şuior şi Turţ

Fig. 9 Metoda de exploatare cu rambleerea spaţiului exploatat aplicată la Minele Băiuţ, Baia Sprie, Barza,Băiţa, Baia de Arieş, Herja , Săcărîmb Bogăţia în aur a minereurilor extrase din principalele zone aurifere ale României s-a diminuat mult, situându-se de peste trei decenii sub limita de 2 g Au /t. Deci, pentru continuarea exploatării subterane a zăcămintelor aurifere din România în condiţii de economicitate, se impunea luarea la timp a unor măsuri tehnice, economice şi organizatorice corespunzătoare, care să ducă la diminuarea accentuată a costurilor de exploatare şi preparare, la creşterea gradului de extragere a minereului din zăcământ şi a gradului de recuperare a metalului din minereu în uzinele de procesare. În carierele de minereuri aurifere, s-a aplicat cu preponderenţă ,,metoda de exploatare cu transportul sterilului la halde exterioare”, (fig. 10)

Fig. 10 Metoda de exploatare în cariere cu transportul sterilului la halde exterioare Tehnologiile de lucru au constat în extragerea sterilului şi utilului prin lucrări de forare-împuşcare

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

cu utilizarea explozivilor tip nitramon, amplasaţi în găuri de sondă cu diametru mare. Încărcarea utilului şi sterilului împuşcat se făcea cu excavatoare cu acţiune intermitentă, iar transportul se realiza cu autobasculante de tonaj mediu şi mare de 27t, 40t şi 55t. Majoritatea utilajelor întrebuinţate au fost de fabricaţie indigenă şi din fosta URSS, (fig. 11). Gradul de mecanizare al carierelor, performanţele şi fiabilitatea gamei de maşini utilizate a permis obţinerea unor productivităţi de maxim 50÷80 t/post, nivel nesatisfăcător, comparativ cu ceea ce se obţinea în străinătate în condiţii similare de lucru.

Fig. 11 Vedere de ansamblu a unei cariere în plină activitate care avea ca obiectiv exploatarea unui zăcământ aurifer Indicatorii tehnico-economici obţinuţi în cariere au fost cei mai favorabili din întregul sistem productiv al unităţilor miniere pentru extragerea şi valorificarea zăcămintelor aurifere. În cazul zăcămintelor aurifere de mari dimensiuni, s-a folosit metoda de exploatare combinată şi anume exploatarea părţii superioare a zăcământului prin lucrări miniere la zi (carieră) şi exploatarea părţii inferioare prin lucrări subterane, (figura 12).

Fig. 12 Metodă de exploatare combinată aplicată la zăcămintele aurifere de mari dimensiuni ƒ Tehnologiile de preparare aplicate în România pentru minereurile auro-argentifere au avut ca procedeu de bază flotaţia, aurul şi argintul fiind legate preponderent de sulfuri. În cazul minereurilor în care a apărut şi aur liber s-au aplicat 19


tehnologii combinate. Pentru exemplificare se fac următoarele menţiuni [3] : ƒ La Brad - pentru minereul cu 1÷2 g/t Au s-a aplicat amalgamarea pe mese, urmată de flotaţie, produsele obţinute fiind amalgam cu 25÷30 % aur şi un concentrat de pirită auriferă cu 14÷18 g/t Au; ƒ La Baia de Arieş - flotaţie urmată de cianurarea concentratului, cu obţinerea unui concentrat de pirită auriferă de 23÷25 g/t Au şi a unui precipitat (nămol) de cianuraţie, cu un conţinut de peste 2g/t Au; ƒ La Roşia Montană - amalgamarea în tamburi a depunerilor de aur liber din circuitul de măcinare – clasare, colectate periodic şi flotaţie în urma cărora se obţinea un concentrat de pirită auriferă cu 23-24 g/t Au şi un amalgam cu 20-35 % Au. 4. Restructurarea România

mineritului

aurifer

din

Începând cu anul 1990 în România au fost formulate şi concretizate o serie de concepte strategice privind restructurarea de fond a sistemului industriei miniere aurifere, care au constat, între altele, din : ƒ Restructurarea tehnologică şi a producţiei; ƒ Restructurarea organizatorică şi managerială; ƒ Restructurarea personalului; ƒ Restrângerea sau sistarea activităţii productive. Ca efect al caracteristicilor geologo-miniere grele ale zăcămintelor în exploatare, a conţinuturilor scăzute de metale în minereu şi fiabilităţii reduse a utilajelor tehnologice din dotare, costurile totale de producţie a celor mai multe produse miniere au fost, după 1989, mai mari decât preţurile de vânzare ale metalului obţinut, astfel încât Statul Român, pentru a menţine aceste activităţi, a fost obligat să sprijine prin subvenţii de natură financiară, producţia de minereuri cu conţinut de metale preţioase. Subvenţia acordată de Statul Român, unităţilor miniere pentru aurul produs, se calcula astfel încât, preţul obţinut din vânzarea produselor plus această subvenţie trebuia să acopere integral costurile de producţie de la vremea respectivă. În scopul creşterii eficienţei economice a producţiei miniere de metale preţioase coroborată cu reducerea alocărilor de fonduri bugetare, din anul 1997 a început procesul de închidere a unor sectoare miniere sau chiar a unor mine cu rezultate economice nefavorabile. Astfel, treptat au fost închise un număr important de sectoare miniere şi chiar mine din regiunea auriferă Baia Mare şi Poligonul Aurifer al Munţilor Apuseni, convenind ca cele rămase în funcţiune să fie eficientizate rapid, prin aplicarea unor programe de rentabilizare a activităţii şi iniţierea unor investiţii minim necesare. 20

La apariţia momentelor nefavorabile din sectorul minier, a contribuit în mod decisiv şi Banca Naţională a României care, din anul 2000, a refuzat să mai cumpere aurul produs de minele româneşti pe motiv că nu poate deţine o rezervă mai mare de metal preţios, decât maxim 15% din totalul rezervei valutare a ţării. Cum exploatările miniere, la acel moment nu aveau voie să vândă metalul extras decât Băncii Naţionale, deoarece primeau subvenţie de la stat şi până când s-au creat noi pârghii legislative şi de marketing, acestea au intat în dificultate şi au mers cu paşi repezi spre sistarea producţiei. În opinia noastră, decizia de închidere totală a minelor de minereuri din anul 2006 s-a luat la repezeală, fără o analiză temeinică a fiecărui obiectiv în parte fiind făcută de oameni şi foruri care nu au avut prea multe în comun cu mineritul. Ca urmare considerăm că, aici s-a făcut cea mai mare greşeală, deoarece s-a trecut direct la închiderea şi lichidarea minelor şi nu la conservarea acestora pentru a se putea relua activitatea lor în perioade mai bune pentru mineritul aurifer. Şi pentru ca lucrurile să se finalizeze total defavorabil pentru Statul Român, instalaţiile şi toată baza materială de la suprafaţă a unităţilor miniere a fost înstrăinată şi dezafectată, iar lucrările miniere principale (carierele şi reţelele de lucrări miniere subterane) au intrat în procesul ireversibil de închidere şi aşa-zisă refacere a mediului înconjurător. 5. Concluzii Având în vedere conjunctura economică actuală, când premizele dezvoltării sectorului minier aurifer sunt favorabile, considerăm că exploatarea şi valorificarea zăcămintelor de aur deţinute de România trebuie regândită în sensul asigurării de către Statul Român a condiţiilor legislative, tehnice, organizatorice şi economice pentru reluarea cercetării şi exploatării. Cele mai importante aspecte ale momentului sunt următoarele: ƒ Preţul aurului a cunoscut creşteri spectaculoase, în ultimii 12 ani. Astfel, dacă în anul 2000 acesta era de 280 $/uncie, în anul 2011 a atins chiar valoarea de 1900 $/uncie, după care până în momentul de faţă a fluctuat undeva în jurul valorii de 1650 $/uncie; ƒ Consumul mondial de metal galben se ridică în prezent la aproximativ 4.500 tone/an, comparativ cu realizările de numai 2.500÷2.600 tone/an; ƒ Tehnologiile de exploatare şi prelucrare s-au modernizat foarte mult, asigurând exploatarea la suprafaţă în mod rentabil a unor zăcăminte cu conţinuturi de sub 1,0 gram aur pe tona de minereu. De asemenea utilizarea unor tehnici Revista Minelor nr. 4 / 2012


moderne şi eficiente de preparare a minereurilor aurifere ca de exemplu cianurarea minereului în circuit închis a permis scăderea simţitoare a costurilor. Momentan procesul tehnologic de cianurare a minereurilor aurifere, este foarte sigur şi bine pus la punct, astfel încât se utilizează cu succes la majoritatea exploatărilor aurifere din lume. ƒ Cererea este tot mai mare pentru acest metal preţios în diverse sectoare de activitate ale economiei naţionale. Aici se poate arăta că ţările din Uniunea Europeană consumă anual aproximativ 145 tone aur, dar produce doar 15 tone de aur, deci importă cca. 90% din necesar. ƒ Necesitatea unei stabilităţi economice şi bancare pentru fiecare ţară în parte, la care contribuie în mare măsură şi rezervele de aur din Băncile Centrale Naţionale, fiind o ţintă permanentă pentru fiecare naţiune. Pentru condiţiile României, se pot organiza şi cristaliza, două sectoare principale în mineritul aurifer şi anume unul de stat, iar cel de-al doilea privat, prin înfiinţarea şi dezvoltarea unor companii puternice şi stabile economic, care vor trebui să aibă ca preocupare principală, practicarea unui minerit modern. Este de preferat încurajarea proiectelor în sistem de parteneriat de tip ,,joint venture”, respectiv asocierea statului cu sectorul privat, unde cele două entităţi îşi unesc forţele astfel încât riscul asociat marilor investiţii din mineritul aurifer va fi mai uşor de suportat de către stat. Din acest motiv şi pentru că nivelul investiţiilor se ridică la sute de milioane de dolari, practica a dovedit că este mai înţelept ca statul să se asocieze cu un partener privat cu experienţă în acest domeniu, unde managementul activităţii să fie lăsat în sarcina acestuia pentru a obţine succesul scontat. În România, după anul 1998 prin implementarea Legii Minelor a devenit posibilă obţinerea licenţelor de explorare/exploatare şi de către operatori privaţi cu capital străin, fapt care a condus la apariţia unor companii miniere private, asociate cu Statul Român, printre care numărându-se şi S.C. Deva Gold S.A. Certeju de Sus. Investiţiile private pot avea efect pozitiv, în sectorul extracţiei şi valorificării resurselor minerale, astfel încât principalele beneficii vor fi următoarele [1]: ƒ continuarea activităţii miniere în zonele cu tradiţie;

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

ƒ

exploatarea profitabilă a unor zăcăminte închise; ƒ crearea unor noi locuri de muncă; ƒ plata impozitelor, a taxelor şi redevenţelor miniere conform legislaţiei în vigoare; ƒ dezvoltarea socio-economică a zonelor miniere; ƒ practicarea unui minerit responsabil atât pentru protejarea mediului înconjurător şi a sănătăţii populaţiei, cât şi a patrimoniului geologic al ţării. Trebuie menţionat că, exploatarea minieră auriferă la scară mare a fost întotdeauna apanajul societăţilor puternice, deoarece această activitate necesită mari eforturi tehnice, organizatorice şi mai ales financiare. În multe ţări din lume, în care mineritul este bine dezvoltat, exploatarea acestor zăcăminte este făcută în exclusivitate de către companii private, unde statul s-a impus categoric printr-un sistem de taxe şi impozite, bine ancorat în realitate, astfel încât practicarea activităţii de minerit să fie eficientă pentru acesta şi comunităţile miniere şi atractivă pentru investitori. În concluzie, mineritul sigur şi durabil este posibil şi în sectorul aurifer din România, iar acesta poate aduce cu siguranţă, multe beneficii din punct de vedere al veniturilor la bugetul de stat, al locurilor de muncă şi al dezvoltării regionale. Bibliografie 1. Fodor, D. Pagini din istoria mineritului, Editura INFOMIN Deva, 2005 2. Haiduc, I. ,Industria Aurului din România, Imprimeriile Adevărul, Bucureşti, 1940 3. Kheil, O., Fodor, D., Rusu, D. Asupra viitorului industriei miniere aurifere, Revista Minelor, nr.2/2000 4. Lăzărescu, I., Brana, V. Aurul şi Argintul, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1972 5. Popescu, G. and others Geologia economică a aurului, Ed. Aeternitas, Alba Iulia, 2007 6. Vedinaş, I.C. Contribuţii privind exploatarea zăcământului de la Măgura-Făerag din perimetrul minier Certej în condiţii de eficienţă economică, Teză de doctorat –Universitatea din Petroşani, 2009

21


EFORTURI DE PLANIFICARE PENTRU PREVENIREA ŞI ÎNLĂTURAREA „BLESTEMULUI RESURSELOR” ÎN INDIA Jayanta BHATTACHARYA* 1. Introducere

2. Blestemul resurselor – descriere

Cu o implicare limitată din partea statului indian şi o redevenţă relativ scăzută, mineritul scoate la suprafaţă minerale de mare valoare. Astfel, nivelul profitabilităţii este foarte ridicat şi câştigul pe ora de muncă este mult mai mare decât în alte domenii de activitate din zonele miniere. Aceasta încurajează localnicii să se orienteze spre minerit, în detrimental creşterii animalelor, agriculturii şi al meşteşugurilor tradiţionale. Productivitatea scăzută în domeniul agriculturii încurajează oamenii să caute slujbe în minerit. La rândul său, acest fenomen reduce productivitatea în agricultură şi creşterea animalelor. Ca urmare a acestui fenomen angajaţii din minerit au o putere financiară mai mare decât cei care activează în alte domenii. Aceasta încurajează inflaţia locală, inechitate şi sărăcie. Economia locală în India devine dependentă de exploatarea mineralelor, petrolului şi gazelor. Această situaţie este cunoscută sub numele de “Blestemul Resurselor”. Ca urmare, oamenii locului îşi pierd iniţiativa de a desfăşura activităţi economice în afara extragerii şi comercializării mineralelor. Deşi cererea de minerale este ciclică – cererea mare duce la creşterea producţiei, producţia mare înclină balanţa în favoarea ofertei în echilibrul dintre cerere şi ofertă, oferta mare scade cererea şi preţul, preţul mic scade oferta şi degradează afacerea până când cererea creşte din nou – aceasta vulnerabilizează comunitatea în faţa comerţului cu minerale. Mai mult, o asemenea polarizare economică a profiturilor mari atrage tot mai mulţi oameni spre acest domeniu, mulţi fiind lipsiţi de scrupule şi dornici de beneficii fără investiţii prea mari, prin manipulare şi corupţie. Cele menţionate mai sus ţin de efectul microeconomic. În cele ce urmează, vom discuta problema din punctul de vedere al efectului macroeconomic. O altă ipoteză a blestemului resurselor locale în India este că exporturilor de minerale la nivel naţional şi internaţional sunt benefice mai degrabă pentru economia externă decât pentru cea a znelor miniere. Acest lucru este văzut ca o migraţie a capitalului din zona minieră, permanent dezavantajată în ceea ce priveşte investiţiile noi.

Explicaţiile posibile pentru blestemul resurselor naturale se impart în două categorii: factori economici şi factori instituţionali (politici economice). Fenomenul economic din spatele efectului de creştere negativă al dependenţei de resursele naturale se numeşte Boala olandeză. Numită după efectele negative ale veniturilor Olandei provenite din gazele naturale din Marea Nordului asupra sectorului de producţie olandez “boala” se referă la scăderea altor sectoare economice ca urmare a exploziei din sectorul resurselor naturale. Odată cu fluxul de venituri din resursele naturale rata reală de schimb se apreciază, ceea ce creşte cererea de servicii, stimulând salariile şi scăzând competitivitatea sectoarelor profitabile faţă de importuri. Acest efect de cheltuieli poate fi însoţit şi de un efect de alocare a resurselor, deoarece resursele naturale absorb factorii de producţie şi le sporesc valoarea. Se pune întrebarea de ce alocarea sectorială a factorilor de producţie duce la o creştere mică pe termen lung. Ipoteza susţinută în literatura de specialitate dedicată bolii olandeze este că producţia are un grad mare de externalizare şi, prin urmare, este o sursă de creştere rapidă a productivităţii. Caracteristica resurselor minerale şi a combustibililor este că acestea au o concentrare geografică şi sunt aproape întotdeauna deţinute de guvern. Prin urmare, ele generează venituri mari, adesea private ca “o mană cerească care tinde să corupă instituţiile şi să le reducă perspectivele de dezvoltare pe termen lung.” Există trei mecanisme principale care explică blestemul resurselor: (i) boala olandeză, (ii) patronajul sau modelele (PE) de politică economică centralizată, şi (iii) goanna după drepturile de exploatare din cadrul modelelor PE descentralizate. Cele trei tipuri de modele diferă ca nivel de analiză şi descriere a problemei care stă la baza blestemului resurselor, după cum se arată în fig. 1. Resursele naturale joacă un rol important în asigurarea prosperităţii ţărilor pe care le considerăm astăzi dezvoltate. Totuşi, în ultimii 50 de ani, au existat exemple relativ puţine de ţări bogate în resurse naturale care au devenit ţări bogate. Dimpotrivă, s – a constatat că ţările bogate în resurse cum ar fi petrolul sau diamantele au avut o creştere economică mai mică, fenomenul fiind cunoscut sub numele de blestemul resurselor

_____________________________ * Departamentul de Inginerie Minieră, Institutul Indian de Tehnologie, Kharagpur-721302, India 22

Revista Minelor nr. 4 / 2012


(menţionat pentru prima dată de Sachs şi Warner (1995)).

Fig.1 Mecanismele blestemului resurselor Rezultatele empirice sugerează că acest fenomen este legat de insituţiile ţărilor respective, deoarece ţările cu un nivel democratic şi insituţional inferior suferă un impact negative al resurselor, în timp ce ţările cu un nivel instituţional ridicat, nu. (Damania şi Bulte, 2003; Mehlum et al., 2006). Acest rezultat este valabil şi în cazul

Distrugerea resurselor naturale

dezvoltării regionale. Modelele de economie politică care se concentrează asupra modului în care dreptul de exploatare a resurselor determină un coportament disfuncţional în modul de obţinere a acestora în contextul unei structuri instituţionale slabe din zonele miniere sunt esenţiale pentru înţelegerea apariţiei blestemului resurselor. Drepturile de exploatare aduc, în acest context, profituri mai mari decât costurile (inclusive profiturile normale din investiţiile de capital) care sunt tipice pentru multe industrii extractive. Comportamentul în acest caz este caracterizat de intenţia unică de a obţine o chirie în schimbul dreptului de a folosi proprietatea naţională. Astfel, suma obţinută nu este reinvestită pentru îmbunătăţirea administraţiei şi a dotărilor din zonele miniere, ci pentru alte sectoare din afara acestor zone. Rolul instituţiilor cum ar fi buna administrare, bunele practici în comerţ, legislaţia şi educaţia modernă sunt de iportanţă majoră pentru descurajarea unor astfel de comportamente. Comentariul de mai sus se încadrează într – o perspectivă economică. Distrugerea capitalului natural, cum ar fi flora şi fauna, solul şi apele lasă în urmă o economie imposibil de reabilitat, aproape eliminând capacitatea de regenerare a zonei miniere, mai ales după ce resursele sunt epuizate (fig. 2).

Poluarea Distrugerea naturii

Valoarea pierderilor

Producţia de minerale

Fig. 2 Creşterea poluării şi distrugerea mediului în timpul exploatării

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

23


Cheltuieli de  infrastructură  Cheltuieli de  construcții şi  infrastructură 

Resurse financiare

Relocarea  capitalului 

Minerale

Fig. 3 Creşterea producţiei de minerale sporeşte realocarea capitalului şi scade cheltuielile de infrastructură Prin urmare, mineritul dă o dublă lovitură economiei: în primul rând, stimulează disproporţionat economia în favoarea minerilor şi a comercianţilor şi în defavoarea celorlalte activităţi economice şi, în al doilea rând, distrugând solul dincolo de limita posibilităţii de regenerare, cu implicaţii negative asupre situaţiei economice. În general, investitorii în minerit nu sunt interesaţi să – şi investească profitul şi rezervele financiare în activităţi care nu au legătură cu mineritul din zonele din vecinătatea minelor. Aceştia investesc de obicei în producţie, procese de fabricaţie şi în domeniul imobiliar în oraşele mari. Pentru ca zonele miniere să fie sustenabile pe termen lung, capitalul trebuie investit în zonele miniere pentru dezvoltarea vieţii economice şi practicile de provizorat, întâlnite adesea în zonele miniere, sunt eliminate. Migrarea capitalului este o problemă majoră în zonele miniere. (Fig .3) 3. Simptomele “blestemului resurselor” în India Simptomele blestemului resurselor locale sunt următoarele: Instituţionale 1. Lipsa instituţiilor culturale şi sociale 2. Lipsa unei culturi a responsabilităţii 3. Lipsa unor politici adecvate 4. O prezenţă slabă a guvernului şi lipsa intervenţiilor necesare 24

Infrastructurale 1. O reţea slabă de drumuri, căi ferate, şi transport aerian 2. Infrastructură slabă – drumuri deteriorate, reţele slabe de telecomunicaţii şi informaţii 3. Ivăţământ public şi privat subdezvoltat. Administrative 1. Un control slab din partea statului: lipsa politicilor imparţiale, exploatarea ilegală a pădurilor. 2. O administraţie ineficientă controlată de mafia mineritului 3. Influenţa baronilor locali în luarea deciziilor administrative. Finanţe şi investiţii 1. Un surplus mare de producţie minieră (venituri minus costuri) faţă de rata de investiţii locale. 2. Investiţii reduse în dezvoltarea infrastructurii şi în lucrări de mentenanţă 3. Încasările mici din taxele provenite din licenţele de exploatare ale minelor. 4. Investiţii mici în sănătatea publică 5. Lipsa investiţiilor majore în activităţi comerciale neminiere. Sănătate şi mediu 1. Calitate scăzută a aerului şi apei 2. Nivel ridicat de praf din cauza transportului de minereu şi materiale

Revista Minelor nr. 4 / 2012


3. Calitate slabă a stării de sănătate în rândul populaţiei 4. Prevalenţa bolilor de piele, respiratorii şi alte boli endemice în comunităţile locale. Viaţa socială 1. Regim de viaţă izolat 2. Mentalitate comunitară nerealistă 3. Rata mare de criminalitate şi siguranţă scăzută 4. Lipsa culturii dominante şi a mândriei locale. 4. Efectele locale ale blestemului resurselor 4.1 Mineritul şi agricultura Investigaţiile au arătat cea mai profitabilă afacere este vânzarea alimentelor către mineri, chiar dacă nu există o relaţie directă între producători şi beneficiari. În multe cazuri, ‘baronii’ mineritului cumpără en gros alimente pentru echipele lor. Sondajele printre fermieri au confirmat că preţul mediu al produselor alimentare este mult mai mare în zonele miniere decât în pieţele locale. Totuşi, calitatea slabă a drumurilor rămâne un impediment major în calea fermierilor care doresc să – şi vândă produsele în pieţe din afara comunităţilor în care trăiesc. Alţi factori includ economia locală slăbită, inflaţia, devalorizarea locurilor de muncă şi rata mare a şomajului. Cealaltă legătură majoră între minerit şi agricultură este relaţia sezonieră între creşterea animalelor şi minerit şi mobilitatea populaţiei asociată cu acest fenomen. Munca în agricultură se poate reduce drastic din cauză că tinerii sunt mai atraşi de ocupaţia de miner cu normă întreagă. S – a observat şi creşterea numărului de mineri cu jumătate de normă. În perioada în care nu se desfăşoară activităţi agricole, numărul tinerilor care devin mineri sezonieri creşte. Există un număr de explicaţii pentru acest fenomen. În primul rând, este o nevoie disperată de investiţii în agricultură , repararea locuinţelor, şi alte necesităţi care nu pot fi îndeplinite. O slujbă pe tot parcusrul anului este o perspectivă care îi încurajează pe tineri să aleagă mineritul, sporind astfel cererea de locuri de muncă. Se ştie că economia rurală subdezvoltată şi rata mare a şomajului îngreunează obţinerea veniturilor din agricultură. Producţia agricolă a scăzut din numerase moive, şi astfel a apăru nevoia obţinerii veniturilor din alte surse pentru a supravieţui. Numeroşi respondenţi au declarat că mineritul este singura speranţă pentru reabilitarea lor financiară. De asemenea, anumite schimbări culturale au avut loc în comunităţile rurale, sporind mobilitatea populaţiei. De exemplu, tinerii sunt mai obişnuiţi să se mute, şi astfel a apărut o ‘cultură a mobiliăţii’. În acelaşi timp, a apărut o ruptură între tineri şi comunitatea mai vârstnică, lucru care a diminuat sentimentul de loialitate. ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

4.2 Mineritul la scară redusă Peste tot în lume, mineritul la scară redusă a devenit o catastrofă pentru comunitaea locală. Înfluenţele politice şi activităţile din zona gri a economiei i-au determinat pe mineri să exploateze zăcămintele mici atât legal cât şi ilegal. Aceştia promovează o cultură a inegalităţii şi a muncii ocazionale la adăpostul întunericului. Ei lucrează sub presiunea corupţiei şi a oportunismului, îngreunând desfăşurarea normală a activităţii. 5. Rolul instituţiilor Variabilele sociale pot media relaţia dintre resursele naturale şi bunăstare. Natura specifică a comunităţilor, instituţiilor şi a relaţiilor stat – societate este cea care un impact hotărâtor asupra creşterii economice în general, şi asupra gestionării şocurilor în particular. Instituţiile sunt considerate “prescripţii pe care oamenii le folosesc pentru a organiza diferite forme de interacţiuni repetitive şi structurate”. Cu alte cuvinte, instituţiile sunt o formă de obţinere a echilibrului la care se ajunge prin interacţiunile repetate între agenţi. În zonele miniere, structurile instituţionale sunt fragile. Administraţia slabă, corupţia, mafia mineritului şi a lemn ului şi condiţiile de viaţă precare sunt caracteristici determinante ale zonelor miniere. Ca rezultat al acestora, a apărut cultura câştigurilor rapide şi a devierii banilor din centrele miniere. Instituţiile slabe aduc beneficii elitelor, care au posibilitatea de a submina orice eforturi de schimbare instituţională. Pentru a aborda adecvat problema schimbării instituţionale, este impotantă înţelegerea analitică a ceea ce înseamnă instituţiile. Una din implicaţiile blestemului resurselor din punctul de vedere al modelelor economiei centralizate şi descentralizate este că ţările care au o formă specifică de instituţii resimt mai puţin efectele negative ale exploatării resurselor. Acest tip de instituţii se numesc instituţii care sporesc imparţialitatea, definite după cum urmează: Instituţiile care sporesc imparţialitatea sunt instituţiile care reduc posibilitatea sau atragerea favoritismului, în favoarea interesului public. Acest concept subsumează tipurile de instituţii împortante în modele economice centralizate şi descentralizate. El surprinde esenţa problemelor de natură politică şi privată din ţările care nu beneficiază de resursele lor naturale. Un tip de astfel de instituţii sunt instituţiile care asigură răspunderea democratică, care limitează puterea de patronaj a guvernului, reducând impactul negativ al resurselor asupra dezvoltării economice. Aceasta reprezintă implicaţia cheie a modelelor economice centralizate; este nevoie de instituţii care să sporească imparţialitatea. Un alt tip de instituţii 25


sunt cele care limitează profitabilitatea exploatărilor din sectorul privat. Acestea sunt esenţiale pentru a evita echilibrul precar al modelelor economice descentralizate, reducând atractivitatea activităţilor de exploatare privată. Conceptul de instituţie care sporeşte imparţialitatea se bazează pe ideea că instituţiile promovează drepturile şi obligaţiile oamenilor. Cu alte cuvinte, instituţiile stabilesc reguli cu privire la ceea ce i se cuvine fiecăruia şi cine trebuie să asigure respectivele drepturi. Conceptul de instituţii care spores imparţialitatea stipulează că aceste reguli trebuie structurate astfel încât să creacă gradul de imparţialitate. Astfel, statul are obligaţia de a ţine seama de interesele tuturor cetăţenilor. Astfel, dacă ţinem seama că instituţiile reglementează astfel de puteri, ele trebuie să se bazeze pe reguli şi structuri care asigură exercitarea imparţială a acestora. Dacă privim instituţiile ca pe nişte surse de echilibru, înseamnă că schimbarea lor presupune înţelegerea dinamicii care produce şi menţine axest echilibru. Este important să observăm că impunerea unor schimbări mici în cadrul instituţiilor ca atare nu duce întotdeauna la un progres instituţional, întrucât dinamica internă le poate trage înapoi spre starea de echilibru precar. Aşadar, problema multor tări bogate în resurse este echilibrul instituţional precar, caracterizat de particularism, dar acestea ar beneficia de pe urma tranziţiei la un echilibru stabil, caracterizat de instituţiile care sporesc imparţialitatea. Trebuie subliniat, de asemenea, că pentru a realiza schimbarea instituţională trebuie sancţionaţi atât cei care beneficiază de pe urma instituţiilor corupte, cât şi cei care nu au reuşit să aplice sancţiunile. Structurile coloniale şi feudale au pus bazele unor instituţii rudimentare care au condiţionat evoluţia modelelor sociale în zonele miniere. Se pune încă întrebarea de ce şi cum unele state au reuşit să – şi schimbe instituţiile precare, în timp ce altele nu. Persistenţa instituţiilor corupte poate fi uşor explicată prin faptul că acestea au creat interese acolo unde cei care beneficiază de situaţia respectivă au puterea de a împiedica dezvoltarea instituţiilor eficiente. În acest caz lipseşte elementul dinamic care asigură evoluţia circumstanţelor care declanşează schimbarea instituţională pozitivă. În general, marile state urbanizate nu ţin seama de nevioa de legislaţie şi ordine în zonele miniere. În acelaşi timp, statele mai puţin dezvoltate nu au resursele necesare pentru a se ocupa de administraţia economică, politică şi administrativă a regiunilor miniere. Energia şi capacitatea lor este limitată la zonele urbane.

26

6. Cum putem înlătura “blestemul resurselor” Această problemă are dimensiuni multiple. În primul rând, trebuie să se aibă în vedere două diecţii: reducerea dezechilibrului de preţ între produsele minerale şi cele agricole locale prin aplicarea unor taxe adecvate primei categorii şi spijinirea eforturilor de producţie locală pentru a reveni la câştigarea existenţei din agricultură, controlând şi vânzarea plus produsului agricol şi modul în care veniturile astfel obţinute sunt folosite pentru reconstrucţia comunităţii. Doar legislaţia cu privire la exploatarea mineralelor nu este suficientă pentru o schimbare instituţională pozitivă. În primul rând, este nevoie de investiţii în educaţie, sănătate şi igienă, eradicarea bolilor şi sporirea productivităţii şi a profitului. Acest lucru se bazează pe supoziţia că personalul califict poate începe un proces tehnic raţional care să îmbunătăţească situaţia precară existentă urmând o politică de bune practice. Totuşi, constrângerile individuale sunt prea complicate pentru a fi rezolvate prin simpla schimbare a politicilor. Capacitarea individului nu este suficientă pentru schimbarea instituţională. O a doua sugestie propune ca societatea civilă să decidă dacă o firmă de stat prezintă credibilitate pentru a gestiona veniturile din exploatarea resurselor. O astfel de sugestie tindă să eludeze autoritatea statului şi este prea optimistă în cea ce priveşte procesele prin care se certifică şi se monitorizează credibilitatea unei firme. Există o garanţie minimă că certificările externe vor avea rezultatele scontate. În plus, este foarte probabil ca ele să devină sursă de contradictţii şi conflict. O a treia sugestie pune accentual pe libertatea managerială a tehnocraţilor pentru asigurarea reformei economice. În Chile un exemplu concludent îl constituie situaţia ‘băieţilor din Chicago’, dar substratul politic al unor astfel de poveşti de succes nu constituie un model repetabil pentru constituirea a ceea ce numim ‘stat cu perspective de dezvoltare. Concluzia este că, în anumite condiţii politice şi sociale, guvernele au interese legate de perspectiva unei dezvoltări pe termen lung. Din păcate, nu este clar care sunt aceste condiţii. Ele pot apărea sub diferite forme, de la o societate coezivă cu un majoritate electorală majoritar la un regim militar care exclude opoziţia majorităţii eterogene. Lipsa coeziunii sociale perpetuează instituţiile precare. Ţările se blochează în politici şi instituţii ineficiente, cu dezechilibre severe între interesele economice ale clasei dominante şi interesul societăţii. Acolo unde există asemenea dezechilibre, grupurile dominante nu reuşesc să aibă un comportament de prădători. Ei nu reuşesc să facă Revista Minelor nr. 4 / 2012


afaceri cu restul societăţii şi să aleagă politic şi instituţii care să sporească producţia şi să asigure bunăstarea atât pentru societate cât şi pentru ei înşişi. Acemoglu conchide că actorii politici dominanţi trebuie să – şi manifeste interesul pentru a construe o societate mai inclusivă. Instituţiile precare persistă din cauza conflictelor de interese între ‘majorităţile’ sociale, adică grupuri de votanţi cu interese commune. S-a constatat că inerţia instituţională poate apărea când într-o ţară există o asemenea inegalitate încât nici o cale de reformă nu beneficiază de sprijin. Destinul societăţilor nu ar trebui să fie determinat de astfel de situaţii. Totuşi, pentru a învinge astfel de moşteniri, nu este suficient să adoptăm instituţii politice şi economice copiate din altă parte. Ceea ce trebuie remediat nu sunt instituţiile, ci ‘electoratele’. Concluzia este că “Schimbarea instituţiilor fără schimbarea constituencies din spatele lor este o acţiune iutilă, deaorece majorităţile care sunt împotriva schimbării vor găsi întotdeauna o cale de a ocoli constrângerile impuse de instituţii” (p. 40). Este evident că schimbarea majorităţii este extrem de dificilă, nu numai pentru că aceasta poate îndemna liderii politici la acţiuni inacceptabile din punct de vedere normativ. Acest lucru poate explica de ce autocraţiile reformiste au avut o rată mare de succes. 7. Extracţia şi procesarea Extracţia mineralelor şi procesarea lor pentru a obţine metale şi aliaje pot declanţa dezechilibre. Exracţia este cea mai ieftină dintre cele două, dar metalele şi aliajele sunt mai vandabile. De asemenea, există nevoia de a plasa uzinele de procesare în apropierea pieţelor de desfacere. Deoarece procesarea necesită calificări diferite, acestea se plasează în apropierea oraşelor mari, nde există reţele de transport şi aprovizionare. Deoarece costurile de extracţie şi transport, adică costul total al mineralelor, este mult mai mic (între 10-35% ) decât preţul, costul distribuit al forţei de muncă este mult mai mic în comparaţie cu cel de la nivelul preparaţiei. La nivelul minei, atât procentajul per capita al costului forţei de muncă, inclusiv salariile şi beneficiile, cât şi costul total sunt mult mai mici în comparaţie cu cele de la nvelul preparaţiei. Deci, capitalul care intră într – o comunitate minieră este mult mai mic atât per capita cât şi în ceea ce priveşte cuantumul în comparaţie cu cel care intră în uzina de procesare, chiar dacă surplusul (nu vorbim despre profit în acest stadiu) per preţ este mult mai mare în minerit

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

decât în pocesaret. Mai mult, un surplus mai mare la operator şi investitor oferă posibilitatea de a transfera capitalul din sfera consumului şi a investiţiilor înspre zonele miniere. Pentru ca blestemul resurselor să fie înlăturat, majoritatea surplusului de capital de la nivelul minei trebuie investit în zonele miniere pentru protejarea capitalului natural şi sporirea capacităţii de construcţie. De exemplu, costul mediu de producţie rezultat din drepturile de exploatare (cesionări şi alte taxe) pentru extracţia fierului în India este între Rs 500,00 ( $10,00) şi Rs.70,00 ( $1,00) pe tonă. Preţul de piaţă al minereului de fier este Rs.2500,.00 ( $50,00) pe tonă. Luând în considerare surplusul de mai mult de 250% (2500-700/700 >250%), este posibil să se investească în capitalul natural şi construcţii aproximativ 100% din surplus pentru a înlătura efectele blstemului resurselor. Această investiţie este corectă atât din punt de vedere politic, cât şi etic. La un cost de producţie de Rs.10. 000,00 pe tonă, preţul de piaţă al unui produs din oţel superior este Rs.25. 000,00 pe tonă, surplusul creat fiind de 150%. Astfel, distribuţia costului la nivelul uzni de procesare este mult mai mare decât la nivelul minei. Aceasta înseamnă că distrubuţia costului per capita şi a costului total la nivelul uzinei este si el mult mai mare, din cauza calităţii şi a cantităţii mai ridicate de muncă la nivelul uzinei. Dar, în acelaşi timp, la nivelul minei calitatea şi cantitatea muncii sunt mult mai scăzute, chiar dacă surplusul este mai mare. Astfel, pentru ca zonele miniere să evite blestemul resurselor, este imprtant să se mărească costurile de producţie, care vor fi suportate în final de client. Această situaţie este valabilă pentru toate zonele care exploatează minerale (figura 4). 8. Rolul firmelor în înlăturarea blestemului resurselor Trebuie subliniat că o mare parte a surplusului de la nivelul minei trebuie reinvestit în economia locală, preferabil în afaceri sustenabile care au obiective pe termen mai lung, vizând viaţa din afara minei. Astfel, companiile miniere trebuie să se implice în promovarea afacerilor rurale cum ar fi agricultura, creşterea animalelor, meşteşugurile şi turismul, împreună cu dezvoltarea resurselor umane şi antreprenoriat. În acelaşi timp, ele trebuie să contribuie la sporirea capitalului natural.

27


Surplus la  uzină  Cost / preț   la uzină (%) 

Preț minereu

  Surplus la mină

Cost / preț  la mină (%) 

Fig. 4 În industria extractivă, surplusul la nivelul minei este adesea mai mare decât cel de la nivelul preparaţiei 8.1 Capitalul natural Capitalul natural se referă la activităţi forestiere, exploatarea apei freatice şi de suprafaţă şi protejarea florei şi a faunei. Acestea se pot face în două moduri: prin sporirea capitalului existent sau prin reducerea exploatării lui. Companiile miniere trebuie să facă eforturi pentru a spori capitalul natural prin: i. Îmbunătăţirea regimului apelor de suprafaţă şi freatice prin recoltarea apei pluviale, prin protejarea şi întinerirea râurilor şi construirea de sisteme de canalizare. ii. Reabilitarea zonelor exploatate prin rambleiere, nivelare şi replantare. iii. Programe masive de compensare a despăduririlor. iv. Eforturi consistente pentru reducerea efectelor transportului, a zgomotului şi a prafului. v. Reducere poluării apei şi aerului prin investiţii planificate. vi. Eforturi pentru economisirea de materiale şi energie în vederea reducerii impactului asupra mediului 8.2 Dialogul mină – comunitate În societăţile bogate în resurse umane compuse din diferite grupuri entice, fiecare grup poate să – şi canalizeze eforturile în alte direcţii decât cele productive, căutând să obţină drepturile de exploatare. Grupul care deţine aceste drepturi se va îmbogăţi, iar celelalte vor sărăci. Astfel, 28

exploatarea resurselor va spori inegalitatea de venituri şi va diviza societatea. Dimpotrivă, în societăţile omogene în care drepturile de exploatare se impart aproximativ egal, acestea reduc inegalitatea şi sunt chiar folosite pentru pentru sprijinirea săracilor. În aceeaşi ordine de idei, redistribuirea tinde să fie mai omogenă în societăţile omogene din punct de vedere etnic. Comnicarea şi înţelegerea pot omogeniza comunitatea. În toată lumea, există o separare între mineri şi restul comunităţii, care este afectată de blestemul resurselor. Minerii au mentalitatea că ei sunt binefăcătorii zonei şi au o atitidine defensivă. Acest lucru trebuie schimbat. Este timpul ca minerii să înţeleagă că comunitatea îi ajută să beneficieze de resurse. Pentru a rezolva conflictul dintre cele două părţi, este importanr dialogul între mineri şi comunitate. Mai important, minerii trebuie să înţeleagă de ce protestează oameni, sau de ce se tem. În general, oamenii se tem din cauza nedreptăţilor istorice şi de faptul că au fost înşelaţi şi exploataţi. De obicei conducerea companiilor miniere vorbeşte adesea de constrângeri financiare. Capitolul anterior despre extracţie şi procesare arată clar, însă, că surplusul de la nivelul minei poate fi folosit în mod profitabil pentru construcţii şi promovarea afacerilor rurale.

Revista Minelor nr. 4 / 2012


8.3 Iniţiative de construcţie la nivelul comunitar Majoritatea băştinaşilor din zonele miniere sunt ruralizaţi şi săraci. Ei trăiesc de obicei în comunităţi de fermieri, tăietori de lemne şi agricultori. Nu sunt la curent cu progresul tehnologic, au resurse limitate, sunt temători şi neînţeleşi. Ei sunt adesea ţinta unor oportunişti care profită de statutul lor precar. Întrucât acest lucru trebuie oprit neapărat, este important să se ia următoarele măsuri: i. Eradicarea analfabetismului. ii. Accesul la educaţie, sistemul sanitar şi condiţii de viaţă igienice, mai ales pentru femei şi copii. iii. Crearea unor grupuri de întrajutorare pentru sprijinirea populaţiei. iv. Modernizarea infrastructurii pentru a încuraja dezvoltarea comerţului. v. Crearea de capital prin sporirea eficienţei microfinanţării. vi. Crearea de oportunităţi pentru profituri mai mari din agricultura locală. Asigurarea recoltelor şi încurajarea producţiei prin garantarea pieţelor de desfacere şi sisteme de irigaţii. vii. Educarea comunităţii pentru flosirea noii tehnologii şi adaptarea la nevoile unei pieţe în continuă schimbare. viii. Implicarea statului şi a altor agenţii în educarea populaţiei. ix. Conştientizarea pericolelor legate de abuzul de alcool şi alt substanţe şi prevenirea consumului în rândul populaţiei. x. Informarea populaţiei în legătură cu posibilităţile de folosire a programelor guvernamentale pentru oportunităţi de afaceri. xi. Accesul la internet pentru informare şi deschidere spre oportunităţi de afaceri. 8.4 Perspective organizatorice Schimbările organizatorice la nivelul minei sunt necesare pentru dezvoltarea sustenabilă: i. Folosirea facilităţilor neutilizate sau insuficient utilizate împreună cu noi facilităţi în folosul comunităţii. ii. Încurajarea comunicării, a transparenţei şi eficienţei în afaceri. iii. Urmărirea generării de capital excedentar. iv. Asigurarea unui viitoe sustenabil pentru toate iniţiativele, retrăgând treptat sprijinul întreprinderii şi modificând modelul de proprietate, dacă este posibil. v. Transformarea fiecărei iniţiative ntr – o sursă de profit. vi. Crearea unei structuri la nivelul minei care să asigure păstrarea iniţiativelor atunci când se schimbă conducerea. vii. Crearea unei organizaţii care să interacţioneze cu comunitatea pentru beneficii economice ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

sustenabile, care nu depend de indivizi, ci de companie. viii. Sprijinire de către guvern a creării de agenţii de de vânzare şi cumpărare pentru a aduce şi a retrage capital, respectiv a valorifica afacerile. 9. Concluzii Lucrarea prezintă unele aspecte ale blestemului resurselor în India. Aşa cum ne demonstrează istoria şi literatura de specialitate, blestemul resurselor este un fenomen dominant în orice activitate de exploatare a resurselor, fiind mai pronunţat în ţările subdezvoltate din cauza lipsei instituţiilor locale. Cei mai mulţi autori au învinuit mai degrabă lipsa de implicare a guvernului decât companiile pentru acest fenomen. Această lucrare atribuie o responsabilitate aproape egală companiilor, deoarece surplusul din operaţiunile miniere poate fi investit în manieră sustenabilă. Bibliografie 1. Alexeev, M., Conrad, R. The natural resource curse and economic transition Economic Systems, Volume 35, Issue 4, December 2011, Pages 445-461 2. Atkinson, G., Hamilton, K. Savings, Growth and the Resource Curse Hypothesis World Development, Volume 31, Issue 11, November 2003, Pages 1793-1807 3. Auty, R.M. Natural resources, capital accumulation and the resource curse Ecological Economics, Volume 61, Issue 4, 15 March 2007, Pages 627-634 4. Bjorvatn, K., Selvik, K. Destructive Competition: Factionalism and Rent-Seeking in Iran World Development, Volume 36, Issue 11, November 2008, Pages 2314-2324 5. Hjort, J. Citizen funds and Dutch Disease in developing countries Resources Policy, Volume 31, Issue 3, September 2006, Pages 183-191 6. Kolstad, I., Wiig, A. It's the rents, stupid! The political economy of the resource curse Energy Policy, Volume 37, Issue 12, December 2009, Pages 5317-5325 7. Larsen, E.R. Are rich countries immune to the resource curse? Evidence from Norway's management of its oil riches Resources Policy, Volume 30, Issue 2, June 2005, Pages 75-86 29


8. Maconachie, R., Binns, T. Beyond the resource curse? Diamond mining, development and post-conflict reconstruction in Sierra Leone Resources Policy, Volume 32, Issue 3, September 2007, Pages 104-115 9. Mikesell, R.F. Explaining the resource curse, with special reference to mineral-exporting countries Resources Policy, Volume 23, Issue 4, December 1997, Pages 191-199 10. Robinson, J.A., Torvik, R., Verdier, T. Political foundations of the resource curse Journal of Development Economics, Volume 79, Issue 2, April 2006, Pages 447-468 11. Sachs, J.D., Warner, A.M. The curse of natural resources European Economic Review, Volume 45, Issues 4–6, May 2001, Pages 827-838 12. Sandbu, M.E. Natural wealth accounts: A proposal for alleviating the natural resource curse World Development, Volume 34, Issue 7, July 2006, Pages 1153-1170

30

13. Segal, P. Resource Rents, Redistribution, and Halving Global Poverty: The Resource Dividend World Development, Volume 39, Issue 4, April 2011, Pages 475-489 14. Stevens, P., Dietsche, E. Resource curse: An analysis of causes, experiences and possible ways forward Energy Policy, Volume 36, Issue 1, January 2008, Pages 56-65 15. van der Ploeg, F., Poelhekke, S. The pungent smell of “red herrings”: Subsoil assets, rents, volatility and the resource curse Journal of Environmental Economics and Management, Volume 60, Issue 1, July 2010, Pages 44-55 16. Williams, A. Shining a Light on the Resource Curse: An Empirical Analysis of the Relationship between Natural Resources, Transparency, and Economic Growth World Development, Volume 39, Issue 4, April 2011, Pages 490-505 17. *** Booming Mongolia: Mine, all mine Jan 19th 2012, 4:07 from print edition The Economist

Revista Minelor nr. 4 / 2012


FACTORS AFFECTING OF PERFORMANCE OF MICROBIAL FUEL CELL FOR TREATMENT OF SULPHATE POLLUTANTS Anatoliy T. ANGELOV*, Alexandre R. LOUKANOV*, Svetlana G. BRATKOVA*, Evgeni S. KRAICHEV* ABSTRACT: Microbial Fuel Cell (MFC) is considered as one of the alternative energy resources from renewable materials. By employing the natural sulfate-reducing bacterium consortium we demonstrate the possibility of electricity generation in a microbial fuel cell with concomitant sulfate removal. MFC constructed employing with cation-exchange membrane type CMI-7000S, graphite electrodes without addition of any toxic mediators electron acceptor (K3[Fe(CN)6]) in the cathode chamber without pH adjustment was assessed in the present study. In different resistant times were established the main technological parameters in microbial fuel cell. A maximum power density of 0,68 mW/cm2 (normalized to geometric electrode area) was obtained with a two-chamber, continuous flow MFC operated in batch mode at 21 °C. Keywords: Sulfide, Wastewater, Microbial Fuel cell, Electricity, Sulfate removal. 1. Introduction

and electricity generation; these systems are termed microbial fuel cells (MFCs) and represent a clean and renewable energy resource. Sulphate-reducing bacteria oxidize simple organic compounds (such as lactate, acetate, butirate and other products of fermentations) with sulphate under anaerobic conditions, and thereby generate hydrogen sulphide and bicarbonate ions (Widdel et al., 1991, Guerrero-Rangel et al., 2010): 2CH2O + SO42- → H2S + 2HCO3(1) where - CH2O represents the organic substrate. The microbial produced hydrogen sulfide in Eq. 1 plays role of redox mediator and additional amount of other mediator is not necessary. H2S is electroactive, which means it gives off its electrons to the oxidant with the most positive redox potential, i.e. anode electrode. Then, the released protons in the anodic chamber migrate through a proton selective membrane into the cathode chamber. In one cathode configuration, the protons are taken up by ferricyanide; in another they are consumed by oxygen. Both ferricyanide and oxygen in the presence of electrons donated from the cathode surface react with protons and are reduced to ferrocyanide and water (Ieropoulos et al., 2005), as it shown in equation 2: 4 [ Fe(CN)6 ] +4e− → 4 [ Fe(CN)6 ] , 3-

Sulfate-rich wastewaters are generated by many processes: that use sulphuric acid or sulphate rich feed stocks (e.g. fermentation or sea food processing industry). Also the use of reduced sulphur compounds in industrial processes, i.e. sulphide (tanneries, Kraft pulping), sulphite (sulphite pulping), thiosulphate (fixing of photographs) or dithionite (pulp bleaching) contaminates wastewater with sulphate. Sulphate rich wastewater also is a common problem for the mining and smelting industries throughout the world. This drainage waters typically contains dissolved metals of high concentration and more than 3 g/l sulphate (Kosinska & Miskiewics, 2009). Utilizing microbial metabolism to produce an electrical current from the degradation of organic/inorganic matter provides an elegant solution for simultaneous wastewater treatment _____________________________ * Universitatea de Mine şi Geologie “St. Ivan Rilski”, Sofia, Bulgaria

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

4-

4 [ Fe(CN)6 ] + 4H − → 4 [ Fe(CN)6 ] + H 2 O 4-

3-

(2)

In this reaction scheme the oxygen in cathode chamber is defined as a terminal electrons acceptor. The reduction of molecular oxygen is the best choice for MFC, because the reduction product is clean, none polluting water (Rabaey & Verstraete, 2005). However, elemental sulfur is formed in the anode chamber as by-product. Various parameters such as temperature, pH and sulphide in the solution will affect the growth and activity of sulphate-reducing bacteria. The other important parameter is the total organic carbon (TOC) /SO42- ratio (Vossoughi et al. 2003). Velasco et al. 2008 reported that the feed COD/SO42- ratio can be an useful parameter to control hydrogen sulfide production in the metal precipitation process when ethanol is used as sole electron donor and carbon source. Kaksonen et al. 2004 showed that the stoichiometric COD/SO42ratio of 0.67 was adequate to attain around 60% of sulfate reduction with an initial sulfate

31


concentration of 2000 mg/L in a fluidized-bed reactor inoculated with SRB capable to completely oxidize ethanol to CO2. The main aim of this study is to design and construct MFC that generate renewable energy from electroactive biofilm by use of sulfates and organic substrates. The biofilm is mobilized on zeolite particles, which are located in the anode chamber. It contains SRB species of Desulfotomaculum, Desulfovibrium, Desulfomicrobium and Desulfobacterium. The production of H2S is based on dissimilative microbial sulfat-reduction using SO4 -rich wastewaters model solutions. The impact of two key parameters – temperature and COD/SO4 is investigated in order to achieve optimum rate of energy generation. 2. Material and methods 2.1. Design of laboratory scale microbial fuel cell The microbial fuel cell is constructed with two different in volume chambers - cathode (0.06 dm3) and anode (0.65 dm3), which are separated with 0.0007 m2 proton exchange membrane (CMI 7000S, Membrane International Inc.). Carbon rods with diameter of 8 mm and length of 9 cm are used as electrodes. Two electrodes are assembled in the anode chamber and one in the cathode chamber as

it is shown on Fig. 1. The surface area of each electrode is 0.0024 m2. Almost half of the volume in the anode chamber is filled up with 0.4 kg modified zeolite with elemental composition as follow: 67.96 % SiO2 11.23 % A2O3, 0.83 % Fe2O3, 2.85 % K2O, 0.74 % Na2O, 3.01 CaO, 0.06 % MgO, 0.90 TiO2. The particles size distribution is 2.5 - 5.0 mm and they are used as carrier of the electroactive sulfatereducing biofilm. Cation exchange capacity and the exchanged ions in meq+/100 g are respectively: 112.75, K+ - 33.88, Na+ - 21.01, Ca2+ - 63.48, Mg2+ - 2.68 (Kononova, 1966). Thus, the reported MFC design is consists from two zones: (i) anode zone, where electroactive biofilm on zeolite derives electrons from organic substrates and produce H2S and (ii) cathode zone, where the oxygen is the terminal electrons acceptor and react with the released protons (Fig. 2). 2.2. Cultivation of sulfate-reducing bacteria The MFC volume is filled with 0.48 dm3 modified culture medium of Postgate (Ghazy et al., 2011). The culture medium contains 0.25 g/l K2HPO4, 0.5 g/l NH4Cl, 2.0 g/l Na2SO4, 0.1 g/l CaCl2, 4.0 g/l MgSO4.7H2O, 6.0 g/l Na-lactate, 0.25 g/l yeast extract, pH 6.5 (Ausubel et al., 1995). Sulfate concentration in the medium is 3 g/l, and thus the proportion between organic carbon and the terminal electron acceptor is 0.67.

Fig. 1 Laboratory installation: (1) Stock solution with sulfate-rich wastewater, (2) peristaltic pump, (3) microbial fuel cell, (4) electricity chain with an external resistance, (5) buffer volume, (6) water bath, (7)recirculation pump, (8) collector tank.

32

Revista Minelor nr. 4 / 2012


Fig. 2 Microbial fuel cell design: (1) entrance and (6) exit of the feeding solution, (2) zone filled with modified zeolite, (3) anode chamber, (4) cation-exchange membrane, (5) cathode chamber, (7) electricity chain with external consumer, (8) air. 2.3. Process operation The cathode chamber is filled up with 100 mM K3[Fe(CN)6] in 67 mM phosphate buffer with pH 7.0. The chamber is aerated with 0.15 dm3 /60 s air flow to ensure saturation of oxygen in the liquid. The anode chamber is inoculated with 40 ml mixed culture of sulfate-reducing bacteria. Then, MFC is fed continuously with culture medium after biofilm formation. The medium in stock solution (1) enters in the fuel cell with regulated debit by peristaltic pump (2). The adherence of active biofilm of SRB onto the natural occurred zeolite is carried out for a period of three months. The formation of active biofilm is carried out through repeat periodic replacement of 50 % of the liquid phase of MFC with fresh medium. Replacement of the liquid phase is performed after sulfate concentration is reduced below 0.2 g/l. In the end of this cycle it is started continuous feeding of the anaerobic reactor with above mentioned culture medium of Postgate with various residence times. The homogenization process in MFC is realized by recirculation pump (8) at ascending flux run. The installation contains also a buffer volume for pH correction (5) with a volume of 0.3 dm3. The outgoing from (5) solutions are collected in a reservoir (9) with a volume of 9 dm3. The experiment is accomplished in the three different temperature ranges (21-22°C, 30-31°C and 35-36°C). 2.4. Analytical methods pH, Eh and mV are measured in key points of laboratory installation. At the same places are taken samples for spectrophotometric determination of sulfates by BaCl2 (λfixed = 420 nm) and hydrogen sulfide (1-88/05.09 Nanocolor test, λfixed = 620 nm). Number of sulfate reducing, aerobic heterotrophic and fermenting sugars bacteria in anode chamber is ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

counted through standard microbiological method (Zhao et al., 2008). The electrical parameters of MFC are measured with a portable digital multimeter Keithley Model 175. A precise potentiometer with maximum value of 13.5 kΩ is used for measuring of external resistances. 3. Results and discussion A critical technological problem at the management of dissimilative microbial sulfatereduction is to achieve higher than 0.5 g/l produced hydrogen sulfide (Cooney et al., 1996). The reason is that these high concentration values cause toxicological effect on the microflora and repress the cultivation of SRB. However, H2S decrease concentration during its oxidation in the anode chamber. All pointed fluctuations in the anolyte influence the technological parameters in MFC. Thus, series of attempts are accomplished to determine experimentally the optimal residence time by controlling the general technological parameters. The data are summarized in Table 1. The measured COD of the feeding solution at pH 7.0 is 8240 mgO2/l. It is ascertained that during the process the reduced residence time lead to pH decreasing. COD removal efficiency varies in the range 28.9 - 15.7 % (Table 1) at reduced residence time. The measured microbial sulfate-reduction rate at various residence times is in the range 31 - 109 mgSO4/l.h. Another important parameter in MFC is the open circuit voltage (OCV). Its value is proportional to H2S concentration in the anode chamber. The maximum gained OCV value and H2S concentration in the reported MFC installation is 720 mV and 386 mg/l respective. This higher H2S concentration does not affect significantly the

33


number of physiological group microorganisms (Table 2). The analytical microbiological data in Table 3 demonstrates the influence of residence time on the number of basic physiological groups microorganisms. The biggest number lactate-SRB (5.0 x 107 cells/ml) is registered at 72 h. With reducing the residence time from 72 hours to 9 hours the number of all investigated microorganisms in the liquid phase is decreased. Nevertheless, the highest rate of sulfate-reduction (109 mg/l) is achieved at 9 hours due to the reason

that the most SRB are immobilized in the electroactive biofilm on modified zeolite. Polarization curves on Fig. 3 summarize the behavior of fuel element at various external resistances (0 - 13.5 kΩ). The maximal values of power density is 0.68 W/m2 and current density of 3,2 A/m2 are obtained at 150 Ω external resistance. The presented polarization curve is measured at residence time of 72 hours in respect of the fresh feeding nutrient medium in MFC.

Table 1. General technological parameters at various residence time of the feeding solution in the temperature range 21-22°C . Residence Time, h

72 h

48 h

24 h

16 h

9h

pH

8.65

8.45

8.25

7.95

7.84

Eh , mV

-276

-260

-253

-231

-217

TDS, g/l

4.83

4.90

5.20

5.32

5.71

SO4, g/l

0.745

0.94

1.49

1.6

2.02

H2S, mg/l

386

320

250

233

164

COD, mgO2/l

5781

6136

6485

6591

6945

OCV, mV

720

685

675

668

644

COD removal efficiency, %

29.8

25.5

21.3

20.0

15.7

VSO4 , mgSO4/l.h

31

43

63

88

109

Table 2. Number of main physiological groups of microorganisms in the liquid phase of the microbial fuel cell. Physiological group Anaerobic heterotrophic bacteria, cells/ml Fermenting sugars bacteria with gas production, cells/ml Sulphate-reducing bacteria, using lactate, cells/ml

72 h 5,0.106

Number, cells/ml Residence time,h 24 h 5,0.105

9h 1,3.106

2,5.106

6,0.104

2,5.103

5,0.107

6,0.105

2,5.106

Fig. 3. Polarization curve of MFC at residence time of 72 hours

34

Revista Minelor nr. 4 / 2012


demand/sulfate (COD/SO42−) ratios. The same authors were found that at COD/SO42− ratio of 3.6, the removal rate of sulfate was higher than 97% and the ethanol content was largely reduced. In our case the final results are similar (table 5).

However, during this period we did not registered any worse efficiency of the MFC technological parameters. Influence of temperature at residence time of the feeding of 72 hours was demonstrated in table 4. The effect of temperature on the rate of sulphate-reduction was studied at COD/SO42- ratio of 2.7 and residence time 72 h. It was found that in the range 21 – 36 oC process rate increases linearly. It was determined maximal rate of sulphate-reduction - 37 mg/l.h at 37 oC. Nevatalo L. (2010) reported that the operation at these temperatures showed that mesophilic SRB processes can be operated at sub-optimal temperatures, but the activity is decreased by 10-40 % at 15°C when compared to optimal temperature. The other important parameter is the total organic carbon (TOC) /SO42- ratio – in table 5 are show the influence these parameter on rate of sulfate-reduction with residence time of the feeding of 72 hours. Velasco et al. (2008) reported that at a feed COD/SO42− ratio of 2.5 with ethanol as sole donor of electrons most of the sulfate in the influent was converted to hydrogen sulfide. Wang et al., 2008 were studied sulfate reduction in a continuous flow, acidogenic reactor using molasses wastewater as the carbon source at varying chemical oxygen

4. Conclusion The dissimilative microbial sulfate-reduction has a potential for electricity generation by treatment of sulfate-rich wastewaters. This process is depended of the amount produced H2S and it can be managed successfully by variation of the residence time in the anode chamber of MFC. The impact of two key parameters – temperature and COD/SO4 is investigated in order to achieve optimum rate of sulfate removal rate. During the exploitation period the technological and electrochemical parameters remain stable. Acknowledgment The authors thank to University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski” for the financial support by project GPF-164/2012 of the Bulgarian Science Fund.

Table 4. Influence of temperature at residence time of the feeding of 72 hours T, °C pH Eh , mV TDS, g/l SO4, g/l H2S, mg/l COD, mgO2/l COD removal efficiency, % VSO4 , mgSO4/l.h

21-22°C 8.5 -276 4.83 0.745 386 5781 29.8 31

30-31°C 8.5 -295 4.39 0.550 452 5374 34.8 34

35-36°C 8.6 -321 4.15 0.334 511 5147 37.5 37

Table 5. Influence of COD/SO42− ratio with residence time of the feeding of 72 hours COD/SO42− T, °C pH Eh , mV TDS, g/l SO4, g/l H2S, mg/l COD, mgO2/l COD removal efficiency, % VSO4 , mgSO4/l.h

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

1.8 8,48 -262 5,02 0,963 317 5196 36,9 28,3

2.2 21-22°C 8,56 -264 4,94 0,865 344 5558 32,5 39,6

2.7 8,65 -271 4,81 0,739 382 5781 29.8 31,4

35


References 1. Ausubel, F., Brent, R., Kingston, R., Moore, D., Seidman, J., Smith, J., Struhl, K. Short protocols in molecular biology John Wiley & Sons, Inc. (1995) 2. Cooney, M. J., Roschi, E., Marison, I. W., Comninellis, C., Stockar, U. Physiological studies with the sulfate-reducing bacterium Desulfibrio desulfuricans: evaluation for use in a bio-fuel cell. Enzyme Microb. Technol., 18, 358-365. (1996). 3. Ghazy, E. A., Mahmoud, M. G., Asker, M. S., Mahmoud, M. N., Abo Elsoud, M. M., Abdel Sami, M. E. Cultivation and detection of sulfate reducing bacteria (SRB) in seawater. Journal of American Science, 7(2), 604-608 (2011). 4. Guerrero-Rangel, N., Rodriguez de la Garza, J. A., Garza-Garcia, Y., Rios-Gonzalez, L. J., Sosa-Santillan, G. J., de la Garza-Rodriguez, I. M., Martinez-Amador, S. Y., Rodriguez-Garza M. M., Rodriguez-Martinez, J. Comparative Study of Three Cathodic Electron Acceptors on the Performance of Medatiorless Microbial Fuel Cell. International Journal of Electrical and Power Engineering Year, 4(1), 27- 31. (2010). 5. Ieropoulos, I., Greenman, J., Melhuish, C., Hart, J. Comparative study of three types of microbial fuel cell. Enzyme Technology, 238-245. (2005).

8. Kosinska, K. & Miskiewicz, T. Performance of an anaerobic bioreactor with biomass recycling, continuously removing COD and sulphate from industrial wastes, Bioresource Technology, 100, pp.86–90. (2009), 9. Nevatalo. L. Bioreactor Applications Utilizing Mesophilic SulfateReducing Bacteria for Treatment of Mine Wastewaters at 9-35°C Thesis for the Degree of Doctor of Science in Technology, Tampere University of Technology, Finland. 2010 10. Rabaey, K., Verstraete, W. Microbial fuel cells: novel biotechnology for energy generation. Trends in Biotechnology, 23,291-298. (2005). The Prokaryotes, 2nd Ed., Springer, New York, 1992. 11. Velasco A., Ramırez M., Volke-Sepulveda T., Gonzalez-Sanchez A., Revah S. Evaluation of feed COD/sulfate ratio as a control criterion for the biological hydrogen sulfide production and lead precipitation Journal of Hazardous Materials 151, 407–413, 2008. 12. Vossoughi, M., Shaketi, M., Alemzadeh, I. Performance of anaerobic baffled reactor treating synthetic wastewater influenced by decreasing COD/SO42- ratios. Chem. Eng. Process 42, 811–816, 2003. 13. Wang A., Nanqi Ren, Xu Wang, Duujong Lee Enhanced sulfate reduction with acidogenic sulfatereducing bacteria Journal of Hazardous Materials 154 (2008) 1060–1065

6. Kaksonen, H., Franzmann, P.D., Puhakka, J.A. Effects of hydraulic retention time and sulfide toxicity on ethanol and acetate oxidation in sulfate-reducing metal-precipitating fluidized-bed reactor. Biotechnol. Bioeng. 86, 332–343 (2004).

14. Widdel, F., Hansen, T.A. The dissimilatory sulphate and sulphur-reducing bacteria. (1991).

7. Kononova, M. M. Soil organic matter; it’s nature, it’s role in soil formation and soil fertility. 2nd English Ed., Pergamon Press INC. (1966).

15. Zhao F., Rahunen N., Varcoe J.R., Chandra A., Avignone-Rossa C., Thumser A.E., Slade R.C.T. Activated Carbon Cloth as Anode for Sulfate Removal in a Microbial Fuel Cell. Environment Scientific Technology, 42(13), 49714976, (2008).

36

Revista Minelor nr. 4 / 2012


EVALUAREA IMPACTULUI GENERAT DE ACTIVITATEA MINIERĂ DIN VALEA JIULUI Cristina IONICĂ*, Victor ARAD** Abstract The purpose of this study was to highlight the impact generated by the mining industry from Jiu Valley on the environment, using as instruments for evaluating the impact: the matrix and the impact networks. After analyzing the impact matrix and the four types of networks made, we can observe that the mining activity regardless how it comes off always leads to long term negative effect on the environment. The environment factor mostly affected by the mining activity is the soil then the water and with this one the entire ecosystem from the area. The destructive effects most considerate on the soil and the subsoil are made by the methods of preparation and transportation of coal, by the buildings and infrastructures both the sterile banks associated with them. Cuvinte cheie: haldă, matrice de impact, rețea de impact, indice global de impact 1. Consideraţii generale Faza de evaluare este momentul în care se trece de la o estimare a impacturilor previzibile asupra diferitelor componente ambientale, măsurate fiecare cantitativ în funcţie de natura fizică sau estimate calitativ, la evaluarea importanţei acestor impacturi.[1] Evaluarea calităţii mediului dintr-o zonă şi la un moment dat este posibilă prin aprecierea calităţii aerului, a apei, a solului, stării faunei şi florei din zonă şi a stării de sănătate a populaţiei din zonă. Aceşti factori se pot caracteriza prin indicatori de calitate reprezentativi pentru aprecierea gradului de poluare şi pentru care există stabilite limite admisibile.[3] Evaluarea de mediu a planurilor şi programelor care pot avea un impact semnificativ asupra mediului se realizează în scopul promovării dezvoltării durabile şi asigurării unui înalt nivel de protecţie a mediului.[2] 2. Matrici de impact Evaluarea impactului reprezintă metoda principală în aprecierea gradului de deteriorare a mediului ca urmare a activităţilor antropice. _____________________________ * Drd.ing. Universitatea din Petroşani ** Prof.dr.ing. Universitatea din Petroşani ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Metoda matricei reprezintă cel mai folosit instrument al metodologiei de evaluare a impactului. Matricea este un tabel, unde în coloane sunt poziţionate activităţile care pot produce impact asupra mediului, iar pe linii sunt trecute criteriile cu ajutorul cărora se va determina alegerea unei activităţi. În fiecare celulă a matricei se poate marca o concluzie prin care să se indice măsura în care activitatea este susceptibilă să aibă un efect negativ sau pozitiv la criteriul indicat. Adesea, concluzia reprezintă o valoare numerică sau simbol, indicând nivelul intensităţii efectului.[2] Metoda matriceală-Leopold (după numele autorului), a fost formulată în anul 1971 şi constă din 100 de coloane şi 88 de linii. Coloanele reprezintă acţiuni propuse care pot produce impact asupra mediului, iar liniile reprezintă componente şi caracteristici ale mediului.[2] Caracteristicile de mediu care se urmăresc întro analiză de impact sunt: - caracteristicile fizico-chimice ale solului, apei, aerului, proceselor, etc.; - condiţii biologice: flora, fauna; - factorii culturali: utilizarea terenurilor, recreere, interesul oamenilor, statutul, cultura, facilităţi şi activităţi făcute de om; - relaţii ecologice: salinitatea resurselor de apă, eutrofierea resurselor de apă, insecte transmiţătoare de boli, etc. În cazul bilanţului de mediu această metodă se poate aplica pentru aprecierea evoluţiei în timp a relaţiei dintre activitatea analizată şi mediu, după introducerea unor instalaţii şi echipamente de protecţia mediului. Matricele de impact au fost perfecţionate pentru a exista posibilitatea de reprezentare a unui proces de impact prin mai multe matrice corelate logic. Ansamblul este definit ca matrice coaxială și permite astfel evidenţierea rolurilor reciproce ale diferitelor categorii de elemente care intervin întrun proces de impact: acţiuni, interfeţe,etc. Folosirea acestei metode permite analizarea tuturor relaţiilor posibile, ceea ce face ca evaluarea totală să fie mai obiectivă. Trebuie subliniat că metoda permite evaluarea atât a impactului direct, cât şi a celui indirect. De obicei, în matricile de evaluare a impactului se folosesc scări şi grile de bonitate pentru diferenţierea rolurilor diferitelor tipuri de activităţi şi factori ecologici, ceea ce conferă un caracter complex metodei..

37


Printre avantajele metodei se numără: posibilitatea de a compara diferite tipuri de impacturi pe baza unor judecăţi comune, transparenţă, flexibilitate, caracter facil şi economic. Principalele dezavantaje ale metodei sunt: subiectivitatea acesteia, deoarece implică judecata evaluatorului sau a unei echipe de evaluare şi faptul că evaluarea este calitativă, deşi se dau note cantitative. S-a întocmit o matrice prin atribuire de valori numerice, care s-au obţinut prin transformarea impacturilor generate de activitatea minieră asupra factorilor de mediu în valori raportate la o scară convenţională, astfel s-a ales scara numerică (3...+3) Astfel din matrice (tab. nr.3) şi din tabelul privind conversia scorurilor de mediu (tab. nr.2 ), se poate observa că asupra fiecărei componente de mediu analizate apare un impact generat de activitatea minieră:

- Atmosferă: impact negativ, mediu supus efectelor activităţii miniere producând tulburări formelor de viaţă - Ape: impact negativ moderat, mediu supus efectelor activităţii miniere producând stări de disconfort - Flora şi fauna: impact negativ, mediu supus efectelor activităţii miniere producând tulburări formelor de viaţă - Sol: impact negativ moderat, mediu supus efectelor activităţii miniere producând stări de disconfort - Mediu ambiant: impact negativ, mediu supus efectelor activităţii miniere producând tulburări formelor de viaţă - Factorii socio-economici: impact negativ, mediu supus efectelor activităţii miniere producând tulburări formelor de viaţă Se observă şi un impact pozitiv în ceea ce priveşte indicatorii de calitate ai vieţii prin oferirea de locuri de muncă.

Tab. 1 Scara numerică pentru intervalul (-3...+3) Valoare Nul -1 -2 -3 +1 +2 +3

Impact Nici un impact Unele impacturi individuale şi ameliorabile Impacturi negative potenţiale sau economice Impacturi ambientale negative relevante (care pot impune reproiectarea intervenţiei) Impact pozitiv de importanţă locală Impact pozitiv de importanţă regională Impact pozitiv de importanţă naţională

Tab. 2 Conversia scorului de mediu în categorii de impact Scorul de mediu + 72 → + 108 + 36 → + 71 + 19 → + 35 + 10 → + 18 +1→+9 0 -1→-9 - 10 → - 18 - 19 → - 35 - 36 → - 71 - 72 → - 108

Categorii de impact Impact pozitiv major Impact pozitiv semnificativ Impact pozitiv moderat Impact pozitiv Impact uşor pozitiv Lipsa schimbării / a status-quo-ului / Nu se aplică Impact uşor negativ Impact negativ Impact negativ moderat Impact negativ semnificativ Impact negativ major

3. Reţelele de impact Rigiditatea matricilor poate fi depăşită prin utilizarea reţelelor, unde nodurile dispun secvenţial elementele dintr-un proces de impact. Reţelele seamănă în multe privinţe cu matricele, dar ele se recomandă studierii relaţiilor cauză - efect, care stau la baza impacturilor. O reţea de impact permite identificarea lanţurilor de impacturi directe şi indirecte, primare şi secundare generate de o acţiune sau determinarea acţiunilor care generează un anumit impact.[2]

38

Reţelele utilizate pentru evidenţierea impacturilor sunt constituite din diagrame de flux sau lanţuri de relaţii multiple, care arată corespondenţa dintre acţiunile proiectului şi componentele ambientale pe care aceste acţiuni lear putea modifica. Acestea permit evidenţierea efectelor secundare sau indirecte, a prezenţei interacţiunilor multiple şi a cumulării efectelor întrun mod mai sistematic decât matricele acţiuni cauză - efect. De asemenea, au capacitatea de a localiza impacturile într-o dimensiune temporară.

Revista Minelor nr. 4 / 2012


alternative. Metoda Sorensen utilizează atât matrice, cât şi reţele. Matricele permit evidenţierea acţiunilor caracteristice diferitelor tipuri de utilizare a teritoriului şi identificarea impacturilor primare asupra componentelor ambientale, iar reţelele permit apoi trecerea, prin intermediul grafurilor, de la impacturile primare la cele secundare şi stabilirea relaţiilor dintre impacturile secundare şi acţiunile elementare, stabilind totodată şi eventualele măsuri de ameliorare necesare.

În scopul identificării impacturilor generate de un proiect, reţelele reconstruiesc lanţul de evenimente sau efecte potenţiale induse de acţiunile specifice proiectului asupra stării iniţiale a mediului înconjurător, modificările potenţiale ale condiţiilor de mediu, efectele multiple ale impactului şi posibilele măsuri de minimizare. Exemple clasice de utilizare a reţelelor de evidenţiere a componentelor ambientale şi a impacturilor sunt metodele elaborate de Sorensen şi metoda lui Bereano pentru evaluarea tehnologiilor

-14

-1 -1 -1 -1 -1

-1 -1 -1

-2

-2 -1 -2

-1 -1

-1 -1

-1

-1

-1

-1

-1 -1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1 -1 -1 -1

-1 -1

-1 -1

-1 -1

-1 -1 -1

-1 -1

-1 -1

-1 -1

-18

-2

-2

-32 -18

-28

-16

-1 -1 -1

-1

Animale terestre Animale acvatice

-1

Specii protejate Calitate

-1 -3

-3

-2

-2

-1

-1 -2

Permeabilitate Peisaj

-2 -1

-2 -1

-2 -1

-1

-1 -1

-2 -2

-2 -2

-2 -1

Ecosistem

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

Sistem cultural Sănătate, securitate Populaţie

Total

-2

Ocuparea forţei de muncă

-1

Zăcăminte de carburanţi

Iazuri de decantare

Deversarea apei

-1 -1

Halde de steril

-2 -2 -1

Consumul de apă

-1 -1 -1

Transport

-1

Zgomot, vibraţii

Emisii de micro şi macro poluanţi

Calitatea aerului Microclimat Macroclimat Hazarde meteorologice Apa de suprafaţă Apa din subteran Temperatura Cantitatea Calitatea Vegetaţie naturală Vegetaţie antropică Specii protejate

Ateliere industriale

Clădiri şi infrastructură Factori socioeconomici

Mediu

Sol

Faună

Floră

Apă

Atmosferă

Componenta ambietală

Extragerea cărbunelui

Tab. 3 Matricea de impact a activității miniere din Valea Jiului Activităţi de bază

-1

-1

-1

-1

-2

-1 -1

Metoda Bereano este elaborată pentru evaluarea soluţiilor tehnologice alternative de conservare a valorilor ambientale, utilizează reţelele pentru identificarea exhaustivă a impacturilor. În acest scop, se construiesc mai multe reţele (reţele de

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

-1 -1

-1 -1

-1

-10 -2

+2

efecte), care depind de natura proiectului. Legăturile între diferitele elemente ale reţelei reprezintă o formă de stabilire a relaţiilor dintre cauză şi efect [2]

39


După Bereano, construirea unei reţele trebuie să se oprească numai atunci când continuarea ei nu mai este posibilă din cauza lipsei de informaţii sau când efectele variantelor proiectului nu mai pot fi diferenţiate. Fiecare categorie de relaţii este evaluată pe baza probabilităţii de apariţie a fiecărui impact. Ansamblul celor doi parametri, măsura fizică şi probabilitatea, permite calculul unui indice agregat de risc de impact pentru fiecare alternativă analizată.[2] În urma analizării celor patru tipuri de rețele (fig.nr.1,2,3,4), se observă că activitatea extractivă, ACȚIUNI CAUZALE

FACTORI/RESURSE

Extragerea cărbunelui

Aer

indiferent de modul în care se desfăşoară, conduce întotdeauna la efecte negative pe termen lung asupra mediului înconjurător. Factorul de mediu care are cel mai mult de suferit ca urmare a exploatării miniere este solul, apoi apa şi odată cu acestea întregul ecosistem din zonă. Efectele distructive cele mai însemnate asupra solului și subsolului sunt produse de operațiile de preparare a cărbunelui, de transport, de clădiri și infrastructuri, cât şi prin depozitele de steril aferente.

EFECTE Emisii de particule și gaze Emisii acustice

Transport

ACT.-INTERESE UMANE Boli profesionale

Disconfort factorului uman

Apă subterană

Deversări ape uzate

Subsol

Apariția golurilor subterane

Fenomene de subsidență

Apariția de noi galerii

Distrugere construcții situate la suprafață subteran

Creșterea gradului de poluare a aerului

Creșterea veniturilor din minerit

Mediu fizic

Creșterea nivelului de zgomot

Modificare calitativă și cantitativă a emis

Distrugerea mediului geologic natural Coborârea nivelului hidrostatic al pânzei freatice

Efecte asupra sănătății

Fig. 1 Rețea de impact pentru extragerea cărbunelui în subteran ACȚIUNI CAUZALE

FACTORI/RESURSE

Aer

EFECTE

Emisii de particule și gaze Emisii acustice

Apă de suprafață, subterană

Modificarea calitativă a apelor Diminuarea surselor de apă Deversări ape uzate

Prepararea cărbunelui

Degradarea și reducerea habitatelor

Sol

Transport

Mediu fizic

Ocupare și degradare

ACT.-INTERESE UMANE

Boli profesionale Disconfort factorului uman Afectarea lanțului trofic Migrarea faunei Efecte fitotoxice Reducerea faunei și vegetației Degradarea mediului de viață Modificarea regimului proprietății terenu Limitarea utilizării agricole, silvice, recr

Modificarea echilibrului solului

Scăderea clasei de fertilitate a solului

Dezechilibru ecologic

Distrugere floră și faună

Creșterea gradului de poluare a aerului

Efecte asupra sănătății

Creșterea nivelului de zgomot Sistem de transport

Intensificarea activității de transport Ocuparea solului cu noi infrastructuri

Creșterea venitului

Limitarea altor utilizări ale solului

Fig. 2 Rețea de impact pentru prepararea cărbunelui

40

Revista Minelor nr. 4 / 2012


ACȚIUNI CAUZALE

FACTORI/RESURSE

EFECTE

ACT.-INTERESE UMANE Boli profesionale

Aer

Emisii de particule Emisii acustice

Apă

Disconfort factorului uman Afectarea lanțului trofic Migrarea faunei Accidente ecologice

Modificarea calitativă a apelor Modificare cantitativă

Afectarea vegetației și faunei acvati Modificări ale văilor Modificări hidrologice Dispariția pârâurilor

Halde de steril Ocupare și degradare

Sol

Limitarea utilizării agricole, silvice Reducerea habitatelor

Modificarea echilibrului solului Vegetație și faună

Degradarea peisajului

Dezechilibru ecologic

Distrugere floră și faună

Scăderea clasei de fertilitate a solul Reducerea efectivelor faunistice Diminuarea fondului Diminuarea producției sistemelor e Dispariții specii protejate

Comunitatea umană Modificarea regimului proprietății terenului

Apariția locurilor de muncă

Efecte psihologice

Creșterea veniturilor

Fig. 3 Rețea de impact pentru pentru depozitarea sterilului- halde de steril Boli profesionale Aer

Emisii de particule

Disconfort factorului uman Afectarea lanțului trofic Migrarea faunei

Apă

Accidente ecologice Modificarea calitativă a apelor Modificare cantitativă

Iazuri de decantare preparație

Afectarea vegetației și faunei acvati Modificări ale văilor Modificări debitului râului Degradarea peisajului

Ocupare și degradare

Sol

Limitarea utilizării agricole, silvice, Distrugere floră și faună

Reducerea habitatelor

Ruperea digurilor Creșterea gradului de impermeabiliz

Modificarea echilibrului solului Vegetație și faună

Dezechilibru ecologic

Scăderea clasei de fertilitate a solulu Reducerea efectivelor faunistice

Degradarea vegetației Comunitatea umană Modificarea regimului proprietății terenului

Apariția locurilor de muncă

Efecte psihologice

Creșterea veniturilor

Fig. 4 Rețea de impact pentru depozitarea sterilului- iazul de decantare

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

41


4. Concluzii Astfel atât matricea de impact, cât și rețelele, reunesc informații privind impacturile produse de acțiunile minere asupra diferite componente ambientale , parcurgâng diferite faze de analiză, cărora le corespund informații din ce în ce mai profunde. În concluzie activitatea extractivă, indiferent de modul în care se desfăşoară, conduce întotdeauna la efecte negative pe termen lung asupra mediului înconjurător : 1. Calitatea factorului de mediu sol din zona de exploatare, preparare şi haldare a cărbunelui este în totalitate modificată negativ, de activităţile directe şi conexe de exploatare a cărbunelui. Aceeaşi situaţie se regăseşte în ceea ce priveşte subsolul, unde activitatea de extragere afectează într-un mod brutal mediul geologic natural. 2. Industria minieră cu ramurile sale este o mare consumatoare de apă industrială, contribuind într-o foarte mare măsură la poluarea cantitativă și calitativă a receptorilor naturali : Jiul de Est și Jiul de Vest. 3. Calitatea factorului de mediu aer este afectată în principal, de pulberile în suspensii, de pulberile sedimentabile evacuate local, de emisiile de gaze, de emisiile acustice rezultate din activităţile din cadrul perimetrului de exploatare minieră. 4. În comunitățile de plante și animale apar schimbări ale echilibrului între specii: reducerea

42

varietăților sensibile, determină alterarea structurii și funcțiilor întregii comunități, apare migrarea sau micşorarea numărului de indivizi ai majorităţii speciilor în perimetrul minier aflat în exploatare. Impactul potenţial de mediu se menţine pe întreaga durată a executării lucrărilor, manifesându-se printr-o creştere permanentă a vulnerabilităţii speciilor vegetale şi animale. 5. Impactul potenţial de mediu se menţine pe întreaga perioadă de existenţă a activității miniere asupra factorului uman atât prin efecte negative: apariția bolilor profesionale sau neprofesionale, impactul vizual, auditiv, efecte indirecte prin hrană și apă datorită parametrilor naturali ai solului, apei, vegetației, cât și efecte pozitive prin oferirea locurilor de muncă.. Bibliografie 1. Fodor, D., Baican, G. Impactul industriei miniere asupra mediuluiy, Ed. Infomin, Deva, 2001 2. Lazăr, M., Dumitrescu, I. Impactul antropic asupra mediului, Ed. Universitas, Petroşani, 2006 3. Negulescu, M., Vaicum, L. Protecţia mediului înconjurător, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1979

Revista Minelor nr. 4 / 2012


EVALUAREA RISCURILOR CA STRATEGIE DE PREVENIRE A ACCIDENTELOR MINIERE ÎN MINELE DIN INDONEZIA Herry PERMANA* producţiei anuale de cărbune în Indonezia a îmbunătăţit imaginea şi performanţele companiei, dar a sporit şi numărul accidentelor de muncă. Accidentele de mină pot fi prevenite prin anumite proceduri de asigurare a securităţii miniere (de exemplu modelul PDCA sau modelul STOP), ceea ce aduce beneficii economice şi sociale. Cuvinte cheie: risc; nivel de risc, accident, accident de mină,minerit, producţie.

Rezumat: Lucrarea prezintă rezultatele încercărilor de dezvoltare a managementului securităţii miniere în minele indoneziene şi caracterizează riscurile de accidente miniere, mai ales în minele de cărbuni. Evaluarea riscurilor se bazează pe date obţinute din Raportul Direcţiei Generale a Mineralelor şi Cărbunelui, care înregistrează accidentele survenite între 2003 – 2010. Lucrarea se referă la 44 de accidente mortale din 2009 şi la 94 de accidente grave şi 15 accidente mortale din 2010. Procedurile de evaluare a riscului în minerit includ identificarea pericolelor, analiza riscurilor şi evaluarea riscurilor (evaluarea riscurilor pentru a determina dacă acestea sunt acceptabile sau acceptabile). Nivelurile de risc sunt apoi analizate în detaliu folosind o matrice prestabilită care le clasifică în funcţie de probabilitate sau gravitate (de exemplu risc ridicat, risc scăzut, risc tolerabil sau acceptabil). Rezultatele obţinute pot fi folosite pentru a stabili strategiile prioritare de prevenire a riscurilor. În analiza accidentelor miniere au fost folosite 13 grupuri de criterii, exclusiv pentru domeniul exploatării cărbunelui. Riscurile gestionate ineficient în operaţiunile miniere vor avea un impact direct sau indirect asupra sănătăţii şi securităţii muncii în întreprindere (asupra muncitorilor, proceselor). Conform modelului International Lost Control Institute (ILCI) (Bird & German, 1985) cauzele imediate ale accidentelor constau în acţiuni sau condiţii riscante la locul de muncă. Eroarea umană este, de asemenea, un element important în accidentele de mină, fiind întrucât nerespectarea instrucţiunilor sau procedurilor la locul de muncă, lipsa cunoştinţelor sau a calificării necesare, lipsa coordonării şi nepurtarea echipamentului de protecţie pot avea consecinţe grave. Creşterea

1. Introducere Din perspectivă istorică, mineritul a fost unul din cele mai periculoase medii de muncă în multe ţări din lume, inclusiv în Indonezia. Deşi s – au făcut progrese, în ultimii zece ani, numărul accidentelor de mină mortale a crescut foarte mult în Indonezia, ca şi rata accidentărilor de niveluri diferite de gravitate. Majoritatea minelor indoneziene (peste 90%) folosesc metode de exploatare la suprafaţă, întrucât zăcămintele se află preponderent în regiunile joase sau în cele muntoase. Datele despre accidentele de mină sunt extrase din arhivele minelor între 2003 şi 2010. Riscul potenţial în activităţile miniere a crescut odată cu creşterea producţiei, depozitarea şi folosirea substanţelor periculoase, accentuând necesitatea unei abordări clare şi sistematice a controlului asupra acestor substanţe pentru a proteja muncitorii, publicul şi mediul. Cu toate acestea, accidentele de mină pot fi prevenite prin identificarea şi controlul cauzelor. De obicei, accidentele sunt rezultatul unor activităţi riscante ale oamenilor şi/sau al existenţei unor condiţii fizice sau mecanice periculoase. Accidentele de mină (articolul 39) în Indonezia sunt caracterizate după criterii diferite conform Decretului Ministrului Mineritului şi Energiei Nr. 555.K/26/M.PE/1995, după cum urmează (Tab. I):

_____________________________ * Institut für Bergbau und Speziltiefbau, TU

Bergakademie Freiberg, Sachsen, Germany

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

 

43


Tab.1 Elemente ale accidentelor de mină Element 1 2

Criteriu Accidente care survin în realitate; Accidente care duc la rănirea muncitorilor sau a personalului abilitat de către Directorul tehnic al minelor (Kepala Teknik Tambang); Accidente rezultate din activităţi de extracţie; 3 Accidente survenite în timpul orelor de muncă şi care duc la rănirea minerilor sau 4 altor categorii de personal abilitat; Accidente survenite în zona de exploatare. 5 Notă: Accidentul se declară dacă cele cinci elemente sunt prezente. Prin definiţie, accidentele de mină, ca toate accidentele de muncă, sunt cele care se întâmplă muncitorului/angajatului ca urmare a relaţiilor de muncă. Criteriile pentru accidentele de muncă trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe: Element 1 2 3 4

Tab. 2 Elementele accidentelor de muncă Criteriu Survenirea accidentului Rănirea muncitorilor (s) Survenirea accidentului ca urmare a relaţiilor de muncă Survenirea accidentului în timpul programului de lucru.

Evaluarea riscurilor cuprinde procesele de identificare, analiză ţi evaluare propriu – zisă, după cum arată Figura 1. În această lucrare s – a folosit modelul de evaluare a riscului ISO 31000 pentru a analiza accidentele de mină din Indonezia. După analiză, este necesară o evaluare a nivelului de risc pentru a se putea lua măsuri de gestionare în viitor.

Conform Organizaţiei Internaţionale a Muncii (ILO), numărul de accidente de muncă a crescut şi tot mai mulţi oameni mor din cauza rănilor sau bolilor pe care le – au contractat la locul de muncă. ILO a acuzat angajatorii de nerespectarea standardelor de securitate şi sănătate a muncii. Directorul General al ILO a afirmat că, până în 2011, s – au înregistrat anual 337 mil. De victime ale accidentelor de muncă şi peste 2.3 mil. de decese în urma rănilor sau bolilor contractate la locul de muncă. Conform calculelor ILO, pierderile financiare cauzate de accidentele de muncă în ţările în curs de dezvoltare sunt de aproximativ 4% PIB3, ceea ce este foarte mult4.

Fig. 1 Procesul de gestionare a riscului Industria minieră are un rol de importanţă strategică în dezvoltarea economică a Indoneziei. Producţia de cărbune a crescut considerabil între 1996 – 2011 de la 50.33 mil. tone până la 371.00 mil. tone. Indonezia al doilea cel mai mare exportator de cărbune după Australia, cu un export total de peste 70% din producţia naţională. Între 2008 şi 2010 veniturile au crescut de la 42.12 trilioane IDR la 66.33 trilioane1, IDR contribuind cu aproximativ 4.4% la venitul total al statului, excluzând industria de exploatarea a petrolului şi gazelor2. Deşi producţia a crescut de la an la an, accidentele de mină rămân o problemă pentru industria minieră indoneziană (Fig. 2).                                                              1 Banca Indoneziei, 26 martie 2012, cursul de schimb, 1 USD = IDR 9,181. 2 Directoratul General al Mineralelor şi Cărbunelui, Ministerul Energiei şi Resurselor Minerale din Indonezia, 2011.  44

                                                             Abreviere, PIB: Produsul Intern Brut 4 Raport ILO 2010. 3

 

Revista Minelor nr. 4 / 2012


Fig. 2 Comparaţie între accidentele de mină şi producţia de cărbune în Indonezia Analiza riscului este a doua etapă a procesului de evaluare. Potrivit lui (2004), dacă gravitatea (consecinţele) pierderilor poate fi măsurată obiectiv şi frecvenţa (probabilitatea) evenimentului poate fi determinată din istoricul minei, atunci se poate realiza evaluarea cantitativă a riscului. Dacă gravitatea şi frecvenţa nu pot fi specificate, ci doar estimate prin deducţie, atunci se realizează o evaluare calitativă a riscului. Acest studiu se axează pe analiza cantitativă a riscului. Riscul (R) asociat cu o anumită activitate este clasificat estimând atât probabilitatea (Pr) cât şi gravitatea/severitatea (S), şi folosind termeni relativi cum ar fi nesemnificativ, minor, moderat, grav/sever şi catastrofic. Acest studiu are în vedere probabilitatea ca pericolul să cauzeze un accident minor, grav sau fatal în anul următor, calculând prin împărţirea numărului de ani din perioada studiată la numărul total de ani (10 ani). Matricea riscului conţine 13 puncte, dintre care lucrarea va descrie doar cinci: tipul de companie, tipul de slujbă, factorul de accidentare, localizarea accidentului şi sursa accidentului (tabelul 6). Clasificările în funcţie de probabilitate şi gravitate/severitate sunt prezentate în tabelele de mai jos. Evaluarea riscului este etapa finală a procesului şi se axează pe deciziile necesare pentru abordarea riscului analizat..

2. Metodologie şi studiu de caz Studiul de caz se bazează pe evidenţele accidentelor de mină între 2003 şi 2010, obţinute din rapoartele Direcţiei Tehnice şi de Mediu a Mineralelor şi Cărbunelui. Analiza accidentelor fatale se referă însă doar la 2009 şi 2010, deoarece această perioadă a fost dezastruoasă pentru mineritul indonezian. Lucrarea descrie şi evaluarea riscului bazată pe date obţinute de la una din cele mai mari companii miniere de suprafaţă din Indonezia, prezentând mai jos evidenţa tuturor accidentelor miniere identificate, de la cele minore la cele grave şi cele fatale. Metodologia de cercetare se bazează pe modelul de evaluare a riscului ISO 31000 pentru a analiza accidentele de mină din Indonezia printr – o abordare statistică. Potrivit lui Haimes (2004), Brauer (2006) şi altor standarde internaţionale (Departamentul Apărării, 2000; Asociaţia Canadiană de Standardizare, 2002; Standarde Australia/Standarde Noua Zeelandă, 2004), procesul de evaluare a riscului presupune trei etape: 1) identificarea riscului; 2) analiza riscului; 3) evaluarea riscului. Potrivit lui Kates şi Kasperson (1983), măsurarea riscului trebuie să ţină seama de probabilitatea survenirii şi de gravitate. Severitate Catastrofic Sever Moderat Mic Nesemnificativ

Tab. 3 Clasificarea în funcţie de severitate (S) Definiţie Minor Grav Peste 100 de răniri minore în anul Peste 30 de răniri grave analizat în anul analizat 70 < X ≤ 100 20 < X ≤ 30 30 < X ≤ 70 10 < X ≤ 20 10 < X ≤ 30 4 < X ≤ 10 X ≤ 10 X≤4

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

 

Fatal Peste 10 decese în anul analizat 7 < X ≤ 10 4<X≤7 2<X≤4 X≤2

45


Tab. 4 Clasificare în funcţie de probabilitate (Pr)5 Definiţia pentru minor, grav, sau fatal Accidente minore vor apărea cu o probabilitate of Pr = 0.91 – 1.0 Pr = 0.61 – 0.9

Probabilitate Aproape sigur Probabil Probabilitate moderată Improbabil Rar

Pr = 0.41 – 0.6 Pr = 0.11 – 0.4 Pr = < 0.10

Probabilitate

Tab. 5 Matricea de evaluare a riscului Aproape sigur Probabil Probabilitate moderată Improbabil Rar

L L

M M

H M

VH H

VH VH

VL L VL L VL VL Nesemnificativ Minor

M M H L M M VL L L Moderat Grav Catastrofic Gravitate Risk Level: VL = Foarte mic, L = Mic, M = Mediu, H = Mare, and VH = Foarte mare Conform matricei de mai sus, se stabilesc termene de îndepărtare a riscului, prin următoarele măsuri: Risk Rank

Risk Level

Tab. 6 Exemple de niveluri şi categorii de risc6 Category Description

I

Foarte mare

Inacceptabil

II

Mare

Indezirabil

III

Mediu

Acceptabil sub control

IV V

Mic Foarte mic

Acceptabil

Masuri de luat imediat: Activitatea sau procesul vor fi întrerupte. Se iau masuri pentru reducerea nivelului de risc pâna la o limita rezonabila prin metode de management al riscului sau prin mijloace tehnice. Masuri de luat în cursul zilei: Nivelul de risc se reduce cât mai mult folosind metode de management al riscului, de exemplu prin aplicarea regulilor si standardelor OHS, de Securitatea procedurilor de lucru, iar conducerea va analiza eficienta metodelor folosite. Nivelul de risc se poate reduce si prin mijloace tehnice într – un interval de timp stabilit. Masuri de luat în cursul saptamanii: Nivelul de risc se reduce cât mai mult folosind metode de management al riscului. De exemplu, evaluarea riscului este analizata si aprobata de conducere si se pregateste o procedura sau metoda de securitate a activitatii. Masuri de luat în cursul lunii: Se vor urma procedurile de rutina care vor include aplicarea masurilor de control, nefiind necesara reducerea nivelului de risc.

                                                             5 Sursa: MITRE, Bedford, Massachusetts 6 Sursa: CCPS Guidelines for Hazard Evaluation Procedures, ediţia a doua.   46

 

Revista Minelor nr. 4 / 2012


Am folosit evaluarea riscului accidentelor de mină între 2003 - Sem. I 2012 în cea mai mare mină de cărbune (cele cinci categorii prezentate mai sus au fost folosite pentru a stabili scorul de probabilitate şi gravitate). În acest caz, am calculat nivelul de risc doar pentru două (2) elemente, adică sursa şi locaţia accidentului. Scorul final al nivelului de risc pentru ambele este următorul: - Sursa accidentelor de mină este reprezentată de uneltele cu un nivel ridicat de risc; - Locaţiile preponderente ale accidentelor de mină sunt atelierele şi puţurile, cu niveluri de risc între mare şi foarte mare (tabelul 8).

3. Discuţii şi concluzii 3.1.

Discuţii

În ultimii 8 ani, accidentele de mină din Indonezia, excluzând exploatarea petrolului şi a gazelor naturale, a crescut din 2003 până în 2010, înregistrându – se un total de 200 de decese, dintre care 44 în 2009 în timpul dezastrelor miniere; cele mai multe decese (33) au fost raportate în domeniul exploatării subterane a cărbunelui (minerit la scară redusă) (Fig.2).

Table 7 Evidenţa accidentelor de mină în una din cele mai mari mine de cărbune din Indonezia

Note: M = Răni minore, S = Răni grave, F = Decese Repartizarea accidentelor de mină la cea mai mare mină de cărbune din Indonezia între 2003 Sem.I 2012 este prezentată în Figura 3, iar nivelul de risc este prezentat în Tabelul 8.

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

 

47


Note: M = Răni minore, S = Răni grave, and F = Decese Fig. 3 Repartizarea accidentelor de mină în cea mai mare mină de cărbune din Indonezia între 2003 - Sem.I 2012 Nivelul de risc a fost evaluat după cum urmează. Table 8 Nivelul de risc Sursa Locaţia Nivel de Nivel accidentului Gravitate Probabilitate accidentului Gravitate Probabilitate risc de risc minier minier Folosirea Galeriile de 2 0,1 VL 13 0,7 M maşinilor transport Transportul de 9 0,5 L Zone de reabilitare 0 0 n/a personal Incărcarea, Puţuri/ excăvari săparea şi 5 0,3 L 30 0,8 H miniere ridicarea echipamentelor Echipamentele 14 0,8 M Forări 2 0,1 VL de transport Depozit de Focul 0 0 n/a 2 0,1 VL explozivi Explozivii 0 0 n/a Port 0 0 n/a Condiţiile de 6 0,4 L Ateliere 35 1 VH lucru Radiaţiile 0 0 n/a Navă 0 0 n/a (raze X) Gazele 0 0 n/a Preparaţie 0 0 n/a Uneltele 42 1 VH Centrală electrică 0 0 n/a Maşinile unelte 1 0,1 VL Zonă de construcţii 0 0 n/a Echipamentele 0 0 n/a Zonă de proiectare 2 0,2 VL imobile Altele 13 0,7 M Altele 8 0,5 L

48

 

Revista Minelor nr. 4 / 2012


3.2.

Bibliografie

Concluzie

După cum am arătat mai sus, principala sursă potenţială de accident este reprezentată de uneltele substandard, iar locaţiile preponderente ale accidentelor sunt puţurile şi atelierele, cu un nivel de risc mare sau foarte mare (determinat de nerespectarea procedurilor de lucru şi de operare a echipamentelor). Galeriile de transport prezintă un nivel de risc moderat, după cum arată Tabelul 8. Astfel, cele mai multe accidente de mină din această perioadă s-au datorat nerespectării normelor de securitate de către muncitori. Prin urmare, este necesară o acţiune proactivă pentru a reduce şi a evita riscurile de accident la locul de muncă sau în frontul de lucru. Managementul riscului este necesar nu doar pentru implicarea conducerii, ci pentru capacitarea tuturor părţilor implicate. Analiza riscului de accidente miniere face parte din activităţile de control şi remediere ale sistemului de management al securităţii muncii. Dacă putem controla pericolele şi riscurile implicate de condiţiile de muncă sau de echipamente, vom putea preveni şi controla apariţia accidentelor. Controlul ierarhic este un proces secvenţial de prevenire a accidentelor la locul de muncă sau în subteran prin măsuri cum ar fi eliminarea, substituirea, izolarea, mijloacele tehnice şi administrative şi echipamentul de protecţie personală (PPE), în funcţie de tipul de activitate şi de situaţie. Accidentele de mină pot fi prevenite prin respectarea standardelor de securitate minieră, ducând la beneficii economice şi sociale.

1. Janicak, C.A. Applied statistics in occupational safety and health. Director safety program, Department of health sciences, Illionis State University (2000) 2. Health and Safety Executive, UK Five Steps to Risk Assessment 3. Heinrich, H.W. Industrial incident prevention: A scientific approach (4th ed.). New York: McGraw-Hill Book Company (1959) 4. ISO 31000 Risk Management Overview and Implications for Managers, 2009 5. Lack, R.W. Essential Safety and Health Management, Lewis Publisher, 1996 6. U. S. Department of Labor MSHA Handbook Series, Accident/Illness Investigation Procedures, June 2011 7. Zainalabidin, M.N., Kecojevic V., Komljenovic, D., Groves W. Risk assessment for loader- and dozer-related fatal incidents in U.S. mining. The Pennsylvania State University, PA, USA, Department of Industrial Engineering, University of Quebec, Hydro-Qu bec, Canada (2008).

     

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

 

49


ÎMBUNĂTĂŢIRI FUNCŢIONALE LA INSTALAŢIA DE EVACUARE A NĂMOLULUI DIN BAZINELE DE COLECTARE A APEI DE LA STAŢIA DE POMPE PUŢ AUXILIAR NR.12 E.M. LUPENI Daniel BRÂNZAN*, Iosif DUMITRESCU**, Vilhelm ITU***, Mihai-Carmelo RIDZI** Rezumat: În general, schema de evacuare a apelor este determinată de metoda de deschidere a zăcământului. Dacă nu este posibilă evacuarea apelor subterane prin galerii de scurgere, se impune amenajarea unor staţii de pompare. Bazinele de colectare, pe lângă înmagazinarea apei au şi rolul de decantare, cu scopul separării impurităţilor mecanice din apă, înainte de pompare. Amplasarea bazinelor trebuie să permită curăţirea lor de nămolul depus pe vatră, cel puţin o dată la 6 luni. La E. M. Lupeni cu ajutorul instalaţiei de evacuare nămol se execută lucrările de curăţire a bazinelor de colectare a apelor de mină, aferente staţiei principale de evacuare a apelor de la puţul 12 orizontul 400. Spaţiul în care este amplasată instalaţia este format dintr-o galerie de 50 metri amplasată transversal sub nivelul bazinelor şi o lucrare minieră verticală de 30 m. În lucrare se prezintă unele îmbunătăţiri funcţionale aduse la această instalaţie. Cuvinte cheie: instalaţie de evacuare nămol, îmbunătăţiri funcţionale.

Fig. 1 Instalaţia de evacuare nămol de la E.M. Lupeni

1. Introducere Instalaţia de evacuare nămol (fig. 1) este compusă din următoarele părţi principale şi subansambluri: instalaţia de tractare; echipamentul de echilibrare al vasului de evacuare; vasul de evacuare; sistemul de ghidare al vasului de evacuare. Inatalaţia de tractare, la rândul său, se compune din: troliu electric de mină; toba de deviere a corzii cablului de tractare; dispozitivul de dirijat cablul de tractare. Troliul electric de mină (fig. 2) folosit la tracţiune este de tipul TPe - 1 x 2000 şi face parte din categoria celor cu tobe (tambur), care pot fi cu una sau două tobe, iar în funcţie de destinaţia lor, pot fi pentru tractare pe orizontală sau pe plane înclinate. _____________________________ * Ing. C.N.H. S.A Petroşani, E.M. Lupeni ** Conf.dr.ing. Universitatea din Petroşani *** Şef lucr.dr.ing. Universitatea din Petroşani 50

Fig. 2 Troliul electric de mină TPe - 1 x 2000 Toba de deviere a corzii cablului de tractare (figura 3) este amplasată în faţa troliului electric de mină cu sopul de a devia coarda cablului de tractare astfel încât aceasta să se înfăşoare sau desfăşoare pe toba troliului paralelă cu platform troliului şi cu fundaţia acestuia.

Revista Minelor nr. 4 / 2012


Fig. 3 Toba de deviere a corzii cablului de tractare Toba de deviere a corzii cablului de tractare este o tobă de întindere pentru benzile transportoarelor din subteran cu lăţimea benzii transportoare de 800mm.

Dispozitivul de dirijat cablul de tractare se compuse dintr-o moletă de deviere sau de dirijare a cablului de Φ1530mm (fig. 4) şi un scripete mobil de Φ450mm (fig. 5) pentru reducerea forţei de tracţiune, peste care este trecut cablul de tractare. Scripetele mobil este legat de tija vasului de evacuare prin intermediul unui bolţ şi a unor eclise. Un capăt al cablului de tractare este fix şi este prins de o grindă, iar celălalt capăt al de tamburul troliului. Moleta de deviere este fixată pe grinzi transversale din oţel având capetele încastrate în lucrarea minieră şi betonate. Echipamentul de echilibrare al vasului este alcătuit din contragreutate, cablul de legătură dintre contragreutate şi vasul de evacuare, moleta de deviere şi cleme de prindere. Cablul de legătură dintre contra-greutate şi vasul de evacuare este din oţel, şi este cu un capăt montat de vasul de evacuare iar celălalt capăt este montat de contra-greutate.

Fig. 4 Moleta de deviere a dispozitivului de dirijat cablul de tractare

Fig. 6 Vasul de evacuare

Fig. 5 Scripete mobil pentru reducerea forţei de tracţiune ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Vasul de evacuare (fig. 6) este un vas de tip colivie de extracţie, cu un etaj cu un vagonet pe etaj. Este o construcţie metalică, în formă paralelipipedică, destinată numai pentru transportul vagonetelor, precum şi coborârea şi ridicarea diverselor materiale. Pentru evitarea oscilaţiilor transversale în timpul deplasării, vasul de evacuare se deplasează de-a lungul unor ghidaje executate din lemn. Ghidajele sunt fixate şi susţinute de grinzi transversale (moaze) din profile metalice, încastrate în pereţii betonaţi. Vasul de evacuare (colivia) este ghidat lateral. 51


2. Îmbunătăţirea condiţiilor de exploatare a troliului Datorită cerinţelor din cartea tehnică a troliului de a fi folosit pe galerii şi planuri înclinate, iar în cazul instalaţiei de evacuare nămol de la E. M. Lupeni avea rolul de instalaţie de extracţie cu maşina la sol, s-a impus amplasarea unei tobe de deviere a cablului, care să preia componenta verticală dată de cablu. În figura 7 este prezentată soluţia constructivă a tobei de deviere, unde s-au notat: 1 – cadru metalic

de susţinere; 2 – tambur de deviere; 3 – inel distanţier; 4 – brăţară; 5 – şurub M20x50. Cadrul metalic de susţinere este realizat din două profiluri U20, care sunt rigidizate între ele prin două traverse din profil cornier de L100x100x8 mm, iar la partea inferioară are două distanţiere din cornier L100x100x8 pentru poziţionarea faţă de rama suport a troliului. La partea superioară se află doi pinteni din cornier L100x100x8x200mm pentru sprijinire de o ţeavă de Φ 160 mm.

Fig. 7 Tambur de deviere Construcţia tamburului de deviere a cablului este prezentată în figura 8, unde s-a notat: 1 – tambur liber TMB 800; 2 – flanşă reţinere; 3 – spirală din sârmă Φ2 mm; 4 – calibru poziţionare spirală sârmă.

înfăşurare a cablului pe tamburul troliului de 18 mm. În figura 9 este prezentată construcţia brăţării pentru prinderea axului tamburului de deviere pe cadrul metalic de susţinere.

Fig. 9 Brăţară Fig. 8 Construcţia tobei de deviere Datorită diametrelor diferite ale tamburului troliului de 500 mm şi al tamburului de deviere de 320 mm, turaţiile celor două tambure la rularea sau derularea cablului diferă cu raportul 518/338 = 1,5325, raport cu care trebuie redus pasul spiralei din sârmă, p = 11,75 mm, faţă de pasul de 52

3. Îmbunătăţirea paracăzător

funcţionării

dispozitivului

În figura 10 este prezentat modelul 3D al vasului de extracţie, colivie cu un singur etaj şi un singur vagonet pe etaj, care se compune din: 1 – cablu pentru contragreutatea de echilibrare a coliviei; 2 – instalaţia cu scripete pentru tractarea coliviei; 3 – atelaj (tijă); 4 - acoperişul coliviei; 5 – Revista Minelor nr. 4 / 2012


glisiere; 6 – ghidaje din lemn; 7 – corpul coliviei, cu gabaritul 1700x1120x2400 mm; 8 – cale de rulare a vagonetului; 9 – bară de blocare a vagonetului; 10 – grinda de susţinere a coliviei; 11 – suporturi pentru capetele arcului; 12 – arc cu foi; 13 – pana înclinată; 14 – pârghie transversală; 15 – pârghie verticală; 16 – braţ; 17 – ax; 18 – lagăr; 19 – paracăzător; 20 – atelaj cu lanţ minier pentru contragreutate. Dispozitivul de siguranţă paracăzător este prezentat în figura 10,a în condiţii normale de funcţionare, când greutatea coliviei deformează arcul cu foi 12 şi aceasta este susţinută de tija 3, iar ghearele paracăzătoarelor se află în poziţia din Detaliu A. În figura 10,b este prezentată situaţia

când nu mai există forţă de tracţiune pe tija 3, arcul se destinde şi prin pârghia transversală 14, fixată de tijă prin pana 13, pârghiile verticale 15 şi braţul 16 se produce rotirea axul 17 în lagărele 18 şi introducerea ghearelor paracăzătorului 19 în corpul ghidajului 6 (Detaliu B). Iniţial, contragreutatea era fixat printr-un bolţ de eclisele scripetelui de tracţiune, ca în figura 11, dar nu permitea declanşarea dispozitivului de siguranţă paracăzător la anularea forţei de tractare. Pentru a înlătura acest neajuns al dispozitivului s-a proiectat şi executat atelajul cu lanţ minier 20, fixat de grinda de susţinere a coliviei 10, ca în figura 10.

Fig. 10 Modelul 3D al coliviei instalaţiei de evacuare nămol

Fig. 11 Modul de fixare a cablului contragreutăţii ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Pe baza modelării 3D a coliviei instalaţiei de evacuare a nămolului cu ajutorul soft-ului Solid Edge s-a trecut la studierea modului de funcţionare a dispozitivului de siguranţă paracăzător. În figura 12 este prezentată construcţia şi funcţionarea dispozitivului paracăzător. Prin tija 2 se face legătura între grinda de susţinere a coliviei 3 şi bolţul 1, ce face legătura cu eclisele scripetelui de tractare a coliviei. Arcul cu foi 4 este introdus între plăcile de susţinere ale tijei 2 şi este fixat cu pârghia transversală 5, care este presată de pana înclinată 6 introdusă între pârghie şi piesa poziţionată în degajările plăcilor tijei de susţinere ale arcului. 53


Fig. 12 Dispozitiv paracăzător Cu ajutorul bolţurilor 8 şi a pârghiilor verticale 7 se face legătura între pârghia transversală şi braţele 9, care sunt montate prin pene pe axele 10. Axul 10 este susţinut şi poziţionat prin două lagăre de alunecare 11, care sunt fixate în pereţii laterali ai coliviei, iar pe capetele axului sunt montate ghearele 12 ale dispozitivului paracăzător. În figura 12,a este prezentat sistemul de pârghii ale dispozitivului paracăzător cu dimensiunii şi unghiul format de braţ cu orizontala şi săgeata arcului, 33,8 mm, pentru condiţii normale de funcţionare, grinda coliviei sprijinită pe tijă. În figura 12,b este prezentată situaţia declanşării dispozitivului de siguranţă, când se produce o 54

deplasare a tijei cu 56 mm şi pătrunderea ghearelor în ghidajele de lemn 14. În figura 12,c se face un studiu privind modul de pătrundere a dinţilor ghearelor în ghidaj în funcţie de unghiul de rotire. La o rotire de 10º al doilea dinte vine în contact cu suprafaţa ghidajului, iar la o rotire cu 31º se produce intrarea dinţilor ghearei paracăzătorului în ghidaj pe o adâncime de 33 mm şi blocarea acestuia în glisiera 13. La instalaţia existentă dinţii ghearei erau din tablă de 12 mm, cum se vede în figura 14, ceea ce făcea pătrunderea greoaie a dintelui în lemnul ghidajului.

Revista Minelor nr. 4 / 2012


Fig. 13 Analiza cu elemente finite a sistemului de pârghii a dispozitivului paracăzător Cu ajutorul soft-ului Cosmos DesignStar s-a făcut o analiză cu elemente finite a sistemului de pârghii a dispozitivului, figura 13, unde sunt prezentate: a – tensiunea echivalentă Von Mises; b – tensiunea normală după axa Z; c – tensiunea de ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

forfecare în planul YZ; d – suma deformaţiilor. Se observă că tensiunea echivalentă maximă este de 128,8 MPa şi se află în bolţ în planul de separaţie dintre pârghiile transversală şi verticală.

55


Cu ajutorul soft-ului Cosmos DesignStar s-a făcut o analiză cu element finit, figura 15,a pentru dintele existent şi figura 15,b pentru dintele propus, ascuţit pe laterale. S-a luat şi într-un caz şi altul lungimea de contact de 15 mm, datorită deformaţiei elastice a lemnului. Dacă ghidajul este din lemn de brad cu rezistenţa la compresiune în lungul fibrei de 40 MPa sau de 54 MPa la stejar, se observă că dintele neascuţit realizează o tensiune de contact de 29,5 MPa, mai mică decât rezistenţa de compresiune a lemnului.

4. Concluzii În urma analizei dispozitivului de siguranţă al instalaţiei de evacuare nămol de la E.M.Lupeni a rezultat: - îmbunătăţirea funcţionării dispozitivului prin legarea contragreutăţii de colivie; - ascuţirea dinţilor ghearelor dispozitivului; - corelarea dimensiunilor sistemului de pârghii cu unghiul de rotire şi adâncimea de pătrundere a dinţilor ghearei în lemnul ghidajului; - verificarea dimensională şi stabilirea materialelor necesare pentru piesele componente ale dispozitivului. Bibliografie 1. Blaer, P., ş.a. Cartea maistrului prelucrător, vol.1, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1989 2. Bolunduţ, I.L. Materiale metalice, Ed. AGIR, Bucureşti, 2004 3. Buzdugan, Gh. Rezistenţa materialelor, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1979

Fig. 14 Dispozitivul de siguranţă paracăzător existent la instalaţia de evacuat nămol

4. Carţiş, I. Gh Tratamente termice – tehnologie şi utilaje, Ed. Facla, Timişoara, 1982 5. Găfiţeanu, M., ş.a. Organe de maşini, vol. I şi II, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1981 and 1983 6. Itu, V., Dumitrescu, I. Execuţia documentaţiei pentru instalaţie de evacuare nămol. Comanda 871/01.11.2011 E.M.Lupeni, 2011 7. Magyari, A. Instalaţii mecanice miniere, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1990 8. Mănescu, T. Şt., ş.a. Analiză structurală prin metoda elementului finit, Ed. Orizonturi Universitare, Timişoara, 2005

Fig. 15 Analiza cu elemente finite a contactului dintre dintele ghearei paracăzătorului şi ghidajul din lemn

9. Muscă G. Proiectarea asistată folosind Solid Edge, Ed. Junimea, Iaşi, 2006 10. Rădulescu, Gh., ş.a. Îndrumar de proiectare în construcţia de maşini, vol. III, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1986

56

Revista Minelor nr. 4 / 2012


nr4ro