La minería de tajo largo es una forma de minería subterránea de carbón en la que se extrae una pared larga de carbón en una sola tajada (normalmente de 0,6 a 6,0 m (2 pies 0 pulgadas - 19 pies 8 pulgadas) de espesor). La sección de roca que se extrae, conocida como panel de tajo largo, normalmente tiene una longitud de 3 a 4 km (1,9 a 2,5 mi), pero puede tener hasta 7,5 km (4,7 mi) de largo y 250 a 400 m (820 a 1310 pies) de ancho.
La idea básica de la minería de tajo largo se desarrolló en Inglaterra a fines del siglo XVII, aunque es posible que se haya anticipado en la era preindustrial con una técnica similar utilizada por los hopi del noreste de Arizona en el siglo XIV. [1] Los mineros socavaban el carbón a lo ancho del frente de explotación, quitándolo a medida que caía, y usaban puntales de madera para controlar la caída del techo detrás del frente. Esto se conocía como el método de minería de Shropshire . [2] Si bien la tecnología ha cambiado considerablemente, la idea básica sigue siendo la misma: extraer esencialmente todo el carbón de un frente de explotación amplio y permitir que el techo y la roca suprayacente colapsen en el vacío detrás, mientras se mantiene un espacio de trabajo seguro a lo largo del frente para los mineros.
A partir de 1900, se aplicó la mecanización a este método. En 1940, algunos se referían a la minería de tajo largo como "el método de cinta transportadora" de minería, en honor a la pieza de maquinaria más importante involucrada. [3] A diferencia de la minería de tajo largo anterior, el uso de una cinta transportadora paralela al frente de carbón obligaba a que el frente se desarrollara a lo largo de una línea recta. La única otra maquinaria utilizada era una cortadora eléctrica para socavar el frente de carbón y taladros eléctricos para voladuras para bajar el frente. Una vez bajado, se utilizaba mano de obra para cargar carbón en la cinta transportadora paralela al frente y para colocar puntales de madera en el techo para controlar la caída del techo.
Estas minas de tajo largo de baja tecnología continuaron en funcionamiento hasta la década de 1970. El ejemplo más conocido fue la mina New Gladstone cerca de Centerville, Iowa , "una de las últimas minas de tajo largo en avance en los Estados Unidos". [4] Esta mina de tajo largo no utilizaba una cinta transportadora, sino que dependía de caballos para transportar los contenedores de carbón desde el frente hasta la pendiente , donde un montacargas los transportaba a la superficie. [5] [6]
La minería de tajo largo se ha utilizado ampliamente como etapa final en la explotación de minas antiguas de pilares y de cámara . En este contexto, la minería de tajo largo se puede clasificar como una forma de minería de retirada .
Los caminos de entrada se conducen hasta la parte posterior de cada panel antes de que comience la minería de tajo largo. El camino de entrada a lo largo de un lado del bloque se llama puerta principal o puerta principal; el camino del otro lado se llama puerta trasera. Cuando el espesor del carbón lo permite, estos caminos de entrada han sido desarrollados previamente por unidades mineras continuas, ya que el tajo largo en sí no es capaz de realizar el desarrollo inicial. El diseño del tajo largo puede ser de tipo "avance" o de tipo "retroceso". En el tipo avance, los caminos de entrada se forman a medida que avanza el frente de carbón. En vetas más delgadas se puede utilizar el método de minería de tajo largo de avance. En el tipo de retroceso, el panel es un frente que los conecta a ambos. Solo el camino de la puerta principal se forma antes del frente. El camino de la puerta trasera se forma detrás del frente de carbón quitando la piedra por encima de la altura del carbón para formar un camino que sea lo suficientemente alto para viajar por él. El extremo del bloque que incluye el equipo de tajo largo se llama frente. El otro extremo del bloque suele ser uno de los caminos de viaje principales de la mina.La cavidad detrás del tajo largo se llama goaf, goff o gob. [7]
Por lo general, el aire de admisión (fresco) viaja por la compuerta principal, cruza el frente y luego baja por la compuerta trasera, conocida como ventilación tipo "U". Una vez que pasa el frente, el aire ya no es aire fresco, sino aire de retorno que arrastra el polvo de carbón y los gases de la mina, como el metano y el dióxido de carbono , según la geología del carbón. El aire de retorno se extrae mediante ventiladores montados en la superficie. Se pueden utilizar otros métodos de ventilación en los que el aire de admisión también pasa por la compuerta principal y hacia un purgador o un camino de retorno posterior que reduce las emisiones de gases del carbón en el frente, o el aire de admisión viaja por la compuerta trasera y cruza el frente en la misma dirección que la cadena del frente en un sistema homotrópico. [8]
Para evitar la combustión espontánea del carbón en la zona de la mina, se puede permitir que los gases se acumulen detrás de los sellos para excluir el oxígeno de la zona de la mina sellada. Cuando una mina puede contener una mezcla explosiva de metano y oxígeno, se puede utilizar la inyección de nitrógeno/inertización para excluir el oxígeno o empujar la mezcla explosiva hacia lo profundo de la mina, donde no hay fuentes probables de ignición. Se requiere que los sellos sean monitoreados en cada turno por un supervisor de mina certificado para detectar daños y fugas de gases nocivos. [9]
Una serie de gatos hidráulicos , llamados soportes de techo motorizados, calzos o escudos, que suelen tener 1,75 m (5 pies 9 pulgadas) de ancho y se colocan en una línea larga, uno al lado del otro durante hasta 400 m (1300 pies) de longitud para sostener el techo del frente de carbón . Un calzo individual puede pesar entre 30 y 40 toneladas, extenderse hasta una altura de corte máxima de hasta 6 m (20 pies) y tener una capacidad de rendimiento de entre 1000 y 1250 toneladas cada uno, y avanzar hidráulicamente 1 m (3 pies 3 pulgadas) a la vez.
El carbón se corta de la superficie del carbón mediante una máquina llamada cizalladora (cargadora mecánica). Esta máquina puede pesar típicamente entre 75 y 120 toneladas y consta de un cuerpo principal, que alberga las funciones eléctricas, las unidades de tracción para mover la cizalladora a lo largo de la superficie del carbón y las unidades de bombeo (para alimentar las funciones hidráulicas y de agua). En cada extremo del cuerpo principal se encuentran los brazos de medición que se pueden alinear verticalmente hacia arriba y hacia abajo mediante cilindros hidráulicos, y sobre los cuales se montan los tambores de corte de la cizalladora que están equipados con 40 a 60 picas de corte. Dentro de los brazos de medición se alojan motores eléctricos muy potentes (normalmente de hasta 850 kW) que transfieren su potencia a través de una serie de engranajes de tendido dentro del cuerpo y a través de los brazos hasta las ubicaciones de montaje de los tambores en los extremos de los brazos de medición donde se encuentran los tambores de corte. Los tambores de corte giran a una velocidad de 20 a 50 revoluciones por minuto para cortar el mineral de la veta de carbón.
La cizalladora se desplaza a lo largo del frente de explotación mediante un transportador blindado (AFC), que utiliza un sistema de arrastre sin cadena, que se asemeja a un sistema de piñón y cremallera reforzado, desarrollado especialmente para la minería. Antes de los sistemas de arrastre sin cadena, eran populares los sistemas de arrastre con cadena, en los que se colocaba una cadena de alta resistencia a lo largo del frente de explotación para que la cizalladora se desplazara por sí sola. La cizalladora se mueve a una velocidad de 10 a 30 m/min (33 a 98 pies/min) según las condiciones de corte.
El AFC se coloca delante de los soportes del techo motorizados y la acción de corte de los tambores giratorios que cortan la veta de carbón desintegra el carbón, que se carga en el AFC. El carbón se retira del frente de carbón mediante un transportador de cadena rascador hasta la compuerta principal. Aquí se carga en una red de cintas transportadoras para su transporte a la superficie. En la compuerta principal, el carbón suele reducirse en tamaño en una trituradora y se carga en la primera cinta transportadora mediante el cargador de etapa de viga (BSL).
A medida que la cizalladora extrae el carbón, el AFC se desplaza por detrás de la cizalladora y los soportes del techo accionados avanzan hacia la cavidad recién creada. A medida que avanza la minería y todo el tajo largo avanza a través de la veta, la capa de carbón aumenta. Esta capa se derrumba bajo el peso de los estratos suprayacentes. Los estratos de aproximadamente 2,5 veces el espesor de la veta de carbón extraída se derrumban y los estratos superiores se asientan sobre la capa de carbón derrumbado. Este derrumbe puede reducir la altura de la superficie, lo que causa problemas como cambiar el curso de los ríos y dañar gravemente los cimientos de los edificios. [10]
Tanto el método de tajo largo como el de cámara y pilares se pueden utilizar para extraer vetas de carbón subterráneas adecuadas. El tajo largo tiene una mejor recuperación de recursos (alrededor del 80% en comparación con el 60% del método de cámara y pilares ), [11] se necesitan menos consumibles de soporte de techo, sistemas de limpieza de carbón de mayor volumen, mínima manipulación manual y la seguridad de los mineros se mejora por el hecho de que siempre están debajo de los soportes hidráulicos del techo cuando extraen carbón. [11]
La minería de tajo largo ha sido tradicionalmente un proceso manual en el que la alineación del equipo de frente se hacía con líneas de cuerda. Se han desarrollado tecnologías que automatizan varios aspectos de la operación de minería de tajo largo, incluido un sistema que alinea el frente del panel de tajo largo en retirada perpendicularmente a los caminos de acceso.
En resumen, las salidas del sistema de navegación inercial se utilizan en un cálculo de estimación de posición para estimar las posiciones de las cizalladoras. Se pueden aplicar filtros Kalman óptimos y suavizadores para mejorar las estimaciones de estimación de posición antes de reposicionar el equipo de frente largo al finalizar cada cizalla. [12] Se pueden utilizar algoritmos de maximización de expectativas para estimar los parámetros desconocidos del filtro y del suavizador para rastrear las posiciones de las cizalladoras de frente largo. [13]
En comparación con el control manual del equipo de la mina, el sistema automatizado produce mejores tasas de producción. Además de las ganancias de productividad, la automatización del equipo de tajo largo genera beneficios en materia de seguridad. El frente de explotación de carbón es una zona peligrosa debido a la presencia de metano y monóxido de carbono, y es una zona calurosa y húmeda, ya que se rocía agua sobre el frente para minimizar la probabilidad de que se produzcan chispas cuando la cizalladora recoge la roca de impacto. Al automatizar los procesos manuales, los trabajadores del frente pueden retirarse de estas zonas peligrosas. [ cita requerida ]
Como ocurre con muchas técnicas de minería, es importante considerar los impactos ambientales locales y regionales de la minería de tajo largo.
El hundimiento de minas de frente largo (LWMS, por sus siglas en inglés) es un proceso antropogénico que tiene muchos impactos ecológicos y ambientales, en particular en la salud del suelo y el movimiento del agua en una región donde se practica mucho este tipo de subsidencia. Es importante tener esto en cuenta, ya que algunos sitios mineros de frente largo pueden abarcar longitudes de varios kilómetros. Dicho esto, los sistemas de flujo hidrológico, los sistemas de raíces de los árboles y las especies vegetales pueden sufrir las cantidades de suelo que se eliminan debajo de ellos, y estas tensiones conducen a la erosión de la superficie. [14]
Las minas abandonadas también son un problema en lo que respecta a las áreas donde se ha instalado el desarrollo residencial. Las casas construidas cerca de minas de tajo largo abandonadas enfrentan la amenaza de daños futuros por sumideros y mala calidad del suelo , incluso hasta treinta años después del abandono de la mina. [15]
Dado que la minería de tajo largo es, en efecto, muy extensa, puede afectar áreas de más de 200 acres (81 ha). En estos tramos más largos, se ha observado que las minas de tajo largo que se encuentran debajo de las laderas de las montañas muestran un hundimiento más visible en los paisajes de montaña que en los paisajes de valle. [15]
Se han dado casos de hundimientos superficiales que han alterado el paisaje por encima de las minas. En la mina de carbón Newstan Colliery en Nueva Gales del Sur , Australia, "la superficie ha descendido hasta cinco metros en algunos lugares" por encima de una mina de varios niveles. [16] En algunos casos, el hundimiento causa daños a elementos naturales como el drenaje de los cursos de agua [17] o a estructuras artificiales como carreteras y edificios. " La carretera Douglas Park Drive estuvo cerrada durante cuatro semanas porque los paneles de tajo largo... desestabilizaron la carretera. En 2000, el Gobierno estatal detuvo la minería cuando llegó a 600 metros de los puentes gemelos. Un año después hubo informes de que aparecieron huecos de 40 centímetros en la carretera, y el puente tuvo que ser levantado lateralmente para realinearlo". [17] : 2 Un informe geotécnico de 2005 encargado por la Autoridad de Carreteras y Tráfico advirtió que "el hundimiento podría ocurrir de repente y durar muchos años". [17]
Sin embargo, hay varias minas que se explotaron con éxito con poco o ningún hundimiento de la superficie medible, incluidas minas bajo lagos, océanos, cuencas hidrográficas importantes y áreas ambientalmente sensibles. [ cita requerida ] El hundimiento se minimiza aumentando los anchos de los pilares de la cadena adyacente del bloque, disminuyendo los anchos y alturas de los bloques extraídos y teniendo en cuenta la profundidad de la cobertura, así como la competencia y el espesor de los estratos suprayacentes.
La minería de tajo largo puede provocar alteraciones geológicas en el lecho rocoso y, a su vez, afectar el movimiento del agua y hacer que esta se aleje de la superficie, atraviese el área minada y entre en el acuífero . La pérdida resultante de agua superficial puede afectar negativamente a los ecosistemas ribereños. [18]
Además de esto, si hay represas cerca del sitio de minería de tajo largo, esto podría tener un doble impacto en los ecosistemas ribereños , ya que habría una tasa de entrada reducida, así como la pérdida de la fracturación de la roca subyacente. [18]
A partir de 2014, el gobierno australiano adoptó medidas para mitigar el impacto de la minería de tajo largo sobre el agua. Las asambleas legislativas han pedido que se tomen medidas para mejorar la infraestructura de la mina a fin de minimizar las perturbaciones. [19]
Como resultado del agrietamiento de la roca madre debido a la minería bajo aguas como lagos o ríos, se han producido pérdidas de agua subterránea de diversa magnitud. Las minas que se encuentran a unos pocos cientos de metros de la superficie son susceptibles de recibir grandes aportes de agua de estos cuerpos. Además, después de que la interferencia minera perturbe el paisaje natural cerca de las minas, las vías naturales de flujo de agua pueden ser desviadas, lo que resulta en una erosión adicional a lo largo de un arroyo o ribera de un río. La minería adicional en áreas concentradas desplaza continuamente estas vías de flujo de agua, que tardan años en volver a su estado original. [20]
Muchos ecosistemas dependen de la consistencia anual de las entradas y salidas de agua, y alterar estos patrones puede generar condiciones insostenibles para las especies que dependen del agua para su reproducción. La minería de tajo largo también puede generar cambios localizados en la temperatura del agua, lo que estimula la proliferación de algas que puede consumir el oxígeno disponible necesario para la salud de otras especies. [20]
La minería de tajo largo ha limitado la investigación disponible sobre los impactos en los bosques cercanos, sin embargo, los estudios de imágenes satelitales emergentes han mostrado posibles relaciones con el suelo superficial más seco cerca de las regiones donde recientemente se ha realizado minería de tajo largo. Además de los suelos más secos, se ha observado una reducción de la humedad del dosel forestal. [21]
Se ha observado que las minas de tajo largo liberan gas metano , un gas de efecto invernadero común , al medio ambiente; sin embargo, no se encontró que el aumento del frente de una mina de tajo largo típica de 200 a 300 metros (660 a 980 pies) liberara significativamente más metano. [22] [23] Las emisiones de metano de las minas de tajo largo cerradas pueden continuar hasta quince años, sin embargo, es posible medir el volumen de emisiones potenciales de metano en función del flujo de agua en las minas cerradas. [22]
Canadá posee algunas de las mayores reservas de carbón del mundo [24] y hasta 2013 no había habido minas de tajo largo en Canadá durante más de 25 años. En 2015, HD Mining abrió una mina en Columbia Británica, lo que provocó disputas debido a la contratación de trabajadores extranjeros en lugar de canadienses y por su posible impacto en el medio ambiente [25] [26] Se esperaba que esta mina tuviera emisiones de dióxido de carbono de 17 megatones por año; sin embargo, el gobierno federal canadiense le impuso un límite de carbono para mantener las emisiones en 500.000 toneladas por año [26] .
La explotación de tajo largo, en la que se perforan en la tierra amplios paneles de carbón de unos pocos metros de alto y cientos de metros de ancho, provoca el hundimiento del terreno por encima de las minas.
La minería de tajo largo ya ha provocado daños sustanciales en los lechos de los ríos, los pantanos y las cuencas hidrográficas de la zona.