La minería de tajo largo es una forma de extracción subterránea de carbón en la que se extrae una larga pared de carbón en una sola porción (normalmente de 0,6 a 6,0 m (2 pies 0 pulg. - 19 pies 8 pulg.) de espesor). La sección de roca que se está extrayendo, conocida como panel de pared larga, suele tener de 3 a 4 km (1,9 a 2,5 millas) de largo, pero puede tener hasta 7,5 km (4,7 millas) de largo y 250 a 400 m (820 a 1310 m). pies) de ancho.
La idea básica de la minería de tajo largo se desarrolló en Inglaterra a finales del siglo XVII, aunque puede haber sido anticipada en la era preindustrial por una técnica similar utilizada por los Hopi del noreste de Arizona en el siglo XIV. [1] Los mineros socavaron el carbón a lo largo del ancho de la cara del carbón, retirando el carbón a medida que caía, y usaron puntales de madera para controlar la caída del techo detrás de la cara. 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: eliminar esencialmente todo el carbón de una amplia superficie de carbón 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. la cara para los mineros.
A partir de 1900 se aplicó la mecanización a este método. En 1940, algunos se referían a la minería de frente largo como "el método transportador" de la minería, en honor a la pieza de maquinaria más destacada involucrada. [3] A diferencia de la anterior minería de frente largo, el uso de una cinta transportadora paralela al frente del carbón obligó a que el frente se desarrollara a lo largo de una línea recta. La única otra maquinaria utilizada fue una cortadora eléctrica para socavar la cara del carbón y taladros eléctricos para hacer voladuras y dejar caer la cara. Una vez caído, se utilizó mano de obra para cargar carbón en el transportador paralelo al frente y colocar puntales de madera 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 utilizó una cinta transportadora, sino que dependía de ponis para transportar tinas de carbón desde la cara hasta la pendiente donde un polipasto arrastraba las tinas a la superficie. [5] [6]
La minería de tajo largo se ha utilizado ampliamente como etapa final en la extracción de minas antiguas de sala y pilar . En este contexto, la minería de tajo largo puede clasificarse como una forma de minería en retirada .
Los caminos de entrada se conducen hasta la parte trasera de cada panel antes de que comience la minería de tajo largo. El camino de entrada a lo largo de un lado de la cuadra se llama puerta principal o puerta principal; el camino del otro lado se llama portón trasero. 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 desarrollarse inicialmente. El diseño de Longwall podría ser del tipo "avanzando" o del tipo "retirada". En el tipo de avance, los caminos de entrada se forman a medida que avanza la cara del carbón. En vetas más delgadas se puede utilizar el método de minería de tajo largo de avance. En el tipo retiro, el panel es una cara que los conecta a ambos. Solo el camino de la entrada 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 transitar. El extremo del bloque que incluye el equipo de frente largo se llama frente. El otro extremo de la cuadra suele ser una de las principales vías de circulación de la mina.La cavidad detrás del tajo largo se llama goaf, goff o gob. [7]
Por lo general, el aire de entrada (fresco) sube por la puerta principal, cruza el frente y luego baja por la puerta trasera, lo que se conoce como ventilación tipo "U". Una vez pasada la cara, el aire ya no es aire fresco, sino aire de retorno que se lleva el polvo de carbón y los gases de la mina como el metano o el dióxido de carbono , según la geología del carbón. El aire de retorno se extrae mediante ventiladores montados en la superficie. Se pueden usar otros métodos de ventilación en los que el aire de admisión también pasa por la puerta principal y entra a un camino de purga o retorno trasero, lo que reduce las emisiones de gases desde la puerta hacia la cara, o el aire de admisión sube por la puerta trasera y cruza la cara en la misma dirección que la cadena de caras en un sistema homotropal. [8]
Para evitar la combustión espontánea de carbón en el área de la canilla, se puede permitir que se acumulen gases detrás de los sellos para excluir el oxígeno del área de la canilla sellada. Cuando un toro pueda contener una mezcla explosiva de metano y oxígeno, se puede utilizar inyección/inertización de nitrógeno para excluir el oxígeno o empujar la mezcla explosiva profundamente dentro del toro donde no haya fuentes probables de ignición. Se requiere que un supervisor de mina certificado controle los sellos en cada turno para detectar daños y fugas de gases nocivos. [ cita necesaria ]
Una serie de gatos hidráulicos , llamados soportes de techo, calzos o escudos eléctricos, que suelen tener 1,75 m (5 pies 9 pulgadas) de ancho y se colocan en una línea larga, uno al lado del otro hasta 400 m (1300 pies) de largo para para soportar el techo de la cara del 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 un índice de rendimiento de 1000 a 1250 toneladas cada uno, y avanzar hidráulicamente 1 m (3 pies 3 pulgadas) a una tiempo.
El carbón se corta de la cara del carbón mediante una máquina llamada cizalla (cargadora eléctrica). Esta máquina puede pesar normalmente entre 75 y 120 toneladas y consta de un cuerpo principal que alberga las funciones eléctricas, las unidades motrices de tracción para mover la cizalla a lo largo de la superficie del carbón y las unidades de bombeo (para alimentar las funciones hidráulica y hidráulica). En cada extremo del cuerpo principal están instalados los brazos oscilantes que pueden orientarse verticalmente de arriba a abajo mediante arietes hidráulicos, y sobre los cuales están montados los tambores de corte de la cizalla que están equipados con entre 40 y 60 picos de corte. Dentro de los brazos de medición se encuentran motores eléctricos muy potentes (típicamente hasta 850 kW) que transfieren su potencia a través de una serie de engranajes dentro del cuerpo y a través de los brazos hasta las ubicaciones de montaje del tambor en los extremos de los brazos de medición donde se realiza el corte. los tambores son. Los tambores de corte giran a una velocidad de 20 a 50 revoluciones/min para cortar el mineral de la veta de carbón.
La cizalla se transporta a lo largo de la cara en el transportador de cara blindado (AFC); utilizando un sistema de transporte sin cadenas, que se asemeja a un sistema de piñón y cremallera robusto especialmente desarrollado para la minería. Antes de los sistemas de transporte sin cadenas, los sistemas de transporte con cadenas eran populares, en los que se pasaba una cadena de alta resistencia a lo largo de la cara del carbón para que la cizalla se arrastrara sola. La cizalla se mueve a una velocidad de 10 a 30 m/min (33 a 98 pies/min), dependiendo de las condiciones de corte.
El AFC se coloca delante de los soportes motorizados del techo 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 de la cara del carbón mediante un transportador de cadena raspador hasta la puerta principal. Aquí se carga en una red de cintas transportadoras para transportarlo a la superficie. En la puerta principal, el carbón generalmente se reduce de tamaño en una trituradora y se carga en la primera cinta transportadora mediante el cargador de plataforma de viga (BSL).
A medida que la cortadora retira el carbón, el AFC se desliza detrás de la cortadora y los soportes del techo motorizados avanzan hacia la cavidad recién creada. A medida que avanza la minería y todo el tajo largo avanza a través de la veta, el problema aumenta. Esta cabra se derrumba bajo el peso de los estratos suprayacentes. Los estratos de aproximadamente 2,5 veces el espesor de la veta de carbón eliminada colapsan y los lechos superiores se asientan sobre la veta colapsada. Este colapso puede reducir la altura de la superficie, causando problemas como cambiar el curso de los ríos y dañar gravemente los cimientos de los edificios. [9]
Los métodos de minería de tajo largo y de cámara y pilar se pueden utilizar para extraer vetas de carbón subterráneas adecuadas. Longwall tiene una mejor recuperación de recursos (alrededor del 80 % en comparación con aproximadamente el 60 % para el método de habitación y pilar ), [10] se necesitan menos consumibles de soporte del techo, sistemas de remoción de carbón de mayor volumen, manipulación manual mínima y la seguridad de los mineros se ve mejorada por el hecho que siempre estén debajo de los soportes hidráulicos del techo cuando estén extrayendo carbón. [10]
La minería de tajo largo ha sido tradicionalmente un proceso manual en el que la alineación del equipo frontal se realizaba con líneas de hilo. Se han desarrollado tecnologías que automatizan varios aspectos de la operación minera de tajo largo, incluido un sistema que alinea la cara del panel de tajo largo en retirada perpendicularmente a las vías de acceso.
Brevemente, las salidas del sistema de navegación inercial se utilizan en un cálculo de navegación a estima para estimar las posiciones de corte. Se pueden aplicar filtros y suavizadores Kalman óptimos para mejorar las estimaciones de navegación a estima antes de reposicionar el equipo de tajo largo al finalizar cada cizalla. [11] Se pueden utilizar algoritmos de maximización de expectativas para estimar el filtro desconocido y parámetros más suaves para rastrear las posiciones de los cortadores de frente largo. [12]
En comparación con el control manual del equipo minero, el sistema automatizado produce mejores tasas de producción. Además de las ganancias en productividad, la automatización de los equipos de tajo largo genera beneficios en materia de seguridad. El frente de carbón es un área peligrosa porque hay metano y monóxido de carbono presentes, mientras que el área es caliente y húmeda ya que se rocía agua sobre el frente para minimizar la probabilidad de que se produzcan chispas cuando la cizalla golpea la roca. Al automatizar los procesos manuales, los trabajadores faciales pueden ser retirados de estas áreas peligrosas. [ cita necesaria ]
Como ocurre con muchas técnicas mineras, es importante considerar los impactos ambientales locales y regionales de la minería de tajo largo.
El hundimiento de minas de tajo largo (LWMS) es un proceso antropogénico que tiene muchos impactos ecológicos y ambientales, particularmente en la salud del suelo y el movimiento del agua en una región donde se realiza mucho LWMS. Es importante tener esto en cuenta, ya que algunos sitios mineros de tajo largo pueden abarcar longitudes de varios kilómetros. Dicho esto, los sistemas de flujo hidrológico, los sistemas de raíces de los árboles y las especies vegetativas pueden verse afectados por la cantidad de tierra que se elimina debajo de ellos, y estas tensiones conducen a la erosión de la superficie. [13]
Las minas abandonadas también son un problema en las áreas donde se han instalado desarrollos residenciales. Las casas construidas cerca de minas abandonadas de tajo largo enfrentan la amenaza de daños futuros debido a sumideros y mala calidad del suelo , incluso hasta treinta años después del abandono de la mina. [14]
Dado que la minería de tajo largo es muy larga, puede afectar áreas de más de 200 acres (81 ha). En estos tramos más grandes, se ha observado que las minas de tajo largo subyacentes a las laderas de las montañas demuestran un hundimiento más visible en los paisajes montañosos que en los paisajes de valles. [14]
Ha habido casos de hundimientos de la superficie que alteraron el paisaje sobre las minas. En Newstan Colliery en Nueva Gales del Sur , Australia, "la superficie ha descendido en algunos lugares hasta cinco metros" por encima de una mina de varios niveles. [15] En algunos casos, el hundimiento causa daños a características naturales como el drenaje de cursos de agua [16] o estructuras artificiales como carreteras y edificios. " Douglas Park Drive estuvo cerrada durante cuatro semanas porque los paneles de pared larga... desestabilizaron la carretera. En 2000, el gobierno estatal detuvo la minería cuando se encontraba a 600 metros de los puentes gemelos. Un año después, hubo informes de que aparecían huecos de 40 centímetros. en la carretera, y el puente tuvo que ser levantado lateralmente para realinearlo". [16] : 2 Un informe geotécnico de 2005 encargado por la Autoridad de Carreteras y Tráfico advirtió que "el hundimiento podría ocurrir repentinamente y ocurrir durante muchos años". [dieciséis]
Sin embargo, hay varias minas que se explotaron con éxito con poco o ningún hundimiento superficial mensurable, incluidas minas debajo de lagos, océanos, importantes cuencas de captación de agua y áreas ambientalmente sensibles. [ cita necesaria ] El hundimiento se minimiza aumentando los anchos de los pilares de la cadena adyacentes del bloque, disminuyendo los anchos y alturas de los bloques extraídos y teniendo en cuenta la profundidad de la cubierta, así como la competencia y el espesor de los estratos superpuestos.
La minería de tajo largo puede provocar alteraciones geológicas en el lecho rocoso y, a su vez, puede afectar el movimiento del agua y provocar que el agua se aleje de la superficie, a través del área minada y hacia el acuífero . Una pérdida resultante de agua superficial puede afectar negativamente a los ecosistemas ribereños. [17]
Además de esto, si hay represas cerca del sitio minero de tajo largo, esto podría afectar doblemente a los ecosistemas ribereños , ya que tendría una tasa de entrada reducida, así como la pérdida por fractura de la roca subyacente. [17]
A partir de 2014, el gobierno australiano tomó medidas para mitigar los impactos hídricos de la minería de tajo largo. Las asambleas legislativas han pedido medidas para mejorar la infraestructura minera a fin de minimizar las perturbaciones. [18]
Como resultado del agrietamiento del lecho rocoso debido a la minería debajo de aguas como lagos o ríos, se han producido pérdidas de agua subterránea de diversos grados. Las minas situadas 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, los caminos naturales del flujo de agua pueden redirigirse, lo que resulta en una erosión adicional a través de un arroyo o orilla de un río. La minería adicional en áreas concentradas mueve continuamente estos caminos de flujo de agua, que tardan años en regresar a sus estados originales. [19]
Muchos ecosistemas dependen de la consistencia anual de las entradas y salidas de agua, y alterar estos patrones puede resultar en condiciones insostenibles para las especies que dependen del agua para su reproducción. La minería de tajo largo también puede provocar cambios localizados en la temperatura del agua, estimulando la proliferación de algas que pueden consumir el oxígeno disponible necesario para la salud de otras especies. [19]
La minería de tajo largo ha limitado la investigación disponible sobre los impactos de los bosques cercanos; sin embargo, estudios emergentes de imágenes satelitales han mostrado posibles relaciones con la superficie del suelo más seca cerca de regiones donde se ha producido recientemente la minería de tajo largo. Además de los suelos más secos, se ha observado que se reduce la humedad del dosel del bosque. [20]
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 de la cara de una mina de tajo largo típica de 200 a 300 metros (660 a 980 pies) liberara significativamente más metano. [21] [22] Las emisiones de metano de las minas cerradas de tajo largo 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. [21]
Canadá tiene algunas de las reservas de carbón más grandes del mundo, [23] y hasta 2013 no había habido minas de tajo largo en Canadá durante más de 25 años. HD Mining abrió una mina en 2015 en Columbia Británica, lo que provocó disputas por la contratación de trabajadores extranjeros en lugar de canadienses y por su posible impacto en el medio ambiente. [24] [25] 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. [25]
La minería de tajo largo, en la que se extraen de la tierra amplios paneles de carbón de unos pocos metros de alto y cientos de metros de ancho, hace que el terreno sobre las minas se hunda.
La minería de tajo largo ya ha provocado daños sustanciales a los lechos de los ríos, los pantanos y las cuencas de captación de agua de la zona.