Miniera

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Tunnel sotterraneo in una miniera giapponese

Una miniera è un luogo dove avviene l'estrazione di rocce e minerali o combustibili solidi carbone, lignite di interesse economico, grazie a lavorazioni eseguite principalmente in ambienti sotterranei[1] o sottomarini[2]. Il termine indica anche il complesso industriale collegato all'attività di estrazione che è parte dell'industria mineraria.

Nel mondo romano, l'estrazione mineraria e la lavorazione dei metalli estratti era la principale attività industriale. I Romani sfruttarono giacimenti sia sull'attuale territorio Italiano, sia nelle province; in particolare nell'Iglesiente, in Sardegna, venivano estratti piombo, ferro, rame e argento, ma anche in Gallia, in Spagna (qui particolarmente importanti le miniere di Rio Tinto già note ai Fenici), in Britannia, in Asia minore e nelle province lungo il Danubio venivano estratti questi metalli oltre allo stagno.[3]

Storia

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Preistoria

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Fin dall'inizio della civiltà, le persone hanno utilizzato la pietra, l'argilla e, successivamente, i metalli che si trovano vicino alla superficie terrestre. Questi venivano usati per realizzare i primi strumenti e armi; ad esempio, la selce di alta qualità trovata nel nord della Francia, nell'Inghilterra meridionale e in Polonia veniva utilizzata per creare strumenti di selce[4]. Miniere di selce sono state trovate in aree gessose dove i filoni della pietra erano seguiti sottoterra da pozzi e gallerie. Le miniere di Grimes Graves e Krzemionki sono particolarmente famose e, come la maggior parte delle altre miniere di selce, sono di origine neolitica (4000–3000 a.C. circa). Altre rocce dure estratte o raccolte per le asce includevano la pietra verde dell'industria delle asce di Langdale con sede nel Lake District inglese[5]. La miniera più antica conosciuta nei documenti archeologici è la miniera di Ngwenya in Eswatini (eSwatini), che la datazione al radiocarbonio mostra avere circa 43.000 anni. In questo sito gli esseri umani del Paleolitico estraevano l'ematite per produrre l'ocra, il pigmento rosso[6][7]. Si ritiene che le miniere di un'età simile in Ungheria siano siti in cui i Neanderthal potrebbero aver estratto la selce per armi e strumenti[8].

Antico Egitto

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Gli antichi egizi estraevano la malachite a Maadi[9]. Inizialmente, gli egiziani usavano le pietre di malachite verde brillante per ornamenti e ceramiche. Successivamente, tra il 2613 e il 2494 a.C., grandi progetti di costruzione richiesero spedizioni all'estero nell'area di Wadi Maghareh per assicurarsi minerali e altre risorse non disponibili nello stesso Egitto[10]. Cave di turchese e rame furono trovate anche a Wadi Hammamat, Tura, Assuan e in vari altri siti nubiani sulla penisola del Sinai e a Timna[10]. Nel sito di Umm el-Sawwan furono trovate cave di gesso, il gesso veniva utilizzato per realizzare articoli funerari per tombe private. Altri minerali estratti in Egitto dall'Antico Regno (2649-2134 a.C.) fino al periodo romano (30 a.C.-395 d.C.) tra cui granito, arenaria, calcare, basalto, travertino, gneiss, galena e ametista[11].

L'estrazione mineraria in Egitto avvenne già nelle prime dinastie. Le miniere d'oro della Nubia erano tra le più grandi ed estese dell'antico Egitto. Queste miniere sono descritte dall'autore greco Diodoro Siculo, che menziona l'incendio come un metodo utilizzato per abbattere la dura roccia che contiene l'oro. Uno dei complessi è mostrato in una delle prime mappe minerarie conosciute[12]. I minatori frantumavano il minerale e lo macinavano fino a ottenere una polvere fine prima di lavare la polvere per ottenere la polvere d'oro, nota come processi di fissaggio a secco e ad umido[13].

Antica Grecia e Roma

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Sviluppo dell'antica Roma delle miniere d'oro di Dolaucothi, Galles.
Sviluppo dell'antica Roma delle miniere d'oro di Dolaucothi, Galles.
Lo stesso argomento in dettaglio: Miniere della Britannia romana.

L’attività mineraria in Europa ha una storia molto lunga. Gli esempi includono le miniere d'argento di Laurium, che contribuirono a sostenere la città-stato greca di Atene. Sebbene avessero oltre 20.000 schiavi che li lavoravano, la loro tecnologia era essenzialmente identica a quella dei loro predecessori dell'età del bronzo. In altre miniere, come sull'isola di Thassos, il marmo veniva estratto dagli abitanti di Paro dopo il loro arrivo nel VII secolo a.C[14]. Il marmo fu spedito via e in seguito gli archeologi scoprirono che era stato utilizzato in edifici tra cui la tomba di Anfipoli. Filippo II di Macedonia, padre di Alessandro Magno, conquistò le miniere d'oro del Monte Pangeo nel 357 a.C. per finanziare le sue campagne militari[15]. Catturò anche le miniere d'oro in Tracia per coniare monete, producendone infine 26 tonnellate all'anno.

Tuttavia furono i Romani a sviluppare metodi minerari su larga scala, in particolare l'utilizzo di grandi volumi d'acqua portati alla testa della miniera da numerosi acquedotti. L'acqua veniva utilizzata per una varietà di scopi, tra cui la rimozione del sovraccarico e dei detriti rocciosi, chiamata estrazione idraulica, nonché il lavaggio dei minerali sminuzzati o frantumati e l'azionamento di macchinari semplici.

I romani utilizzavano metodi di estrazione idraulica su larga scala per cercare le vene di minerale, in particolare utilizzando una forma di estrazione ormai obsoleta nota come hushing. Costruirono numerosi acquedotti per fornire acqua alla miniera, dove l'acqua veniva immagazzinata in grandi serbatoi e cisterne. Quando veniva aperto un serbatoio pieno, il flusso d'acqua trascinava via il sovraccarico per esporre il substrato roccioso sottostante e eventuali vene contenenti oro. La roccia veniva poi lavorata mediante l'accensione del fuoco per riscaldare la roccia, che veniva spenta con un getto d'acqua. Lo shock termico che ne derivò spaccò la roccia, consentendone l'asportazione da parte di ulteriori flussi d'acqua provenienti dalle cisterne sovrastanti. I minatori romani usavano metodi simili per lavorare i depositi di cassiterite in Cornovaglia e il minerale di piombo nei Pennini.

I metodi di chiusura furono sviluppati dai romani in Spagna nel 25 d.C. per sfruttare grandi giacimenti d'oro alluvionali, il sito più grande era a Las Medulas, dove sette lunghi acquedotti sfruttavano i fiumi locali e inghiottivano i depositi. I romani sfruttarono anche l'argento presente nella galena argentifera nelle miniere di Cartagena (Cartago Nova), Linares (Castolo), Plasenzuela e Azuaga, tra molte altre. La Spagna era una delle regioni minerarie più importanti, ma tutte le regioni dell'Impero Romano venivano sfruttate. In Gran Bretagna i nativi avevano estratto minerali per millenni[16], ma dopo la conquista romana, la portata delle operazioni aumentò notevolmente, poiché i romani avevano bisogno delle risorse della Britannia, in particolare oro, argento, stagno e piombo.

Le tecniche romane non si limitavano all'estrazione mineraria di superficie. Seguirono i filoni minerari sottoterra una volta che l'estrazione mineraria a cielo aperto non fu più fattibile. A Dolaucothi hanno tappato le vene e hanno scavato degli accessi attraverso la nuda roccia per drenare le vene stesse. Gli stessi accessi servivano anche per l'aerazione dei lavori, cosa particolarmente importante quando si utilizzava l'incendio. In altre parti del sito, penetrarono nella falda freatica e prosciugarono le miniere utilizzando diversi tipi di macchine, in particolare ruote idrauliche rovesciate. Questi furono ampiamente utilizzati nelle miniere di rame di Rio Tinto in Spagna, dove una sequenza comprendeva 16 ruote di questo tipo disposte a coppie e sollevavano l'acqua per circa 24 metri (79 piedi). Funzionavano come tapis roulant con i minatori in piedi sulle stecche superiori. Molti esempi di tali dispositivi sono stati trovati nelle antiche miniere romane e alcuni esempi sono ora conservati al British Museum e al Museo Nazionale del Galles[17].

Europa medievale

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Galleria, dal XII al XIII secolo, Germania.
Galleria, dal XII al XIII secolo, Germania.

L'industria mineraria subì drammatici cambiamenti nell'Europa medievale. L'industria mineraria nell'alto medioevo era focalizzata principalmente sull'estrazione del rame e del ferro. Venivano utilizzati anche altri metalli preziosi, principalmente per la doratura o la coniazione. Inizialmente, molti metalli venivano ottenuti attraverso l'estrazione a cielo aperto e il minerale veniva estratto principalmente da profondità poco profonde, piuttosto che attraverso pozzi minerari profondi. Intorno al XIV secolo, il crescente utilizzo di armi, armature, staffe e ferri di cavallo aumentò notevolmente la domanda di ferro. I cavalieri medievali, ad esempio, erano spesso carichi di armature a piastre o maglie di catena fino a 100 libbre (45 kg) oltre a spade, lance e altre armi[18]. La schiacciante dipendenza dal ferro per scopi militari ha stimolato i processi di produzione ed estrazione del ferro.

La crisi dell'argento del 1465 si verificò quando tutte le miniere raggiunsero profondità tali che i pozzi non potevano più essere pompati a secco con la tecnologia disponibile[19]. Sebbene un maggiore utilizzo di banconote, credito e monete di rame durante questo periodo diminuì il valore e la dipendenza dai metalli preziosi, l'oro e l'argento rimasero comunque vitali per la storia dell'estrazione mineraria medievale.

A causa delle differenze nella struttura sociale della società, verso la metà del XVI secolo la crescente estrazione di giacimenti minerari si diffuse dall’Europa centrale all’Inghilterra. Nel continente i giacimenti minerari appartenevano alla corona e questo diritto veniva fermamente mantenuto. Ma in Inghilterra, i diritti minerari reali furono limitati all'oro e all'argento (di cui l'Inghilterra praticamente non aveva depositi) da una decisione giudiziaria del 1568 e da una legge del 1688. L'Inghilterra aveva minerali di ferro, zinco, rame, piombo e stagno. I proprietari terrieri che possedevano i metalli di base e il carbone nelle loro proprietà avevano quindi un forte incentivo a estrarre questi metalli o ad affittare i depositi e riscuotere royalties dagli operatori minerari. Capitali inglesi, tedeschi e olandesi si unirono per finanziare l’estrazione e la raffinazione. Furono portati centinaia di tecnici e operai specializzati tedeschi; nel 1642 una colonia di 4.000 stranieri estraeva e fondeva il rame a Keswick, nelle montagne nordoccidentali[20].

L'uso dell'energia idrica sotto forma di mulini ad acqua era ampio. I mulini ad acqua venivano impiegati per frantumare il minerale, sollevarlo dai pozzi e ventilare le gallerie alimentando giganteschi mantici. La polvere nera fu utilizzata per la prima volta nell'estrazione mineraria a Selmecbánya, Regno d'Ungheria (ora Banská Štiavnica, Slovacchia) nel 1627[21]. La polvere nera consentiva di far esplodere roccia e terra per allentare e rivelare vene di minerale. L'esplosione era molto più veloce dell'incendio e consentiva l'estrazione di metalli e minerali precedentemente impenetrabili[22]. Nel 1762, nella stessa città fu fondata una delle prime accademie minerarie del mondo.

Anche l'adozione diffusa di innovazioni agricole come il vomere in ferro, nonché il crescente utilizzo del metallo come materiale da costruzione, furono una forza trainante nell'enorme crescita dell'industria del ferro durante questo periodo. Invenzioni come l'arrastra (una sorta di primitivo mulino) venivano spesso utilizzate dagli spagnoli per polverizzare il minerale dopo essere stato estratto. Questo dispositivo era azionato da animali e utilizzava gli stessi principi utilizzati per la trebbiatura del grano[23].

Gran parte della conoscenza delle tecniche minerarie medievali proviene da libri come De la pirotechnia di Biringuccio e, probabilmente, soprattutto, da De re metallica (1556) di Georg Agricola. Questi libri descrivono in dettaglio molti diversi metodi minerari utilizzati nelle miniere tedesche e sassoni. Una questione fondamentale nelle miniere medievali, che Agricola spiega in dettaglio, era la rimozione dell'acqua dai pozzi minerari. Mentre i minatori scavavano più in profondità per accedere a nuove vene, le inondazioni diventavano un ostacolo molto reale. L’industria mineraria divenne notevolmente più efficiente e prospera con l’invenzione delle pompe azionate meccanicamente e da animali.

Africa

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La metallurgia del ferro in Africa risale a oltre quattromila anni fa. L'oro divenne una merce importante per l'Africa durante il commercio dell'oro transahariano dal VII al XIV secolo. L'oro veniva spesso scambiato con le economie mediterranee che richiedevano oro e potevano fornire sale, anche se gran parte dell'Africa era ricca di sale grazie alle miniere e alle risorse del deserto del Sahara. Lo scambio di oro con sale veniva utilizzato principalmente per promuovere il commercio tra le diverse economie[24]. A partire dal Grande Trek del 19º secolo, l'estrazione di oro e diamanti nell'Africa meridionale ha avuto importanti impatti politici ed economici. La Repubblica Democratica del Congo è il più grande produttore di diamanti in Africa, con circa 12 milioni di carati nel 2019. Altri tipi di riserve minerarie in Africa includono cobalto, bauxite, minerale di ferro, carbone e rame[25].

Oceania

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L'estrazione dell'oro e del carbone iniziò in Australia e Nuova Zelanda nel XIX secolo. Il nichel è diventato importante nell'economia della Nuova Caledonia.

Nelle Fiji, nel 1934, la Emperor Gold Mining Company Ltd. stabilì le proprie attività a Vatukoula, seguita nel 1935 dalla Loloma Gold Mines, NL, e poi dalla Fiji Mines Development Ltd. (alias Dolphin Mines Ltd.). Questi sviluppi inaugurarono un “boom minerario”, con la produzione di oro che aumentò di oltre cento volte, da 931,4 once nel 1934 a 107.788,5 once nel 1939, un ordine di grandezza allora paragonabile alla produzione combinata della Nuova Zelanda e degli stati orientali dell’Australia[26].

Americhe

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Estrazione di piombo nella regione dell'alto fiume Mississippi negli Stati Uniti, 1865.
Estrazione di piombo nella regione dell'alto fiume Mississippi negli Stati Uniti, 1865.
Fabbrica mineraria, circa 1880–1885. Fotografie del West americano, Biblioteca pubblica di Boston.
Fabbrica mineraria, circa 1880–1885. Fotografie del West americano, Biblioteca pubblica di Boston.
Minatori nella miniera di Tamarack a Copper Country, Michigan, Stati Uniti, nel 1905.
Minatori nella miniera di Tamarack a Copper Country, Michigan, Stati Uniti, nel 1905.

Durante la preistoria, i primi americani estraevano grandi quantità di rame lungo la penisola di Keweenaw del Lago Superiore e nella vicina Isola Royale; il rame metallico era ancora presente vicino alla superficie in epoca coloniale[27][28][29]. Le popolazioni indigene utilizzavano il rame del Lago Superiore almeno 5.000 anni fa[27]; stati scoperti strumenti di rame, punte di freccia e altri manufatti che facevano parte di una vasta rete commerciale nativa. Inoltre, l'ossidiana, la selce e altri minerali venivano estratti, lavorati e commerciati[28].

All'inizio della storia coloniale delle Americhe, "l'oro e l'argento nativi furono rapidamente espropriati e rimandati in Spagna in flotte di galeoni carichi di oro e argento"[30], l'oro e l'argento provenivano principalmente dalle miniere dell'America centrale e meridionale. Il turchese datato 700 d.C. veniva estratto nell'America precolombiana; nel distretto minerario di Cerillos nel Nuovo Messico, una stima di "circa 15.000 tonnellate di roccia furono rimosse dal monte Chalchihuitl utilizzando strumenti di pietra prima del 1700"[31][32].

Nel 1727 Louis Denys (Denis) (1675–1741), sieur de La Ronde - fratello di Simon-Pierre Denys de Bonaventure e genero di René Chartier - prese il comando di Fort La Pointe nella baia di Chequamegon; dove i nativi lo informarono di un'isola di rame. La Ronde ottenne dalla corona francese il permesso di gestire le miniere nel 1733, diventando "il primo minatore pratico sul Lago Superiore"; sette anni dopo, l'attività mineraria fu interrotta da un'epidemia tra le tribù Sioux e Chippewa[33].

L'attività mineraria negli Stati Uniti si diffuse diffusamente nel XIX secolo e il Congresso degli Stati Uniti approvò il General Mining Act del 1872 per incoraggiare l'estrazione mineraria dei terreni federali[34]. Come nel caso della corsa all'oro in California a metà del XIX secolo, l'estrazione mineraria di minerali e metalli preziosi, insieme all'allevamento, divenne un fattore trainante nell'espansione degli Stati Uniti verso ovest verso la costa del Pacifico. Con l'esplorazione dell'Occidente sorsero campi minerari che "espressero uno spirito distintivo, un'eredità duratura per la nuova nazione"; I Gold Rushers avrebbero sperimentato gli stessi problemi dei Land Rushers del transitorio West che li hanno preceduti[35]. Aiutate dalle ferrovie, molte persone viaggiarono verso ovest per opportunità di lavoro nel settore minerario. Le città occidentali come Denver e Sacramento sono nate come città minerarie[36].

Quando venivano esplorate nuove aree, di solito erano l'oro e poi l'argento ad essere presi in possesso ed estratti per primi. Altri metalli spesso aspettano ferrovie o canali, poiché la polvere d'oro grossolana e le pepite non richiedono fusione e sono facili da identificare e trasportare[29].

Modernità

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Vista che mostra gli abiti dei minatori sospesi tramite pulegge, anche lavandini e sistema di ventilazione, lago Kirkland, Ontario, 1936.
Vista che mostra gli abiti dei minatori sospesi tramite pulegge, anche lavandini e sistema di ventilazione, lago Kirkland, Ontario, 1936.

All'inizio del XX secolo, la corsa all'oro e all'argento negli Stati Uniti occidentali stimolò anche l'estrazione del carbone e dei metalli di base come rame, piombo e ferro. Le aree del moderno Montana, Utah, Arizona e successivamente Alaska divennero i principali fornitori di rame nel mondo, che richiedeva sempre più rame per elettrodomestici e elettrodomestici[37]. L'industria mineraria canadese è cresciuta più lentamente di quella degli Stati Uniti a causa delle limitazioni nei trasporti, nei capitali e nella concorrenza statunitense; L'Ontario è stato il principale produttore dell'inizio del XX secolo con nichel, rame e oro[37].

Nel frattempo, l'Australia sperimentò la corsa all'oro australiana e nel 1850 produceva il 40% dell'oro mondiale, seguita dalla creazione di grandi miniere come la miniera di Mount Morgan, che funzionò per quasi cento anni, il giacimento di minerale di Broken Hill (uno dei i più grandi giacimenti di minerale di zinco-piombo) e le miniere di minerale di ferro a Iron Knob. Dopo il calo della produzione, negli anni '60 si verificò un altro boom dell'attività mineraria. Ora, all’inizio del 21º secolo, l’Australia rimane uno dei principali produttori mondiali di minerali[38].

Con l’inizio del 21º secolo, è sorta un’industria mineraria globalizzata composta da grandi multinazionali. Anche il picco dei minerali e gli impatti ambientali sono diventati motivo di preoccupazione. Diversi elementi, in particolare i minerali delle terre rare, hanno iniziato ad aumentare la domanda a causa delle nuove tecnologie[39].

Norme legislative e amministrative in Italia

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Una miniera, ai sensi del regio decreto 29 luglio 1927 nº 1443[40][41], è un'attività di estrazione mineraria che sfrutta un giacimento di minerale classificato come materiale da miniera.

I materiali definiti da miniera in questo decreto sono i seguenti:

  1. minerali utilizzabili per l'estrazione di metalli, metalloidi e loro composti, anche se detti minerali siano impiegati direttamente;
  2. grafite, combustibili solidi, liquidi e gassosi, rocce asfaltiche e bituminose;
  3. fosfati, sali alcalini e magnesiaci, allumite, miche, feldspati, caolino e bentonite, terre da sbianca, argille per porcellana e terraglia forte, terre con grado di refrattarietà superiore a 1630 gradi centigradi;
  4. pietre preziose, granati, corindone, bauxite, leucite, magnesite, fluorite (fluorina), minerali di bario e di stronzio, talco, asbesto, marna da cemento, pietre litografiche;
  5. sostanze radioattive, acque minerali e termali, vapori e gas.

Secondo quanto previsto dal R.D. 1443, l'attività di miniera è sottoposta a concessione statale; il proprietario del fondo quindi non è considerato proprietario del giacimento, il quale è proprietà dello Stato.

Lo sfruttamento (coltivazione) del giacimento minerario può avvenire con due metodologie principali:

Le norme relative alla polizia per miniere e cave, sono regolate dal DPR 9 aprile 1959 nº 128[41][42].

Organizzazione e servizi generali

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Lavoro in una miniera moderna. Tagliatrice a Tamburo

La varietà dei materiali estratti, assieme alle caratteristiche topografiche rende profondamente diverso ogni complesso di estrazione. È possibile tuttavia individuare caratteri comuni nell'ambito delle miniere tradizionali: il flusso di lavorazione può essere descritto sinteticamente come abbattimento del materiale utile, seguito dal suo trasporto all'esterno, che comporterà un'evoluzione della miniera. Altro ambito comune è l'ambiente sotterraneo di lavorazione.

Proprio grazie a quest'ultimo, il peso predominante per quanto riguarda i costi iniziali di avviamento di una miniera è dato dalla creazione di pozzi e galleria, dalla loro messa in sicurezza e dall'installazione dei macchinari fissi, che comunque possono variare notevolmente a seconda del minerale coltivato[41].

L'organizzazione dell'impresa deve provvedere al coordinamento tra l'abbattimento ed il trasporto del materiale, e garantire i servizi essenziali al processo, come distribuzione dell'energia, ventilazione ed illuminazione dei tunnel. Normalmente, la metodologia di scavo prevede di frantumare il materiale componente il giacimento con esplosivi o macchine da scavo, per poi asportarlo ed avviarlo alle successive lavorazioni.

Tipi di energia impiegati

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L'energia maggiormente impiegata nelle miniere è energia di tipo elettrico, usata sia come alimentazioni per motori, che per produrre aria compressa, questa, veniva utilizzata come mezzo di trasmissione dell'energia dall'esterno al sottosuolo. In passato una grande quantità di macchine la utilizzavano come fonte principale, come: martelli perforatori; locomotori; pale caricatrici; nastri trasportatori e canali oscillanti. Benché la corrente elettrica stia sostituendo gradualmente l'aria compressa, grazie ai vantaggi quali costi di manutenzione ridotti, efficienza energetica, continuità di servizio e possibilità di azionamento a distanza; l'aria compressa è preferita in determinate applicazioni a causa della sua sicurezza intrinseca, in quanto una fuoriuscita d'aria per la rottura di un tubo ha effetti minimi rispetto alla rottura di un cavo elettrico. L'elettrificazione, per contro, presenta costi notevoli, inoltre i vari problemi di sicurezza correlati e la difficoltà di adattamento per macchine alternative costituisce talvolta un problema per impianti già avviati[43].

Le corrente elettrica comunemente impiegata è di tipo alternato, eccetto che per impianti di trasporto su rotaia e motori per argani di estrazione ad elevata potenza, dove viene preferita la corrente continua. La tensione varia mediamente dai 5000 ai 6000 V: particolare attenzione va data alla progettazione del materiale elettrico di miniera, infatti esso dovrà sopportare in maniera adeguata urti e usura, essere incombustibile e protetto da fonti che possono causare malfunzionamenti, come acqua o polveri, o esplosioni; in modo tale da essere compatibile con le opportune norme di sicurezza. L'aria compressa è prodotta da compressori volumetrici, ed è utilizzata a pressioni che vanno dai 6 ai 7 bar, ed è soprattutto usata con macchine operatrici a movimento alternativo[43] (organi & martelli pneumatici), o rotativi (trapani, generatori elettro pneumatici).

Viene sfruttata, in misura comunque minore, energia di tipo termico, principalmente utilizzata per generatori elettrici di emergenza e per servizi esterni, come riscaldamento di vari ambienti.

Abbattimento

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La fase di abbattimento del materiale può prevedere varie configurazioni e l'uso o meno di esplosivi. La geometria del giacimento determina la tecnica di coltivazione utilizzabile. In generale si tende a creare una fronte di scavo con più superfici libere, questo rende più efficiente lo scavo con l'esplosivo. Anche in sotterraneo si cerca di ricreare la disposizione a gradini presente in uno scavo a cielo aperto.

In alcuni casi il minerale è di media o debole consistenza e può essere estratto mediante frese (continuous miner) senza quindi l'uso di esplosivi. È il caso del salgemma e dei sali potassici, anche il carbone viene estratto mediante macchine tagliatrici a tamburo in grado di sgretolare il carbone e convogliarlo su un nastro trasportatore.

Nelle operazioni di abbattimento può essere necessario eseguire una ripiena immediata dei vuoti lasciati, questa viene effettuata utilizzando i residui sterili degli impianti di arricchimento dei minerali. Nell'estrazione del carbone invece i vuoti creatisi durante l'estrazione vengono lasciati franare alle spalle delle macchine tagliatrici.

Nel caso si usino gli esplosivi per l'abbattimento del minerale, l'abbattimento si divide in tre fasi principali:

Perforazione

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Questa fase prevede la perforazione dei fori da mina. Questa fase può essere in alcuni casi preparata "a monte", in questo caso una determinata zona del giacimento viene perforata ed è pronta ad essere caricata a seconda delle esigenze. Macchine perforatrici dotate di più bracci ognuno dotato di martello perforatore o perforatrice, permettono la realizzazione di più fori in contemporanea. Nelle moderne macchine di questo tipo il posizionamento dei bracci è computerizzato.

I fori da mina così preparati sono pronti ad accogliere l'esplosivo, in taluni casi è necessario rivestire il foro con dei tubi di plastica poiché la presenza di intercalazioni argillose o l'effetto delle vibrazioni stesse di perforazioni di fori vicini potrebbero produrre delle piccole frane che occluderebbero il foro.

Caricamento e Sparo

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Durante questa fase l'esplosivo viene introdotto nei fori, esso, può essere sia in forma di cartuccia (a volte detto candelotto) oppure sciolto. Nel caso l'esplosivo sia sciolto, generalmente è in polvere (Es. ANFO). Il caricamento dell'esplosivo porta notevoli vantaggi in quanto il foro viene riempito totalmente aumentando la densità di carica.

I fori innescati mediante micce detonanti, detonatori elettrici o altri sistemi, vengono fatti esplodere (brillamento) da una posizione sicura all'interno o all'esterno della miniera. Soprattutto in miniere a cielo aperto si pone il problema di sicurezza della proiezione di rocce a distanza, mentre in sotterraneo l'effetto delle sovrimpressioni dell'esplosivo in uno spazio confinato e l'emissione dei gas dell'esplosione pongono problemi di sicurezza diversi.

Sgombero

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Effettuato lo scoppio delle mine la roccia disgregata deve essere rimossa. Negli anni sono stati sviluppati sistemi e macchine diverse, il problema principale degli scavi in sotterraneo è legato agli spazi ristretti e quindi alla manovra dei veicoli ma anche dalla sicurezza del fronte di scavo, infatti talvolta sono utilizzati veicoli telecomandati per la rimozione del materiale abbattuto.

Pala caricatrice per uso in sotterraneo, detta anche LHD (Load, Haul, Dump).

Trasporti

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I trasporti sotterranei del materiale estratto possono essere divisi in trasporti di cantiere e trasporti principali: i primi trasportano il materiale dal fronte di abbattimento ad un punto di raccolta, generalmente situato nel livello più basso del cantiere, e sono caratterizzati da postazioni provvisorie, che possono essere rimosse o spostate con grande facilità, mentre i secondi portano il materiale nel punto dove poi saranno indirizzati verso l'esterno, e sono generalmente impianti più stabili con "rendimento" maggiore, i quali possono essere discontinui (ad esempio vagoni montati su rotaie) o continui (tipicamente nastri trasportatori). Per aumentare l'efficienza volumetrica dei mezzi di trasporto (vagoni, dumper etc.) possono essere installati dei frantoi direttamente in sotterraneo, questi riducono la pezzatura iniziale favorendo la movimentazione ed il trasporto del materiale grezzo.

I nastri trasportatori sono usati specialmente per miniere con una produzione non particolarmente dispersa. Il nastro trasportatore lavora con continuità ed il trasporto risulta fortemente automatizzabile; i nastri possono essere lunghi alcuni chilometri. I trasporti su via ferrata, che hanno accompagnato l'evoluzione delle miniere sin dalle origini[44], comportano un'organizzazione più complessa del trasporto del materiale: i vagoncini hanno una capacità che varia dai più piccoli, spinti a mano, contenenti circa 500 litri di materiale, fino ai più grossi, utilizzati nei grandi impianti, che ne contengono fino a 12000 litri[44]. Lo scarico del materiale può avvenire tramite l'apertura di una parete laterale oppure mediante il rovesciamento completo del carrello, costruito appositamente.

Estrazione

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Rappresenta l'ultima fase dello scavo, in cui il materiale viene portato al di fuori della miniera mediante benne (skip) che viaggiano mediante delle guide in pozzi verticali comunicanti con l'esterno. Soprattutto in passato i vagoni carichi di minerale) venivano caricati nella "gabbia" tale cabina veniva movimentata da funi collegate ad un argano motore denominato "macchina di estrazione". Il funzionamento di questi apparati è paragonabile a quello di un comune ascensore.

Il motore per il sollevamento dovrà essere in grado di operare a diversi regimi di velocità: con massimi di 24 m/s per il trasporto di materiale, 8 m/s per il trasporto del personale, e 0,5 m/s in caso di verifica delle installazione nel pozzo[45]. I motori possono essere sia in corrente continua che alternata, questi ultimi asincroni trifase. Le pulegge utilizzate da tali argani possono essere cilindriche o coniche, queste ultime permettono di avere maggiore trazione durante il traino dal fondo pozzo alla superficie.

Più raramente l'estrazione è effettuata idraulicamente o su nastri trasportatori. Talvolta i nastri trasportatori utilizzati sono del tipo "conveyor pipe". Questo tipo di nastro è in grado di chiudersi a formare un tubo, limitando le possibilità di fuoriuscita di materiale e quindi di intasamento e rottura del nastro. Per i tratti prospicienti alle fronti di scavo possono essere presenti degli speciali nastri denominati "trasportatori blindati" questi nastri non sono di gomma ma bensì di placche d'acciaio in grado di reggere l'urto violento del materiale scaricato su di essi da pale caricatrici o dumpers.

Problemi di sicurezza

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Constantin Meunier, Minatori a Borinage (fine XIX secolo)

Nelle miniere, ai possibili incidenti generali che si possono verificare nelle comuni attività di lavoro, vanno aggiunti quelli legati alla particolarità dell'ambiente di lavoro. Nonostante la grande risonanza mediatica delle sciagure minerarie, va tuttavia specificato che l'industria mineraria non figura ai primi posti per numero di infortuni e morti sul lavoro[46]: ciò è principalmente dovuto alle condizioni di soggezione per l'ambiente di lavoro e la varietà di operazioni compiute dai minatori, che comporta una notevole attenzione sul posto di lavoro.

Presenza di gas

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La presenza di gas può essere nociva per più motivi, che vanno dalla possibile asfissia dei lavoratori, fino alla causa di terribili esplosioni. Tra i principali gas pericolosi per le miniere si può citare il grisù, un gas composto per gran parte di metano, che miscelato con l'aria in particolari percentuali, può dare luogo ad esplosioni; il grisù è comune nelle miniere di carbone. Nelle miniere di carbone la stessa presenza di ossigeno nelle gallerie può produrre l'accensione del carbone, inoltre la sottile polvere di carbone prodotta dallo scavo può avere un effetto aggravante in caso di esplosioni o incendio.

L'ossido di carbonio si può sviluppare in seguito ad esplosioni ed incendi, oltre che per causa dei motori diesel eventualmente presenti in miniera; può causare morte per asfissia in pochi minuti anche in bassissimi tenori[46], a cui si aggiunge la sua caratteristica inodore. L'idrogeno solforato, presente nelle miniere di zolfo e di solfuri, è molto velenoso. Anche se in bassa concentrazione è facilmente avvertibile per via del suo caratteristico odore di uova marce, oggi rilevatori di gas portatili e tara ili regolarmente fungono una gran funzione protettiva

Ventilazione

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Nelle miniere sotterranee la ventilazione ha per principali finalità le seguenti funzioni.

  • Fornire ai lavoratori occupati un ambiente sano (anticamente anche agli animali impiegati).
  • Mantenere l'atmosfera sotto livelli d'inquinamento accettabili.
  • In certi casi mantenere una temperatura idonea.

Essa può essere forzata (nei casi più comuni) oppure naturale, in caso di piccole miniere che presentino aperture a diverse quote sul lato di una montagna. In ogni caso la ventilazione è controllata da porte disposte lungo le gallerie, queste permettono di concentrare il flusso nei cantieri attivi e di convogliare l'aria lungo il percorso più razionale.

Eduzione

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Per eduzione s'intende l'evacuazione dell'acqua che altrimenti allagherebbe la miniera. Le prime macchine ideate da Thomas Newcomen erano destinate a questa funzione. Poiché nessuna pompa è in grado di aspirare acqua al di sotto di circa 10 metri dal suo piano di installazione, è necessario spostare la pompa in sotterraneo. Nella miniera di Monteponi in Sardegna, la sala pompe era situata a -200 metri sotto il livello del mare. Nel caso la miniera si trovi al di sopra del livello del mare (es. Dentro una montagna) è possibile scavare una galleria di scolo che dai livelli più bassi della miniera dreni l'acqua all'esterno. In piccole miniere, in passato si usava riempire d'acqua degli speciali vagoni, questi erano poi estratti all'esterno e svuotati.

Fine vita

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Ogni miniera ha un ciclo di vita che dipende dalla quantità di riserve, dalla velocità di estrazione e dalla sostenibilità nel tempo della convenienza economica all'estrazione. Al termine del ciclo di vita della miniera si pone il problema della preservazione dell'ambiente naturale e della sua ricostituzione, nei limiti del possibile, nelle condizioni quanto più simili alla situazione originaria. Inoltre, qualora la roccia in cui è avvenuta la coltivazione del minerale non risulti essere sufficientemente stabile da consentire di lasciare nella stessa importanti volumi vuoti senza compromettere la sicurezza, si rende necessaria la realizzazione di una ripiena.

Le sopraccitate condizioni di ripristino ambientale sono generalmente fissate al momento dell'inizio dello sfruttamento e seguono un programma che il concessionario deve seguire a partire dall'ottenimento della concessione estrattiva.

Note

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  1. ^ La lavorazione eseguita nel suolo differenzia la miniera dalla cava nell'accezione corrente del termine Enciclopedia della scienza e della tecnica, pg. 831. Sul piano giuridico la differenza tra miniera e cava dipende dal tipo di materiale estratto.
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Bibliografia

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Voci correlate

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