I macchinari minerari rappresentano il supporto principale della moderna produzione mineraria e la loro storia di sviluppo riflette il salto di qualità nella capacità umana di trasformare la natura.
Dai giganteschi escavatori nelle miniere a cielo aperto alle trivellazioni intelligenti nelle profondità sotterranee, queste attrezzature non solo determinano l’efficienza mineraria, ma sono anche direttamente correlate alla sicurezza della miniera e all’utilizzo delle risorse.
Di seguito verranno introdotti sistematicamente i principali tipi, principi di funzionamento e caratteristiche tecniche delle attrezzature minerarie.
1. Metodi di estrazione e classificazione delle attrezzature
L’estrazione mineraria è principalmente divisa in due forme fondamentali: estrazione a cielo aperto e estrazione sotterranea. Ci sono differenze significative nella scelta dell’attrezzatura tra i due. L’estrazione a cielo aperto è adatta per situazioni in cui i giacimenti minerari sono vicini alla superficie. Ha le caratteristiche di elevata efficienza produttiva, basso costo e buona sicurezza. Attualmente, circa il 90% dei minerali di ferro globali e circa il 62% delle miniere di rame utilizzano l’estrazione a cielo aperto.
L’estrazione sotterranea viene utilizzata per giacimenti minerari profondi e richiede la costruzione di infrastrutture complesse come pozzi e tunnel. L’attrezzatura deve adattarsi a spazi ristretti e condizioni geologiche complesse.
In base alla natura del lavoro, i macchinari e le attrezzature minerarie possono essere suddivisi in quattro categorie principali: attrezzature minerarie (utilizzate per l’estrazione del minerale), attrezzature per il trasporto (responsabili del trasporto di minerale e roccia), attrezzature per la lavorazione (frantumazione, macinazione, vagliatura) e attrezzature ausiliarie (ventilazione, drenaggio, alimentazione elettrica, ecc.).
2. Attrezzatura principale delle miniere a cielo aperto
1. Attrezzature di perforazione: impianti di perforazione
Gli impianti di perforazione sono l’attrezzatura principale nel processo di “perforazione e brillamento” delle miniere a cielo aperto. Vengono utilizzati per praticare fori nell’ammasso roccioso per il caricamento e l’esplosione.
Le moderne miniere a cielo aperto utilizzano principalmente impianti di perforazione rotante e impianti di perforazione fondo foro.
Le perforatrici rotanti tagliano le rocce ruotando la punta del trapano e sono adatte per formazioni rocciose di durezza inferiore a media. La punta del trapano è dotata di una struttura del dente a tre coni o sferica e l’aria ad alta pressione viene utilizzata per soffiare via i ritagli e raffreddare la punta del trapano.
Gli impianti di perforazione fondo foro posizionano il dispositivo di simulazione sul fondo del foro e l’energia dell’impatto agisce direttamente sulla punta del trapano, evitando la perdita di trasmissione di energia nel tubo di perforazione ed è adatta per la perforazione di fori profondi.
Gli impianti di perforazione a cono nelle grandi miniere a cielo aperto possono praticare fori con diametri compresi tra 250 e 440 mm e profondità superiori a 20 metri.
2.
Attrezzatura mineraria e di carico: escavatore
L’escavatore è la “forza principale” della miniera a cielo aperto. Le pale elettriche meccaniche sono più comunemente utilizzate nelle miniere a cielo aperto su larga scala grazie alla loro potente forza di scavo e all’ampia adattabilità alle formazioni rocciose;
gli escavatori idraulici sono agili ed estremamente precisi e sono adatti per miniere di piccole e medie dimensioni o superfici di lavoro che richiedono una rigorosa precisione mineraria.
La capacità della benna del più grande escavatore minerario del mondo supera attualmente i 75 metri cubi e una pala può caricare centinaia di tonnellate di roccia minerale.
3.
Attrezzature di trasporto: camion da miniera e nastri trasportatori
La selezione dell’attrezzatura nel collegamento di trasporto influisce direttamente sui costi operativi della miniera.
Gli autocarri con cassone ribaltabile per carichi pesanti minerari (solitamente con una capacità di carico di 100-400 tonnellate) sono altamente flessibili e possono trasportare il minerale direttamente dal sito minerario alla stazione di frantumazione o alla discarica, adattandosi a terreni complessi. Il nastro trasportatore è il cuore del processo di estrazione continua.
Presenta i vantaggi di una grande capacità di trasporto, di lunghe distanze e di un basso consumo energetico. Nelle grandi miniere di carbone a cielo aperto, la larghezza di banda di un singolo trasportatore può raggiungere più di 2 metri e la capacità di trasporto supera le 10.000 tonnellate all’ora.
4.
Attrezzature ausiliarie e di scarico della terra
I bulldozer vengono utilizzati per il livellamento dei siti, la costruzione di strade e le operazioni di scarico;
i selezionatori mantengono le strade; gli irrigatori eliminano la polvere. Queste apparecchiature ausiliarie garantiscono il funzionamento continuo e stabile del sistema di produzione mineraria.
3. Attrezzature chiave per le miniere sotterranee
1. Impianti di perforazione sotterranea
Gli impianti di perforazione sotterranea sono suddivisi in impianti di perforazione da roccia e impianti di perforazione per ancoraggi. Gli impianti di perforazione della roccia vengono utilizzati per lo scavo di tunnel e la costruzione di fori di esplosione. Sono per lo più azionati dall’idraulica e sono dotati di martelli superiori o impattatori fondo foro.
Possono operare in modo flessibile in tunnel stretti. Gli impianti di perforazione per ancoraggi vengono utilizzati per il supporto del tunnel.
Installano le barre di ancoraggio dopo aver praticato dei fori nel tetto e nelle pareti laterali per evitare il collasso della roccia circostante.
Sono attrezzature fondamentali per garantire la sicurezza sotterranea.
2. Loader (LHD)
Scraper è l’attrezzatura principale per l’estrazione e il carico delle miniere sotterranee, che integra le funzioni di spalatura, trasporto e scarico.
Lo speciale caricatore sotterraneo ha le caratteristiche di basso profilo, raggio di sterzata ridotto, azionamento elettrico o diesel (dotato di dispositivo di purificazione dei gas di scarico), ecc., in modo da adattarsi allo spazio ristretto del tunnel.
I moderni caricatori telecomandati e automatizzati possono già operare senza equipaggio in aree pericolose.
3. Sistema di sollevamento e trasporto
Il minerale sotterraneo deve essere sollevato in superficie tramite pozzi.
Il sistema di sollevamento comprende paranchi, gabbie o benne, funi metalliche e torri di trivellazione, ecc.
L’estrazione con pozzo inclinato utilizza nastri trasportatori o gruppi di carri minerari.
Anche le attrezzature di ventilazione sono fondamentali e le miniere sotterranee devono istituire sistemi di ventilazione meccanica per fornire continuamente aria fresca e rimuovere il fumo e la polvere delle armi.
4. Attrezzature per la lavorazione dei minerali
Il minerale grezzo estratto deve essere frantumato e macinato prima di poter entrare nel processo di lavorazione dei minerali.
Il frantoio viene utilizzato per la frantumazione grossolana e media di minerali.
Il frantoio a mascelle ha una struttura semplice e un funzionamento affidabile ed è la prima scelta per la frantumazione grossolana;
il frantoio a cono ha una grande capacità di lavorazione e una granulometria uniforme del prodotto ed è adatto alla frantumazione media e fine di minerali medio-duri e superiori; il frantoio a urto utilizza l’impatto per frantumare il prodotto, ha una buona forma delle particelle ed è adatto a materiali fragili.
Il mulino a sfere è l’attrezzatura principale per le operazioni di macinazione fine.
Il suo principio di funzionamento è: le sfere d’acciaio vengono installate nel cilindro come mezzo di macinazione e le sfere d’acciaio vengono lanciate verso il basso attraverso la rotazione del cilindro e il minerale viene macinato alla finezza richiesta mediante impatto e macinazione.
I mulini a sfere sono ampiamente utilizzati nelle industrie dei minerali metallici, dei minerali non metallici e dei materiali da costruzione.
Sono le singole apparecchiature con il più alto consumo energetico negli impianti di lavorazione dei minerali.
5. Tendenze di sviluppo tecnologico
Le attrezzature minerarie si stanno evolvendo verso direzioni su larga scala, intelligenti ed ecologiche.
Le apparecchiature su larga scala possono ridurre significativamente i costi di produzione unitari. Ad esempio, la capacità di carico dei dumper gommati elettrici è passata da 100 tonnellate a 400 tonnellate.
In termini di intelligenza, in alcune miniere avanzate sono stati applicati camion minerari a guida autonoma, impianti di perforazione telecomandati e sistemi di frantumazione intelligenti, riducendo significativamente il numero di lavoratori in loco.
L’ecologizzazione si riflette nella sostituzione delle apparecchiature diesel con apparecchiature elettriche, nella progettazione a bassa rumorosità e basse vibrazioni e in efficienti sistemi di rimozione della polvere per ridurre l’impatto delle mine sull’ambiente.
Le attrezzature minerarie sono una parte importante del sistema dell’industria pesante e il loro livello tecnico riflette direttamente le capacità di produzione di attrezzature di un paese.
Dalla meccanizzazione approssimativa all’intelligenza sofisticata, le moderne attrezzature minerarie stanno ridefinendo i confini dell’efficienza e della sicurezza nella produzione mineraria.
