Miniera

Giacimento di minerali utili, con il complesso delle opere e delle attrezzature per il suo sfruttamento. Le m. si distinguono dalle cave per il tipo di materiali estraibili; sono considerati m. i giacimenti coltivabili di minerali metalliferi, caolino, burite, talco, marne da cemento, sali, combustibili ecc.

Cenni storici

I giacimenti minerari furono scoperti fin dalla più remota antichità; in Spagna, in Gallia, in Britannia, in Grecia, in Asia Minore, già nell’antichità classica erano sfruttate m. di oro, di argento, di piombo, di ferro, ma, dati i mezzi rudimentali a disposizione, il primo sfruttamento fu superficiale e solo per minerali ricchi. Successivamente, con l’impoverirsi di queste risorse, fu necessario scavare gallerie, con fatica disumana e con continuo e grave pericolo: si spaccava la roccia arroventandola e gettando su di essa aceto; i massi, portati fuori a forza di braccia, erano frantumati in blocchi con rozze mazze e ridotti in polvere con pesantissime macine di pietra; il prodotto si separava dalla ganga per lavaggio o per fusione. Si deve ai Romani lo sfruttamento di numerose m. nei territori di conquista, dove essi le lasciavano in proprietà ai privati, sottoponendoli al pagamento di tasse speciali.

Durante il Medioevo lo sfruttamento delle m. perse ovunque importanza, per riacquistarla a partire dall’11° sec. col risvegliarsi delle attività cittadine e degli scambi. Perduto il ricordo della costruzione di gallerie, il lavoro minerario fu condotto a cielo aperto o con piccoli pozzi e in zone ristrette e particolarmente ricche; quando l’esaurimento degli strati superficiali rese necessario lo scavo in profondità, si cominciarono a studiare i mezzi per superare gli ostacoli presentati dalle nuove condizioni di lavoro. Nel 1636, si introduceva la prima perforatrice, mentre era già in uso a Newcastle un binario di legno per il trasporto del minerale. Queste innovazioni tecniche trasformarono completamente l’organizzazione della m. e le accresciute spese di impianto ne modificarono la struttura economico-giuridica. Dal 1789, con l’aumento di richiesta di ferro e di carbone, lo sviluppo dell’industria mineraria divenne rapidissimo. La tecnica mineraria, intanto, progrediva per effetto dell’applicazione delle prime macchine a vapore nell’Ottocento e delle macchine elettriche nel Novecento; i progressi della metallurgia e della chimica industriale indirizzavano le ricerche verso nuovi minerali, e permettevano lo sfruttamento di giacimenti poveri.

Prospezione e ricerca mineraria

L’apertura di una m. è preceduta da un complesso di operazioni preliminari intese a scoprire e localizzare giacimenti in una determinata zona e a valutare la convenienza economica o strategica di un loro eventuale sfruttamento. La prospezione si articola in una fase iniziale di ricognizione geologica della regione, volta a individuare le zone più promettenti da un punto di vista minerario. Segue poi la prospezione dettagliata, con studio di campioni delle rocce del sottosuolo prelevati con sondaggi o con scavi di assaggio. Nelle zone in cui sia stata individuata l’esistenza di un giacimento deve infine essere eseguita una serie di lavori di accertamento minerario d’ulteriore dettaglio, consistenti in campagne sistematiche di sondaggi o nello scavo di trincee, pozzetti e gallerie in modo da fornire precise informazioni sulla conformazione, entità e qualità delle varie sue parti e una guida alle operazioni di sfruttamento (ricerca mineraria). Infine, la decisione di apertura di una m. è ancora condizionata dalla possibilità di ottenere dal materiale estraibile (grezzo) un prodotto dotato di caratteristiche fisico-chimiche corrispondenti alle specificazioni fissate dai consumatori.

Coltivazione e produzione

Il complesso delle operazioni effettuate per estrarre industrialmente da una m. il grezzo in essa contenuto è detto coltivazione. Essa può essere realizzata alla superficie del suolo (m. a giorno o a cielo aperto) oppure in sotterraneo. Nel caso delle m. sotterranee, le vie d’accesso al giacimento sono costituite da pozzi verticali o inclinati, da gallerie inclinate o, nel caso di giacimenti raggiungibili da versanti, da gallerie a mezza costa. Il giacimento viene suddiviso in elementi parallelepipedi indipendenti, che sono coltivati singolarmente: in corrispondenza di ognuno si scavano le gallerie di livello che collegano alle vie d’accesso i cantieri di coltivazione.

Le fasi fondamentali dell’attività produttiva sono: abbattimento, cioè distacco della roccia dalla sua sede e sua riduzione in frammenti; sgombero, cioè trasferimento del materiale abbattuto ai mezzi di trasporto; trasporto di cantiere, cioè convogliamento del materiale abbattuto fino all’immissione nel sistema di trasporto principale della miniera. L’abbattimento si esegue con diversi metodi in base alle caratteristiche meccaniche della roccia. Nelle rocce di elevata resistenza meccanica è comune quello con esplosivi. In rocce coerenti tenere l’abbattimento può essere ottenuto mediante mezzi meccanici (martelli picconatori, piallatrici, tagliatrici). L’abbattimento a giorno di rocce poco coerenti o tenere si realizza con escavatori. Nelle m. a giorno lo sgombero viene eseguito mediante pale caricatrici o escavatori che alimentano i mezzi di trasporto (vagonetti ferroviari, veicoli su pneumatici con motori ad aria compressa o elettrici, nastri trasportatori).

Estrazione

Il trasporto lungo percorsi verticali o fortemente inclinati, necessario per sollevare il minerale dai livelli di produzione alla superficie del suolo, prende il nome di estrazione; essa si compie di norma attraverso pozzi verticali o inclinati, percorsi da appositi contenitori sospesi a funi (gabbie o skip) nei quali vengono disposti i carichi da trasportare. Un pozzo può assolvere esclusivamente al servizio di estrazione del minerale o più spesso a un servizio promiscuo di estrazione del minerale e trasporto di personale e materiali vari, usufruendo in quest’ultimo caso di installazioni separate per i diversi servizi o di un’unica installazione idonea ai diversi impieghi. Il servizio può essere a semplice o a doppio effetto, vale a dire con la circolazione di un unico contenitore oppure di una coppia di contenitori che si muovono alternativamente l’uno verso l’alto e l’altro verso il basso. Gli spostamenti trasversali dei contenitori durante l’estrazione vengono evitati con dispositivi di guidaggio: funi di guida o guide di profilato d’acciaio o in legno. In corrispondenza dei livelli serviti dal pozzo vengono predisposte stazioni sotterranee (ricette) per il caricamento dei contenitori. Caratteristici degli impianti di estrazione sono i castelletti, strutture di acciaio o di cemento armato erette alla bocca del pozzo per sorreggere le pulegge di rinvio (molette) delle funi a cui sono sospesi i contenitori. Negli impianti a elevata velocità l’altezza dei castelletti supera in genere i 50 m. La macchina da estrazione è essenzialmente costituita da un motore, un riduttore, un sistema di frenatura e un organo di avvolgimento delle funi. Quest’ultimo è costituito da un argano a tamburi o da una puleggia di aderenza (puleggia Koepe). I motori sono elettrici. L’apparato di frenatura comprende due distinti freni o un unico freno con due distinti sistemi di azionamento, per poter eseguire sia la frenatura di manovra sia quella di sicurezza. La prima serve ad arrestare il movimento quando i contenitori arrivano in corrispondenza delle stazioni; la seconda deve intervenire automaticamente in conseguenza di irregolarità di funzionamento. I contenitori impiegati per il trasporto dei materiali nei pozzi sono di due tipi: le gabbie, impiegabili per il trasporto di persone e di minerale contenuto in vagonetti, e gli skip, impiegabili unicamente per il trasporto di minerale caricato alla rinfusa. Per evitarne la caduta in caso di rottura delle funi, le gabbie adibite anche al trasporto di persone devono essere munite di dispositivo paracadute, consistente in freni a ceppi che si serrano automaticamente sulle guide quando viene a mancare la tensione delle funi.

Eduzione

Le acque di superficie possono infiltrarsi in profondità attraverso i pori o le fratture delle rocce. Nel sottosuolo si origina di solito una superficie al di sotto della quale si ha costante presenza di acqua con saturazione di ogni cavità della roccia (orizzonte acquifero permanente). La maggior parte delle m. raggiunge quote inferiori a detto orizzonte, imponendo di conseguenza la messa in atto di un sistema per impedire l’allagamento degli scavi (eduzione). L’eduzione comprende tecniche intese a limitare l’afflusso di acqua al sotterraneo (deviazione di corsi d’acqua superficiali, opere di drenaggio e di sbarramento), nonché mezzi installati per allontanare le acque infiltrate. Una soluzione economica del problema dell’eduzione è rappresentata dalle gallerie di scolo (vale a dire da gallerie scavate al fine di convogliare all’esterno le acque sotterranee), ma è possibile farvi ricorso solo per quelle m. che si sviluppano a quote superiori alla più prossima via di impluvio. In tutti gli altri casi è necessario utilizzare impianti di eduzione con pompe: le acque di m. sono convogliate a un bacino sotterraneo di raccolta posto a una quota inferiore a ogni opera di scavo.

Trasporti principali

Hanno lo scopo di convogliare all’esterno, o alle stazioni sotterranee del pozzo di estrazione, la produzione che per mezzo dei trasporti di cantiere giunge a punti di carico opportunamente dislocati. Di solito il sistema di trasporti principali viene concentrato su un solo livello posto a quota inferiore alle coltivazioni (galleria di carreggio principale), in modo da poter usufruire della gravità per il trasporto del minerale dai cantieri ai punti di carico. Quando la distanza è notevole e i trasporti di cantiere sono realizzati con sistemi discontinui, il trasporto principale è di solito eseguito per ferrovia. La trazione è ottenuta con locomotori espressamente costruiti per l’impiego in miniera. La trazione con locomotori è possibile solo su vie poco inclinate (pendenze inferiori al 2-3%). L’impiego di veicoli automotori su pneumatici, assai diffuso per i trasporti principali nelle coltivazioni a giorno, trova sempre maggior diffusione anche nelle coltivazioni in sotterraneo in sostituzione dei sistemi su rotaia. Un vantaggio offerto dal veicolo gommato è rappresentato dalla sua attitudine a superare pendenze notevoli: diventa così possibile ottenere con uno stesso mezzo sia il trasporto orizzontale sia quello verticale, evitando l’impianto di estrazione. Il trasporto continuo con trasportatori a nastro gommato è assai diffuso sia in sotterraneo sia a giorno; per limitate distanze e grandi potenzialità è sicuramente competitivo col trasporto per ferrovia, rispetto al quale presenta il vantaggio di poter superare pendenze notevoli (fino a 20-25°). Il trasporto idraulico, cioè il trasporto di materiali solidi sotto forma di sospensione in acqua (torbida) in apposite condotte, è usato frequentemente in sotterraneo per il materiale da ripiena, in quelle m. in cui si esegue il ripienamento idraulico.

Ambiente lavorativo

Nelle m. l’aria contiene una quantità di ossigeno minore che all’esterno, ed è inoltre inquinata da gas pericolosi o nocivi alla salute, sviluppati dalle rocce o dovuti alla combustione degli esplosivi e agli scarichi dei motori a combustione interna. Anche la temperatura è più elevata in profondità sia per l’effetto geotermico, sia per la presenza di macchine e per lo scoppio di mine ecc.; l’elevata temperatura è resa poi meno tollerabile all’uomo perché accompagnata quasi sempre da elevata umidità relativa. Inoltre, nelle operazioni di perforazione, abbattimento e trasporto si ha sviluppo di polveri aerodisperse, che in qualche caso (carbone, zolfo, pirite) presentano il grave pericolo di formazione di miscele esplosive con l’aria e che comunque possono causare pneumoconiosi nei lavoratori, per esposizione prolungata. Nei cantieri sotterranei il contenuto in ossigeno dell’aria non deve in alcun caso scendere sotto il 19,5%; limiti precisi sono inoltre imposti dalle norme di sicurezza per le concentrazioni dei gas pericolosi e nocivi alla salute (anidride carbonica, ossido di carbonio, ossido di azoto, idrogeno solforato, anidride solforosa, metano o grisou) e delle polveri aerodisperse, con limiti più ristretti per le polveri di quarzo e amianto in quanto fortemente dannose alla salute (sono causa, per es., di silicosi e asbestosi); le norme di sicurezza prescrivono, inoltre, i valori massimi ammissibili di temperatura e di umidità nei cantieri sotterranei. Per mantenere la composizione dell’atmosfera di m. e le condizioni termoigrometriche (microclima) entro limiti accettabili dal punto di vista della sicurezza e dell’igiene del lavoro interviene la ventilazione, immettendo con continuità nel sotterraneo un’adeguata quantità di aria pura ed espellendo attraverso i riflussi l’aria viziata. La circolazione dell’aria nelle varie parti della m. può essere ottenuta con ventilatori meccanici o per tiraggio naturale. Si usa distinguere un circuito di ventilazione principale da altri secondari. Il primo interessa la m. nel suo complesso ed è costituito, nel caso più generale, da uno o più pozzi d’entrata d’aria fresca, dalle gallerie di afflusso, dalle gallerie e pozzi di riflusso.

Le principali cause che provocano incidenti nelle m. sono: crolli, franamenti, distacchi dovuti al manifestarsi di fenomeni di instabilità delle rocce circostanti i vuoti sotterranei; esplosioni di miscele formate dall’aria con gas o particolari tipi di polveri aerodisperse; incendi o di materiali combustibili introdotti in m. o del minerale; scoppi intempestivi di mine; liberazione di gas tossici o asfissianti sviluppati dalle rocce o prodotti dalle lavorazioni; allagamenti derivanti da guasti all’impianto di eduzione o da aumenti imprevedibili della portata d’acqua da edurre (per es., in seguito a piogge intense) o dal raggiungimento con lavori minerari di accumuli sotterranei d’acqua di cui non si conosceva l’esistenza; incidenti provocati dalla movimentazione dei mezzi di sgombero e di trasporto; rotture di funi o guasti agli apparecchi di estrazione. Per risolvere i problemi di stabilità della roccia negli scavi devono essere realizzate opere di sostegno; esse prendono il nome di armature quando sono costituite da una successione di strutture portanti, e di rivestimenti quando sono costituite da una struttura continua. Le opere di sostegno assumono realizzazioni diverse a seconda che siano destinate a gallerie o pozzi oppure a cantieri di coltivazione. Nelle zone di transito del personale, specie nelle volte di gallerie o camere, è di fondamentale importanza ai fini della sicurezza l’operazione che provoca il distacco di ogni masso instabile (disgaggio). Nella sua forma più tradizionale questo viene praticato con lunghi tubi metallici leggeri muniti di puntale; ma in taluni casi particolari può assumere aspetti tecnici molto avanzati (disgaggio idraulico, con potenti getti d’acqua ad alta pressione; disgaggio balistico, con speciali cannoncini in grado di abbattere massi pericolanti in posizioni inaccessibili).

Un altro problema è rappresentato dalle atmosfere esplosive. Queste possono essere formate da miscugli di aria e metano, aria e polvere di carbone, aria, polvere di carbone e metano, aria e polvere di zolfo, aria e polvere di pirite. Nei primi tre casi sono prevalentemente da temersi gli effetti meccanici e termici dell’esplosione; negli ultimi due il maggior pericolo è dato dalla produzione di anidride solforosa. In tutti i casi l’esplosione può servire da innesco a un incendio. Tutte le m. in cui esiste il pericolo di formazione di atmosfere esplosive hanno l’obbligo di eseguire periodici controlli. Nelle m. in cui si ha sviluppo di metano il controllo viene eseguito con appositi apparecchi fissi o portatili (grisoumetri). Nelle m. soggette a pericolo di esplosioni di polveri, il controllo ha per oggetto essenzialmente le caratteristiche della polvere, in quanto il suo contenuto in sospensione nell’atmosfera dei cantieri è estremamente variabile in funzione delle operazioni che vi si svolgono. La formazione di atmosfere esplosive nelle m. con sviluppo di metano viene evitata diluendo con una intensa ventilazione il gas che si sviluppa fino a tenori innocui, nonché drenando preventivamente il gas dalle parti del giacimento che si dovranno coltivare, mediante sondaggi (bonifica di giacimento). Talora il metano così estratto è utilizzabile per riscaldamento o produzione di energia. Nelle m. con polveri infiammabili la formazione di miscele esplosive viene evitata: con spandimento periodico di strati di polveri inerti nei luoghi dove la polvere infiammabile si accumula (scistificazione); con frequenti irrorazioni di acqua addizionata di agenti bagnanti; con spandimento di sali solubili (cloruro di sodio, di magnesio o di calcio) e moderato innaffiamento sulla suola, sulle pareti e sulla corona dei cantieri, che vengono così coperte da uno strato di sale umido atto ad agglomerare la polvere.