Tipos de minas de carbón (extracción)

1. Se llama mina a cielo abierto aquella en la que el carbón, que se halla cerca de la superficie, se extrae mediante pozos descubiertos. El filón debe ser lo bastante grueso para justificar la considerable inversión en maquinaria que se necesita y ha de tener orientación sensiblemente horizontal al terreno de recubrimiento, que conviene sea delgado o moderadamente grueso. (Los terrenos de recubrimiento consisten en roca, esquistos arcillosos, piedra caliza, arcilla, tierra vegetal y otras materias que recubren el filón.) Casi todas las minas a cielo abierto se encuentran a pocos centímetros bajo la superficie: pocas alcanzan una profundidad de 25 metros.
   
   Cuando el carbón se encuentra a gran profundidad de forma que el laboreo a cielo abierto resulta antieconómico, se impone la explotación subterránea. En una mina de galerías la veta es horizontal con afloramientos en laderas o fajas fluviales; la extracción se realiza por medio de un túnel o galería que se abre directamente al filón. Si éste se inclina y aflora, se taladra en declive hasta llegar a los filones, con lo que se consigue una mina en pendiente. En una mina de pozo la perforación es vertical y su profundidad puede alcanzar hasta los 1200 metros.
   
   
   Explotación a cielo abierto.
   
   Si se proyecta una explotación a cielo abierto, se requiere, antes de iniciar el laboreo de la mina, realizar un reconocimiento preliminar del terreno para determinar si el yacimiento tiene el grosor adecuado y si las capas de recubrimiento son lo bastante superficiales para justificar tal clase de explotación. Un ulterior reconocimiento permite apreciar características tales como carreteras, edificios, pozos petrolíferos y de gas natural, troneras y afloramientos. La extracción de testigos o muestras revela el carácter y el grosor de las capas de recubrimiento y del carbón e indica los puntos altos y bajos del yacimiento.
   
   Se utiliza esta información para establecer si es factible el avenamiento por gravedad y, en caso negativo, para determinar la situación óptima del sumidero (excavación practicada en el fondo de la zona carbonera para recoger el agua de la mina). Los volcaderos y el sistema de vías se deben colocar lo más cerca posible de la mina.
   
   Si el recubrimiento es somero, se remueve en una operación a cielo abierto. Si es relativamente grueso, se extrae parcialmente con una dragalina o una pala mecánica excavadora. Con cualquiera de ambos procedimientos se profundiza un corte de 0,90 a 1,20 m de anchura a través de las capas de recubrimiento hasta un punto situado justamente encima del carbón. Después, la pala carbonera sigue a la mecánica y excava una faja de carbón dejando una terraza en la parte superior de la veta que sirve de vía para el acarreo y para que la pala desencapadora efectúe su viaje de regreso. Esta pala realiza un nuevo corte en su viaje de regreso y deposita el escombro excavado en el espacio que ha dejado libre la extracción de la hulla. Se continúa esta operación hasta que el carbón esté agotado. El equipo mecánico para laboreo de minas a cielo abierto puede ser accionado por motores diesel o eléctricos y se compone de palas mecánicas que pueden levantar hasta 40 m3 de carbón. A menudo se utiliza una explanadora en combinación con las palas mayores para remover la parte final del recubrimiento.
   
   Tanto las capas de recubrimiento como el carbón pueden disgregarse por medio de barrenos. Los orificios para los explosivos se taladran por medio de barrenas eléctricas o taladros neumáticos. La explosión puede tener eficacia suficiente para mover 45000 t de las capas de recubrimiento con una sola carga. Las palas cargadoras, capaces de levantar 4 m3, cargan el carbón en grandes camiones o, en algunas minas, en vagones de ferrocarril. La etapa final consiste en el tratamiento de la hulla en un volcadero (cuando se trata de carbones bituminosos) o en una trituradora (si se trata de antracita), en la planta de limpieza y clasificación en que se prepara la hulla para el embarque. Las escombreras y los pozos que quedan después del laboreo a cielo abierto suelen ser nivelados en forma que pueda el terreno dedicarse de nuevo a fines agrícolas.
   
   
   Laboreo subterráneo.
   
   El trazado de una mina subterránea bien explotada, con sus vías principales y calles laterales, se asemeja al de una ciudad moderna. Algunas de las mayores minas de este tipo se extienden sobre una zona de más de 15 km en cuadro. En su interior existen instalaciones de gran potencia para generación de electricidad, extensos sistemas transportadores de ferrovía y correa y redes telefónicas e inalámbricas. La iluminación se realiza por sistemas eléctricos de alumbrado en las galerías principales, por los potentes faros de las locomotoras y las linternas eléctricas situadas en los cascos de los mineros.
   
   
   Bocaminas.
   
   Una vez que se han localizado los filones de carbón susceptibles de ser explotados, el siguiente paso es hacerlos accesibles a las operaciones de laboreo, para lo que se cavan galerías, taludes o pozos. El número de aberturas depende generalmente del ritmo de producción previsto. Si se puede llegar a la capa por medio de galerías, se abre un número considerable de túneles, procedimiento éste el más económico, con el fin de acelerar el laboreo de la mina. Si es necesario perforar taludes o pozos, se restringe su número debido al costo elevado que supone su excavación y funcionamiento. Ha de haber por lo menos dos aberturas conectadas con la mina con objeto de facilitar la circulación del aire y establecer una segunda salida en el caso de que la otra quede bloqueada por un desprendimiento de tierra, una explosión o un incendio.
   
   En la ilustración sobre una mina de pozo (fig. 4), el pozo de la derecha se ha perforado solamente para mantener la ventilación. El segundo pozo se utiliza para facilitar el ascenso y el descenso de los mineros y del material; a tal fin está equipado con un castillete, jaula y elevador. En sus cercanías se sitúan el volcadero y el apartadero ferroviario, las instalaciones de preparación, laboratorio, almacén, oficina, cuarto de aseo, casa de bombas y lampistería. Algunas minas antiguas tienen aberturas simples divididas por una pared. Las modernas, como se pone de relieve en el dibujo, tienen aberturas separadas por cientos de metros de roca. Las galerías se sitúan de forma que puedan evacuar la mayor parte del agua existente en la zona que sirven y con preferencia en el punto más bajo del filón. También pueden abrirse pozos en el punto más bajo de la veta, de forma que el agua discurra hacia ellos. Las aberturas que conducen al yacimiento, ya sean pozos, taludes o galerías, se abren de tal forma que simplifiquen —si no eliminen— la acción de las bombas y la fuerza de la gravedad ayude al transporte de las vagonetas.
   
   Hubo una época en que sólo se consideraban económicamente explotables las capas carboníferas situadas junto a la superficie, pero el agotamiento en algunos países de los depósitos superficiales y el progreso general de la ingeniería han coadyuvado en la excavación de pozos más profundos. En Bélgica, por ejemplo, hay un pozo de 1200 m de profundidad. En los Estados Unidos, donde abundan los yacimientos de hulla relativamente someros, rara vez se explotan las capas de carbón blando a más de 150 m. En las regiones productoras de antracita no es raro encontrar profundidades de 300 m, puesto que su precio más elevado justifica el costo mayor de la explotación.
   
   Los pozos suelen ser de corte transversal rectangular, aunque a veces son cilindricos. Se emplea el primer procedimiento en minas de escasa profundidad, en que no es preciso aprovechar la mayor resistencia proporcionada por la sección elípticá o circular. La circulación del aire es más fácil, sin embargo, en los pozos rectangulares, siempre que no esté impedida por escaleras, conductos de agua y cables eléctricos. Las dimensiones de los pozos varían según la producción de la mina y el tamaño y número de vagonetas que han de elevarse a la vez. Suele haber dos o más compartimientos destinados a elevar vagones y otros varios afectos a la ventilación, entibación y cañería. La anchura de un pozo rectangular rara vez excede de los 3,5 m; su longitud depende del número de compartimientos.
   
   En algunas minas se transportan las vagonetas carga das hasta una jaula (o bien son introducidas en ella por arietes situados al pie del pozo) y luego se izan a la superficie. En otras, el carbón se descarga cerca del fondo del pozo o talud por medio de un basculador rotativo en una tolva con capacidad superior a una vagoneta, de donde pasa a un cubilote de carga (vagoneta grande con el extremo superior abierto), que, después de ser izado a la superficie; se vacía automáticamente. Luego, por gravedad, el carbón pasa a la planta de preparación.
   
   
   Métodos de laboreo.
   
   Llámanse galerías de aspiración y de salida de aire las galerías de las minas que admiten el aire puro y expulsan el aire enrarecido. Si se necesita más aire del que puede proporcionar uno de estos pasadizos, se abren dos, tres o hasta seis galerías de aspiración y otras tantas de salida. El conjunto constituye una galería de ventilación. Los nombres de galería de ventilación y galería de paso de aire se utilizan a veces en forma sinónima.
   
   Las galerías de ventilación se cruzan con pasajes transversales o cruceros a distancias de 18 a 30 m. Cuando las galerías han alcanzado tal extensión que requieren una derivación adicional, se practica un nuevo crucero para cuya ventilación se cierra el anterior con un tabique de madera, roca, ladrillo o cemento. En las minas de antracita y en las de filón inclinado, la pista de acarreo —horizontal o casi horizontal— recibe el nombre de galería maestra; respiradero se llama al crucero cuyo único fin es devolver el aire desde los puntos en que se efectúan las labores mineras.
   
   En los filones de inclinación muy acusada, las galerías y respiraderos pueden ser horizontales, mas los puntos de laboreo se convierten en chimeneas y las bocaminas transversales pasan a ser planos inclinados. Los túneles rocosos son caminos cavados en la roca para facilitar acceso a otras capas. Las galerías maestras y los conductos de ventilación siguen generalmente la sinuosidad sufrida por los yacimientos en el curso del tiempo geológico.
   
   
   Extracción del carbón.
   
   Los métodos comunes de laboreo en las minas subterráneas son el de cámaras y pilares y el de laboreo por tajos largos. Se excavan las cámaras en el mismo carbón y se dejan los pilares con objeto de mantenerlas abiertas. Los túneles conocidos con el nombre de galerías principales, abiertos en el carbón desde el pozo, son las principales vías de acarreo. Se suelen excavar dos o más galerías en dirección paralela y se unen entre sí a intervalos por medio de cruceros transversales. Las galerías de acarreo actúan frecuentemente como respiraderos que acogen el aire fresco insuflado desde la superficie por potentes ventiladores y lo llevan a las zonas interiores en que trabajan los mineros. Sin embargo, en ciertos países la ley exige que se practiquen túneles especiales para conducir el aire.
   
   Una vez que las arterias principales han avanzado hasta cierta distancia, se amplían las galerías laterales o transversales en varios cientos de metros de acuerdo con las dimensiones de la zona carbonífera que se va a explotar. En una mina laboreada en condiciones normales, la producción principal se obtiene de la zona bloqueada por estas galerías laterales. Una mina corriente, al comienzo de las operaciones de extracción, consiste en cierto número de bloques rectangulares de carbón separados por vestíbulos largos o galerías laterales, todos los cuales desembocan generalmente en ángulo recto en el pasadizo principal que conduce al pozo. La anchura y longitud de las salas en que trabajan los mineros, así como el grueso de los pilares, dependen del tipo de techo, del grosor de la veta y de la clase y espesor de los estratos superiores. Los pilares situados entre cámaras se extraen generalmente en cuanto éstas han alcanzado la distancia prevista, que oscila entre los 60 y los 90 m. El techo se desprende al extraer el pilar del extremo más alejado de la cámara. Este procedimiento de remoción de pilares, llamado «despilaramiento», reduce al mínimo el desperdicio y, ejecutado en debida forma, aumenta la seguridad para el minero.
   
   En las minas carboníferas europeas prevalece el sistema de laboreo por tajos largos. En este sistema el carbón se extrae en una sola operación, en que el frente de arranque avanza a lo largo de una línea o pared ininterrumpida. Las galerías parten del pozo en todas direcciones en forma radial y el techo se va desplomando a medida que el frente de arranque avanza. Para servir de soporte al pozo se deja generalmente un pilar grueso de carbón y se construyen muretes de manipostería en la zona extraída para proteger a los mineros y para mantener despejados los accesos. A veces, para sostener el techo, se utilizan «camillas» de madera que se construyen cruzando los tablones transversalmente al modo se colocan las traviesas de ferrocarril. Hoy se emplea mucho una variante de este método, el laboreo por tajos largos modijicado, en que el frente de arranque es recto y los accesos componen una red rectangular en vez de irradiarse desde el centro. Esta disposición permite el uso de transportadores mecánicos para llevar el carbón hasta el pozo. Como éstos requieren poca altura, el laboreo por tajos largos modificado se aplica generalmente en las minas en que los filones son poco gruesos. Solamente en los caminos se hace necesario ahondar el piso y volar la parte superior rocosa.
   
   Otras minas utilizan el procedimiento regresivo. Las galerías se practican a partir del pozo hasta el límite de la propiedad minera, donde comienza la excavación de la hulla. Los mineros trabajan retrocediendo hacia el pozo y el espacio minado se llena de rocas. Con este método se desperdicia menos carbón que con el sistema de cámaras y pilares.
   
   
   Mecanización.
   
   Se ha alcanzado un alto grado de progreso en la utilización de maquinaria automática para realizar el trabajo pesado de excavación y transporte de la hulla desde los lugares de extracción. Muchas minas modernas disponen de malacates eléctricos móviles para colocar entibados que sitúan en posición las vigas pesadas del techo. Otras utilizan máquinas para colocar los empernados del techo. Las cortadoras mecánicas son máquinas eléctricas poderosas, de forma similar a la de una gigantesca tabla de plancha, que realizan cortes de avance horizontal y vertical en el frente de arranque del carbón, para permitir que éste se desprenda al ser disgregado por la explosión. Provistas de cadenas sin fin con cuchillas salientes que horadan canales profundos, eliminan gran parte de la penosa labor anticuada del pico y la pala. Las barrenas eléctricas móviles, suspendidas a menudo de un brazo, como los taladros de los dentistas, montadas sobre locomotoras eléctricas, perforan agujeros en el yacimiento a la altura deseada, en los que se colocan con cuidado las cargas de explosivo (v. Voladura; Explosivos). A veces, en lugar de explosivos, se introduce aire comprimido en los orificios taladrados, para producir la disgregación sin violencia de la hulla. Tras una inspección del techo y después de procederse a una nueva entibación y empernado si son precisos, la máquina cargadora ataca a la pila de carbón recién disgregado. Esta máquina alarga sus tentáculos provistos de dientes móviles que recogen el carbón disgregado y lo llevan por encima de la máquina a un transportador empotrado que se encarga de trasladarlo hasta las vagonetas que se encuentran a la espera o lo arroja sobre una cinta transportadora. La máquina puede cargar hasta 6 t por minuto y algunas cintas transportadoras conducen el carbón hasta 8 km antes de descargarlo en la instalación exterior de lavado. Véase Transportadoras y elevadoras, Máquinas.
   
   La mayor maravilla de la minería moderna es la máquina de laboreo continuo, monstruo de acero de unos 7,5 m de largo y 2 de ancho que realiza en una sola operación el trabajo que de otra forma han de realizar máquinas aisladas. Su cabezal va provisto de dientes agudos que trituran el carbón a medida que la máquina avanza arrastrándose lentamente sobre cadenas sin fin al igual que un tractor oruga. La hulla disgregada cae a una correa que la lleva hasta las vagonetas o a un transportador sin fin que se encarga de subirla a la superficie. La máquina puede excavar y cargar 4 t de carbón por minuto.
   
   Algunas de las locomotoras pueden arrastrar hasta 50 vagonetas, cargadas cada una, con 10 t de carbón y van provistas de teléfonos móviles que permiten a los maquinistas mantener contacto con los capataces y con las diversas partes de la mina. Las cintas transportadoras gigantes, que han sustituido a los ferrocarriles en algunas minas, transportan ríos de hulla —hasta 1000 t/h— desde las profundidades de la tierra hasta el exterior.
   
   Para más información ver: carbón (mineral).

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