Mineração de carvão, a extracção de depósitos de carvão a partir da superfície da terra e do subsolo.
O carvão é o combustível fóssil mais abundante na Terra. Seu uso predominante sempre foi na produção de energia térmica. Foi a fonte de energia básica que alimentou a Revolução Industrial dos séculos 18 e 19, e o crescimento industrial daquela época, por sua vez, apoiou a exploração em larga escala dos depósitos de carvão. Desde meados do século XX, o carvão cedeu seu lugar ao petróleo e ao gás natural como principal fornecedor de energia do mundo. Hoje, a mineração de carvão a partir de depósitos superficiais e subterrâneos é uma operação mecanizada e altamente produtiva.
História
Uso antigo de carvão de afloramento
Há evidências arqueológicas de que o carvão foi queimado em piras funerárias durante a Idade do Bronze, entre 3.000 e 4.000 anos atrás, no País de Gales. Aristóteles menciona carvão ("corpos combustíveis") em seu Meteorologica, e seu aluno Theophrastus também registra seu uso. Os romanos na Grã-Bretanha queimaram carvão antes de 400 dC; cinzas foram encontradas entre as ruínas de vilas e cidades romanas e ao longo da muralha romana, especialmente em Northumberland, perto do afloramento de carvão. Os índios Hopi do que hoje é o sudoeste dos Estados Unidos extraíam carvão colhendo e raspando e o usavam para aquecer, cozinhar e em câmaras cerimoniais no início do século XII; no século 14 eles usaram industrialmente na fabricação de cerâmica. Marco Polo relata seu uso generalizado na China do século XIII. O Domesday Book (1086), que registrou tudo de valor econômico na Inglaterra, não menciona carvão. O primeiro carvão de Londres chegou por mar em 1228, das áreas de Fife e Northumberland, onde pedaços quebrados de afloramentos submarinos e lavados em terra por ação das ondas foram recolhidos por mulheres e crianças. Posteriormente, o nome carvão marinho foi aplicado a todo carvão betuminoso da Inglaterra. No final do século, monges começaram a extrair afloramentos no norte da Inglaterra.
Desenvolvimentos na entrada de minas
Veios
Exceto pelos chineses, que podem ter extraído carvão do subsolo, todas as primeiras costuras de carvão foram trabalhadas a partir da superfície, em afloramentos totalmente expostos. No final da Idade Média, no entanto, a exaustão do carvão de afloramento em muitos lugares forçou uma mudança da superfície para a mineração subterrânea ou de poço. As primeiras minas de poço eram pouco mais do que os poços alargados, tanto quanto os mineiros ousavam diante do perigo de colapso. Eixos foram afundados em terreno alto, com anúncios - túneis quase horizontais - para drenagem conduzida para o lado da colina. Na Inglaterra, alguns poços rasos de minas foram exauridos no início do século XIV, tornando necessário aprofundar e expandir a mineração na parte inferior do poço. Estas permaneceram pequenas operações; um registro de 1684 mostra 70 minas perto de Bristol, empregando 123 trabalhadores. Maior profundidade criou muitos problemas. Primeiro, a água não podia mais ser simplesmente drenada. Métodos brutos foram criados para levantá-lo à superfície. Um dispositivo de balde e corrente foi acionado primeiro por homens e depois por cavalos; um cinto contínuo de placas circulares foi desenhado através de um cano. Moinhos de vento foram usados para bombas. Mas os eixos tiveram que ser restritos a profundidades de 90 a 105 metros (300 a 350 pés) e um raio de mineração de 180 metros. Não foi até 1710 que o problema da água foi atenuado pelo motor atmosférico a vapor de Thomas Newcomen, que fornecia uma fonte de energia barata e confiável para uma bomba de elevação alternada vertical.
Elevação
Levantar o carvão em si era outro problema. A mão de obra, operando um molinete, foi substituída pela potência; e, à medida que as flechas foram mais profundas, mais cavalos foram adicionados. Em Whitehaven, em 1801, o carvão foi içado 180 metros por quatro cavalos, com uma taxa de 42 a 44 toneladas (46 a 48 toneladas) em nove horas. A introdução do motor a vapor para içar carvão foi um importante ponto de virada para a indústria. Pequenos molinetes a vapor foram testados com sucesso por volta de 1770. Por volta de 1840, a primeira gaiola foi usada para içar o carro carregado; e a partir de 1840, os avanços nas técnicas de mineração de carvão foram rápidos.
Ventilação
A presença de gases nocivos e inflamáveis levou os mineiros a reconhecer a importância crítica da ventilação nas minas de carvão desde os primeiros dias. A ventilação natural era proporcionada por túneis de drenagem nivelados conduzidos a partir da superfície inclinada para conectar-se ao eixo. Pilhas de superfície acima do eixo aumentaram a eficiência da ventilação; seu uso continuou em pequenas minas até o início do século XX. O método mais confiável, antes da introdução dos ventiladores, era o uso de um forno no fundo do eixo ou na superfície. Apesar do risco de incêndio e explosão, ainda havia um grande número de fornos operando, pelo menos em minas não gasosas, no início do século XX.
A iluminação a chama aberta, no entanto, era uma causa muito mais comum de explosões até a introdução da lâmpada de segurança Davy (cerca de 1815), na qual a chama é colocada em uma camada dupla de gaze que impede a ignição de gases inflamáveis no ar da mina. A presença de fortes correntes de ar, no entanto, tornou a lâmpada Davy insegura.
Os ventiladores rotativos foram introduzidos em minas no século XVIII. Originalmente de madeira e movidos a vapor, eles foram aprimorados ao longo dos séculos 19 e 20 pela introdução de lâminas de aço, energia elétrica e formas aerodinamicamente eficientes para as lâminas.
Da extração manual à mecanizada
Mineração convencional
As primeiras mineradoras européias retiraram o carvão da costura ou a soltaram com uma picareta. Após a introdução dos explosivos, ainda era necessário cortar a costura do carvão com ferramentas manuais. O advento do vapor, ar comprimido e eletricidade trouxe alívio a esse trabalho duro e perigoso. Em 1868, após quase 100 anos de tentativas e erros, um cortador de rodas giratórias comercialmente bem-sucedido para reduzir a costura de carvão foi introduzido na Inglaterra. Essa primeira ferramenta de corte acionada foi logo aprimorada pela introdução de ar comprimido como fonte de energia no lugar do vapor. Mais tarde, a eletricidade foi usada. O cortador de parede longa foi introduzido em 1891. Originalmente acionado por ar comprimido e posteriormente eletrificado, poderia começar em uma extremidade de uma face longa (a seção transversal vertical e exposta de uma costura de carvão) e cortar continuamente na outra.
Desenvolvimento de mineração contínua
As técnicas de mineração convencionais descritas acima, compostas das operações cíclicas de corte, perfuração, jateamento e carregamento, desenvolvidas em associação com a mineração de salas e pilares. O mais antigo dos métodos subterrâneos básicos, a mineração de quarto e pilar cresceu naturalmente devido à necessidade de recuperar mais carvão à medida que as operações de mineração se tornavam mais profundas e caras. No final da década de 1940, as técnicas convencionais começaram a ser substituídas por máquinas isoladas, conhecidas como mineradoras contínuas, que separavam o carvão da costura e o transferiam de volta ao sistema de transporte. O Joy Ripper (1948) foi o primeiro minerador contínuo aplicável ao método de sala e pilar.
Origens da mineração longwall
O outro método principal de mineração moderna, a mineração de longwall, havia sido introduzido no início do século XVII e encontrara uso geral no século XIX, mas havia sido menos produtivo do que a mineração de salas e pilares. Isso começou a mudar na década de 1940, quando Wilhelm Loebbe, da Alemanha, desenvolveu um sistema contínuo envolvendo o “arado”. Puxado pela face do carvão e guiado por um cano na face de um transportador segmentado, o arado esculpia um corte no fundo da costura. O transportador serpenteava contra o rosto atrás do arado que avançava para pegar o carvão que partia de cima do corte. Reduzindo substancialmente a mão de obra necessária na face do carvão (exceto a necessária para instalar o suporte do telhado), o sistema Loebbe rapidamente se tornou popular na Alemanha, França e Países Baixos.
O arado em si tinha aplicação limitada nas minas britânicas, mas o transportador segmentado avançado em energia tornou-se uma parte fundamental dos equipamentos e, em 1952, foi introduzida uma simples máquina contínua chamada shearer. Puxado ao longo da face montado no transportador, o tosquiador carregava uma série de discos equipados com picaretas em seus perímetros e montados em um eixo perpendicular à face. Os discos giratórios cortam uma fatia da face do carvão enquanto a máquina é puxada e um arado atrás da máquina limpa qualquer carvão que caia entre a face e o transportador.
Suporte de teto
A técnica de apoiar o telhado por parafusos de rocha tornou-se comum no final da década de 1940 e fez muito para fornecer uma área de trabalho desobstruída para a mineração de um quarto e pilar, mas era uma operação trabalhosa e lenta que impedia a mineração de paredes longas de realizar seu potencial. No final da década de 1950, no entanto, os suportes de teto com avanço automático foram introduzidos pelos britânicos. Individualmente ou em grupos, esses suportes, acoplados ao transportador, podem ser abaixados hidraulicamente, avançados e redefinidos contra o teto, proporcionando assim uma área livre de propulsão para o equipamento (entre a face do carvão e a primeira fila de macacos) e uma cobertura caminho para os mineiros (entre a primeira e a segunda linha de macacos).
Transporte
Trabalho manual para energia elétrica
Nas primeiras minas de eixo, o carvão era carregado em cestos que eram carregados nas costas de homens ou mulheres ou carregados em trenós ou bondes de madeira que eram então empurrados ou transportados pela estrada principal de transporte até o fundo do eixo para serem pendurados em cordas de içamento ou correntes. Nas minas de deriva e declive, o carvão foi trazido diretamente para a superfície por esses métodos e similares. Os trenós foram puxados primeiro pelos homens e depois pelos animais, incluindo mulas, cavalos, bois e até cães e cabras.
As locomotivas a vapor projetadas por Richard Trevithick foram usadas nos campos de Gales do Sul e Tyne e, mais tarde, na Pensilvânia e na Virgínia Ocidental, mas criaram muita fumaça. As locomotivas a ar comprimido, que surgiram na década de 1880, mostraram-se caras de operar. As locomotivas elétricas, introduzidas em 1887, rapidamente se tornaram populares, mas mulas e cavalos ainda estavam trabalhando em algumas minas até os anos 40.
Carregamento mecanizado
O carregamento manual de carvão quebrado em vagões foi tornado obsoleto no início do século XX por carregadeiras móveis. O Stanley Header, a primeira máquina de carregamento de carvão usada nos Estados Unidos, foi desenvolvida na Inglaterra e testada no Colorado em 1888. Outras foram desenvolvidas, mas poucas progrediram além do estágio de protótipo até a máquina Joy ser introduzida em 1914. Empregando a coleta Como princípio básico, a máquina Joy forneceu o padrão para futuros carregadores móveis bem-sucedidos. Após a introdução, em 1938, de ônibus espaciais movidos a borracha e elétricos, projetados para transportar carvão da máquina de carregamento para o elevador, o carregamento e o transporte móvel rapidamente substituíram o transporte de via na face das minas de um quarto e pilar.
Transportadores
Em 1924, uma correia transportadora foi usada com sucesso em uma mina antracite no centro da Pensilvânia para transportar carvão de um grupo de transportadores de sala para uma série de carros na entrada da mina. Na década de 1960, os cintos haviam substituído quase completamente os vagões por transporte intermediário.
