És una obra practicable perquè l’home pugui arribar al mineral, arrencar-lo i extreure'l a la superfície. Hi ha casos en què un mineral subterrani pot ésser abastat sense fer excavacions practicables: explotació de sal gemma per sistemes de dissolució, obtenció de petroli o gas natural, etc. En aquests casos hom no parla de mines, com tampoc quan un mineral és explotat a cel obert. L’establiment d’una mina requereix uns treballs previs de prospecció i de reconeixement de la massa mineral. Si aquests treballs són favorables, hom procedeix als treballs d' explotació , els quals van encaminats a l’obtenció del mineral en les millors condicions econòmiques. L’explotació requereix la instal·lació i el manteniment d’una sèrie de serveis, i, a més, ha d’assegurar la solidesa de les excavacions, la ventilació, etc, i ha d’evitar els riscs d’inundació i d’incendi. Els treballs de prospecció consisteixen en el fet de comprovar la presència d’indicis del mineral en qüestió i de tenir una idea prèvia del seu volum explotable i de la seva concentració. Admès l’interès del mercat pel mineral que hom cerca, la seva quantitat i la seva concentració han d’ésser els determinants de la rendibilitat de la futura mina. Atès que cada mineral té una estimació diferent, els mínims de quantitat i de concentració que fan que una mina sigui rendible depenen de cada mineral en particular, com també de les possibilitats o innovacions tècniques; així, les noves tècniques permeten ara d’explotar les runes d’antigues mines de plom i les noves utilitzacions trobades per al tungstè han fet rendibles moltes mines d’estany considerades esgotades o que havien estat tancades. Per tant, cal abans una investigació geològica acurada, acompanyada d’un estudi geofísic sobre la part no visible del jaciment; aquest estudi ha d’ésser completat amb excavacions o sondeigs per a confirmar la geofísica, calcular el volum mineral i fer les primeres anàlisis de concentració.
Instal·lacions subterrànies i de superfície en una mina de carbó d’accés per pou
© Fototeca.cat
Després de la prospecció comencen els treballs de reconeixement . Si la prospecció ha estat favorable, cal fer un assaig d’explotació minera per tal de veure les condicions en què es troba la massa mineral i establir el pla miner d’explotació; aquest assaig fornirà també quantitats semiindustrials de mena, la qual serà sotmesa a un procés de concentració per tal de convertir-la en formes comercials i assegurar, així, la rendibilitat futura abans de la gran inversió definitiva. Aquests treballs, amb tot, van prosseguint durant la vida de la mina, tant per a anar programant els futurs plans d’explotació o ampliació com per a conèixer amb precisió les reserves existents i llur qualitat. Una vegada decidida la implantació de la mina, després dels treballs previs i de l’estudi econòmic favorable, comencen els treballs d’explotació ; d’antuvi cal establir la infraestructura necessària, constituïda per l’accés al mineral, les vies de transport interior, els serveis —ventilació, fortificació, enllumenat, esgotament—, el sistema d’extracció, ocasionalment el transport d’exterior, i, finalment, la fàbrica de concentració. Alhora, hom preveu i prepara les masses minerals a arrencar. Sovint hom fa coincidir, en excavacions comunes, l’accés, els serveis, el transport i l’extracció, tant per motius d’economia com de conveniència. En certs casos convé que els serveis i l’accés humà estiguin separats de les vies de transport i extracció. El procés d’explotació consta de l’accés al mineral, l’arrencada, la càrrega, el transport interior, l’extracció a la superfície, la concentració de la mena i els serveis. L' accés al mineral pot ésser preparat una sola vegada, en iniciar la mina, o bé pot ésser obert cada vegada que hom ataca les masses minerals per llocs molt distants o a nivells diferents. Generalment, si la mina és al mateix nivell o en un nivell superior al de la fàbrica de concentració, l’accés té lloc per galeria (per exemple, Fígols); si és en un nivell inferior, l’accés pot ésser una rampa descendent, si la profunditat no és gran (com en el cas de la mina de potassa de Navarra), o bé un pou (com a Sallent). Per l’accés, els homes i els materials arriben al front d’arrencada a través d’un transport que es va allargassant al compàs de l’allunyament de les explotacions. L' arrencada té lloc actualment amb explosius, amb serres de cadena, que desplomen el mineral en excavar-lo arran del pis, amb minadors continus —vehicles automòbils amb un cap orientable, dotat de moviment rotatori i proveït d’una sèrie d’unglots excavadors— i amb martells pneumàtics percussors o rotatoris, que també serveixen com a auxiliars en tots els sistemes d’arrencada. L’ús dels explosius requereix la barrinada prèvia de la massa mineral, amb barrines accionades pneumàticament o elèctricament, manejades manualment o recolzades sobre un suport, o bé muntades en plataformes automòbils. Amb vista a una major eficàcia, sovint cal segar el mineral arran de terra. Hi ha substàncies minerals, com ara el carbó, que convé que no s’esmicolin; en aquest cas hom empra explosius adients, o bé substitueix els explosius per eines gratadores o martells percussors. Quan, al contrari, és millor de tenir el mineral ben menut, els explosius són també uns bons auxiliars. El minador continu ho aconsegueix també en minerals no gaire durs (potasses). Amb tot, el mineral així arrencat ha de sofrir un o dos passos de trituració posteriors. L’arrencada té lloc en fronts prèviament establerts i connectats a les vies d’extracció. En aquests fronts, el mètode d’arrencada varia, segons que la massa mineral sigui horitzontal, inclinada —on, però, homes i màquines s’han d’aguantar drets—, o bé vertical o molt dreta. En el primer cas, homes i màquines ataquen el mineral folgadament, i hom ha d’assegurar el sostre pla, per la qual cosa acostuma a deixar pilars de mena que seran arrencats després, en retirada. És el sistema anomenat de labors en cambres i pilars . En el segon cas, la massa mineral és atacada des de baix, i usualment hom fa galeries ascendents i amb l’amplada convenient per a poder arrencar el mineral amb comoditat. En aquest cas hom només pot treballar amb barrines de mà o amb suport, o bé amb martells pneumàtics. Un cop arrencat el mineral, hom el fa lliscar pel pis fins a arribar al transport interior. En el cas de les mines verticals, la massa és atacada per dalt, on hom obre una ampla galeria per on penetren els vehicles portabarrines, els quals comencen a fer una perforació o més, llarga i de gran diàmetre, fins a arribar a una galeria inferior de transport, i després hom fa tirades successives; el mineral baixa per gravetat fins a les tremuges. Així, segons la posició de les masses minerals i la manera d’explotar-les, hi ha mines horitzontals, inclinades i verticals, a part les mixtes, en què la mecanització es fa més difícil. El tercer pas en el procés d’explotació és la càrrega . El mineral arrencat en el front de la massa mineral ha d’ésser carregat en un mitjà de transport per tal d’extreure'l a l’exterior. El sistema de càrrega depèn del tipus de mina. Essencialment, a les mines horitzontals el mineral resta al mateix front d’arrencada, a terra i ha d’ésser aixecat i carregat; a les mines inclinades només cal arrossegar el mineral cap avall, i a les verticals el mineral es carrega sol. A les mines horitzontals, els mitjans de càrrega depenen dels ginys d’arrencada i del tipus de transport; si hom utilitza explosius, el mineral és pres per pales mecàniques, que l’aixequen i el buiden en bolquets, vagonetes o cintes transportadores; si hom utilitza cadenes gratadores, aquests ginys porten un sistema de paletes rotatòries que recullen el mineral al peu mateix de la cadena i el carreguen, amb el mateix moviment, a una cinta transportadora que corre paral·lela al front i que s’hi ha d’anar acostant al compàs de l’excavació; si hom utilitza minadors continus, ells mateixos porten una cinta transportadora que recull el mineral i el buida en un remolc automòbil acoblat que fa de llançadora entre el minador i el mitjà de transport. A les mines inclinades, el mineral resta al pis, puix que no hi ha prou pendent per a l’evacuació; el mineral és empès per mitjà d’una tragella accionada per un cable, al qual un cabrestant dóna un moviment de vaivé; cap avall va carregada i cap amunt va buida, i és carregada novament a l’extrem de la seva cursa; així, el mineral és abocat mecànicament en tremuges disposades sobre la via de transport. A les mines verticals, el mineral cau directament, per gravetat, sobre les tremuges, que poden donar sobre la via de transport o una galeria paral·lela, on formen grans pilots de mena que són carregats per pales mecàniques. L’ús de grans màquines, tant en arrencada —vehicles portabarrines, trepants de perforació, minadors continus— com en càrrega —pales mecàniques i bolquets—, ha obligat a excavacions —galeries i fronts— més amples que hom no feia abans. El transport interior és l’encarregat de portar a l’exterior el mineral arrencat, en el cas de galeria o rampa d’accés i d’eixida, o bé al peu del pou d’extracció. És constituït per una o més galeries de transport principals i definitives, a les quals en conflueixen unes altres que provenen dels fronts d’arrencada. La seva disposició depèn de la geometria de les masses minerals i de la manera d’explotar-les. En general, les galeries principals són dretureres, i hom les estableix en un nivell inferior a les d’explotació, amb l’objecte de poder rebre el mineral per gravetat a través de tremuges, que a vegades comporten un pas de trituració. Sovint hom aboca el mineral en un gran dipòsit per tal de regularitzar l’extracció assegurant-ne un cert ritme. Les vies de transport secundàries només tenen la durada dels successius fronts d’arrencada. El material tractor ha evolucionat enormement, des de vagonetes arrossegades per minaires, per cabrestants i per mules, fins a la tracció elèctrica i amb motors dièsel, i ara, amb cintes transportadores. Aquests darrers sistemes són capaços de salvar rampes considerables, per la qual cosa van substituint la via fèrria, que no pot fer-ho. L' extracció a la superfície és directa en el cas d’eixida per galeria o per rampa; però constitueix una operació a part en el cas de l’eixida per pou. Aquesta és una excavació vertical, habitualment cilíndrica, revestida en la mesura que la seguretat ho requereixi i l’empenta del terrer ho permeti. L’aparell d’extracció consta d’una gran politja suspesa d’un castellet, al qual va acoblat un gran torn que recull el cable i que conté el motor. A l’extrem del cable hi ha, habitualment, una gàbia amb departaments per al personal, per al material i per al mineral que hom extreu. La gàbia circula encaixonada per unes guies per tal d’evitar les oscil·lacions. La politja pot ésser monocable, però per raons de seguretat, de durada i d’estabilitat de la gàbia que en penja, hom instal·la actualment politges amb unes quantes gorges que porten diversos cables (politges multicables). La politja pot ésser governada manualment o automàticament. Si el mineral arriba al pou carregat en vagonetes, aquestes entren a la gàbia i, una vegada a l’exterior, formen trens per al transport extern o són buidades; si hi arriba en orri, la tremuja del dipòsit regulador és abocada en una altra, anomenada skip , que penja de la gàbia ascensor i que sol tenir una cabuda d’uns 7 m 3 . Tant en un cas com en l’altre, l’extracció per pou pot arribar a la velocitat de 16 m/s, i són freqüents els aparells d’extracció capaços per a 7 000 tones de mineral diàries, funcionant 14 hores i reservant un torn de treball per a la conservació, tant de l’aparell com del pou. La concentració de la mena té lloc en unes instal·lacions industrials a la superfície, que poden ésser situades a tocar del punt d’extracció o a una certa distància. En aquest darrer cas, cal un transport més o menys llarg. Sovint aquesta circumstància és deguda al fet que ha calgut obrir uns altres punts d’extracció en paratges apartats de l’inicial, sovint per la creixent extensió de les labors mineres; en aquest cas, el transport interior, llarg i d’instal·lació i manteniment cars, és substituït per un d’exterior, constituït per trens de vagonetes, per cable o per cintes transportadores. A la fàbrica de concentració, la mena és convertida en un concentrat amb la llei de mineral, granulometria i altres requisits exigits pel mercat. Cal, doncs, destriar adequadament l’estèril del mineral. En la majoria de menes això té lloc aprofitant la diferent densitat de l’estèril respecte al mineral. Sovint aquesta operació és feta en sec (com és ara en molts minerals metàl·lics), però en altres casos hom recorre a l’aigua (rentadora de carbó, d’or) o a líquids de diverses densitats (tractaments moderns de menes potàssiques). Un procediment diferent de concentració, que precisament en els minerals potàssics hom ha emprat fins ara, aprofita la diferència de solubilitat en l’aigua de l’estèril i el mineral (com és el cas de la sal i la silvinita), però actualment aquest procediment ha estat bandejat perquè resulta molt car d’escalfar l’aigua dels dissolvents. Pel que fa al capítol de serveis , cal dur a terme el manteniment dels sistemes i eines emprats, la instal·lació d’enllumenat al compàs de l’explotació, el forniment d’energia, el manteniment del sostre de les cavitats (fortificació) i el manteniment de la ventilació; a més, cal prendre mesures per a evitar els incendis i la inundació de les labors per les aigües subterrànies. Tots aquests serveis toquen molt de prop el tema de la seguretat. Tota mina ha de tenir instal·lats tallers que permetin de fer la majoria de les reparacions usuals i que les capaciti per a fer les extensions de tota classe d’instal·lacions requerides per la creixent extensió de les labors. Aquests tallers poden ésser instal·lats a l’interior o a la superfície. Un circuit d’enllumenat elèctric a les parts permanents de la mina constitueix actualment una necessitat; únicament als fronts d’arrencada hom utilitza llums d’ús manual, amb piles, acoblades o no al casc protector, o bé de gas o d’acetilè. Aquests darrers porten un dispositiu de seguretat, en les mines de carbó, per evitar la deflagració del grisú. A més, hom fa servir energia elèctrica com a font d’energia mecànica, per a accionar les bombes d’esgotament, els motors de l’aparell d’extracció els ventiladors, aspiradors i altres ginys fixos. Una tasca essencial és mantenir el sostre de les excavacions, tant les permanents com les temporals. L’apuntalament amb fusta, format per puntals, bigues i quadres, és força habitual, i és auxiliat per murs en sec d’estèril, d’obra de formigó i també per arcs metàl·lics fets a mida. A més, per tal d’evitar la caiguda de pedres, hom procedeix a un clavament del sostre i fa servir les xarxes metàl·liques de prevenció. En els fronts d’arrencada hom no recupera l’apuntalament amb fusta, sinó que és aixafat pel descens del sostre i resta colgat; tanmateix, és avantatjós l’ús de puntals metàl·lics telescòpics, de llargada ajustable; aquests són recuperats traient-los de darrere i col·locant-los seguits al davant del front, en un procés rotatori. També convé, a vegades, emplenar amb estèril les cavitats darrere els fronts d’arrencada, la qual cosa suavitza el descens del sostre; però, atès que aquesta operació acostuma a ésser cara, hom l’evita si no és del tot necessària. La ventilació, a més de climatitzar la mina, evacua tota mena de gasos alliberats pel mineral (com és el cas del carbó) o pels ginys de combustió interna, pols i fums. La ventilació és assegurada per mitjà de grans ventiladors col·locats a l’accés, ajudats per d’altres de secundaris mòbils que porten l’aire als fronts i als racons apartats del circuit principal. El cabal d’aire a introduir a la mina depèn de molts factors, com ara el volum, la llargària i la conformació de les cavitats, el nombre de minaires i de ginys que hi treballen, l’existència comprovada de gasos nocius i llur concentració a la mina, etc. Per mitjà de ventalles hom fa derivar la ventilació cap a una part o una altra de la mina a mesura que es tanquen i s’obren fronts d’arrencada. Actualment hi ha tendència a fer independents de l’extracció els trams inicials i final del circuit de ventilació. La majoria de mines tenen aigües subterrànies, que moltes vegades limiten dràsticament les possibilitats d’explotació, puix que l’esgotament és una despesa que, si el cabal és gran, pot ésser prohibitiva. Per això hom condueix l’aigua a un punt de nivell inferior al de les labors mineres, i d’allí l’extreu per mitjà de bombes. Aquest punt de recollida de l’aigua pot ésser el fons del pou d’extracció o un pou fet a posta. Una altra consideració a tenir en compte és el perill d’incendi. Un incendi pot ésser produït per qualsevol giny, per un contacte elèctric —curtcircuit— o per ignició de gasos combustibles, i, en les mines de carbó, del polsim de carbó i del mateix mineral. En tot cas, la ventilació el propaga i el converteix sempre en un greu perill. En les mines de carbó les precaucions són molt grans; d’antuvi hom fa les cavitats permanents en estèril per tal d’evitar una excessiva exposició del carbó a l’aire; hi ha també sistemes especials, ateses les característiques del carbó. A totes les mines hi ha, però, equips d’extinció. La majoria de les legislacions preveuen que les mines van a càrrec de l’estat, el qual les pot explotar directament o fer-ne la concessió a empreses o a particulars. A l’Estat espanyol totes les substàncies minerals pertanyen a l’estat. Tanmateix, les substàncies superficials, com és ara les roques, que no requereixen cap tècnica complicada per a llur explotació, poden ésser aprofitades per tothom que hi estigui autoritzat si són en terrenys de domini d’ús públic, o són atorgades en explotació al propietari (amb la reserva d’una part per a l’estat), si són en terrenys de domini privat. Per contra, les substàncies minerals pròpiament dites, com és ara les dels jaciments miners, són sempre (com les dels jaciments de gas natural, petroli, etc) objecte de concessió administrativa que no pot ésser transmesa inter vivos ; en el cas d’una transmissió mortis causa l’estat pot subrogar-se els drets, després d’una indemnització prèvia, de qui no sigui súbdit de l’Estat espanyol.