Revista Minelor 3/2012

CUPRINS

Gheorghe MANOLEA Valorificarea potenţialului creativ din universităţi prin inovare şi transfer tehnologic 2 Dumitru FODOR, Petre DIACONESCU Evoluţia exploatării lignitului în carierele din bazinul carbonifer Rovinari 9 Svetlana BRATKOVA, Anatoliy ANGELOV, Alexandre LOUKANOV, Katerina NIKOLOVA, Sotir PLOCHEV, Rosen IVANOV Biotechnological removal of heavy metals from mining wastewaters by dissimilative sulphate reduction 22 Cristina IONICĂ, Victor ARAD Stabilitatea haldei ramura a II-a Coroiești - E.P.C.V.J. Vulcan 28 Ecaterina BALANEANU, Victor ARAD, Letiţia Susana ARAD, Flavius BALANEANU Pregătirea şi dezvoltarea hărţii geotehnice a municipiului Alba Iulia, judeţul Alba 32 Roland Iosif MORARU, Gabriel Bujor BĂBUŢ O analiză contextuală a statisticii accidentelor de muncă produse în minele din Valea Jiului în ultimele patru decenii 38

VALORIFICAREA POTENŢIALULUI CREATIV DIN UNIVERSITĂŢI PRIN INOVARE ŞI TRANSFER TEHNOLOGIC

Gheorghe MANOLEA*

Rezumat Lucrarea prezintă rezultatele unei experienţe care se bazează pe managementul din mijlocul echipei, care combină forţa intelectuală cu impactul emoţional, specific activităţii inovative, creative şi poate fi un răspuns la problemele cu care se confruntă în prezent învăţământul tehnic superior şi cercetarea: lipsa de motivaţie a candidaţilor şi studenţilor în condiţiile unei nevoi acute de retehnologizare şi automatizare a activităţilor industriale; scăderea competitivităţii institutelor de cercetare româneşti; necesitatea transformării universităţilor în unităţi antreprenoriale în care ponderea finanţării din surse extrabugetare creşte în raport cu finanţarea de la buget; lipsa cadrului legal şi organizatoric în care absolvenţii să-şi formeze şi să-şi exerseze deprinderi creative-inovative, aplicative-practice. Cuvinte cheie: inovare, transfer tehnologic, universitate

1. Inovare. Transfer tehnologic

Inovarea este definită aproape unitar de literatura de specialitate [1],[16] ca fiind o activitate de îmbunătățire a unui produs în scopul aplicării industriale și care cuprinde proiectarea, realizarea și experimentarea acestuia și lansarea pe piață. Aşadar, inovaţia comparativ cu invenţia, nu

reprezintă neapărat o noutate absolută dar aria de aplicabilitate şi viteza de implementare sunt mai accesibile.

În câmpul ingineresc din România invenţia a avut, prin definiţia oficială şi comparativ cu inovaţia, un statut privilegiat, ceea ce a stimulat crearea clasei ,,colecţionarilor” de brevete cu mentalitatea că numărul brevetelor este mai important decât numărul aplicaţiilor invenţiei.

Totodată, în câmpul universitar este unanim acceptată ideea că articolele ştiinţifice exprimă valoare chiar dacă acestea ocolesc, prin simulare numerică sau eludare directă, confruntarea cu practica, cu aplicarea şi aplicabilitatea. Cele două mentalităţi nu sunt utile nici pentru creator nici pentru viaţa socială.

Se poate spune că enunţarea, demonstrarea unei teorii, a unei soluţii deschide poarta spre progres, iar aplicarea, adică inovarea, poartă societatea spre progres. Prin aceste asocieri se poate justifica sintagma ,,inovarea este o formă de valorificare a cercetării universitare”.

Ţinând seama de experienţa acumulată în ultimii ani, am definit inovarea ca o arhitectură (fig.1) bazată pe:

- o idee, un concept, un procedeu fundamentat ştiinţific;

- un parteneriat industrial calificat; - o reţea de valorificare naţională şi/sau

internaţională; - o protecţie puternică şi extinsă a proprietăţii

industriale.

Fig.1 Explicativă privind conceptul de inovare

Transferul tehnologic este privit fie ca subproces al inovării fie ca etapă ce urmează acesteia pentru completarea arhitecturii conceptului _____________________________

* Prof.dr.ing. Universitatea din Craiova

de inovare. În contextul valorificării rezultatelor cercetării, transferul tehnologic poate fi realizat ca:

- transfer între două activităţi de cercetare-de la cercetarea fundamentală la cercetarea aplicativă;

Cercetare fundamentala,interdisciplinara,aplicativa

InovareTransfertehnologic

Agenteconomic

Centre de TransferTehnologic

Parcuri stiintifice

Industrie

SocietatiUniversitate

Cautare

Necesitate

2 Revista Minelor - nr. 3 / 2012

PERMANENTI

CO

LABO

RAT

OR

I

SELECTIAFORMAREADESPRINDEREA

CADRE DIDACTICE

Studentiromani

Studentistraini

SPECIALISTI CU STUDIISUPERIOARE DIN INDUSTRIE

TESA

- transfer între cercetarea aplicativă şi aplicaţia industrială;

- transfer de la activităţile creativ-inovative, desfăşurate de persoane fizice (doctoranzi, inventatori, creatori) la activitatea aplicativă (cu menţiunea că uneori este necesară şi o etapă intermediară de cercetare aplicativă sau adaptare tehnologică).

Rezultă că unităţile, organizaţiile care se ocupă de transferul tehnologic au rol de interfaţă între grupurile sociale interesate: ofertanţii rezultatelor cercetării şi potenţialii beneficiari.

Pe baza experienţei noastre putem afirma că pentru condiţiile din România, în mediul universitar pot să funcţioneze departamente de inovare şi transfer tehnologic deoarece sunt în contact direct cu cercetarea sub diversele ei forme şi pot realiza uşor contacte de intermediere, de interfaţă.

Obiectul transferului tehnologic este constituit de rezultatul activităţilor de cercetare, inovare şi dezvoltare tehnologică, pentru care există un titlu de proprietate intelectuală, şi care constă în: cunoştinţe, produse, procedee, metode, tehnologii, documentaţie de execuţie, programe de calculator, baze de date. Se pot transfera rezultatele în sine şi/sau titlurile de proprietate intelectuală [16] 2. CITT Craiova – exemplul meu sau studiu de caz

Centrul de Inovare şi Transfer Tehnologic a fost înfiinţat în 1992 [15] ca unitate a Ministerului Învăţământului şi Ştiinţei iar în prezent funcţionează ca Departament de cercetare în cadrul Universităţii din Craiova [14]. Obiectivele iniţiale [2],[3] au fost completate şi adaptate permanent [4],[5] astfel încât ele să treacă de la deziderat la realitate [6]. În prezent, obiectivele CITT se concretizează în: - Valorificarea rezultatelor cercetării şi transferul tehnologic de la unităţile de cercetare-dezvoltare la agenţii economici interesaţi împreună cu asistenţa tehnică şi service-ul necesar; - Gestionarea de fonduri din diferite surse pentru susţinerea programelor de inovare şi transfer tehnologic; - Organizarea şi participarea la acţiunile locale, naţionale şi internaţionale de stimulare a inovării şi transferului tehnologic; - Incubarea întreprinderilor tinere, orientate tehnologic, organizate sau conduse de absolvenţi ai învăţământului superior şi în special ai Universităţii din Craiova; - Reprezentarea şi concepţia lansării pe pieţele de desfacere ale produselor şi tehnologiilor noi, stabilirea politicilor şi strategiilor de marketing.

3. Managementul resurselor umane Managementul resurselor umane [7],[8],[10] a

fost adaptat la condiţiile economice actuale, condiţii în care tematica proiectelor de cercetare cunoaşte o dinamică spectaculoasă. Aceasta impune atragerea în colectivul de bază a unor specialişti performanţi, ţinând seama, în acelaşi timp, de faptul că nu toţi dintre aceştia pot fi menţinuţi multă vreme în colectiv deoarece:

- sunt atraşi de alte echipe de cercetare; - nu pot fi utilizaţi mult timp la capacitatea

profesională maximă; uneori domeniul lor intră într-un con de umbră.

De aceea resursa umană are două componente (fig.2): angajaţi permanenţi şi colaboratori (cadre didactice, doctoranzi, specialişti din industrie, studenţi). Pentru fiecare categorie pot fi enunţate argumente de necesitate şi criterii de selecţie dar, în acest cadru, se va insista pe componenta angajaţi permanenţi.

Fig. 2 Managementul resurselor umane - ansamblul general

În primul rând, existenţa acestei categorii este

absolut necesară pentru a se putea forma o cultură a organizaţiei, altfel cultura este impusă natural sau împrumutată de la universitatea în care funcţionează centrul, departamentul de cercetare.

Strategia selectării angajaţilor permanenţi (fig.3) se bazează pe criterii multivalorice, urmărindu-se performanţele, climatul de colectivitate, capacitatea de motivare pentru activitatea de cercetare inovativă, dirijată spre aplicaţie şi transfer tehnologic. Grupul ţintă vizat este format din comunitatea studenţilor de la facultăţile tehnice, dar şi de cei de la facultăţile de ştiinţe.

ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania 3

Se recomandă ca aceştia să fie urmăriţi, înainte de angajare, în diverse activităţi (profesionale, sociale, asociative) pe o perioadă de 1-2 ani, să se selecteze vârfurile profesionale, cu motivaţie pentru

cercetare, capabile să se integreze într-o echipă deja formată, capacitate verificată anterior prin activităţi comune.

Fig.3 Strategia selectării şi formării angajaţilor permanenţi 4. Managementul proiectelor de cercetare

Activitatea de cercetare este organizată astfel încât pentru fiecare proiect de cercetare să se parcurgă următoarele etape:

- studiu de piaţă privind necesitatea produsului; - identificarea unui potenţial fabricant şi a unui

potenţial distribuitor al produsului; - cercetare; - proiectare; - realizare prototip; - experimentare, omologare; - transfer tehnologic. De asemenea, considerăm că Centrele de

Inovare şi Transfer Tehnologic care funcţionează în simbioză cu o Universitate trebuie să selecteze teme de cercetare ţinând seama şi de următoarele valenţe:

- fac apel la tehnologii de vârf; - ciclul inovare-transfer-aplicare este scurt; - pentru aplicare nu necesită investiţii mari sau

există deja asigurată baza de producţie; - produsele rezultate sunt cerute pe piaţă într-un

număr mare de exemplare; - au impact social puternic; - pot fi aplicate şi în domenii complementare

celui de bază. În acest context, strategia formulării temelor

proiectelor de diplomă , a lucrărilor de disertație și a tezelor de doctorat vizează următoarele surse iniţiale :

- contractele de cercetare ale Centrului; - tezele de doctorat elaborate sau conduse de

cadre didactice; - cercetări interne ale catedrelor, prin care se

conturează conţinutul unui viitor proiect de cercetare;

- solicitări vagi sau punctuale formulate de întreprinderi cu ocazia contactelor profesionale dintre cadrele didactice şi reprezentanţii acestor întreprinderi. 5. Legătura cu mediul socio-economic

Universitatea este un actor-motor prezent permanent în viaţa educativă, socială, economică şi culturală. Activităţile sale trebuie adaptate permanent la mediul care cunoaşte mutaţii importante, mediu care pune noţiunea de ,,excelenţă” printre priorităţi. În etapa în care piaţa este reglată de cerere şi ofertă, Universitatea îşi pune valorile sale la dispoziţia mediului economic, asigurând o ofertă de calitate în domeniul cercetării contractuale şi formarea continuă.

Oferta Universităţii este din domeniile cercetare fundamentală - baza instituţiei, cercetare aplicativă, servicii pentru societate.

În Europa, legătura dintre Universitate şi mediul socio-economic se face printr-o interfaţă cu denumiri diverse - Oficiu de legături cu industria, Interfaţă Intreprinderi-Universitate, Centru de Transfer Tehnologic. Această interfaţă permite întreprinderilor să beneficieze de potenţialul uman şi tehnic concentrat în Universitate şi să adapteze rezultatele cercetărilor universitare la mediul exterior. Ea facilitează: valorificarea cercetărilor în plan economic, formarea continuă, promovarea cercetării, identificarea proiectelor de cercetare, asistenţă metodică în domeniul cercetării.

Bogăţia unei Universităţi constă în interdisciplinaritate, grefată pe un sistem de schimburi în care fiecare parte dă ce are mai bun. În creşterea mondială şi dezvoltarea locală,

Etapa IIDENTIFICARE

Etapa IISELECTIE

Etapa IIIFORMARE

Etapa IV

Act

ivitat

edi

dact

ica

Viz

ite

dedo

cum

enta

re

Man

ifest

ari

stiin

tifice

Per

fect

iona

repr

in d

octo

rat

Students

AnulIV

AnulV

FacultatiTehnice

Desprindere

InovareTransferTehnologic


Universitatea este o garanţie a succesului pentru toate întreprinderile care fac apel la serviciile ei.

Misiunile interfeţei: - identificarea necesităţilor întreprinderilor:

studiu pe teren şi analiza datelor care să permită o apreciere corectă a colaborării dintre Universitate şi IMM;

- transferul excelenţei universitare: poate fi realizat sub formă de transfer tehnologic, elaborare de proiecte industriale, exploatarea brevetelor etc.;

- animare tehnologică: căutarea permanentă a oportunităţilor de apropiere între mediul socio-economic şi universitate, promovarea întreprinderilor în mediul universitar, promovarea echipamentelor şi serviciilor universitare în mediul industrial.

6. Rezultatele CITT privind inovarea şi transferul tehnologic 6.1.Convertor static de tensiune şi frecvenţă pentru acţionări electromecanice cu viteză variabilă ACVAR

Acest exemplu (fig.4) ilustrează atât aplicarea strategiei resurselor umane cât şi al inovării: cercetarea aplicativă, omologarea produsului, transferul către SC AS INTERNATIONAL SRL. Se subliniază faptul că transferul tehnologic atinge aici şi partea de resurse umane, furnizate în continuare de CITT.

Fig.4 Istoria produsului ACVAR

6.2. Sistem de încălzire cu elemente cu coeficient de temperatură pozitiv SIR DUNA 2000

Exemplul ilustrează modul în care au fost selectate produsele care folosesc la tehnologii de vârf şi posibilitatea aplicării în mai multe domenii.

Fig. 5 Caracteristica statică a elementului de încălzire

S-a început cu o unitate de încălzire care utilizează un element cu coeficient de temperatură pozitiv. Puterea electrică dezvoltată de acesta (până la 2000W) depinde de debitul de aer care îl traversează (fig.5). Pentru reglarea debitului se foloseşte un micromotor (50W) alimentat de la un variator de tensiune alternativă. Iniţial unitatea de încălzire, denumită DUNA 2000, a fost concepută pentru aplicaţii domestice dar succesul major a fost legat de încălzirea unor spaţii de depozitare a produselor alimentare. Pentru această aplicaţie [9] se utilizează un sistem cu microcontroler (fig.6) pentru măsurarea temperaturii în mai multe puncte ale depozitului şi reglarea puterii disipată de fiecare unitate de încălzire în funcţie de zona în care este amplasată [11]. În prezent produsul este aplicat pentru încălzirea cabinelor locomotivelor electrice modernizate de câteva IMM-uri din Craiova şi

CENTRUL DE INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC

MODERNIZARE - ACVARPROMOVARE



Prototip ACVARPrima aplicatie

Ing. Dorobanţu Elian StudentIng. Cerban Gabriel

AS

INTE

RN

ATIO

NA

L

DEZVOLTAREAS INTERNATIONAL

EXTINDEREAS INTERNATIONAL

StudentCRIVINEANU DORU

Ing.Văduva Alexandru

Tran

sfer

Tehn

olog

ic

Tran

sfer

Tehn

olog

ic

Tran

sfer

Tehn

olog

ic

Tran

sfer

Tehn

olog

ic

Tran

sfer

Tehn

olog

ic

1991 - 1993 1994 - 1996 1997 - 2000 2000 - 2003


pentru încălzirea spaţiilor de cultivare a ciupercilor din genul Pleurotus [12],[13].

Fig. 6 Structura sistemului de încălzire SIR DUNA 2000

6.3. Automat programabil PROCOMAND Pornind de la constatarea că industria

românească are nevoie de retehnologizare, de modernizare inclusiv în sfera automatizărilor, s-a conceput un sistem de bază cu microcontroler MICRON [3] care a fost utilizat în mai multe aplicaţii (fig.7), inclusiv pentru sistemul SIR DUNA 2000. Avantajul este determinat de faptul că partea hardware este însoţită de componenta software prin care se asigură valorificarea potenţialului creativ al cadrelor didactice şi al studenţilor. Una dintre aplicaţii, varianta didactică PROCOMANDID, este utilizată în activitatea cu studenţii la câteva laboratoare de la Facultatea de Inginerie Electrică a Universităţii din Craiova.

Fig. 7 Aplicaţii ale automatului PROCOMANDID

6.4. Sistem de monitorizare a încercării produselor din cauciuc -MONIPRES

Acest exemplu ilustrează foarte bine noțiunea de inovare definită ca activitate a îmbunătățire, de modernizare a unui produs. SC RONERA din Pitești este o întreprindere specializată în confecționarea de subansamble compozite- metal, cauciuc. Beneficiarii externi au cerut furnizarea

unor buletine electronice. RONERA avea în dotare mai multe prese la care înregistrarea diagramei F=f(s) se făcea cu creionul pe hârtie (fig.8). Modernizarea propusă de CITT a constat în realizarea unui sistem de achiziții, (fig.9) bazat pe automatul programabil MICRON, și a unui software de prelucrare a informațiilor obținute în timpul probei (fig.10).

Fig.8 Presa nemodernizată Fig.9 Presa modernizată Fig.10 Diagrama forță-alungire

Aceeași soluție a fost aplicată în 2012 și la ARTEGO Tg.Jiu.


6.5.Sistem pentru monitorizarea unităților de lansare a rachetelor antigrindină

Acest exemplu ilustrează aplicarea strategiei formulării temelor proiectelor de diplomă , a lucrărilor de disertație și a tezelor de doctorat, protecția proprietății industriale prin brevet de invenție și internaționalizarea cercetărilor.

În anul 1999 s-a înființat în România Sistemul Național Antigrindină. Sisteme asemănătoare funcționează de 40 de ani și în două țări vecine: Republica Moldova și Bulgaria. În baza relației de colaborare cu Universitatea Tehnică a Moldovei s-a dezvoltat un sistem de monitorizare a circulației energiei de la panourile fotovoltaice către elementele de acumulare a energiei și către consumatori astfel încât să fie îndeplinite anumite cerințe funcționale (fig.11). Subiectul a fost dezvoltat de către Laurențiu Alboteanu, acum cadru didactic la Facultatea de Inginerie Electrică, în cadrul lucrării de disertație, în cadrul Tezei de doctorat și în cadrul unei cercetări postdoctorale. Pentru soluția propusă s-a obținut brevetul de invenție

Fig.11 Sistemul energetic al unităților de lansare a rachetelor antigrindină

Acest exemplu ilustrează și abordarea unor teme de cercetare cu impact social puternic. Având în vedere că Sistemul Național Antigrindină din România este în dezvoltare, s-au continuat cercetările pe această direcție în cadrul a două teze de doctorat. Una , care se finalizează în acest an de către Constantin Șulea, a propus un sistem informatic integrat complex, care să monitorizeze informații importante pentru activitatea de combatere a căderilor de grindină. Soluția propusă face obiectul Cererii de Brevet de Invenție A00452/20.06.2012. A doua Teză, începută în 2011 de către Ștefan-Marian Nicolae, absolvent al Facultății de Automatizări și Calculatoare din Craiova, are ca temă poziționarea automată a rampei de lansare a rachetelor antigrindină (fig.12), iar soluția este cuprinsă în sistemul informatic integrat care face obiectul cererii de brevet de invenție.

Tema analizată face și obiectul unui proiect transfrontalier România-Bulgaria, care se derulează în perioada 2011-2014 . Printre produsele care se vor moderniza în cadrul acestui proiect se numără și rampa de lansare a rachetelor care va avea o concepție nouă, care va putea fi aplicată în România, Republica Moldova și Bulgaria

Fig.12 Rampă poziționată manual

6.6.Exemplu privind animarea tehnologică Animarea tehnologică de către o universitate presupune căutarea permanentă a oportunităţilor de apropiere între mediul socio-economic şi universitate, promovarea întreprinderilor în mediul universitar, promovarea echipamentelor şi serviciilor universitare în mediul industrial.

Modul în care CITT Craiova a materializat această misiune poate fi exemplificat prin relația cu SC Cummins Generators Technologies. Colaborarea a început prin efectuarea unor probe privind încălzirea conexiunilor dintre înfășurările generatorului și cablurile de conexiune către exterior (fig.13).

Fig.13 Exemplicarea conexiunilor și spectrul termic al acesteia

Colaborarea a continuat prin susținerea de către cadrele didactice de la Facultatea de Inginerie Electrică a unor module de curs de câte 8 ore. În urma acestor cursuri s-au încheiat contracte de cercetare care urmează fluxul definit în figura 1: cercetare fundamentală, aplicarea soluției la beneficiar. Se poate exemplifica tot cu încălzirea


conexiunilor. S-a propus modele care s-au analizat prin metode matematice și prin simulare numerică. S-a ales soluția convenabilă și din punct de vedere tehnologic. S-au realizat mai multe mostre de conexiuni care s-au verificat și experimental. S-a

obținut o reducere a rezistenței de contact de la 20 µΩ la 12 µΩ. Animarea tehnologică s-a concretizat și prin discuții sistematice între inginerii de la Cummins și cadrele didactice [17] (fig.14), (fig.15)

Fig.14 După vizita la Cummins Fig.15 După discuțiile purtate la facultate

7. Concluzii Considerăm că experienţa acumulată în cei peste

douăzeci de ani de activitate desfăşurată în contextul prezentat justifică iniţierea unui dialog pe tema transferului tehnologic, al valorificării rezultatelor cercetării universitare, al legăturii dintre universitate şi mediul socio-economic. Se subliniază că această experienţă trebuie considerată ca un model care poate fi extins, adaptat, transformat dar care nu poate fi neglijat. Bibliografie 1. Ciotea, Fl., Pleşa, O., Naum, N. Inovarea şi sfidările schimbării, Editura MULTIMEDIA, Târgu Mureş, (1996). 2. Manolea, Gh., Bălănescu, S. Particularităţile managementului întreprinderilor inovative Acta Universitatis CIBINIENSIS, vol XXI, Sibiu, pp.13-17, ISBN 1221-4949, (1995). 3. Manolea, Gh. ş.a. PROCOMAND echipament pentru achiziţia parametrilor din sistemele de acţionare electrică. Colocviul naţional ,,Metode, instalaţii şi echipamente pentru gestiunea şi conservarea energiei”, ediţia V-a, Craiova, pp 163-165, ISBN 973-0-00917-1, (1999). 4. Manolea, Gh. Inovarea în segmentul de intersecţie dintre învăţământul tehnic superior şi cercetare. Al IV-lea Simpozion Naţional cu tema ,,Perspectivă transdisciplinară asupra creativităţii şi creaţiei. Paradigma inovării în România”. Academia Română. Secţia de ştiinţe inginereşti (1995). 5. Manolea, Gh, Centrul de Implementare a Invenţiilor Craiova, interfaţă zonală între învăţământ-cercetare şi întreprinderile mici. Simpozion Internaţional Regional Iugoslavia-România-Ungaria ,,Cercetarea interdisciplinară zonală” Timişoara, (1996). 6. Manolea, Gh. Centrul de Inovare în Inginerie şi Transfer Tehnologic, model de management al resurselor umane în cercetare. Sesiunea jubiliară Electroputere '99, Craiova, (1999)

7. Manolea, Gh. O reuşită a Centrului de Implementare a Invenţiilor Craiova privind inovarea şi dezvoltarea tehnologică-studiu de caz, Simpozion ,,Tehnologii de comunicare, inovare şi transfer tehnologic în sprijinul întreprinderilor mici şi mijlocii”, Bucureşti, (1998). 8. Manolea, Gh. Centrul de Inovare şi Transfer Tehnologic–model de structură antreprenorială. Şcoala de vară ,,Universitatea în Societate” UNISO 2002, Drobeta Turnu Severin, (2002). 9. Manolea, Gh., Novac, Al., Nedelcuţ, C. Sistem de încălzire electrică cu elemente distribuite, comandat cu microcontroler, SIR DUNA 2000. Tehnica Instalaţiilor. No.2/2003, pp.30-35, (2003). 10. Manolea, Gh. Inovarea şi transferul tehnologic, forme de valorificare a cercetării şi potenţialului creativ din universităţi, Revista de politica ştiinţei şi scientometrie, no.3/2003, pp.121-127, (2003). 11. Manolea, Gh. Le transfert technologique-solution de valorification des resultats des recherches scientifiques. Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, Tomul LII (LVI), Facicula 5, pp.159-168, ISSN 1224-5860, (2006). 12. Manolea, Gh., Nedelcuţ, C., Novac, Al. Heating system of the incubation area for the Pleurotus type mushrooms, Proceedings of the 14-th National Conference on Electrical Drives, September 25-26, Timisoara, Romania, pp. 157-162, ISSN 1582-7194, (2008). 13. Nedelcuţ, C. ş.a. The automation and supervision of the cultivation environment for horticulture products-functionary food. Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, Tomul LII(LVI) Fascicula 5A, pp. 123-128, ISSN 1223-8139, (2006). 14. http://em.ucv.ro/cercetare/ciitt 15. Ordinul MIS nr. 3204 din 24.01.1992 privind reorganizarea activităţii în domeniul inventicii şi implementării invenţiilor 16. Standard Român SR 13547- Model de dezvoltare a afacerii prin inovare – 2012 17. http://gheorghe.manolea.ro


EVOLUŢIA EXPLOATĂRII LIGNITULUI ÎN CARIERELE DIN BAZINUL CARBONIFER ROVINARI

Dumitru FODOR*, Petre DIACONESCU**

Rezumat

bazinul carbonifer Rovinari reprezintă o entitate minieră de primă importanţă pentru economia României. În cei peste 60 ani de activitate continuă, au fost extrase si valorificate peste 430 milioane tone de lignit. Astăzi, în bazin sunt evidenţiate rezerve industriale concesionate de circa 180 milioane tone, ceia ce asigură continuarea activităţii, la capacitatea actuală de 6 milioane tone/an, pe o durată de minim 30 de ani. Cariera Balta Unchiaşului a fost prima carieră deschisă în bazin, au urmat apoi carierele Cicani şi Beterega, Cariera Urdari a fost ultima carieră pusă în exploatare în 1987.

În prezent, în bazinul carbonifer Rovinari funcţionează carierele: Gârla, Rovinari Est, Tismana I, Tismana II, Pinoasa, Roşia de Jiu, Peşteana Sud şi Peşteana Nord. Carierele Balta Unchiaşului, Cicani si Beterega au fost închise pentru că şi-au epuizat rezervele, iar cariera Urdari a fost închisă datorită rezultatelor tehnico-economice nefavorabile. 1. Introducere

Începuturile exploatării şi valorificării zăcămintelor de lignit din judeţul Gorj, datează din perioada anilor 1916-1917, când a fost extras manual din aflorimentele stratelor de lignit din bazinul carbonifer Rovinari, circa 1000 tone de cărbune. În 1924 se deschide prima mină subterană pentru exploatarea lignitului din bazinul Rovinari, din care în perioada anilor 1924-1929 s-a realizat o producţie de aproape 3200 tone de lignit. După această perioadă din cauza crizei economice şi a evenimentelor care au urmat, inclusiv cel de al doilea război mondial, activitatea de exploatare se întrerupe şi aceasta va fi reluată abia în anul 1950. Cercetările geologice întreprinse începând din acest an, au pus în evidentă, existenţa unor importante

rezerve de lignit atât în bazinul minier Rovinari cât şi în zonele limitrofe. Sau evidenţiat la aceea vreme, condiţiile deosebit de avantajoase de exploatare la suprafaţă a rezervelor de lignit din luncile râurilor Jiu, Jaleş şi Tismana.

Ca urmare, paralel cu exploatarea subterană se începe exploatarea la zi a zăcămintelor de lignit din bazinul minier Rovinari. La început exploatarea s-a făcut în cariere mici dotate cu tehnologie în flux discontinuu, după care s-a trecut la deschiderea unor cariere mari dotate cu tehnologie în flux continuu, cu utilaje moderne de mare capacitate şi productivitate sporită.

Activitatea de cercetare geologică a continuat în toată Oltenia, punându-se în evidenţă noi rezerve de cărbune, în bazinele Motru, Jilţ, Husnicioara şi Berbeşti-Alunu, pe baza cărora au fost proiectate şi puse în funcţiune noi mine şi cariere.

Din cele 12 cariere proiectate şi puse în exploatare în bazinul carbonifer Rovinari, până în prezent au fost exploatate şi epuizate carierele Balta Unchiaşului, Cicani şi Beterega, închisă cariera Urdari şi se mai află în funcţiune carierele: Gârla, Rovinari Est, Tismana I, Tismana II, Pinoasa, Roşia de Jiu, Peşteana Sud şi Peşteana Nord, amplasate în partea de nord–vest a bazinului minier adiacent termocentralei Rogojelu şi cu extindere spre sud, către termocentrala Turceni (fig.1).

Din punct de vedere geologic, zăcămintele de lignit din bazinul Rovinari, aparţine formaţiilor pliocene (dacian, romanian şi pleistocen) şi sunt constituite din 17 strate de lignit, din care sunt exploatate integral stratele V, VI şi VII, iar de la VIII la XII sunt exploatabile local în zonele în care grosimea fiecăruia depăşeşte 1,0 m.

Stratele I – IV nu sunt exploatabile datorită nisipurilor acvifere din bază, iar stratele XIII – XVII apar insular, fiind epuizate în cea mai mare parte.

Grosimea medie a unui strat variază între 4,0 şi 8,0m, iar a complexului cărbunos, în situaţia prezenţei mai multor strate, atinge 100 – 120m în zone colinare şi 20 – 40m în zone de luncă, fig.2.

_____________________________

* Prof.dr.ing. Universitatea din Petroşani ** Drd.ing..Universitatea din Petroşani


Fig.1 Amplasarea carierelor în bazinul carbonifer Rovinari

Fig.2 Secţiuni geologice prin bazinul minier Rovinari

Rocile din culcuşul şi acoperişul stratelor de

lignit sunt în general slab consolidate şi constituite din sol vegetal în proporţie de 5 – 20%, argile şi marne 50 – 70% şi nisipuri 5 – 20%.

Din punct de vedere calitativ lignitul are, în zăcământ, o putere calorifică de 2.000 – 2.200 kcal/kg. Prin procesul de excavare are loc o diluţie,

ca urmare a adaosului de steril, ceea ce duce la obţinerea unui lignit cu o putere calorifică de 1.500 – 1.800 kcal/kg.

Zăcământul are o înclinare până la 50 prezentând ondulări pe mai multe direcţii şi fiind întrerupt de o serie de falii principale cu direcţia est – vest.


2. Prezentarea şi analiza situaţiilor din carierele bazinului carbonifer Rovinari

2.1 Cariere cu tehnologii în flux discontinuu Cariera Balta Unchiaşului

Prima cariera pusă în exploatare în bazinul minier Rovinari şi în România, a fost cariera Balta Unchiaşului. Această carieră a fost deschisă în anul 1955 în zona de luncă a râului Jiu, în condiţiile cele mai favorabile din punct de vedere al raportului de descopertă. Până la definitivarea procesului tehnologic din cariera Balta Unchiaşului a fost necesară experimentarea mai multor tipuri de

utilaje de excavat, transportat şi de haldat, ceea ce a imprimat carierei un puternic caracter experimental. În activitatea carierei se deosebesc două etape principale:

- Etapa a I-a este caracterizată prin efectuarea descopertei cu un excavator de tip elindă Markwart E200 (figura nr.3), cu transportul sterilului cu un transportor cu bandă la halda exterioară, de unde materialul steril era dirijat în albia râului Jiu prin intermediul unui hidromonitor ce lucra la o presiune de cca. 10 atmosfere, iar mai târziu în halda interioară, pe o punte de haldare, adaptată pe o draglină păşitoare.

Fig. 3 Etapa a I-a de exploatare a carierei Balta Unchiaşului

cu realizarea descopertării cu un excavator tip elindă Markwart E-200 În anul 1959, s-a renunţat la folosirea

elindei, deoarece efortul de tăiere al rocilor argilo-marnoase din descopertă era superior forţei de tăiere realizată de cupele elindei, din care cauză, capacitatea de excavare era mult redusă, iar uzura organelor de aşchiere foarte accentuată.

- Etapa a II-a reprezintă faza definitivării procesului tehnologic din cariera Balta Unchiaşului. Această etapă se caracterizează prin realizarea descopertei cu excavatoare cu acţiune discontinuă şi transportul sterilului cu autobasculante la halda interioară, figura nr.4.


Fig. 4 Schema metodei de exploatare din cariera Balta Unchiaşului – Rovinari, în etapa a II-a de activitate

Extracţia cărbunelui s-a făcut atât în prima, cât

şi în cea de-a doua etapă, în fronturi de câte 10m lăţime şi până la 9m înălţime, cu excavatoare cu acţiune discontinuă de tip lopată mecanică, cu capacitatea cupei de 1,0÷1,5m3, iar transportul utilului s-a realizat cu transportoare cu bandă, cu lăţimea covorului de cauciuc de 1000 mm şi viteza de 1,2m/s până la staţia de claubare, însilozare, expediţie.

Au fost folosite excavatoare tip SE-3 si Ry-1,5, dragline păşitoare tip ES-1, screpere tip Kirov, autobasculante tip „Steagul Roşu” şi Molotov. Producţia maximă de cărbune obţinută de la această carieră a fost de 582.000 tone pe an.

2.2 Cariere cu tehnologii în flux continuu

Tehnologiile în flux continuu de extragere a sterilului şi utilului cu excavatoare cu rotor si cupe tăietoare şi transportul materialului excavat, cu ajutorul transportoarelor cu bandă de mare capacitate, au fost aplicate pentru prima data în România în anul 1967 în bazinul minier Rovinari în

cariera Cicani şi respectiv în 1969 în cariera Beterega, în baza unor proiecte tehnologice întocmite de firme germane.

Pentru început în carierele de lignit din bazinul Rovinari, dotate cu tehnologii în flux continuu s-a aplicat metoda de exploatare cu transportul sterilului la halde interioare sau exterioare, funcţie de locul disponibil pentru amplasarea haldelor, figura 5.

Fluxul tehnologic pentru extragerea sterilului era compus din utilaje de excavare, circuite de benzi transportoare cu elementele de comutaţie specifice şi maşini de haldat, ca utilaje de depunere a sterilului în halde.

Cărbunele extras la frontul de lucru era transportat din carieră la depozitul de util, dotat cu utilaje specifice de depunere şi scoatere a producţiei pentru expedierea acesteia către beneficiar. Deci fiecare utilaj din fluxul tehnologic avea sarcina lui bine stabilită pentru realizarea procesului de producţie în integralitatea lui.


Fig. 5 Metoda de exploatare cu transportul continuu al rocilor sterile în halde interioare,

utilizată în carierele din bazinul minier Rovinari

Excavatoarele cu rotor asigură realizarea excavaţiilor treptelor de lucru, din cadrul perimetrului de exploatare, în blocuri cu lăţimea de 45÷55m figura nr.6. Pe verticală frontul de lucru se

poate dezvolta numai în steril sau numai în cărbune sau într-o formaţiune mixtă steril si cărbune. Excavatoarele cu rotor şi cupe tăietoare pot excava atât deasupra, cât şi sub nivelul de deplasare.

Fig. 6 Excavator cu rotor tip ERc – 1400

730

şi amplasarea în frontul de lucru a acestuia

Excavarea deasupra nivelului de deplasare se face cu cupe drepte dispuse pe rotor (+15m÷ +30m), iar la excavarea unei trepte situate sub

nivelul de deplasare, excavarea se realizează cu cupe inverse dispuse pe rotor (-3,5m ÷-7,0m), figura 7.


Fig.7 Posibilităţile de lucru ale excavatorului tip Sch Rs 1400

730

Tipurile de excavatoare cu rotor utilizate în prezent în bazinul minier Rovinari sunt: tip SRs 2000-30/7, tip ERc 1400-30/7, tip SRs 1300-28/3,5 şi în cazuri de excepţie tip ERc 470 -15/3,5 + CBs 1200. Fluxurile tehnologice din carierele ce aparţin bazinului minier Rovinari, posedă în prezent un număr de 33 bucăţi excavatoare cu rotor în funcţiune, care pot asigura o capacitate de excavare de cca. 83.000 m3/h.

Transportoarele cu bandă de mare capacitate (TMC-uri) realizează transportul materialului excavat în general în nodul de distribuţie şi de aici spre depozitele de cărbune şi haldele de steril amenajate în interiorul sau exteriorul perimetrului minier. Practic totalitatea TMC-urilor alcătuiesc compunerea fluxului tehnologic asigurând transportul maselor excavate şi reprezintă vectorul mişcării într-o carieră.

TMC-urile pot fi ripabile când alcătuiesc fluxul tehnologic de front pentru un excavator cu rotor sau maşina de haldat şi pot fi fixe când alcătuiesc circuite magistrale de transport spre depozite de cărbune sau halde.

TMC-urile pot fi dotate cu cărucioare de distribuţie pe şenile (MAN) în vederea realizării comutărilor în cadrul nodului de distribuţie sau pot fi de construcţie specială fixă cu „cap extensibil” tot în vederea comutării în general în cadrul depozitelor de cărbune. Tipurile de TMC - uri folosite în prezent sunt cu lăţimea covorului de 1400÷1600÷1800÷2000÷2200mm cu inserţie metalică, iar în cazuri izolate fiind folosite şi covoare de cauciuc cu inserţie textilă, figura nr. 8.

Fluxurile tehnologice din carierele ce aparţin bazinului minier Rovinari, cuprind în prezent, în funcţiune un număr de 165 bucăţi TMC-uri cu o lungime totală de cca. 115 km.

Transportoarele cu bandă de mare capacitate (TMC), constituie segmentul unui flux tehnologic unde sunt concentrate cele mai mari costuri cu energia electrică, cu covorul de cauciuc, cu rolele, cu utilajele auxiliare şi de supraveghere, de unde rezultă necesitatea modernizării acestora şi reducerii la minim a lungimii aliniamentului de transport.

Fig. 8 Transportor cu bandă de mare capacitate (B=1800mm)


Maşinile de haldat cu braţ în consolă asigură depunerea materialului steril în halde, care pot fi interioare sau exterioare. Depunerea se face în general în blocuri de depunere cu lăţimea maximă de 45÷ 90m, în treaptă înaltă sau sub şenilă (treapta joasă), fig. 9. În cazul când sunt amplasate pe vatra carierei şi sunt folosite în tandem cu excavatoarele cu rotor realizează transbordarea

materialului steril în haldă. Tipurile de maşini de haldat cu braţ în consolă folosite în prezent în Bazinul Rovinari sunt tip: A2Rs-B 6500x90, A2Rs-B 6300x95, A2Rs-B 4400x170, A2Rs-B 12500x95 si A2Rs-B 4400x60. Întrucât raportul de descopertă, în timp, a crescut substanţial, aceste maşini de haldat cu braţ în consolă au avut şi vor avea în continuare sarcini anuale din ce în ce mai mari.

Fig. 9 Maşina de haldat cu braţ în consolă şi modul de depunere a materialului în haldă

Maşini de depunere/depus şi scos (AsG, KSS) asigură depunerea/scoaterea cărbunelui în/din stive amenajate în cadrul depozitelor de cărbune. Aceste maşini de depus şi scos fac parte din fluxuri tehnologice relativ complicate în cadrul depozitelor

de cărbune unde asigură depunerea, scoaterea şi transferul cărbunelui rezultat din cariere către termocentrale sau puncte de încărcare în vagoane (fig. 10).

Fig.10 Maşina combinată de depunere şi încărcare a cărbunelui din depozit.

1- bandă de primire; 2- bandă de încărcare-depunere; 3- călăreţ; 4- masă de preluare; 5- coş de predare; 6-sistem de deplasare; 7- bandă de transport.


Fluxurile tehnologice din carierele ce aparţin bazinului minier Rovinari, posedă în prezent în funcţiune un număr de 25 bucăţi maşini de haldat cu braţ în consolă şi 16 bucăţi maşini de depozitat, care pot asigura o capacitate de haldare de cca.150.000 m3/h şi o capacitate de depozitare a cărbunelui mai mare de 0,6 mil.tone în stoc.

Cariera Cicani

Perimetrul minier Cicani a fost localizat pe malul stâng al râului Jiu, între perimetrele miniere Gârla Nord şi Beterega Sud. S-au exploatat stratele V,VI si VII din seria celor 17 strate de lignit din bazin. Stratele exploatabile aveau grosimi cuprinse 1,5 ÷ 5m, înclinări pana la 5º, cu ondulări pe mai multe direcţii şi fiind întrerupte în câmpul de

exploatare prin câteva falii de mică amploare. Rezervele industriale din perimetru au fost de circa 15 milioane de tone, din care au fost exploatate 14.133.656 tone de lignit.

Din punct de vedere calitativ lignitul are în zăcământ o putere calorifică cuprinsă între 1800-2200 kcal/kg. Prin procesul de exploatare are loc o diluţie, ca urmare a imposibilităţii de separare a intercalaţiilor sub 0,4m, ceea ce conduce la o putere calorifică cuprinsă între 1750÷1820 kcal/kg.

Evoluţia producţiei de cărbune realizată şi a sterilului din descopertă este prezentată grafic din figura nr.11. Raportul mediu de descopertă a fost de 1,61/1(m3/t). În cadrul carierei Cicani s-a aplicat metoda de exploatare cu transportul rocilor sterile la halda interioară.

3.953.986

3.145.420

2.270.951

2.854.997

2.179.384

2.066.261

2.402.850

1.933.457

1.199.336

801.052

2.322.259

2.144.623

1.813.609

1.902.660

574.727

97.707

985.104

1.868.865

1.440.256

983.846

195

380

250

104

244

357377

342

315315

0

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

2.500.000

3.000.000

3.500.000

4.000.000

4.500.000

1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974

(mc, tone)

0

50

100

150

200

250

300

350

400(pers.)

STERIL

CARBUNE

Nr.pers.

Fig. 11 Dinamica producţiei de cărbune la cariera Cicani

Dotarea tehnică era compusă din: două

excavatoare cu rotor de tip SRs 470, o maşină de haldat cu braţ în consolă tip ARsB2500x50, un CBs 1200, TMC - uri 8 bucăţi tip 1200, cu o lungime totala de cca.7,5 km. Fluxul tehnologic prezentat în figura nr.12 realizează depunerea sterilului excavat în halda interioară, iar cărbunele este transportat într-un siloz cu o capacitate de cca.1500 tone, din cadrul unui punct de încărcare în vagoane.

Cariera Cicani a fost închisă în 1974 datorită epuizării rezervelor de cărbune. Golul remanent a carierei a fost utilizată în prima faza pentru depunerea sterilului din cariera Beterega, după care a fost utilizat pentru a halda cenuşa ce provenea de la termocentrala Rogojelu, din cadrul Complexului Energetic Rovinari. În câţiva ani halda carierei Cicani a fost amenajată şi redată în circuitul agricol.


T1T2

T4

T3T21

T22

T 5

T23Punct de incarcare in vagoane

excavator cu rotor

masina de haldat

TMC. steril

Legenda

Siloz Carbune

TMC. carbune

A2RsB 2500x50

SRs 470-15/3,5

SRs 470-18/1,5

SRs 470-15/3,5

A2RsB 2500x50 Fig. 12 Flux tehnologic din cariera Cicani

Cariera Beterega

Perimetrul minier Beterega era situat în zona de luncă a bazinului Rovinari, la sud de cariera Cicani. Rezervele industriale au fost de cca. 20 mil. tone, din care sau extras 19.566.742 tone lignit cu un raport mediu de descopertă de 1,78:1 (m3/t). Stratul V de cărbune exploatat a avut o grosime medie de cca. 5,5m.

Puterea calorifică a lignitului extras a fost cuprinsă între 1785-1855 kcal/kg. Evoluţia producţiei de cărbune realizată, a sterilului din descopertă şi a numărului de personal este prezentată în figura nr.13. În cariera Beterega a fost

aplicată - metoda de exploatare cu transportul rocilor sterile la halda exterioară.

Dotarea tehnică era compusă din: 3 excavatoare cu rotor de tip SchRs 400 12,8/5, o maşină de haldat cu braţ în consolă tip A2RsB4400x60, 3 bucăţi CBs 1200, TMC - uri 7 bucăţi tip 1200, 1400 cu o lungime totală de cca.8,95 km, 2 bucăţi pod de taluz cu lungimea de 50m prevăzut cu un transportor cu bandă cu lăţimea de 1600mm. Fluxul tehnologic prezentat în figura nr.14. realiza depunerea sterilului excavat în halda exterioară Cicani, iar cărbunele era transportat în depozitul de cărbune de la Rogojelu.

4.780.963

3.779.008

3.278.4853.070.662

1.506.394

764.533

1.898.442

3.994.377

4.992.972

5.476.680

1.285.363

18.200

1.747.452

1.453.1151.451.428

131.824

870.955

3.779.663

3.039.478

2.433.550

2.814.020

1.751.257

94.000

129

498450 450

450

123

237 229268

261

41

277

0

1.000.000

2.000.000

3.000.000

4.000.000

5.000.000

6.000.000

1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980

(mc, tone)

0

100

200

300

400

500

600

(pers.)

STERILCARBUNENr.de pers.

Fig. 13 Dinamica producţiei de cărbune la cariera Beterega


1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989

Cariera Rovinari-EstCariera Rosia de Jiu

Cariera Pesteana Sud

Cariera CicaniCariera Beterega

Cariera GarlaCariera Tismana I

Cariera PinoasaCariera Urdari

Cariera Tismana IICariera Pesteana Nord

Perimetrul minier Beterega a fost închis în 1980 datorită epuizării rezervelor de cărbune. Continuarea lucrărilor de exploatare spre est din cariera Beterega a constituit de fapt deschiderea

carierei Rovinari Est. Groapa remanentă a carierei Beterega este folosită şi astăzi pentru haldarea cenuşii, provenită de la termocentrala Rogojelu.

T53/54

T51

T60 T59 T IXT VIII

T VIe1315

T18

e1318

T48/49

e1316

excavator cu rotor

masina de haldat

TMC steril

Legenda

Flux tehnologic cariera Beterega

Depozit de carbune Rogojelu

TMC carbune

A2RsB 4400x60

SchRs 400-13/5

SchRs 400-13/5

SchRs 400-13/5

SchRs 400-13/5

A2RsB 4400x60 Fig. 14 Flux tehnologic la cariera Beterega

Anul 1967 reprezintă anul de referinţă pentru carierele de cărbune din România, prin punerea în funcţiune a primei linii tehnologice moderne prevăzută cu excavator cu rotor (SRs 470), transportoare cu banda cu inserţie textilă cu B=1200mm şi o maşină de haldat cu braţ în consolă (ARsB2500x50) la cariera Cicani.

Dezvoltarea acestor tehnologii de lucru, privind exploatarea lignitului prin exploatări miniere la zi, a orientat pe termen lung strategia energeticii româneşti, astfel în bazinul minier Rovinari au fost deschise în continuare alte cariere (fig. 15) cariera Gârla, carierele Tismana I şi Tismana II, cariera Roşia de Jiu etc.

Fig. 15 Exploatări miniere la zi din bazinul minier Rovinari

Dacă capacităţile de producţie proiectate la primele cariere dotate cu tehnologie în flux continuu, respectiv Cicani şi Beterega au fost mici şi anume de maxim 1.350mii tone/an, corelate cu dotarea tehnică existentă respectiv excavatoare cu rotor tip SRs 470 15/3,5 şi SchRs 400 12,8/5, circuite de transport constituite din TMC cu benzi cu inserţie textilă cu lăţimea: 1.200-1.400mm, azi capacităţile de producţie au crescut substanţial, astfel cariera Pinoasa şi cariera Roşia de Jiu au capacităţi de producţie de 3.500mii tone/an, respectiv 4.400 mii tone/an.

Dotarea tehnică actuală din carierele de cărbune din Bazinul Rovinari are în componenţă excavatoare cu rotor tip ERc1400

730 , tip

SRs13005,3

26 şi tip SRs 20007

30 , transportoare cu

bandă de mare capacitate cu covor de cauciuc cu inserţie metalică şi lăţimea: 1.400-2.200 mm, maşini de haldat cu braţ în consolă cu capacităţi de depunere cuprinse între 4.400-12.500 m3/h şi lungimea braţului în consolă, L = 60-170 m. Evoluţia în perioada 1967-2011 a exploatării miniere Rovinari, considerată unitatea etalon în


24,24

31,34

23,86

9,93

42,3236,89

44,83

47,44

52,19

44,48

12,10

16,60

5,23

1,93

38,7140,34

45,34

31,75

27,60

7,08

7,79

0,98 1,44 3,66

6,78

8,92

8,30

12,2410,37

8,26

6,93

8,16

5,21

3,89

6,14

5,29

6,80 6,79

5,765,59

380

1210

907

2878

2551

2888

2630

1582

2343

2573

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

2009

2011

(mil.mc,mil.tone)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

(pers.)

STERIL

LIGNIT

nr.personal

mineritul de suprafaţă din România este redată în reprezentarea grafică din figura nr.16. Perimetrele miniere care au alcătuit E.M.C. Rovinari în această perioadă sunt: Cicani, Beterega, Gârla, Tismana I, Tismana II, Rovinari Est şi Pinoasa.

De remarcat creşterea continuă a producţiei de cărbune până în anul 1989 când Exploatarea Minieră Rovinari a extras 12,24 mil.tone, iar sterilul extras din descopertă a fost de 44,48 mil.mc. După 1990 producţia de cărbune a scăzut substanţial, datorită schimbărilor majore produse în societate, realizând un minim, în 1999, de 3,32 mil.tone cu 23.86 mil.m3 steril în urma măsurilor de

disponibilizare a personalului muncitor, dispuse de guvern, în anul 1997. Azi producţia de cărbune realizată s-a stabilizat la cca.6,5 mil.tone cărbune extras, cu un raport de descopertă de cca.7,0:1 (m3/t).

De remarcat de asemenea, creşterea raportului de descopertă care în 1981 a fost de 3:1(m3/t), iar după 30 de ani în 2011 a ajuns la 6,65:1(m3/t), în condiţiile în care perimetrele de exploatare au evoluat spre limita finală (Gârla, Rovinari Est), iar altele au trecut în zona colinară (Tismana I şi Tismana II).

Fig. 16 Dinamica producţiei de cărbune la Exploatarea Minieră Rovinari

Astăzi, cele mai reprezentative cariere din bazinul minier Rovinari sunt carierele Tismana, Rovinari, Roşia de Jiu şi Pinoasa a căror fluxuri tehnologice sunt prezentate în figurile nr.17, 18 si 19, iar în tabelul nr.1 sunt redate rezultatele economice obţinute în anul 2011 de aceste cariere.

În prezent extracţia şi valorificarea lignitului din bazinul minier Rovinari este asigurată de E.M.C. Rovinari prin carierele: Rovinari Est-Gârla, Tismana I şi II şi Pinoasa şi E.M.C. Roşia prin cariera Roşia de Jiu şi E.M.C. Pinoasa prin carierele Nord şi Sud.

Tab. 1. Rezultate economice la carierele Exploatării Miniere Rovinari


Fig. 17 Flux tehnologic în cariera Rovinari

Fig. 18 Flux tehnologic în cariera Tismana


Fig. 19 Flux tehnologic în cariera Pinoasa

3. Concluzii 1. Prima carieră de cărbune deschisă în România, a fost cariera Balta Unchiaşului (1995) din bazinul minier Rovinari, în care s-a experimentat diferite tehnologii de extracţie a lignitului. 2. Tehnologiile în flux continuu de extragere a sterilului şi utilului cu excavatoare cu rotor si cupe tăietoare şi transportul materialului excavat, cu ajutorul transportoarelor cu bandă de mare capacitate, au fost aplicate pentru prima dată în România în anul 1967 în cariera Cicani şi respectiv în 1969 în cariera Beterega, în baza unor proiecte tehnologice asigurate de firme germane. 3. Dezvoltarea extracţiei de lignit, prin exploatări miniere la zi în bazinul minier Rovinari şi progresele obţinute în ultima perioadă în industria extractivă sunt rezultatul preocupărilor de reabilitare a circuitelor de transport din cadrul fluxurilor tehnologice şi a modernizării utilajului tehnologic din dotarea carierelor. 4. Asigurarea cererii de lignit în perioada 2013-2030 este condiţionată atât de exploatarea perimetrelor existente, cât şi de cercetarea pentru

punerea în evidenţă şi valorificarea de noi perimetre. 5. În scopul eficientizării activităţii de extracţie a lignitului, se impune îmbunătăţirea procedurilor de expropriere a terenurilor pentru cauza de utilitate publică.

Bibliografie 1. Diaconescu P, Raport de cercetare ştiinţifică – Influenţa activităţii de modernizare a echipamentelor tehnologice asupra capacităţilor de producţie a liniilor tehnologice. 2. Fodor D. Exploatarea în cariere a zăcămintelor de substanţe minerale şi roci utile. vol.1 şi 2. Editura Corvin, Deva, 2008 3. Huidu E. Monografia mineritului din Oltenia - vol. I Bazinul Rovinari 1950-2000 - Editura Fundaţiei Constantin Brâncuşi - Târgu - Jiu -2000 4. Jescu I. Extracţia lignitului prin exploatări la zi în România - Editura Tehnică Bucureşti 1981.


BIOTECHNOLOGICAL REMOVAL OF HEAVY METALS FROM MINING WASTEWATERS BY DISSIMILATIVE SULPHATE REDUCTION

Svetlana BRATKOVA*, Anatoliy ANGELOV*, Alexandre LOUKANOV**

Katerina NIKOLOVA*, Sotir PLOCHEV*, Rosen IVANOV* Abstract: Acid drainage wastewaters contaminated with Cu – 200 mg/l, Fe – 20 mg/l, Zn – 20 mg/l, Ni – 10 mg/l, Cd – 10 mg/l and Co – 10 mg/l were remediated by hydrogen sulphide precipitation reaction in laboratory-scale installation. The installation design includes anaerobic bioreactor, chemical reactor and settler, connecting in series. The recirculation of treated wastewater from settler to anaerobic bioreactor was performed by peristaltic pumps. Sulphate-reducing bacterial consortium is adhered in biofilm, which is immobilized on zeolite particles in the anaerobic bioreactor. The bacteria were cultivated on a medium containing lactate as a source of carbon and energy. Heavy metals removal was achieved in a chemical reactor by biogenic produced H2S and bicarbonate ions. In addition, X-ray diffraction analyses proved that the precipitated above heavy metals are mainly in forms of relevant insoluble sulfides and carbonates. In batch conditions was investigated also the resistance of sulfate-reducing bacteria to various heavy metals. The reported treating method allows to removes heavy metals from wastewaters below the permeable level for water intended for use in the agriculture and/or industry. Keywords: Acid mine drainage, sulphate-reduction, bioreactor, heavy metals, metal sulphides. 1. Introduction Acid mine drainage is a major environmental hazard that affects the aquatic ecosystems around _____________________________ * Laboratory of General and Geological Microbiology, Department of Engineering Geoecology, University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, Sofia, Bulgaria ** Laboratory of Engineering NanoBiotechnology, Department of Engineering Geoecology, University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, Sofia, Bulgaria

mines. Wastewater generated from mining industry is often acidic and typically characterized by a significant content of sulphates and soluble metals, such as Zn, Fe, Cu, Ni, Pb and Cd. Sulphate rich wastewater is derived also by many industrial processes that use sulphuric acid. Conventionally, hydroxide precipitation is the most commonly applied method for the treatment of metal containing waters. There are some serious limitations in terms of application and effectiveness in this treatment. The production of high quantities of sludge is the main disadvantage of the method. Also, sulfate removal is only possible when Ca2+ containing chemicals, such as lime, are used for neutralization. In recent years, the use of sulphate reducing bacteria (SRB) to reduce sulphate and precipitate metals has been proposed as an alternative to hydroxide precipitation (Kaksonen and Puhakka, 2007; Liamleam and Annachhatre, 2007; Hoa et al., 2007; Costa et al., 2007].

Sulphate-reducing bacteria oxidaze simple organic compounds (such as lactate, acetate, butirate and other products of fermentations) with sulphate under anaerobic conditions:

2CH3CHOHCOOH + SO42- →

2CH3COOH + H2S + 2HCO3- , (1)

CH3COOH + SO42- → H2S + 2HCO3

-, (2)

The HCO3- ions increase pH and alkalinity of

the water. The soluble sulfide reacts with the metals in wastewater to form insoluble metal sulfides:

M2+ + H2S → MS↓ + 2H+ (3) where M includes metals such as Fe, Cu, Zn, Ni, Cd.

Numerous reactor designs for microbial sulphate reduction have been reported (Kaksonen et al. 2004; Bayrakdar et al. 2009; Nagpal et al. 2000; Steed et al. 2000; Nevatalo L. et al. 2010). Biological sulfate reducing reactors used for metal precipitation can have either one or more stages, i.e. the sulfate reduction and metal precipitation can occur simultaneously, or in separate process units. Single-stage processes are low-cost to operate, but it may not be viable if the treated wastewater is high acidic or contains high concentrations of heavy metals (Hao, 2000). Metals can be pre-precipitated to the biological step by reaction with sulphide- or H2S- containing solution. The


separation of microbial sulphate reduction and metal precipitation alleviates toxicity on SRB.

The stoichiometry of sulfide addition to the metal solution should be carefully controlled, because the unreacted sulfide remains in the solution and needs to be removed (Veeken et al. 2003). Cadmium, copper, iron, lead, mercury, nickel, and zinc are some of the metals that precipitate as metal sulphides. Arsenic, antimony, and molybdenum form more complex sulphide minerals. Metals such as manganese, iron, nickel, copper, zinc, cadmium, mercury, and lead may also be removed to some extent by co-precipitation with other metal sulphides.

The present work study the treatment of acid wastewaters containing Cu, Fe, Zn, Ni – 10, Cd and Co by means of laboratory-scale installation. The two processes – microbial sulphate-reduction and formation of insoluble metal sulphides are divided into separate reactors. The composition of the metal precipitates in vertical-flow settler was determined.

2. Materials and methods

Mixed SRB culture was obtained from a

laboratory anaerobic cell with mixed solid organic matter (cow manure, spent mushroom compost and sawdust) for treatment of model acid mine water solutions. Modified Postgate medium was used for the cultivation of SRB. It contained per liter of distilled water: K2HPO4 - 0.5g, NH4Cl - 1.0g, Na2SO4 - 2.0g, CaCl2 - 0.1g, MgSO4.7H2O - 4.0g, FeSO4.7H2O – 0,5g sodium lactate - 6.0g, yeast extract - 0.25g. The initial pH is adjusted to 6.5. The formation of ferrous sulphide was detected as a black precipitate. It indicates that bacterial growth had taken place.

2.1 The effect of Fe, Cu, Zn, Ni, Co and Cd on dissimilatory sulphate reduction

Experiments with heavy metals were carried out using the modified nutrient medium, which does not contains Fe(II). Batch experiments were carried out in 20 ml glasses bottles heavy metals and nutrient solution. Iron (FeSO4.7H2O), copper (CuSO4.5H2O), zinc (ZnSO4.7H2O), nickel (NiSO4.7H2O), cobalt (CoCl2) and cadmium (CdCl2.5H2O) were added separately to the bottles reach to final concentration in the range of 0.01 to 2 g/l for the different experiments. The initial pH was adjusted to 6.0.

2.2 Treatment of waters polluted with heavy metals by the laboratory installation

The laboratory installation for heavy metals removal from waters is given in fig.1. The geometric volume of an anaerobic fixed bed reactor

(2) is 1.2 dm3 and it is filled with 1.13 kg zeolite and 0.67 dm3 modified Postgate medium. The anaerobic bioreactor is inoculated with 40 ml enriched microbial culture of sulfate-reducing bacteria. After formation of active biofilm of SRB, the reactor was kept with medium feeding and continuous cultivation. Nutrient medium (1) is fed with adjustable flow rate into the bioreactor through a peristaltic pump (9). Homogenization in the reactor is due to upward flow performed by a recirculating pump (11). A sand filter (7) is provided in the scheme to precipitate the insoluble particles. The microbial produced H2S is in contact with the solution of heavy metals in a chemical reactor (4). The solution of heavy metals is fed into the chemical reactor through a peristaltic pump (10) from tank (3). The geometric volume of the reactor is 0.5 dm3. The insoluble sulfides precipitated in a vertical-flow settler with a volume of 0.85 dm3. The greatest part of the effluents of settler was pumped into mix tank by a recirculating pump (13). The other part of effluents accumulates into collector tank (8) with volume of 6 dm3. Adjustable flow peristaltic pumps (10 and 11) support the necessary volume loading rates with sulfates in the bioreactor and the maintenance the total organic carbon content to final electron acceptor ratio of 0.67.

The concentrated medium with lactate was used for the cultivation of SRB. It contained per liter of distilled water: K2HPO4 - 1.0 g, NH4Cl - 2.0 g, CaCl2 - 0.5 g, sodium lactate - 16.0 g, yeast extract - 1.0 g. The initial pH is adjusted to 7.0.

The heavy metals Cu – 200 mg/l, Fe – 20 mg/l, Zn – 20 mg/l, Ni – 10 mg/l, Cd – 10 mg/l and Co – 10 mg/l are involved in the synthetic solution in the forms of CuSO4.5H2O, FeSO4.7H2O, NiSO4.7H2O, ZnSO4.7H2O, CdCl2.2.5H2O and CoCl2. The other ingredient of synthetic solution of heavy metals is MgSO4.7H2O - 2.5 g/l. The pH of the solution is adjusted in the range of 2.5 – 2.7 with 1 N H2SO4. The experiment is performed at temperatures ranging from 21oC to 22 oC. 2.3 Analytical methods

In some certain sampling points of the installation are determined the parameters pH and Eh, mV. In the same points are conducted spectrophotometrical measurments of the concentrations of sulfates using BaCl2 reagent at a wavelength of 420 nm and of hydrogen sulphide - using a Nanocolor test 1-88/05.09 at a wavelength of 620 nm. The concentration of heavy metals was measured by ICP. X-ray diffraction (XRD) patterns were obtained with a DRON-1 diffractometer (CuKα radiation, Ni filter, I = 20 mA, U = 30 kV) and a 57.3 mm Debye-Scherrer TUR–M–60 camera.


Numbers of sulphate-reducing, anaerobic heterotrophic and fermenting sugars bacteria with gas production in the liquid phase of anaerobic bioreactor are counted through standard microbiological methods, including those of most probable number and colony-forming unit on plate with nutrient agar.

3. Results and discussion 3.1 The effect of Fe, Cu, Zn, Ni, Co and Cd on dissimilatory sulphate reduction

The effect of heavy metals on microbial sulphate reduction was estimate after 14 days of incubation. The data about established growth of sulphate reducing bacteria in different concentration of heavy metals are sowed in table 1.

1

3

9

711

5

10

2

12

6

84

13

Fig. 1 Schematic diagram of the laboratory installation for active treatment of wastewaters polluted with

heavy metals: 1 – Nutrient medium tank, 2 - anaerobic fixed-bed biofilm reactor, 3 - Heavy metals solution tank 4 – chemical reactor, 5 - mix tank, 6 – settler, 7- sand filter, 8 - collector tank, 9 and 10 – peristaltic

(roller) pump, 11 and 13 – recirculating pump, 12 – sludge

During incubation, black precipitate was detected on the bottom of all glasses bottles at the concentrations of ferrous ions in range 0.01 to 2.0 g/l. However, it was found that bacterial growth is strong affected by the presence of the other studied metal ions. Reduction of sulphates was carried out at maximum concentration of Co and Zn respectively 0.6 and 0.2 g/l. Copper and zinc have strong inhibitory effect on enrichment mixed culture of sulphate-reducing bacteria at concentrations above 0.06 g/l. Bacterial growth was found only at 0.01 g/l cadmium. Experiments with heavy metals showed that cadmium toxicity to this mixed SRB culture is highest.

The reported toxic concentrations of heavy metals to sulphate-reducing bacteria in different studies range from a few mg/l to as much as 100 mg/ (Utgikar l.et al. 2002). Cabrera et al. (2006)

reported that the relative order for inhibitory metal concentration was Cu >Ni >Mn > Cr > Zn for two cultures of SRB (Desulfovibrio vulgaris and Desulfovibrio sp.), as an increase in the metal concentration in solution led to a decrease in the sulphate reduction rate and this effect was accompanied by a low level of metal precipitation. In other study (Medircio et al. 2007) were assessed the effects of cadmium and manganese at concentrations 20 mg/l on the SRB growth rates and the batch experiments showed 90% manganese and 85% cadmium precipitation.

3.2 Treatment of waters polluted with heavy metals by the laboratory installation

The adherence of active biofilm of SRB onto the natural occurred zeolite is carried out for a period of three months. For this purpose the


Postgate medium is inoculated with obtained mixed SRB culture. For a period of some months progressively is decreased the residence time and respectively increases volume loading rate of the bioreactor with sulphates. The data about Influence of SO4

2- volume loading rates (SO42-g/l.h) to the

rates of microbial sulphate-reduction are estimated in previous studies (Bratkova et al. 2011). During this study with the same fixed bed bioreactor was established a maximum rate of sulphate-reduction - 273 mg SO4

2-/l.h at initial concentration of sulphates – 3 g/l and the residence time is 10.5 h.

Table 1. Growth of SRB in different concentration of heavy metals

Concentration of heavy metals, g/l 0.01 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.2 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 Fe + + + + + + + + + + + + Cu + + + + Zn + + + + + + + Ni + + + + Co + + + + + + + + Cd +

The other important parameter is total organic

carbon/SO42- ratio (Vossoughi et al. 2003). Velasco

et al. 2008 reported that the feed COD/SO42- ratio

can be an useful parameter to control hydrogen sulfide production in the metal precipitation process when ethanol is used as sole electron donor and carbon source. Kaksonen et al. 2004 showed that the stoichiometric COD/SO4

2- ratio of 0.67 was adequate to attain around 60% of sulfate reduction with an initial sulfate concentration of 2000mg/L in a fluidized-bed reactor inoculated with SRB capable to completely oxidize ethanol to CO2. Cao et al. (2009) reported that when lactate is used as sole electron donor, while COD concentration increased from 963 mg/L to 17330 mg/L with the same concentration of SO4

2-, sulfate removal rate

increased and strong sulfate-reducing activity was achieved under the initial COD/SO4

2- ratio of 3.0. In this study the stoichiometric total organic

carbon content to final electron acceptor ratio is 0.67. The concentration of sulphates in the solution of heavy metals is in the range 1.10 - 1.15 g/l. Both adjustable flow peristaltic pumps (for polluted acid water and nutrients) support the maintenance of volume loading rates with sulfates of the fixed-bed sulphate-reducing reactor in the range of 190 - 200 mg/l.h. In the course of this volume loading rate and COD/SO4

2- ratio 2.7, the rate of microbial sulphate-reduction is in the range of 180 - 185 mg/l.h. It was found the removal of heavy metals from polluted waters in the range 98.9 - 99.9% (Table 2).

Table 2 General parameters measured in sample points at the outlets of main facilities

of the laboratory installation Parameter Solution of heavy

metals Outlet of the anaerobic

bioreactor Outlet of the settler

рН 2.50 – 2.73 7.56- 7.80 7.46 – 7.69 Еh, mV - - 231 - -258 -209 - -234 SO4

2-,g/l 1.09 – 1.23 0.08 – 0.10 0.11 – 0.12 H2S, mg/l - 24 – 37 16 – 34 Cu, mg/l 194.8 – 207.3 0.01 – 0.08 0.001 – 0.07 Fe, mg/l 18.9 – 20.86 0.42 – 1.43 0.63 – 0.98 Zn, mg/l 17.6 – 21.44 0.21 – 2.76 0.03 – 0.76 Ni, mg/l 8.81 – 9.72 0.08 - 0.21 0.05 – 0.10 Cd, mg/l 9.35 – 10.29 0.006 – 0.01 0.006 – 0.01 Co, mg/l 9.32 – 10.17 0.026 – 0.04 0.031 – 0.05

Removal of heavy metals ratio, % 98.9 - 99.9

The effluents contain low concentration of sulphates – 0.11 – 0.12 g/l. Also the excess amounts of H2S are determined in the sample points after chemical reactor and settler. This result shows that it is necessary to perform precise dosing of flow rates into the chemical reactor and maintaining the optimal ratio between the concentrations of heavy metals and that of microbial produced sulphide or after the settler to be provided the necessary

oxidation step to remove the excess of H2S as elemental sulphur.

In Table 3 are presented the data about analyzed microbial content of the liquid phase of anaerobic bioreactor. The dominants in a formed mixed culture are sulphate-reducing bacteria. They are using lactate as a carbon and energy source. The concentrations of all investigated groups of


microorganisms are higher with orders in the microbial biofilm.

The precipitation of metal ions as metal sulphides from solution is dependent on the availability of HS- ions in solution, which in turn is pH-dependent. Due to microbial generated bicarbonate ions, the pH of the treated wastewater remains relatively unchanged between 7.46 and 7.69. Under these conditions precipitation of metal ions as metal sulphides is enhanced. The results obtained for composition of metal sulphide sludge are shown in Table 4.

Table 3 Number of main physiological groups of

microorganisms in effluent from fixed bed anaerobic bioreactor

Physiological group Number, cells/ml

Anaerobic heterotrophic bacteria 2,5.106 Fermenting sugars bacteria with gas production

5,0.105

Sulphate-reducing bacteria, using lactate 1,3.107

Table 4 The composition of the sludge of the settler Element Weight, %

Cu 41.00 Fe 2.24 Zn 4.09 Ni 2.30 Cd 2.14 Co 0.50 S 26.50

Based on theoretical stoichiometry of relative

reactions between heavy metals and HS- ions, the metal precipitates in sludge are metal sulphides. The metal precipitates were analysed as XRD diagrams in order to verify their composition (Figure 2). XRD diagrams of metal precipitates revealed that the precipitates were predominantly CuS, FeS, ZnS, NiS, CoS2 CdS, and CuFeS2. Steed et al. (2000) reported that in addition to sulphides, metals precipitate as hydroxides or carbonates. XRD analysis of the precipitates (figure 2) demonstrated also the presence of insignificant amounts of carbonate phases (CuCO3, FeCO3, ZnCO3 and CdCO3) Hydroxide and carbonate precipitation is of concern especially when the pH of the wastewater was 6.2–7.5, wastewater was treated with filters containing alkaline materials or when the pH of the treatment process was adjusted with e.g. NaOH, NH4OH or Na2CO3 containing buffers (Kaksonen et al. 2003). The conditions in the settler (pH between 7.46 and 7.69) allowed the precipitation of insignificant amounts of metal ions as metal carbonates.

The amount of fine particles leave the setter due to the high recycle ratio and it was detected in

fixed bed bioreactor and effluent. The metal sulfides with low solubility products tend to initially form very small particles and later on small crystals in the solution. Remoundaki et al. (2008) reported the formation of mainly amorphous Zn and Fe sulfides in a sulphate reducing fixed-bed reactor, which are not suitable for the recovery of metals. Other authors (Kaksonen et al. 2003, Bijmans et al. 2009) reported the formation of crystalline sphalerite, pyrite and wurtzite for fluidized-bed reactors and gas-lift reactors.

Fig. 2 X-ray diffractogram of metal sulphide sludge

4. Conclusions

The following conclusions can be drawn from

this study: The mixed culture of sulphate reducing

bacteria showed high resistance to ionic forms of Fe, Co, Zn, Cu. and Ni. Cadmium has highest inhibitory effect on sulphate reducing bacteria. A high removal rate of heavy metals Cu – 200 mg/l, Fe – 20 mg/l, Zn – 20 mg/l, Ni – 10 mg/l, Cd – 10 mg/l and Co – 10 mg/l was achieved by fixed bed anaerobic bioreactor when lactate was used as sole source of carbon and energy and the initial COD/SO4

2- ratio was around 2.7. The produced alkalinity neutralized the wastewater from pH 2.50 – 2.73, resulting in effluent pH of 7.46 – 7.69.

References

1. Bayrakdar A., Sahinkaya E. , Gungor M., Uyanik S., Atasoy A Performance of sulfidogenic anaerobic baffled reactor (ABR) treating acidic and zinc-containing wastewater, Bioresource Technology 100 4354–4360., 2009. 2. Bratkova S., Angelov A., Nikolova K., Babanova E. Removal of Cu(II) ions from waters using biogenic hydrogen sulphide, Proceedings of the XI-th national conference with international participation of the open and underwater mining of minerals, Varna, Bulgaria, 19-23 june 2011.


3. Buisman C., Huisman J., Dijkman H, Bijmans M. Trends in application of industrial sulphate reduction for sulphur end metal recycling. Proceedings of European Metallurgical Conference, 11-14 June 2001, Düsseldorf, Germany vol 2:383-387, 2007. 4. Cabrera G., Perez R., Gomez J., Abalos A., Cantero D. Toxic effects of dissolved heavy metals on Desulfovibrio vulgaris and Desulfovibrio sp. Strains, Journal of Hazardous Materials A135 (2006) 40–46, 2006. 5. Cao J., Zhang G., Mao Z., Fang Z., Yang C. Precipitation of valuable metals from bioleaching solution by biogenic sulfides, Minerals Engineering 22 (2009) 289–295 6. Costa,M.C., Martins,M., Jesus, C., Duarte, J.C. Treatment of acidmine drainage by sulphate-reducing bacteria using low cost matrices. Water Air Soil Poll. 189,149–162, 2007 7. Hao, O.J. Metal effects on sulfur cycle bacteria and metal removal by sulfate reducing bacteria. In: Lens, P.N.L. and Hulshoff Pol, L. (eds.) Environmental technologies to treat sulfur pollution, Principles and engineering. IWA Puplishing, London. Pp.393-414, 2000. 8. Hoa, T.T.H., Liamleam,W., Annachhatre, A.P. Lead removal through biological sulfate reduction process. Bioresour. Technol. 98, 2538–2548, 2007. 9. Kaksonen, H., Franzmann, P.D., Puhakka, J.A.. Effects of hydraulic retention time and sulfide toxicity on ethanol and acetate oxidation in sulfate-reducing metal-precipitating fluidized-bed reactor. Biotechnol. Bioeng. 86, 332–343, 2004 10. Kaksonen, A.H., Puhakka, J.A. Sulfate reduction based bioprocesses for the treatment of acid mine drainage and the recovery of metals. Eng. Life Sci. 7, 541–564, 2007. 11. Kaksonen, A.H., Riekkola-Vanhanen, M.L., Puhakka, J.A Optimization of metal sulphide precipitation in fluidized-bed treatment of acidic wastewater. Water Res. 37, 255–266, 2003. 12. Liamleam, W., Annachhatre, A.P. Electron donors for biological sulfate reduction. Biotechnol. Adv. 25, 452–463, 2007.

13. Medircio S., Leao V., Teixeira M. Specific growth rate of sulfate reducing bacteria in the presence of manganese and cadmium. Journal of Hazardous Materials 143 593–596, 2007. 14. Nagpal, S., Chuichulcherm, S., Peeva, L., Livingston, A. Microbial sulfate-reduction in a liquid-solid fluidized bed reactor. Biotechnol. Bioeng. 70, 370–380, 2000. 15. Nevatalo L., Mäkinen A., Kaksonen A., Puhakka J. Biological hydrogen sulfide production in an ethanol–lactate fed fluidized-bed bioreactor, Bioresource Technology 101 276–284, 2000. 16. Remoundaki Е., Kousi P.,Joulian C., Battaglia-Brunet F., Hatzikioseyian A.,Tsezos M. Characterization, morphology and composition of biofilm and precipitates from a sulphate-reducing fixed-bed reactor Journal of Hazardous Materials 153, 514–524, 2008. 17. Steed, V., Suidan, M., Gupta, M., Miyahara, T., Acheson, C., Sayles, G. Development of a sulfate-reducing biological process to remove heavy metals from acid mine drainage. Water Environment Research 72: 530-535, 2000 18. Utgikar, V.P., Harmon, S.M., Chaudhary, N., Tabak, H.H., Govind, R., Haines, J.R. Inhibition of sulfate-reducing bacteria by metal sufide formation in bioremediation of acid mine drainage. Environ. Toxicol. 17, 40–48, 2002 19. Veeken, A.H.M., Akoto, L., Hulshoff Pol, L.W., Weijma, J. Control of the sulphide concentration for optimal zinc removal by sulphide precipitation in a continuously stirred tank reactor. Water Res. 37, 3709–3717, 2003 20. Velasco A., Ramırez M., Volke-Sepulveda T., Gonzalez-Sanchez A., Revah S. Evaluation of feed COD/sulfate ratio as a control criterion for the biological hydrogen sulfide production and lead precipitation, Journal of Hazardous Materials 151, 407–413, 2008 21. Vossoughi, M., Shaketi, M., Alemzadeh, I. Performance of anaerobic baffled reactor treating synthetic wastewater influenced by decreasing COD/SO4

2- ratios. Chem. Eng. Process 42, 811–816, 2003


STABILITATEA HALDEI RAMURA A II-A A U.P. COROIEŞTI– E.P.C.V.J. VULCAN

Cristina IONICĂ*, Victor ARAD**

Rezumat

Cercetările privind stabilitatea haldei au început prin stabilirea factorilor care contribuie la instabilitate, după care s-a analizat starea de echilibru a taluzurilor folosindu-se mai multe metode de calcul, iar la urmă, au fost concepute unele măsuri pentru a împiedica alunecarea.

Analiza de stabilitate a fost realizată cu ajutorul programului geotehnic dedicat Slide.

După analizele de stabilitate se poate concluziona că Halda Coroiești Ramura RII este stabilă atunci când materialul steril este depozitat în condiții normale de umiditate și poate deveni instabilă în cazul în care creşte umiditatea până la saturație, ceea ce este puțin probabil, având în vedere capacitatea mare de absorbţie a apei de către rocile depozitate. Cuvinte cheie: haldă de steril, stabilitate, redimensionare

1. Considerații generale

Alunecările de teren sunt fenomene geodinamice de modificare a reliefului, cu caracter în general lent şi periodic, prin care se restabileşte echilibrul natural al versanţilor şi taluzurilor. Atunci când se produc pe neaşteptate, în funcţie de amplasarea lor, alunecările de teren pot produce pierderi de vieţi omeneşti şi importante pagube materiale.

Fenomenele de alunecare a taluzurilor au loc, de regulă, atunci când este distrus echilibrul local sau de ansamblu dintre forţele care solicită taluzurile şi forţele interioare de rezistenţă care se opun alunecării, sub acţiunea unor factori interni sau externi, naturali sau artificiali.

2. Analiza de stabilitate

În ceea ce priveşte morfologia zonei de amplasare a ramurii RII a haldei Coroieşti, suprafaţa pe care s-a haldat este o suprafaţă neregulată, reprezentată de versanţii dealurilor din zonă. Panta acestora favorizează producerea alunecărilor pe suprafeţele de contact haldă - teren de bază când există concordantă între sensul de înclinare al versantului şi sensul de extindere al _____________________________

* Drd.ing. Universitatea din Petroşani ** Prof.dr.ing. Universitatea din Petroşani

haldei, şi asigură stabilitatea când înclină în sens invers - cazul taluzului vestic din zona pilonilor P2 şi P3.

Pentru primul caz, odată cu creşterea pantei terenului de bază se amplifică componenta tangenţială a forţelor de alunecare şi se reduce rezerva de stabilitate. În astfel de cazuri literatura de specialitate recomandă ca la înclinări mai mari de 10° ale terenului de bază să se facă trepte de înfrăţire sau scarificarea acestuia.

În cazul haldei de pe ramura RII, fenomene care pot schimba raportul dintre forţele de rezistenţă şi forţele active de alunecare a taluzurilor prin subminarea acestora, apar la limita nordică ca urmare a prezenţei pârâului Priboi.

Se apreciază că în prezent, prin lipsa lucrărilor de extindere a haldei în această zonă, activitatea erozivă a pârâului respectiv este foarte redusă. Celelalte fenomene de eroziune, sub formă de ravinări, datorate apelor de şiroire, deşi sunt prezente, nu sunt de natură a se transforma în alunecări propriu-zise.

În cazul haldei de sub ramura RII se manifestă supraîncărcarea taluzurilor prin depozitarea rocilor şi creşterea elementelor geometrice. Cu cât valorile acestora sunt mai mari cu atât fenomenele de deformare şi instabilitate pot fi mai frecvente.

În cazul haldei de sub ramura RII, unghiurile de taluz corespund în general unghiului de taluz natural al rocilor şi este dependent de starea granulometrică şi coeficientul de tasare ai materialului.

Conform ridicării topografice, pentru secţiunile transversale şi longitudinală luate în considerare, unghiul de taluz este în general cuprins între 28-33° şi ajunge la 40-44° iar înălţimea talazurilor este variabilă datorită morfologiei terenului şi configuraţiei haldei, înregistrându-se valori de 21-30 m până la 50-69 m.

Întrucât valorile acestor parametri sunt destul de mari sunt posibile noi fenomene de instabilitate care să afecteze zonele înconjurătoare şi de aceea se impun anumite măsuri cu caracter geotehnic.

Pentru analiza de stabilitate a taluzurilor s-a utilizat softul specializat în geotehnică Slide. Slide analizează stabilitatea taluzurilor naturale şi artificiale cu orice geometrie, atât în condiţii statice, cât şi seismice, precum şi în cazul prezenţei apei în porii materialului haldat sau pe taluzul haldei.


Prima etapă în utilizarea soft-ului este introducerea elementelor geometrice şi geotehnice care caracterizează taluzul, după care urmează definirea suprafeţelor de alunecare. Programul calculează automat coeficienţii de stabilitate, utilizând în acest scop metodele Fellenius, Janbu şi Bishop. Se determină în final suprafaţa critică de

alunecare, căreia îi corespunde valoarea minimă a coeficientului de stabilitate.

Soft-ul analizează stabilitatea taluzurilor şi versanţilor naturali cu geometrie complexă, omogene sau neomogene, ţinînd seama de nivelul hidrostatic, atât în condiţii statice obişnuite, cât şi în cazul influenţei şocurilor seismice.

Fig. 1 Secțiunea transversală T3-T3 –taluz estic, umiditate naturală

Fig. 2 Secțiunea longitudinală L1-L1 –taluz nordic, umiditate naturală

Tab.1 Rezultatele analizei de stabilitate pentru suprafeţe de alunecare cilindrico-circulare

Înălţimea maximă Unghi de taluz Metoda de analiză Secţiunea H (m) α (grade) Bishop Fellenius Janbu T1-T1 taluz vestic 43,157 35 2,063 1,850 1,822 T1-T1 taluz estic 42,845 33 1,922 1,831 1,797 T2-T2 taluz vestic 41,707 28 1,464 1,346 1,326 T2-T2 taluz estic 41,756 41 2,180 2,000 1,968 T3-T3 taluz vestic 40,501 33 1,650 1,525 1,506 T3-T3 taluz estic 39,016 44 1,398 2,322 1,298 T4-T4 taluz vestic 21,927 32 2,807 2,620 2,548 T4-T4 taluz estic 21,927 42 1,783 1,622 1,599 L1-L1 taluz nordic 68,500 30 1,538 1,410 1,392


În cazul metodei Fellenius soft-ul calculează automat greutatea efectivă a fâşiilor, ţinând seama şi de nivelul real al nivelului hidrostatic.

Metoda lui Janbu utilizată de soft este o versiune simplificată, extrapolată şi pentru situaţiile în care taluzul este format din mai multe strate cu proprietăţi fizico-mecanice diferite şi se bazează pe calculul efortului la forfecare, care are la bază tot ipoteza de calcul pentru mai multe fâşii. Mai întâi, soft-ul determină valoarea coeficientului de stabilitate utilizând metoda lui Fellenius, după care utilizează valoarea calculată ca punct de pornire pentru ciclul iterativ. Având în vedere faptul că se pot analiza cu ajutorul soft-uilor, taluzuri formate din mai multe strate cu parametri geotehnici diferiţi, softurile determină media ponderată a coeficientului Cf.

Din tabel se poate observa că cele mai mici valori se obţin prin metoda lui Janbu. Nu am considerat valorile parametrilor fizici şi coeziunii şi unghiului de frecare interioară la umiditatea de saturaţie deoarece, în general haldele din Valea Jiului (datorită granulometriei materialului şi permeabilităţii relativ ridicate) asigură un bun drenaj al apelor provenite din precipitaţii.

Pentru toate secţiunile analizate, în condiţiile utilizării caracteristicilor fizico-mecanice ale materialului pentru condiţii de umiditate naturală, s-au obţinut valori supraunitare ale factorului de stabilitate, valori care se situează chiar peste valoarea de 1,3 , recomandată de Prescripţiile tehnice privind proiectarea, realizarea şi conservarea haldelor.

La limita de stabilitate se află taluzul estic din secţiunea T3-T3 (Fs < 1,3), celelalte fiind taluzuri care ar deveni instabile în condiţiile unui material cu umiditate la limita de saturaţie, ca urmare a unor elemente geometrice (înălţime şi înclinare) mari, mai puţin favorabile.

În baza celor prezentate, se poate concluziona că ramura RII a haldei de steril Coroieşti este stabilă atunci când materialul steril depozitat se află în condiţii normale de umiditate naturală şi riscă să devină instabilă în condiţiile creşterii umidităţii până la limita de saturaţie, ceea ce este, totuşi, puţin probabil, având în vedere capacitatea mare de cedare a apei de către rocile haldate. Unul dintre motivele riscului de alunecare îl reprezintă şi nerespectarea elementelor geometrice ale treptei de haldă, în special a înclinării taluzurilor, ca urmare a absenţei lucrărilor de taluzare şi amenajare a unor berme intermediare.

3. Redimensionarea elementelor geometrice ale taluzurilor

Ţinând seama de rezultatele analizelor de

stabilitate efectuate pentru mai multe taluzuri cu diferite combinaţii între înălţime şi unghiul de taluz, de rezultatele calculului de dimensionare, precum şi de caracteristicile tehnologiei de haldare, se recomandă asigurarea unei geometrii a haldei astfel încât înălţimile taluzurilor să fie de maxim 25 m iar unghiul de taluz până la 35°.

Având însă în vedere alunecările existente pe taluzul estic din această zonă, care sunt stabilizate în prezent, precum şi configuraţia actuală a terenului, se propune regeometrizarea zonei prin amenajarea unor berme intermediare la cotele +665 şi +680 care să împartă taluzul general în trepte cu înălţimea de maxim 15 m ce ar satisface stabilitatea taluzurilor chiar în condiţiile de umiditate a rocilor la limita de saturaţie.

Prin aceasta regeometrizare a taluzului estic, la limita nordică a haldei, se asigură pe de-o parte creşterea capacităţii de depunere în haldă, iar pe de altă parte condiţii de reamenajare minieră şi recultivare biologică.

4. Măsuri pentru asigurarea stabilităţii haldei şi pentru protecţia mediului

Ţinând seama de caracteristicile terenului de

bază, de forma haldei şi de factorii de influenţă asupra stabilităţii, analiza de stabilitate efectuată pentru taluzurile ramurii RII a haldei de steril Coroieşti s-a realizat considerând că cel mai probabil alunecarea se produce dupa suprafeţe cilindrico-circulare, fenomenul de alunecare riscând să afecteze unele zone ale taluzurilor estic, respectiv vestic ale haldei.

Probleme de instabilitate pot să apară în condiţiile creşterii umidităţii rocilor, la limita de saturaţie, prin înrăutăţirea caracteristicilor de rezistenţă ale materialului haldat. Fenomenele de alunecare pot să apară în zona pilonilor P1, P3 şi P4, în condiţiile în care umiditatea sterilului haldat se apropie de limita de saturaţie, ceea ce este puţin probabil, având în vedere configuraţia haldei şi a zonelor limitrofe care favorizează scurgerea apelor şi posibilitatea de infiltrare şi drenare a apei din haldă ca urmare a permeabilităţii ridicate şi a capacităţii mari de cedare a apei de către rocile haldate.

Pentru a se asigura o stabilitate cât mai mare a volumului de steril depozitat în ultimii trei ani se recomandă o regeometrizare astfel că unghiul de taluz să fie micşorat la 30°, renunţându-se la unghiul actual de 44,5°. Astfel se recomandă un procedeu de retaluzare de sus în jos cu ajutorul buldozerului.


Retaluzarea de sus în jos constă în deplasarea în jos pe taluz a rocilor din crestele treptelor, necesitând suprafeţe de teren mai mari pentru a se putea înmagazina întregul volum de roci depozitat iniţial şi se aplică ori de câte ori se dispune de suprafeţele necesare, în acest scop pot fi utilizate excavatoare de tip draglirnă, excavatoare lopată mecanică cu parametrii funcţionali mari, dar cel mai utilizat utilaj este buldozerul. În funcţie de unghiul la care se efectuează retaluzarea se poate calcula volumul de material ce trebuie deplasat şi apoi timpul necesar pentru efectuarea lucrării.

Pentru protecţia factorilor de mediu din zonele afectate de prezenţa haldelor trebuie să fie luate o serie de măsuri printre care se menţionează: a. Măsuri prin care să se împiedice poluarea apelor subterane şi de suprafaţă cu substanţe nocive care s-ar putea scurge în pârâul Priboi. Deoarece materialul haldat nu conţine substanţe nocive, nu apare problema poluării apelor cu astfel de substanţe. b. Măsuri prin care să se evite antrenarea materialului haldat de către apele curgătoare. Aceasta presupune lucrări de amenajare a albiei pârâului Priboi şi evitarea antrenării de material haldat provocate de apele de şiroire de pe taluzuri prin dirijarea apelor de şiroire spre părţile laterale ale haldei şi mai ales prin împădurirea şi înierbarea taluzurilor marginale. c. Măsuri pentru evitarea antrenării particulelor de praf de către vânturile predominante. Nu se pune problema pentru această ramură de haldare, deşi este realizată prin supraînălţare, întrucât materialul depus are o granulaţie mare. Surse de praf se creează totuşi prin dezagregarea şi alterarea rocilor de pe taluzuri şi, din acest motiv, se recomandă executarea unor lucrări de înierbare a taluzurilor în zonele în care nu se mai execută lucrări de depunere.

5. Concluzii

Halda de steril a U.P. Coroieşti ramura RII,

conform "Prescripţiilor tehnice privind proiectarea, realizarea şi conservarea haldelor”, anexa 5 din "Norme specifice de protecţie a muncii pentru

minele de cărbuni, şisturi şi nisipuri bituminoase" - ediţia 1997, a fost încadrat în grupa 4.2 după natura obiectivelor din zona de influenţă şi gradul de stabilitate, fiind considerat o haldă relativ stabilă care poate intra în mişcare periculoasă datorită anumitor factori (condiţii de relief condiţii meteorologice, acumulări de ape în amonte, infiltraţii la baza haldei şi altele), fără construcţii şi cu acces sporadic de persoane în zonă.

Este realizată într-o singură treaptă cu înălţimi cuprinse între 10÷12 m şi 47÷50 m, în funcţie de configuraţia terenului şi a geometriei depunerilor.

Halda de sub ramura RII are o geometrie regulată cu excepţia părţii nordice din zona pilonilor P4 şi P5 unde s-au produs alunecările din anul 1999 şi în zona pilonilor P2 şi P3 în anul 2006. Cotele platformei superioare variază între +716,04 în extremitatea sudică şi +681,85 în zona nordică, iar lăţimea acesteia între 60÷115 m.

În baza celor prezentate, se poate concluziona că ramura RII a haldei de steril Coroieşti este stabilă atunci când materialul steril depozitat se află în condiţii normale de umiditate naturală şi riscă să devină instabilă în condiţiile creşterii umidităţii până la limita de saturaţie, ceea ce este, totuşi, puţin probabil, având în vedere capacitatea mare de cedare a apei de către rocile haldate. Unul dintre motivele riscului de alunecare îl reprezintă şi nerespectarea elementelor geometrice ale treptei de haldă, în special a înclinării taluzurilor, ca urmare a absenţei lucrărilor de taluzare şi amenajare a unor berme intermediare. Bibliografie 1. Lazăr M., Dumitrescu I. Impactul antropic asupra mediului, Editura Universitas, Petroşani, 2006 2. Lazăr M. Reabilitare ecologică, Editura Universitas, Petroşani, 2001 3. Rotunjanu I. Stabilitatea versanţilor şi taluzurilor, Editura Infomin, Deva, 2005


PREGĂTIREA ŞI DEZVOLTAREA HĂRŢII GEOTEHNICE A MUNICIPIULUI ALBA IULIA, JUDEŢUL ALBA

Ecaterina BALANEANU*, Victor ARAD**, Letitia Susana ARAD***, Flavius BALANEANU*

Rezumat

Schimbarea permanenta a legislatiilor in domeniul geotehnicii, trecerea spre legislatia europeana prin eurocoduri si interventia constinuua a omului in peisajul existent , determina in permanenta reactualizarea hartilor de orice natura . Ecologia si protectia mediului alaturi de structura terenului in adancime trebuie corelate in permanenta astfel incat sa permita o buna convietuire a tuturor cetatenilor .

Pentru a elabora si intocmi o harta geotehnica trebuie tinut seama de mai multi factori care vor conlucra in vederea obtinerii rezultatului final . Rezultatul final trebuie sa satisfaca cerintele si nevoile complexe a tuturor celor implicati – inclusiv cerintele de mediu .

Impartirea geotehnica a municipiului Alba Iulia se va face in functie de cele trei trepte morfologice existente , si anume : zona de lunca - a raului Mures si lunca comuna a raului Mures cu paraul Ampoi , corespunzatoare orasului vechi , zona de terasa a raului Mures – unde este amplasata cetatea cu toate constructiile limitrofe ; si zona depunerilor deluviale – identificata in vestul municipiului unde inca nu sunt stabilite reguli de construire .

Lucrarea de faţă isi propune sa elaboreze si sa intocmeasca o harta geotehnica pe care sa apara stratele de fundare si incadarea geotehnica a fiecarei zone din municipiul Alba Iulia din Judetul Alba .

Astfel , va exista o centralizare a datelor geotehnice ce poate fi folosita ca si punct de plecare in executarea studiilor geotehnice pentru fiecare obiectiv proiectat in parte . Cuvinte cheie: ecologie , geotehnica , structura terenului , risc geotehnic , harta geotehnica 1. Introduction

Prezenta lucrare isi propune sa intocmesca o harta geotehnica a municipiului Alba Iulia , astfel incat sa existe o baza de date suficienta ca si punct de plecare pentru intocmirea studiilor geotehnice pentru fiecare viitor obiectiv construit .

Lucrarea va fi impartita pentru fiecare treapta morfologica intalnita in geomorfologia municipiului Alba Iulia. Vor fi tratate pentru fiecare _____________________________ * Drd.ing. Universitatea din Petroşani ** Prof.dr.ing. Universitatea din Petroşani *** Conf.dr.ing. Universitatea din Petroşani

in parte: amplasamentul, stratificatia , terenul de fundare recomandat, presiunea de baza recomandata si incadrarea in categoria geotehnica conform normelor in vigoare. 2. Încadrarea geomorfologica

Fig. 1 Incadrarea geomorfologica a municipiului

Alba Iulia

Municipiul Alba Iulia se incadreaza din punct de vedere geomorfologic in zona Culoarului Muresului . Aceasta se dezvolta de-a lungul raului Mures si cuprinde formele de relief sapate si modelate de cursul sau meandrat .

De-a lungul timpului forma cursului sau s-a modificat formand plaje si erodand maluri. Aceste fenomene repetate au dus la schimbarea si migrarea cursului, rezultand depuneri de aluviuni intr-o parte si eroziuni in directia opusa.

Fig. 2 Cursul meandrat al raului Mures


Fig. 3 Harta geotehnica a Municipiului Alba Iulia

Lucrarea se refera strict la intravilanul municipiului Alba Iulia , fara a lua in considerare localitatile apartinatoare . Ca si trepte de relief intalnite sunt : - Zona I – zona de lunca a raului Mures si lunca

comuna a raului Mures cu paraul Ampoi ; - Zona II – zona de terasa a raului Mures – unde

este amplasata cetatea cu toate constructiile limitrofe ;

- Zona III - zona depunerilor deluviale – identificata in vestul municipiului unde inca nu sunt stabilite reguli de construire .

Amplasament Zona de lunca este despartita in doua parti in functie de cursurile de rau ce il strabat .

Fig. 4 Zona de lunca a raului Mures Zona de lunca a fost inunata in nenumarate randuri , cladiile vechi au fost subrezite de apele ce au inbibat peretii . Pentru aceasta zona se pune problema si a Geotehnicii Mediului , deoarece , apa ca si factor de mediu a contribuit la deteriorarea caracteristicilor stratelor de fundare a cladirilor existente .[1]

Totodata migrarea apei subterane catre suprafata prin stratele grosiere si mixte duce la degradarea – poluarea mediului si a habitatului uman prin legatura directa a cursurilor de rau cu nivelul apei subterane.[1] Astfel avem: zona de lunca a raului Mures si zona de lunca comuna a raului Mures cu paraul Ampoi. Zona I – zona de lunca Zona de lunca a raului Mures Aceasta zona cuprinde “orasul de Jos” – numit astfel deoarece primele case au fost construite aici. Inundatiile din 1970 au produs importante pagube constructiilor si au afectat toata localitatea de atunci. Digurile executate dealungul raului Mures si schimbarea climei din ultimii ani au dus la stabilizarea apei subterane in aceasta parte a orasului. Zona de lunca comuna a raului Mures cu paraul Ampoi Zona de lunca comuna a raului Mures cu paraul Ampoi este delimitata de cursul celor doua ape. Cursul Ampoiului nu are debit mare , dar este suficient pentru a mentine constanta nivelul apei subterane in acel perimetru .

Fig. 5 Zona de lunca comuna a raului Mures cu paraul Ampoi

Stratificatia In toate forajele executate stratificatia se prezinta cu o specificitate zonelor de lunca : - Strat vegetal sau umplutura; - Complexul fin: Nisip prafos cafeniu; - Complexul mixt: Nisip prafos cu pietris; - Complexul grosier: Pietris cu nisip.

The terrace area

The deluvial sediments area The meadow

area

Zona de luncă Zona de

terasă

Zona depunerilor deluviale

Zona de lunca


0

120 sol vegetal sauumpluturapamant fin

pamant mixt

pamant grosier

Fig. 6 Repartitia stratificatiei in zona de lunca [2][3][6][7]

In toate stratele mentionate sunt intercalatii de

materii organice de diferite grosimi. Aceste intercalatii trebuie identificate si clar definite deoarece se interzice fundarea pe ele. Trebuie scoase si se fundeaza mai jos cu o incastrare de 0.20 m in terenul bun de fundare gasit pe amplasament .

Apa subterana apare la adancimile de – 2.00 – 2.50 m de la terenul natural la contactul dintre complexul fin si cel mixt. La partea superioara complexul mixt este umed iar la partea inferioara devine inundat. Fluctuatiile nivelului apei subterane sunt in stransa legatura cu debitul apei de suprafata din zona si cu volumul de precipitatii. Astfel , se ia in considerare o crestere de + 0.50 m fata de cota la care se intalneste.

Terenul de fundare recomandat

Conform Normativului INDICATIV NP 074 - 2007[4], se recomanda ca si strate de fundare:

Complexul fin: Nisip prafos cafeniu – fara masuri suplimentare;

Complexul mixt: Nisip prafos cu pietris – cu masuri suplimentare de sprijiniri corespunzatoare a sapaturilor;

Complexul grosier: Pietris cu nisip – cu masuri suplimentare de sprijiniri corespunzatoare a sapaturilor dar si masuri privind epuismentele . Nu se fundeaza pe solul vegetal si umpluturile locale . De asemenea se interzice turnarea betonului in cazul interceptarii straturilor maloase sau cu materii organice. Acestea se vor excava si se adancesc sapaturile.

Presiunea de baza recomandata Pentru fiecare din stratele amintite mai jos se apreciaza ca sunt curate si nu contin intercalatii maloase. Valorile ce calcul ale presiunii convenţionale se calculază in conformitate cu Stas 3300/2-85 [5] de la nivelul terenului natural. Vom avea pentru fiecare strat in parte urmatoarele valori :

Complexul fin : Nisip prafos cafeniu: Pconv =220 KPa

Complexul mixt: Nisip prafos cu pietris: Pconv =250 KPa

Complexul grosier: Pietris cu nisip: Pconv =350 KPa Incadrarea in categoria geotehnica Conform Normativului INDICATIV NP 074-2007 [4] se incadreaza terenul de fundare in categoria geotehnica corespunzatoare rezultand riscul geotehnic.

Tabel 1 Incadrarea in categoria geotehnica [Tabelul A3][2][4]

Condiţii de teren Terenuri bune 2 pct

Terenuri medii 3 pct

Terenuri dificile 6 pct

Apa subterană Fără epuizmente 1 pct

Cu epuizmente normale 2 pct

Cu epuizmente exceptionale 4 pct

Clasificarea construcţiei după clasa de importanţă

Redusa 2 pct

Normala 3 pct

Deosebit de exceptionala5 pct

Vecinătăţi Fără riscuri 1 pct

Risc moderat 3 pct

Risc major 4 pct

Punctaj total = 7 - 10 În conformitate cu tabelul de mai sus riscul geotehnic este redus iar categoria geotehnică este 1 – 2.

Tabel 2 Risc geotehnic [Tabelul A4][2][4] Geotechnical risk Geotechnical category Nr.crt Type Score limits

1 Reduced 6…….9 1 2 Moderate 10………14 2 3 Major 15..……..21 3


0

120 sol vegetal sauumpluturapamant fin

pamant mixt

pamant grosier

Zona II – zona de terasa Amplasament

Zona de terasa a raului Mures cuprinde cetatea cu toate constructiile limitrofe – amplasate in central municipiului Alba Iulia . Zona cuprinde toate terasele Muresului . Aceasta zona a suferit cele mai mari sistematizari . In planurile de extindere ale orasului trebuia facuta trecerea de la “orasul de jos” la cetatea care strajuia deasupra . In urma consultarii specialistilor acelor vremuri s-a stabilit ca umpluturile sunt cea mai buna solutie . Astfel , toate umpulturile ce rezultau din constructii erau depozitate in zona aceasta .

Grosimea umpluturilor este mare . In unele zone este chiar de 3.00 m, blocurile construite ulterior avand talpa fundatiilor late pentru a rezista.

Fig. 7 Zona de terasa Stratificatia Stratificatia intalnita se prezinta dupa cum urmeaza : - Strat de umplutura; - Complexul fin: Argila prafoasa cafenie - Complexul mixt: Nisip prafos cu pietris - Complexul grosier: Pietris cu nisip.

Fig. 8 Repartitia stratificatiei in zona de terasa [2][3][6][7]

Se observa clar diferitele grosimi ale umpluturii . Grosimea exacta a umpluturilor trebuie cunoscuta deoarece pe ele se fundeaza in conditii speciale.

Apa subterana apare la adancimile de – 8.00 – 10.00 m de la terenul natural la contactul dintre complexul fin si cel mixt. La partea superioara complexul mixt este umed iar la partea inferioara devine inundat. Desigur sunt de mentionat izvoarele existente in aceasta zona. Chiar si in santurile existente de-a lungul cetatii exista izvoare.

Terenul de fundare recomandat

Conform Normativului INDICATIV NP 074-2007 [4] , se recomanda ca si strat de fundare :

Complexul fin: Argila prafoasa cafenie – fara masuri suplimentare.

Complexul mixt : Nisip prafos cu pietris si cel grosier : Pietris cu nisip apar la adancimi mari . Nu se considera starte de fundare decat pentru obiective ce necesita adancimi mari.

Deoarece grosimea stratelor de umplutura este mare si sunt deja constructii executate se poate considera si acesta strat de fundare.

Presiunea de baza recomandata Pentru Complexul fin : Argila prafoasa cafenie se apreciaza valorile ce calcul ale presiunii convenţionale. Aceasta se calculază in conformitate cu Stas 3300/2-85 de la nivelul terenului natural[5]. Vom avea urmatoarele valori:

Complexul fin: Argila prafoasa cafenie: Pconv =240 KPa

Umplutura – veche peste 25 de ani dar necompactata controlat: Pconv =180 KPa Incadrarea in categoria geotehnica

Conform Normativului INDICATIV NP 074-2007 [4] se incadreaza terenul de fundare in categoria geotehnica corespunzatoare rezultand riscul geotehnic.


0

120sol vegetal curadacini groase

pamant mixt

pamant fin

Tabel 3 Incadrarea in categoria geotehnica [Tabelul A3] [2][4] Condiţii de teren Terenuri bune

2 pct Terenuri medii 3 pct






Redusa 2 pct

Normala 3 pct

Deosebit de exceptionala 5 pct


Risc moderat 3 pct

Risc major 4 pct

Punctaj total = 7 - 9

În conformitate cu tabelul de mai sus riscul geotehnic este redus iar categoria geotehnică este 1.

Tabel 4 Risc geotehnic [Tabelul A4] [2][4] Riscul geotehnic Categoria geotehnică Nr.crt

Tip Limite punctaj 1 Redus 6…….9 1 2 Moderat 10………14 2 3 Major 15..……..21 3

Zona III – zona depunerilor deluviale Amplasament Zona III a depunerilor deluviale se identifica in vestul municipiului Alba Iulia unde inca nu sunt stabilite reguli de construire. Aceste zone sunt propuse pentru intrarea in intravilan, in prezent fiind zona pentru construirea de case de vacante. Solul vegetal este gros – de aproximativ 1,00 sau chiar 1,50 m. Prezenta radacinilor pomilor isi spune cuvantul. Pentru aceasta zona ca si particularitate apare posibilitatea de a controla construirea in zona. Daca in zonele geotehnice I si II nu se poate stabili o regula, o disciplina in constructii, zona III este ideala pentru acest lucru.

Stratificatia Stratificatia intalnita se prezinta dupa cum urmeaza : - Strat de sol vegetal cu radacini groase; - Complexul mixt: Nisip prafos cu pietris; - Complexul fin: Praf agilos marnos.

Terenul de fundare recomandat Conform Normativului INDICATIV NP 074-

2007 [4], se recomanda ca si strat de fundare : Complexul mixt: Nisip prafos cu pietris in acest

caz este de origine deluviala si are procentul de pietris mare. Originea sa deluviala rezultata din eroziunea si transportul materialelor tari o recomanda ca si strat de fundare.

Fig. 9 Repartitia stratificatiei in zona depunerilor deluviale

Fig. 10 Repartitia stratificatiei in zona depunerilor

deluviale [2][3][6][7]

Zona depunerilor deluviale


Presiunea de baza recomandata Pentru Complexul mixt : Nisip prafos cu pietris se apreciaza valorile ce calcul ale presiunii convenţionale . Aceasta se calculază in conformitate cu Stas 3300/2-85 de la nivelul terenului natural [5]. Vom avea urmatoarele valori :

Complexul mixt : Nisip prafos cu pietris: Pconv =250 KPa

Incadrarea in categoria geotehnica Conform INDICATIV NP 074-2007 [4] se incadreaza terenul de fundare in categoria geotehnica corespunzatoare rezultand riscul geotehnic.

Tabel 5 Incadrarea in categoria geotehnica [Tabelul A3] [2][4]

Condiţii de teren Terenuri bune 2 pct

Terenuri medii 3 pct






Redusa 2 pct

Normala 3 pct

Deosebit de exceptionala 5 pct


Risc moderat 3 pct

Risc major 4 pct

Punctaj total = 7 În conformitate cu tabelul de mai sus riscul geotehnic este redus iar categoria geotehnică este 1.

Tabel 6 Risc geotehnic [Tabelul A4] [2][4] Riscul geotehnic Categoria geotehnică Nr.crt

Tip Limite punctaj 1 Redus 6…….9 1 2 Moderat 10………14 2 3 Major 15..……..21 3

3. Concluzii

In lucrarea de fata s-a intocnit o harta geotehnica a municipiului Alba Iulia bazata pe datele privind stratificatia determinata in foraje si morfologia terenului municipiului Alba Iulia .

Baza de date rezultata este suficienta ca si punct de plecare pentru intocmirea studiilor geotehnice pentru fiecare viitor obiectiv construit.

Sigur datele centralizate nu sunt suficiente pentru a substitui un studiu geotehnic , dar dau posibilitatea de a cunoaste natura terenului la o adancime dorita . Deasemenea se poate folosi presiunea de baza recomandata si incadrarea in categoria geotehnica conform normelor in vigoare.

Incadrarea in categoria geotehnica se va face la nivel initial si atrage atentia asupra : Condiţiilor de teren , a posibilitatii aparitiei apei subterane , a clasei constructiei si mai ales asupra vecinatatilor.

Vecinatatile sunt un factor foarte important in determinarea Riscului geotehnic pentru viitoarea constructie .

Bibliografie 1. Arad, S., Arad, V., Chindris, G. Geotehnica Mediului, Editura Polidava, Deva, 2000; 2. Arad, V., Bogdan, I. Geotehnică şi fundaţii, Editura Solness, Timişoara, 2001; 3. Arad, V. Mecanica rocilor, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 2004; 4. Normativului NP 074/2007 privind întocmirea şi verificarea Studiilor geotehnice din 08/05/2007 Publicat in Monitorul Oficial, Partea I nr. 381 din 06/06/2007; 5. Stas 3300/2-85 – calculul presiunii de baza – convenţională , calculată în conformitate cu anexa B , pentru fundaţii cu B=1,00 m şi adâncimea de fundare Df= 2,00 m 6. SR EN ISO – 14688 – 1 – noiembrie 2004 – Identificarea si clasificarea pămînturilor. Partea 1: Identificare si descriere; 7. SR EN ISO – 14688 – 2 – septembrie 2005 – Identificarea si clasificarea pămînturilor. Partea 2: Principii pentru o clasificare (din punct de vedere granulometric). 8. www.google.ro 9. http://alba-iulia-ab.pe-harta.ro/


O ANALIZĂ CONTEXTUALĂ A STATISTICII ACCIDENTELOR DE MUNCĂ PRODUSE ÎN MINELE DIN VALEA JIULUI ÎN ULTIMELE PATRU DECENII

Roland Iosif MORARU*, Gabriel Bujor BĂBUŢ*

Rezumat Analiza statisticii accidentelor de muncă constituie un instrument util pentru identificarea tiparelor de incidenţă a accidentelor survenite în mediul profesional. În pofida tuturor precauţiilor, mineritul carbonifer subteran rămâne una din ramurile industriale cele mai periculoase, conducând la producerea accidentelor de muncă soldate cu decese. Accidentele de muncă reprezintă evenimente complexe generate de numeroşi factori, iar prevenirea lor nu este posibilă fără analiza evenimentelor survenite în trecut şi interpretarea adecvată a rezultatelor studiilor statistice. Lucrarea de faţă sintetizează analiza evoluţiei accidentelor produse în minele din Valea Jiului în perioada 1972-2010. S-a concluzionat că metanul va rămâne, în continuare, principala sursă de îngrijorare, în ciuda tendinţei generale favorabile de evoluţie a ratei deceselor. În final, sunt formulate concluzii şi propuneri privind posibilităţile viitoare de creştere a nivelurilor de securitate la minele din Valea Jiului. Cuvinte cheie: statistică, eveniment, metan, explozie, risc, securitate şi sănătate în muncă. 1. Introducere

Metanul, entitate prezentă în mineritul carbonifer de pretutindeni, a constituit de-alungul timpului principalul pericol şi obiectul preocupărilor majore în cercetarea şi asigurarea condiţiilor superioare de securitate [1, 2, 9]. La nivel mondial, cercetări asidue având ca scop cunoaşterea elementelor legate de apariţia şi prevenirea pericolului provocat de gazul metan, demonstrează că nici un preţ nu este prea mare pentru a răsplăti cuceririle în asigurarea securităţii muncii în subteran. Metanul a constituit continuu un punct de analiză de maximă atenţie din trei motive principale şi anume: • metanul reprezintă un produs natural şi apare

frecvent în lucrările miniere subterane; • metanul constituie cauza prepoderentă a

accidentelor de muncă cu consecinţe catastrofale care s-au soldat cu pierderi de vieţi omeneşti şi

_____________________________ * Conf.dr.ing. Universitatea din Petroşani

materiale, acest factor de risc generând mai multe evenimente nedorite decât acţiunea cumulată a celorlalţi factori de risc din mineritului carbonifer [3];

• necesitatea utilizării raţionale a tehnologiei de captare - drenare a metanului [8].

Deşi motivul principal de extragere a metanului din zăcămintele de cărbune continuă să fie diminuarea emisiilor de metan din lucrările miniere, un stimulent important a fost şi drenarea acestui gaz pentru asigurarea unei surse de combustibil şi necesitatea reducerii emisiilor de gaze cu efect de seră.

Exploatarea huilei în bazinul Valea Jiului se realizează în condiţii geologico-miniere dificile, care generează numeroase pericole pentru securitatea şi sănătatea personalului din subteran. Celor mai importante categorii de pericole miniere le aparţin exploziile de metan, care de mult prea multe ori au constituit cauze ale catastrofelor miniere [6]. Materializarea practică a principiilor ştiinţifice de prevenire a exploziilor de metan a contribuit, de-a lungul timpului, la scăderea semnificativă a riscurilor de explozie în minele de huilă [7, 11]. Totuşi, în pofida numeroaselor realizări ştiinţifice şi tehnologice din acest domeniu, exploziile continuă să se producă, rămânând un potenţial pericol pentru sănătatea şi viaţa lucrătorilor, contribuind la generarea unor costuri considerabile asociate acţiunilor de combatere şi salvare, imobilizării rezervelor şi despăgubirilor acordate. 2. Natura impactului gazului metan asupra securităţii şi sănătăţii lucrătorilor din subteran

Gazul metan asociat zăcămintelor de huilă din bazinul carbonifer Valea Jiului a constituit o preocupare permanentă, de-a lungul timpului, atât din punct de vedere al securităţii şi sănătăţii lucrătorilor, al protecţiei zăcământului, echipamentelor şi utilajelor utilizate în subteran, cât şi din punct de vedere al impactului asupra atmosferei.

În prezent, la minele din Valea Jiului se aplică metode de exploatare care au ca element comun extragerea descendentă în felii a stratelor groase de cărbune, în speţă stratul 3, cu dirijarea presiunii miniere prin surparea totală a rocilor [4]. În cazul metodei de exploatare cu banc de cărbune


subminat, fragmentarea şi surparea masivului de rocă se face pe zone mult mai mari, generând apariţia golurilor de exploatare şi rămânerea în stare neevacuată a cărbunelui în spaţiul exploatat [14]. În acest caz, prin sistemele actuale de aeraj creşte posibilitatea apariţiei acumulărilor mari de metan care, împreună cu praful de cărbune, constituie principala sursă de formare a atmosferelor potenţial explozive, cu toate consecinţele defavorabile asupra asigurării securităţii muncii în subteran şi a unui mediu atmosferic subteran corespunzător desfăşurării normale a activităţilor de extracţie.

Scurgerile de aer prin spaţiul exploatat transportă oxigenul în zona spaţiului exploatat şi în acelaşi timp evacuează metanul cantonat în golurile dintre rocile surpate, precum şi căldura rezultată din oxidarea cărbunelui. În funcţie de raportul intensităţii proceselor, scurgerile de aer prin spaţiul exploatat pot conduce şi la autoîncălzirea şi autoaprinderea cărbunelui rămas în acest spaţiu ca urmare a pierderilor de exploatare. Cercetările întreprinse pe plan mondial au arătat că intensitatea fenomenelor de autoîncălzire şi autoaprindere este cu atât mai mică cu cât este mai mare concentraţia de metan din spaţiul exploatat [10, 12]. În ultimii ani, accidentele colective înregistrate la minele din Valea Jiului au fost cauzate de acumulările de metan din spaţiul exploatat.

Măsurile tehnice şi organizatorice destinate reducerii concentraţiilor de metan în mediul atmosferic subteran şi a cantităţilor de metan evacuate în atmosfera liberă prin intermediul staţiilor principale de ventilaţie vizează, direct sau implicit, atingerea următoarelor obiective:

• creşterea gradului de securitate şi de protecţie a zăcământului;

• asigurarea continuităţii în extragerea cărbunelui • creşterea nivelului de securitate în procesul de

extragere a cărbunelui; • reducerea timpului de imobilizare a rezervelor; • reducerea riscului formării amestecurilor

explozive şi diminuarea probabilităţii de apariţie a focurilor endogene;

• îmbunătăţirea condiţiilor de muncă şi securitate, prin scăderea factorilor de risc generaţi de focurile endogene şi exploziile de metan.

• scăderea numărului de accidente tehnice şi umane datorate fenomenelor dinamice;

• creşterea stării de siguranţă şi confort a personalului implicat direct în procesul de exploatare a huilei;

• minimizarea impactului asupra mediului. 3. Analiza statisticii accidentelor colective la minele din Valea Jiului

O statistică a accidentelor colective care s-au produs în ultimii 33 de ani la minele de huilă din Valea Jiului, prezentată în tabelul 1 [16], este deosebit de elocventă pentru riscul asociat formării amestecurilor explozive în condiţiile în care mijloacele de prevenire a acumulărilor de metan nu au avt şi nu au eficacitatea scontată [5, 15]. Insuficienta dispersie a metanului în curenţii de aeraj, asociată cu defectări tehnice şi/sau erori umane a generat numeroase evenimente cu consecinţe deosebit de grave pe plan uman şi economic.

Tab. 1. Date statistice privind accidentele colective de muncă din perioada 1972-2004 la minele din Valea Jiului

DATA LOCUL PRODUCERII CARACTERIZARE ŞI EFECTE EVENIMENT CAUZELE PRODUCERII EVENIMENTULUI

02.11.1972 E.M. Uricani, Abataj cameră, str. 3, bl. III

Explozie metan • 53 accidentaţi (43 mortal, 10

ITM); • întreruperea timp de 2 ore a

aerajului în zona bl. III.

• adoptarea unei metode de exploatare necorespunzătoare; • deficienţe în aeraj; • întrerupător AG 25; • alte cauze organizatorice.

16.01.1980 E.M. Petrila Abataj frontal, str.13, panoul B3, bl. I

Aprindere de metan • 7 accidentaţi ITM.

• nerespectarea tehnologiei de lucru; • deficienţe în aeraj; • alte cauze organizatorice.

29.11.1980 E.M. Livezeni, Abataj frontal, str. 5, bl. VI


ITM).

• deficienţe în aeraj; • întreţinerea şi exploatarea necorespunzătoare a

instalaţiilor electromecanice; • alte cauze organizatorice.

18.02.1982 E.M. Petrila Abataj cameră nr. 331, str. 3, bl. II

Explozie praf de cărbune • 29 accidentaţi (14 mortal, 15

ITM)

• adoptarea unei tehnologii de lucru necorespunzătoare; • alte cauze organizatorice.

09.09.1982

E.M. Paroşeni Galerie de cap, oriz. 360, abataj frontal panou 1, str. 5, bl. V


ITM)

• eroare în realizarea sistemului de decuplare automată a energiei electrice;

• alte cauze organizatorice.



26.06.1985 E.M. Aninoasa Abataj frontal nr. 4, str. 3, bl. V, oriz. X

Explozie hidrogen • 4 accidentaţi mortal.

• aplicarea unei tehnologii necorespunzătoare pentru stingere unui foc endogen, în urma căreia s-a produs disocierea termică a apei, rezultând hidrogen şi oxigen;

• deficienţe în aeraj; • alte cauze organizatorice.

21.03.1986 E.M. Vulcan Str. 7, bl. 0, oriz. 420


ITM).

• aplicarea unei tehnologii necorespunzătoare în timpul efectuării operaţiei de împuşcare;

• nerespectarea monografiei de armare, respectiv neînchiderea lucrărilor miniere vechi şi a spaţiului exploatat;

• deficienţe în aeraj; • amplasarea greşită a capetelor de detecţie a metanului.

22.03.1986 E.M. Vulcan Str. 7, bl. 0, oriz. 420


ITM).

• alte cauze organizatorice, respectiv acordarea acceptului de a intra într-o zonă cu concentraţie de metan în domeniul de explozivitate.

18.09.1989 E.M. Vulcan Galerie pregătire panoul 1, str. 5, bl. 0


ITM).

• nerealizarea măsurilor de combatere a acumulărilor de metan şi praf de cărbune;

• utilizarea în subteran a unor aparate cu flacără deschisă, fără luarea măsurilor corespunzătoare;

• deficienţe în aeraj; • amplasarea greşită a capetelor de detecţie a metanului.

13-14.11. 1991

E.M. Uricani Abataj frontal, panou 1, str. 3 Aprindere de metan • acumulare de metan;

• dezvoltarea unui fenomen de combustie spontană.

17.06.1993 E.M. Paroşeni Abataj frontal, str. 5, bl. V Aprindere de metan • acumulare de metan;

• operaţie de împuşcare.

21.06.1993 E.M. Vulcan Lucrări miniere str. 3, bl. II

Intoxicaţie cu monoxid de carbon • metode de etanşare a digurilor necorespunzătoare.

12.08.1994 E.M. Câmpu lui Neag Abataj cameră, str. 17/18. bl. VI.S

Aprindere de metan • acumulare de metan; • scurtcircuit electric.

30.03.1995 E.M. Paroşeni Abataj, panou 1, str. 5, bl. 0 Aprindere de metan • acumulare de metan;

• fenomen de autoîncălzire a cărbunelui.

12.09.1996 E.M. Petrila Abataj SCRI nr. 332, str. 3, bl. II, oriz.0

Aprindere de metan • 5 accidentaţi (4 mortal, 1

ITM)

• nerespectarea tehnologiei de lucru la spargerea supragabariţilor;


25.07.1996 E.M. Petrila Sud Puţul Auxiliar

Avarie tehnică • 3 accidentaţi mortal.

• manevrarea greşită a troliilor de acţionare a podului de lucru;


08.11.1996 E.M. Uricani Galerie conjugată de aeraj, str. 8/9, bl.VI S, oriz. 400

Intoxicaţie cu monoxid de carbon • 5 accidentaţi mortal.

• nerespectarea instrucţiunilor privind reglementarea activităţii de salvare minieră.

18.11.1996 E.M. Vulcan Abataj SCRI nr. 3, str. 3, bl.VI


ITM).

• nerespectarea metodei cadru de exploatare; • intrarea într-o zonă de foc în care concentraţiile de metan

erau la limita domeniului de explozivitate; • alte cauze organizatorice.

30.01.1997

E.M. Petrila Preabataj direcţional pe culcuşul stratului de cărbune, nr. 355 E - 334, str. 3, bl. II

Surpare • 4 accidentaţi (2 mortal, 2

ITM).

• nerespectarea tehnologiei de lucru; • necorelarea distanţei dintre frontul preabatajului şi frontul

abatajului din felia superioare. • alte cauze organizatorice.

19.05.1997

E.M. Dâlja Lucrările miniere aferente abatajului cu front scurt nr. 2311, str. 3, bl. II

Explozie de metan • 12 accidentaţi (7 mortal, 5

ITM).

• deficienţe în aeraj; • nerespectarea prevederilor Prescripţiei Tehnice privind

modul de efectuare a operaţiei de împuşcare; • amplasarea greşită a capetelor de detecţie a metanului; • alte cauze organizatorice.

22.07.1997 E.M .Vulcan Abataj S.C.R.I. nr. 6, str. 3, bl. IX


ITM).

• modificări şi improvizaţi la echipamentul electric din componenţa întrerupătorului tip cofret care alimenta motorul electric al transportorului cu raclete din transversala nr. 2, modificări şi improvizaţii care au anulat protecţia de tipul siguranţă intrinsecă din circuitul de comandă al transportorului cu raclete.

• deficienţe în aeraj.



28.04.1998 E.M. Dâlja, Abataj SCRI, nr. 331, str. 3, bl. III

Aprindere de metan • acumulare de metan; • lucrări de împuşcare.

29.04.1999 E.M. Paroşeni Abataj frontal panoul 2, str. 5, bl. 0

Explozie de metan • 2 accidentaţi ITM.

• aplicarea unei metode cadru de exploatare neadecvate condiţiilor câmpului de abataj;

• nerespectarea prevederilor Prescripţiei Tehnice privind prevenirea şi combaterea incendiilor şi focurilor endogene;


02.11.1999

E.M. Lupeni Abataj frontal cu banc de cărbune subminai panoul 3, str. 3, bl. V Sud

Surpare • 1 accidentat mortal.

• nerespectarea prevederilor metodei cadru de exploatare; • nerespectarea monografiei de exploatare.

17.01.2000 E.M. Lupeni Suitor aeraj SABO Explozie de metan • acumulare de metan.

• flacără deschisă.

14.09.2000 E.M. Uricani Abataj frontal panoul 4, str. 3, bl. III Nord

Surpare • 2 accidentaţi mortal.

• necunoaşterea caracteristicilor geologice şi geomecanice ale cărbunelui şi rocilor înconjurătoare;

• prezenţa numeroaselor excavaţii în jurul abatajului, respectiv starea secundară de tensiune foarte intensă şi variabilă;

• efectul undelor seismice generate de explozia încărcăturilor, declanşată la prima dirijare a bancului de cărbune.

30.09.2000 E.M. Valea de Brazi Abataj frontal panoul 2 S, str. 17-18, bl. VIII

Aprindere de metan • 2 accidentaţi ITM.

• nerespectarea prevederilor Prescripţiei Tehnice privind realizarea protecţiei împotriva scânteilor mecanice şi suprafeţelor supraîncălzite la echipamentele tehnice din minele cu regim grizutos.

• nerespectarea tehnologiei de lucru, respectiv a monografiei de armare;


07.08.2001 E.M. Vulcan Abatajului SCRI nr. 1-4, str. 3, bl. VIII

Explozie de metan cu participarea prafului de cărbune • 7 accidentaţi (1 mortal, 6

ITM).

• nerespectarea prevederilor Prescripţiei Tehnice privind modul de efectuare a operaţiei de împuşcare;

• deficienţe în aeraj; • alte cauze organizatorice.

30.08.2001

E.M. Bărbăteni Abataj frontal cu banc subminat nr. 8 E, str. 3, bl. XI, sub nivelul oriz. 615

Explozie de metan în zona închisă cu diguri de izolare

• acumularea metanului în zona închisa cu diguri de izolare.

12.06.2002 E.M. Vulcan Abatajului SCRI nr. 3, str. 3, bl. VI

Explozie de gaze combustibile• 14 accidentaţi (10 mortal, 4

ITM).

• aplicarea unei metode cadru de exploatare neadecvate condiţiilor câmpului de abataj.

• nerespectarea prevederilor Prescripţiei Tehnice privind prevenirea şi combaterea. incendiilor şi focurilor endogene;


31.07.2002 E.M. Petrila Zona închisă a abatajului SCRI nr. 138, str. 3, bl. 0

Explozie de gaze combustibile• 7 accidentaţi (1 mortal, 6

ITM).

• nerespectarea prevederilor Prescripţiei Tehnice privind prevenirea şi combaterea incendiilor şi focurilor endogene;


22.12.2002 E.M. Lonea Abataj SCRI nr. 74, str. 3, bl. VII


05.07.2003 E.M. Lonea Abataj SCRI nr. 74, str. 3, bl. VII

Aprindere de metan • acumulare de metan; • frecări mecanice.

18.04.2004 E.M. Petrila Puţ cu schip Incendiu • cărbune în spatele susţinerii;

• operaţie de sudare.

22.05.2004 E.M. Uricani Abataj frontal BS, panoul 5, str. 3, bl. III-IV



Analiza globală a datelor statistice disponibile a permis evidenţiere următoarelor aspecte: • din totalul de 35 evenimente, încadrate ca accidente colective, 13 sunt explozii de metan, 13 aprinderi de metan, 3 surpări, 2 intoxicaţii cu monoxid de carbon, o explozie de hidrogen în urma disocierii termice a apei în hidrogen şi oxigen, o explozie de praf de cărbune, o avarie tehnică prin manevrarea greşită a troliilor de acţionare şi un incendiu; s-a ţinut cont de faptul că este puţin probabilă atingerea concentraţiei minime explozive de praf de cărbune fără o explozie prealabilă de metan care ridică în suspensie praful de cărbune depus şi, ca urmare, s-a considerat şi evenimentul din 18.02.1982 având drept cauză primară prezenţa metanului; în consecinţă, din totalul de 35 accidente colective investigate, 27 sunt generate de acumulările de metan, adică 77,14 % din nr. total; • din totalul de 344 victime ale acestor fenomene dinamice, 239 şi-au pierdut viaţa (69,48 %) iar celelalte 105 au înregistrat incapacitate temporară de muncă (30,52 %); • cele 13 explozii de metan s-au soldat cu 200 decese (83,68 % din numărul total al deceselor) şi 87 cazuri de incapacitate temporară de muncă (82,86 % din numărul total al accidentelor cu ITM); • cele 13 aprinderi de metan s-au soldat cu 5

decese (2,09 % din nr. total al deceselor) şi 18 cazuri de incapacitate temporară de muncă (17,14 % din nr. total al accidentelor cu ITM); • evenimentul încadrat în urma cercetărilor ca fiind „explozie de praf de cărbune” a avut drept efecte umane 14 decese (5,86 % din nr. total al deceselor) şi 15 persoane care au suferit perioade variabile de incapacitate temporară de muncă;

Concluzionând, se poate afirma că 91,63 % dintre decesele rezultate în urma accidentele colective investigate s-au datorat unor evenimente având drept una dintre cauzele primare existenţa acumulărilor de metan în subteran. Acestora li s-a adăugat cauze de altă natură care au creat condiţiile de propagare a scenariilor de accidentare a personalului lucrător [13].

4. Analiza statistică a accidentelor de muncă şi a indicatorilor de securitate şi sănătate în muncă în perioada 1981-2010

În vederea stabilirii măsurilor necesare pentru creşterea nivelului de securitate şi sănătate la unităţile miniere din cadrul Companiei Naţionale a Huilei se impune realizarea unei analize a evoluţiei accidentelor de muncă şi a principalilor indicatori de securitate şi sănătate în muncă. Din punct de vedere statistic, situaţia evenimentelor produse în perioada 1981-2010 este redată în tabelul 2.

Tab. 2. Evoluţia accidentelor de muncă şi a indicatorilor specifici la minele din Valea Jiului

Număr accidente de muncă Anul ITM Invaliditate Decese Total Ifrecvenţă Igravitate Idurată medie Nr.acidente/1000 t

1981 1002 14 21 1037 34,5 1259,3 32,8 0,111982 926 25 56 1007 39,5 1139,3 33,6 0,101983 907 10 17 934 35,6 1176,2 37,9 0,091984 826 23 25 874 34,5 991,4 33,5 0,081985 731 22 28 781 30,3 987,5 41,3 0,071986 751 15 45 811 27,3 752,4 33,3 0,071987 948 18 31 997 43,9 661,0 26,5 0,091988 1377 13 42 1432 52,8 927,2 30,7 0,131989 1625 24 77 1726 51,8 947,2 32,2 0,161990 1368 5 17 1390 34,7 925,7 26,1 0,261991 1337 2 23 1362 34,0 1042,5 31,9 0,281992 1489 7 23 1519 36,5 1539,3 39,3 0,291993 1646 3 24 1673 40,5 1237,6 32,5 0,331994 1669 0 21 1690 38,7 1243,8 34,7 0,301995 1506 0 16 1522 37,0 1433,1 39,4 0,271996 1940 0 43 1983 48,0 1782,8 35,9 0,321997 1413 0 28 1441 38,1 1543,2 40,6 0,281998 1136 0 6 1142 49,0 1709,2 35,6 0,281999 1131 0 10 1141 57,2 2043,0 36,7 0,312000 1278 0 12 1290 70,7 1399,6 30,2 0,342001 1338 0 18 1356 75,7 2657,1 35,5 0,332002 1165 0 17 1182 68,5 2328,3 34,6 0,292003 962 0 6 968 59,0 1966,1 35,4 0,282004 575 0 7 582 39,7 1402,8 37,9 0,192005 319 0 7 326 24,5 1096,4 45,4 0,102006 291 0 2 293 24,5 1261,7 51,7 0,112007 251 0 1 252 21,4 1154,7 53,4 0,092008 220 1 15 236 20,5 1036,1 52,6 0,082009 267 0 2 269 25,1 1356,8 52,1 0,122010 216 0 1 217 23,5 1066,9 45,4 0,09


Perioada cea mai defavorabilă din punct de vedere al securităţii şi sănătăţii în muncă s-a înregistrat din 1988 până în anul 2002. Nr. cel mai mare de accidente s-a produs în 1996 şi 1983, reprezentând peste 25% din nr. total de accidente produs în România. Nr. cel mai mare de accidente mortale s-a înregistrat în 1989, adică 77 accidente mortale. Indicele de frecvenţă, nr. de accidentaţi raportaţi la o mie de lucrători, a avut valoarea cea mai mare în 2001, fiind de 75,7. În 2001 s-a înregistrat şi indicele de gravitate cel mai mare, respectiv 2657,1. În 2000 au fost cele mai multe accidente raportate la 1000 t extrase, respectiv 0,34.

Din analiza evoluţiei accidentelor de muncă din ultimul deceniu se pot constata următoarele: • a scăzut considerabil nr. accidentelor mortale şi cu invaliditate; • numărul accidentelor mortale a fost influenţat de producerea accidentelor colective; astfel, se observă că numărul accidentelor mortale în anii în care nu au fost înregistrate accidente colective este foarte redus, 1-2 accidente mortale/an; • reducerea nr. şi gravităţii accidentelor de muncă rezultă şi din evoluţia indicatorilor de securitate şi sănătate în muncă; indicele de frecvenţă a scăzut de la 75,7 la 23,5, indicele de gravitate a scăzut de la 2657,1 la 1066,9, iar indicele care se raportează la producţia extrasă a scăzut de la 0,33 la 0,09; • cu toate că indicele de frecvenţă a scăzut de la 75,7 la 23,5, totuşi el este cel mai ridicat din România; dacă se analizează indicele de frecvenţă, respectiv indicele de gravitate, pe domenii de activitate, se constată faptul că indici de gravitate de valori mari caracterizează domenii de activitate cu indici de frecvenţă de valori reduse; din această analiză se poate concluziona că în alte domenii de activitate se declară doar accidentele grave; faptul că la C.N.H. se declară toate accidentele de muncă (în ultimii ani fiind declarate şi cercetate şi accidentele uşoare) este un fapt pozitiv; • singurul indicator care a crescut în ultimii 10 ani este indicele de durată medie, de la 35,5 la 45,4; această creştere indică faptul că lucrătorii din minerit au o capacitate de recuperare din ce în ce mai redusă; nr. de zile pentru recuperarea capacităţii de muncă după producerea unui eveniment este din ce în ce mai mare; această stare de fapt se datorează creşterii vârstei medii la nivelul C.N.H., afectării stării de sănătate a personalului, lipsei tinerilor pentru executarea activităţilor care impun muncă fizică de intensitate ridicată; • în intervalul 2000-2010 a crescut semnificativ numărul de decese la locul de muncă care nu pot fi încadrate ca accidente de muncă: infarcturi, accidente cerebrale şi chiar sinucideri, evenimente care se produc pe fond psihosocial.

5. Concluzii Analiza evenimentelor produse, accidente de

muncă, boli profesionale, incidente periculoase, focuri de mină, fenomene de autoîncălzire, analiza indicilor de securitate, a costurilor non-securităţii şi a pierderilor de producţie şi, mai ales, a cauzelor care au condus la aceste evenimente trebuie să stea la baza stabilirii oricărei politici în domeniul sănătăţii şi securităţii în muncă.

Creşterea vârstei medii a personalului din cadrul C.N.H., înrăutăţirea condiţiilor specifice activităţii de subteran, disponibilizarea personalului şi, concomitent, stoparea angajărilor în minerit au condus la afectarea stării de sănătate a lucrătorilor, cu următoarele consecinţe: • capacitate de recuperare mai scăzută; • capacitate de reacţie diminuată, respectiv

predispoziţie la accident; • diminuarea atenţiei şi predispoziţie la stres; • producerea evenimentelor care au cauze

determinante stresul (accidente cardiovasculare, suicid, alcoolism);

• inaptitudinea de a executa anumite activităţi; • capacitate redusă la efort; • apariţia a noi boli profesionale în ultimii ani

legate în special de manipularea manuală a maselor şi de zgomot.

Neacoperirea unor posturi de care depinde sănătatea şi securitatea lucrătorilor sau acoperirea acestora cu lucrători care nu au competenţa necesară sau aptitudinea din punct de vedere medical, imposibilitatea de sancţionare prin retrogradare sau schimbare din funcţie sunt elemente contextuale care favorizează un climat de securitate inadecvat.

Începând cu anul 2006 s-a pus accentul pe evaluarea riscurilor în vederea reducerii sau chiar evitării riscului de eveniment major, în special al exploziilor, având în vedere că atât din statistica accidentelor de muncă, cât şi din statistica costurilor cu nonsecuritatea rezultă că aceste evenimente au influenţat cel mai mult starea de securitate a C.N.H. Din păcate, nu rareori acest proces fundamental are un caracter formal, de exclusivă conformare legislativă. La realizarea evaluării riscurilor o importanţă primordială o are luarea în considerare a opiniilor tuturor categoriilor de personal care pot fi afectate. Acestea pot include directorul minei, căruia îi revine, în fapt, responsabilitatea finală, inginerii minieri şi electromecanici, lucrătorii serviciului intern de prevenire şi protecţie şi reprezentanţii lucrătorilor. În funcţie de gravitatea percepută a consecinţelor, de dificultatea acţiunilor de combatere a efectelor sau de lungimea traseelor de evacuare se recomandă şi consultarea Serviciului de Salvare Minieră sau a


altor servicii de urgenţă care ar putea fi implicate în acţiunile de salvare şi combatere a consecinţelor.

În ciuda imaginii pozitive ilustrate de statisticile din ultimul deceniu, realitatea poate fi mai nuanţată. O lipsă cronică de informaţii certe, la mai multe niveluri, combinate cu mijloace statistice insuficiente de interpretare pot induce un fals sentiment de siguranţă, prin subestimarea potenţială a gradul de severitate al provocărilor de securitate. Închiderea minelor, fără o analiză atentă, poate induce alte consecinţe negative. De asemenea, subfinanţarea industriei miniere contribuie la crearea unor condiţiile de exploatare nesigure.

Fundamental, rezolvarea problemelor din industria cărbunelui va necesita măsuri adecvate şi informaţii statistice exacte. În acest scop, utilizarea standardelor bazate pe intensitatea măsurilor de îmbunătăţire a siguranţei trebuie să fie adaptată pentru a include obiective de siguranţă exprimate cantitativ. Acestea, deşi importante, nu vor trebui să devină un scop în sine, ci doar un instrument de fundamentare a deciziei. De exemplu, numărul de decese este un indicator relativ deoarece, în condiţiile reducerii drastice a personalului Companiei Naţionale a Huilei, compararea valorilor sale din anii dinaintea restructurării cu cei de după devine irelevantă.

Pe de altă parte, recurgerea la indicatorii cantitativi impune factorilor interesaţi reducerea numărului absolut de accidente de muncă şi, implicit, a deceselor. Această direcţie de acţiune pune, de asemenea, un accent mai mare pe tragediile şi pierderile individuale rezultate în urma accidentelor miniere. Ţintele agresive de îmbunătăţire, bazate pe indicatori cantitativi, pot deveni tangibile doar cu condiţia susţinerii lor realiste. În acest context, colectarea şi publicarea de informaţii exacte este o necesitate obligatorie în ceea ce priveşte constituirii unui climat adecvat şi a unei veritabile culturi a securităţii. În plus, guvernul trebuie să se concentreze asupra capacităţii de producţie sustenabile, pentru a răspunde atât cererii de cărbune pe plan naţional, cât şi asigurării condiţiilor de muncă sigure. Din această perspectivă, investiţiile în echipamentele tehnice şi resursele umane, precum şi punerea adecvată în aplicare a măsurilor de siguranţă constituie imperativele momentului. Finanţarea destinată asigurării măsurilor adecvate de siguranţă pentru minele de huilă a fost neglijată cronic. Industria minieră din România şi „dosarul său de securitate şi sănătate” ridică totodată probleme mai profunde care vizează viaţa socială, economică şi politică a naţiunii: Care este echilibrul între necesităţile energetice ale ţării, legate de creşterea economică dorită, şi starea de bine a societăţii?

Bibliografie

1. Anon, W.E. Mine disaster pushes safety to top of political agenda, 1995 (available www.mg.co.za; accessed: 06.08.2012) 2. Baleni, F. A silent Crime in the Mines, NUM News, 2007 (available at: www.num.org.za; accessed: 06.08.2012) 3. Battersby, J.D. 30 South African Miners Killed, 1987 (available at: www.nytimes.com; accessed: 03.08.2012) 4. Cozma, E. Optimizarea parametrilor de exploatare a zăcămintelor stratiforme, Editura Focus, Petroşani, 2002 5. Davies, A.W., Isaac, A.K., Cook, P.M. Investigation of a coal mine explosion and relevance of risk assessment, Vol. 109, Number 2, pp. 61-69, 2000. 6. Kissell, F.N. Handbook for Methane Control in Mining (IC 9486), Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Institute for Occupational Safety and Health, Pittsburgh Research Laboratory, Pittsburgh, USA, 2006 7. Kucuker, H. Occupational fatalities among coal mine workers in Zonguldak, Turkey, 1994-2003, Occupational Medicine, Volume 56, Issue 2, pp. 144-146, 2006 (avalable at: http://occmed.oxfordjournals.org/content/56/2/144.full.pdf+html; accessed: 06.08.2012) 8. Lupu, C. Metanul din minele de cărbune, Editura INSEMEX, Petroşani, 2007 9. McPherson, M.J. The Westray mine disaster. In: De Souza E, ed. Proceedings of the North American/Ninth U.S. Mine Ventilation Symposium (Kingston, Ontario, Canada, June 8-12, 2002). Lisse, Netherlands: Balkema, pp. 3–12 10. Mitchell, D.W. Mine Fires: Prevention Detection and Fighting, Third Edition, Intertec Publishing, Chicago, pp.82-83,1996 11. Moraru, R., Băbuţ, G., Cioca, L.I. Human Reliability Model and Application for Mine Dispatchers in Valea Jiului Coal Basin, Proceedings of the International Conference on Risk Management, Assessment And Mitigation (RIMA ’10), pp. 45-50, Bucharest, 20-22.04.2010, WSEAS Press, 2010 12. Moraru, R., Băbuţ, G. Oxygen deficiencies interpretation for use in ratios assessing spontaneous combustion activity, Revista Minelor, vol. 16, nr. 3/2010, pag. 15-19 13. Moraru, R., Băbuţ, G. Risk evaluation and participative management: practical guide, Editura Focus, Petroşani, 2010 14. Onica, I., Chiril, G. The undermined bench exploitation of coal in front works, Editura AGIR, Bucureşti, 2005 15. Terazawa, K, Takatori, T, Tomii, S, Nakano, K. Methane asphyxia. Coal mine accident investigation of distribution of gas, The American Journal of Forensic Medicine and Pathology Vol. 6 (3), pp. 211-214,1985 16. Technical expertise reports on causes for accidents, events and damages during 1991-2008, S.C. INSEMEX S.A. Petroşani.


Documents

Revista Minelor 3/2012