Perforatrice idraulica per miniere di carbone: regole di sicurezza e selezione

Una perforatrice idraulica operante in una miniera di carbone è soggetta a una categoria di pericolo che non si applica affatto alle miniere metallifere o alle costruzioni di gallerie: l’ignizione del metano. Il meccanismo a percussione genera calore sulla superficie d’urto del pistone e all’interfaccia tra il gambo e la boccola di guida; il circuito idraulico opera a una pressione compresa tra 160 e 220 bar, con una temperatura dell’olio di ritorno riscaldata; inoltre, se uno spruzzo d’olio causato da un guasto di un raccordo raggiunge un’accumulazione di gas, il rischio d’incendio è immediato. Ogni scelta di componente e ogni procedura operativa nell’impiego di una perforatrice idraulica in miniera di carbone devono essere valutate alla luce di questo contesto, e non soltanto sulla base dei comuni criteri di prestazione e durata.

Le miniere di carbone sono inoltre classificate in base alla classificazione del rischio di gas — da non gassose a altamente gassose — con corrispondenti requisiti normativi per le specifiche degli equipaggiamenti, che variano a seconda della giurisdizione. Le regole di selezione illustrate in questo articolo si applicano specificamente ai perforatori idraulici per scavi di derivazione e ai relativi circuiti fluidi, nell’ambito della categoria di equipaggiamenti, e non costituiscono un sostituto della conformità alle normative specifiche del sito.

Requisiti di progettazione anti-esplosiva

Il fluido idraulico resistente al fuoco costituisce il requisito fondamentale per qualsiasi circuito idraulico sotterraneo in miniera di carbone. I normali fluidi idraulici a base di olio minerale sono infiammabili; un guasto di una tubazione che spruzzi olio minerale su superfici calde o su un arco elettrico crea un reale percorso di accensione. Le emulsioni acqua-olio (HFA-E, tipicamente contenenti dal 95% al 97% di acqua con concentrazione oleosa) o i glicoli acquosi (HFC) rappresentano le alternative standard resistenti al fuoco per i circuiti di percussione nelle miniere di carbone sotterranee. Il compromesso: entrambi presentano una lubrificità inferiore rispetto all’olio minerale, il che comporta maggiori sollecitazioni sui materiali delle guarnizioni e sul pacchetto di additivi antiusura presente nel fluido.

Le guarnizioni a percussione in PU funzionano in modo accettabile con emulsioni olio-in-acqua, purché la concentrazione sia mantenuta entro i limiti specificati. Quando la concentrazione dell'emulsione scende al di sotto del 5% di concentrato oleoso (il valore minimo tipico), la lubrificità diminuisce bruscamente e le guarnizioni in PU si usurano più rapidamente rispetto alla loro vita utile progettata. Le guarnizioni in HNBR tollerano meglio le variazioni di concentrazione e sono preferite nelle operazioni in cui è difficile mantenere una concentrazione esatta dell'emulsione. I fluidi glicolici acquosi, se utilizzati con una concentrazione errata di glicole, possono attaccare le guarnizioni statiche in NBR standard (anelli O) provocandone il rigonfiamento; per i circuiti con fluidi glicolici acquosi vengono specificati anelli O in FKM o in HNBR, anziché in NBR standard.

Specifiche tecniche per ambienti infiammabili

Sicurezza operativa: le tre procedure più importanti

L’ispezione del circuito idraulico prima di ogni turno è obbligatoria in un ambiente minerario carbonifero, dove la rottura di un tubo flessibile durante l’operazione costituisce un rischio immediato di incendio. L’ispezione comprende: lo stato del tubo flessibile (assenza di tagli, abrasioni che attraversino la guaina esterna o rigonfiamenti che indicano danni interni), i collegamenti dei raccordi (assenza di perdite alle giunzioni filettate, assenza di movimento dei raccordi sotto pressione manuale) e il livello del fluido nel serbatoio, con verifica della concentrazione dell’emulsione o del glicole. Un’emulsione degradata che appare normale nel colore ma risulta inferiore al 5% di concentrazione di olio rappresenta contemporaneamente un rischio di danneggiamento delle guarnizioni e di accensione.

La prevenzione degli spari a vuoto è più critica nelle miniere di carbone rispetto ad altre applicazioni. Quando la punta perde il contatto con la roccia e la percussione avviene contro l'aria, la valvola di sicurezza del circuito di percussione si attiva continuamente, generando calore nel corpo della valvola. Nell’ambito minerario e delle costruzioni standard, ciò rappresenta un problema di manutenzione; in un ambiente contenente metano, invece, un corpo valvola surriscaldato costituisce un ulteriore rischio di accensione. I sistemi automatici di interruzione degli spari a vuoto — che arrestano la percussione entro 200–500 millisecondi dal rilevamento di una percussione scarica, analizzando il relativo andamento della pressione — sono specificati come standard nelle configurazioni ben gestite di drifters per miniere di carbone.

La spurgo e la depressurizzazione del circuito di percussione dopo il turno, prima dello scollegamento del perforatore, rimuovono il fluido resistente al fuoco in pressione dai tratti del tubo flessibile che, durante il cambio turno, sono più soggetti a sollecitazioni. Lo scollegamento di un tubo flessibile in pressione in una galleria con presenza di gas rappresenta sia un rischio di contaminazione sia un rischio di incendio dovuto allo spruzzo di fluido. La procedura richiede la depressurizzazione attraverso il percorso di sfogo previsto dal sistema, e non mediante allentamento di raccordi sotto pressione.

Criteri di selezione specifici per ambienti di miniera di carbone

Caratteristiche del design Drifter che riducono il rischio operativo nelle miniere di carbone: circuito di percussione chiuso (l’olio di ritorno torna nel serbatoio senza esposizione all’atmosfera, riducendo al minimo la formazione di nebbia oleosa nell’atmosfera della fronte di scavo); alloggiamento del motore di rotazione ermetico con barriera a pressione positiva per impedire l’ingresso di polvere di carbone nella zona dei cuscinetti; circuito di acqua di spurgo per la pinza anteriore dotato di valvola di ritegno per evitare il reflusso dell’olio di percussione nel circuito di spurgo (l’acqua di spurgo contaminata nella fronte di scavo in una miniera di carbone costituisce un rischio secondario); e guaine antistatiche su tutti i tubi flessibili per percussione e rotazione.

Specifiche del kit di tenuta per perforatrici per miniere di carbone: kit di percussione in gomma HNBR compatibili con fluidi HFA-E o HFC, tenute di lavaggio frontale in materiale composito con supporto in PTFE (chimicamente inerte rispetto alle variazioni di pH dell’acqua di miniera) e tutti gli O-ring statici in HNBR o FKM per compatibilità con circuiti a glicole acquoso. Queste specifiche dei materiali devono essere indicate esplicitamente nel documento di approvvigionamento, anziché fare riferimento genericamente a un «kit standard». HOVOO fornisce kit di tenuta idonei per miniere di carbone per tutti i principali marchi di perforatrici, con opzioni di materiali verificate per compatibilità con HFA-E e HFC. Riferimenti completi dei modelli su hovooseal.com.