Il pozzo minerario (shaft) è un’opera di accesso verticale o sub-verticale scavata nella roccia che costituisce la principale via di comunicazione tra la superficie e i livelli di produzione di una miniera sotterranea. È un’infrastruttura fondamentale: è attraverso il pozzo che si estraggono il minerale e lo sterile, che vengono calati gli uomini, i materiali e le macchine, e che circolano l’aria di ventilazione, l’energia elettrica e le tubazioni di drenaggio.
Funzioni del pozzo
Un grande complesso minerario può richiedere pozzi differenziati per funzione:
- Pozzo di estrazione (hoisting shaft): destinato alla risalita in superficie del minerale e dello sterile mediante skip (contenitori a ribaltamento automatico) o gabbie (piattaforme per il personale e i materiali).
- Pozzo di ventilazione (ventilation shaft): convoglia l’aria fresca verso il basso (pozzo di aspirazione) o espelle l’aria viziata in superficie (pozzo di emissione), in funzione della posizione dei ventilatori principali.
- Pozzo di servizio: per personale, materiali, funi di emergenza.
- Pozzo di pompaggio: dedicato all’estrazione delle acque di infiltrazione.
Metodi di scavo
Scavo convenzionale dall’alto verso il basso (shaft sinking)
Il metodo tradizionale: si sminuisce il fondo del pozzo con esplosivi (volata circolare), si rimuove il materiale abbattuto con una benna di fondo (kibble) e si riveste progressivamente le pareti con getti di calcestruzzo o cunei di legno. Avanzamento tipico: 3–6 m/giorno. In terreni acquiferi si usa la tecnica del congelamento del suolo (iniezione di salamoia refrigerata per congelare il terreno intorno allo scavo).
Raise boring
Per scavare pozzi dal basso verso l’alto: si perfora dall’alto un foro guida di piccolo diametro (pilot hole), poi si applica una testa alesatrice (reamer) e si risale. Il materiale cade per gravità nel livello inferiore. Diametri fino a 6 m, rapido e sicuro perché il personale non opera mai nel fronte di scavo.
Blind boring
Tecnica meccanica per scavare dall’alto verso il basso con una testa perforatrice rotante su una colonna telescopica; evita gli esplosivi. Usata in terreni acquiferi o con vincoli di vibrazione.
Rivestimento e guida
Le pareti del pozzo sono rivestite con tubi di rivestimento in calcestruzzo armato o ghisa (spessori 200–600 mm) per sostenere le pressioni della roccia circostante e impermeabilizzare dagli acquiferi. All’interno del pozzo sono installate le guide (guides o buntons): strutture in acciaio o legno che guidano il moto verticale degli skip e delle gabbie, impedendo le oscillazioni.
Impianto di estrazione (hoisting)
Il cuore tecnologico del pozzo di estrazione è l’impianto di sollevamento (hoist). I componenti principali sono:
- Motore di trazione: elettrico, da centinaia di kW a pochi MW per i pozzi più profondi.
- Tamburo di avvolgimento o Koepe (puleggia di frizione con contrappeso): il sistema Koepe bilancia il peso del carico con un contrappeso, riducendo drasticamente la potenza necessaria.
- Funi d’acciaio: resistenze di rottura fino a 2000 kN.
- Skip o gabbia: il contenitore che sale e scende nel pozzo.
La velocità di sollevamento nei grandi pozzi raggiunge 15–20 m/s. La profondità dei pozzi minerari più profondi al mondo supera i 4 km (miniere d’oro del Witwatersrand, Sud Africa).