Tagebauverfahren werden eingesetzt, wenn eine Kohleader oder ein anderer Stoff so nahe an der Oberfläche liegt, dass er mit Bulldozern, Schaufeln und Lastwagen abgebaut werden kann, anstatt tiefe Schächte, Sprengvorrichtungen oder Kohlevergasungstechniken zu verwenden. Surface Mining ist vor allem dann sinnvoll, wenn das Gestein so wenig des abzubauenden Erzes enthält, dass herkömmliche Techniken, wie z. B. der Tunnelbau entlang von Adern, nicht eingesetzt werden können. Beim Tagebau wird die Erde und das Gestein über dem Kohle- oder Mineralflöz abgetragen und der Abraum als Abraum zur Seite geschoben. Das freiliegende Erz wird abgebaut und vor Ort aufbereitet oder per Lkw zu Aufbereitungsanlagen transportiert. Nach Beendigung des Abbaus kann die Oberfläche rekultiviert, restauriert und wiedergewonnen werden.
Der Tagebau macht bereits über 60 % der gesamten Mineralienproduktion der Welt aus, und dieser Anteil nimmt noch erheblich zu. Viele Faktoren tragen zur Beliebtheit des Tagebaus bei. Die Vorlaufzeit für die Erschließung eines Tagebaus beträgt durchschnittlich vier Jahre, im Gegensatz zu acht Jahren bei Untertagebergwerken. Die Produktivität der Arbeiter im Tagebau ist dreimal so hoch wie die der Arbeiter im Untertagebau. Die Kapitalkosten für die Erschließung von Tagebaubetrieben liegen zwischen 20 und 40 Dollar pro Jahrestonne verkaufsfähiger Kohle, während die Anlaufkosten für den Untertagebau mindestens doppelt so hoch sind und im Durchschnitt bei etwa 80 Dollar pro Jahrestonne liegen.
Die Vorstufen der Erschließung von Bergwerken umfassen das Sammeln detaillierter Informationen über den potenziellen Abbauort. Schürfungen und Kernbohrungen liefern Informationen über das Kohleflöz sowie das Deckgebirge und die allgemeine geologische Beschaffenheit des Standorts. Die Analyse der Bohrkerne aus dem Deckgebirge ist ein wichtiger Schritt zur Vermeidung von Umweltgefahren. Wenn beispielsweise der Schiefer zwischen den Kohleflözen und den darunter liegenden Schichten durch den Abbau gestört wird, kann er Säure produzieren. Wird diese Instabilität der Gesteinsschichten durch die Analyse der Bohrkerne aufgedeckt, kann der Säureabfluss durch eine geeignete Bergbauplanung vermieden werden. Die aus den Vorbohrungen gewonnenen Daten werden auf topografischen Karten dargestellt, so dass die Beziehung zwischen den Erzflözen und dem darüber liegenden Gelände deutlich erkennbar ist.
Nachdem die Testergebnisse und alle anderen relevanten Daten vorliegen, werden die Informationen zur Analyse in ein Computersystem eingegeben. In den Computermodellen werden verschiedene Grubenpläne und Abbaureihenfolgen getestet und nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien bewertet, um den optimalen Grubenplan zu ermitteln. Während der Erkundungsphase werden in der Regel Satellitenbilder und Luftaufnahmen gemacht. Diese Aufnahmen dienen als hervorragende visuelle Aufzeichnung der tatsächlichen Umweltbedingungen vor dem Abbau und werden häufig während des Rekultivierungsprozesses verwendet.
Es gibt verschiedene Arten des Tagebaus, darunter Flächenbergbau, Konturbergbau, Schneckenbergbau und Tagebau. Der Flächenbergbau wird vor allem im Mittleren Westen und in den westlichen Bergstaaten eingesetzt, wo die Kohleflöze horizontal unter der Oberfläche liegen. Die Arbeiten beginnen in der Nähe des Kohleaufschlusses, d. h. dort, wo das Erz am nächsten zur Oberfläche liegt. Große Abraumbagger oder Schleppschaufeln graben lange, parallele Gräben; dabei wird der Abraum entfernt, so dass das Erz freigelegt wird. Der Abraum aus dem Graben wird in den vorhergehenden Graben geworfen, aus dem bereits Kohle abgebaut wurde. Das Verfahren ist vergleichbar mit dem Pflügen eines Feldes in Furchen durch einen Landwirt. Wegen der steilen Hänge und des zerklüfteten Geländes, das häufig im Tagebau anzutreffen ist, wird das Erz in der Regel mit kleinen Geräten wie Frontladern, Planierraupen und Lastwagen abgebaut.
Der Tagebau wird auch in den Appalachen praktiziert, wo viele der Kohleflöze unter Bergen oder Ausläufern liegen. Diese Art des Flächenbergbaus ist allgemein unter dem Namen Mountaintop Removal bekannt. Die Berge, die mit dieser Technik abgebaut werden, haben in der Regel lange Bergrücken mit darunter liegenden Lagerstätten. Es wird ein Schnitt parallel zum Bergrücken gemacht, und die folgenden Schnitte erfolgen parallel zum ersten, wodurch die gesamte Bergspitze eingeebnet und abgeflacht wird. Bei der Rekultivierung dieser Gebiete werden meist Weide- oder Erschließungsflächen ausgewiesen.
Der Konturbergbau wird vor allem dort angewandt, wo das Flöz am nächsten zur Oberfläche liegt, also an steilen Hängen wie in den Appalachen. In diesen Gebieten liegt die Kohle in der Regel in flachen, durchgehenden Flözen, und der Abbau erfolgt entlang der Bergflanke. Auf diese Weise entsteht ein langer, schmaler Graben mit einem Hochwall, der sich entlang des Grabens erstreckt – die Konturlinie für horizontale Kohleflöze. Jüngste Bundesverordnungen haben viele Konturabbaupraktiken verboten, wie z. B. das Zurücklassen von freiliegenden Hochwänden und Abraum am Berghang.
Das Schneckenbohrverfahren wird hauptsächlich bei Bergungsarbeiten eingesetzt. Wenn es wirtschaftlich nicht mehr rentabel ist, den Abraum in der Hochwand abzutragen, werden Bohrtechniken eingesetzt, um zusätzliche Tonnage zu gewinnen. Mit dem Bohrer wird die Kohle durch Bohren unterhalb des endgültigen Hochwalls gewonnen. Derzeit entfallen nur 4 % der über Tage geförderten Kohleproduktion in den Vereinigten Staaten auf den Schneckenbergbau.
Der Tagebau wird vor allem in den westlichen Bundesstaaten eingesetzt, wo die Kohleflöze mindestens 30 m dick sind. Der dünne Abraum wird entfernt und mit Lastwagen abtransportiert, so dass das freiliegende Kohleflöz übrig bleibt. Diese Art des Bergbaus ist dem Steinbruchbetrieb sehr ähnlich.
Die im Tagebau eingesetzten Geräte reichen von Planierraupen, Frontladern, Schürfwagen und Lastwagen bis hin zu riesigen Schaufelbaggern, Schaufelradbaggern und Schleppschaufeln. In den letzten zehn Jahren konzentrierte sich die technologische Entwicklung auf die Mechanisierung und die Entwicklung von Schwerlastgeräten. Aufgrund wirtschaftlicher Faktoren haben sich die Gerätehersteller auf die Verbesserung der Leistung bestehender Geräte konzentriert, anstatt neue Technologien zu entwickeln. Seit der Rezession in den 1980er Jahren haben sich die Schaufelkapazität und die Größe der konventionellen Maschinen erhöht. Die Konzentration der Produktionstechnologie hat zu Bergbausystemen geführt, die Bergbauausrüstungen mit kontinuierlichen Transportsystemen und integrierten Computern in alle Aspekte der Industrie einbeziehen.
Der Tagebau kann schwerwiegende Auswirkungen auf die Umwelt haben. Durch den Prozess wird die gesamte Vegetation entfernt und die Mikroflora und Mikroorganismen werden zerstört. Der Boden, der Unterboden und die Schichten werden aufgebrochen und abgetragen. Wildtiere werden verdrängt, die Luftqualität leidet, und die Oberfläche verändert sich durch Oxidation und topografische Veränderungen.
Die mit dem Tagebau verbundene Hydrologie hat erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt. Die Abtragung von Abraum kann das Grundwasser in vielerlei Hinsicht verändern, z. B. durch Ableitung von Wasser aus dem Gebiet, Änderung der Fließrichtung des Grundwasserleiters und Absenkung des Grundwasserspiegels. Außerdem werden Kanäle geschaffen, durch die sich kontaminiertes Wasser mit Wasser aus anderen Grundwasserleitern vermischen kann. Das aus dem Bergbau abfließende saure Wasser kann das Gebiet und andere Wasserquellen verseuchen. Die Abwässer aus dem Bergbau sind nicht nur stark säurehaltig, sondern enthalten auch viele andere Spurenelemente, die sich negativ auf die Umwelt auswirken.
Bundesweit geltende Vorschriften schreiben vor, dass der Mutterboden nach Abschluss des Bergbaus neu verteilt werden muss, aber viele Menschen halten diese Vorschrift nicht für ausreichend. Wenn der Boden abgetragen wird, bricht die Bodenstruktur zusammen und verdichtet sich, so dass normale organische Stoffe nicht mehr in den Boden gelangen können. Die Mikroorganismen werden durch die Veränderungen im Boden und den Mangel an organischen Bestandteilen zerstört. Durch das Fehlen der einheimischen Vegetation wird auch die Erosionsrate in Bergbaugebieten stark erhöht.
Durch die Beseitigung von Vegetation und Abraum in der Abbaustätte wird die gesamte Tierwelt verdrängt, und ein großer Teil davon kann vollständig zerstört werden. Einige Arten von Wildtieren, wie Vögel und Wildtiere, können das Gebiet sicher verlassen, aber diejenigen, die Winterschlaf halten oder sich eingraben, sterben in der Regel an den Folgen des Abbaus. Teiche, Bäche und Sümpfe werden vor Beginn des Abbaus routinemäßig trockengelegt, und alles Wasserleben in der Region wird zerstört.
Neben den kurzfristigen Umweltauswirkungen hat der Tagebau auch langfristige Auswirkungen auf die Flora und Fauna in der Region der Mine. Salze, Schwermetalle, Säuren und andere Mineralien, die bei der Abraumbeseitigung freigesetzt werden, unterdrücken die Wachstumsrate und Produktivität. Aufgrund der veränderten Bodenzusammensetzung sind viele einheimische Pflanzenarten nicht in der Lage, sich anzupassen. Der Verlust der Vegetation bedeutet einen Verlust von Nahrungsgründen, was wiederum die Wanderungsbewegungen unterbricht. Verdrängte Arten dringen in benachbarte Ökosysteme ein, was zu einer Überbevölkerung und Störung benachbarter Lebensräume führen kann.
Siehe auch Surface Mining Control and Reclamation Act
RESOURCES
PERIODICALS
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