Pintakaivostekniikoita käytetään silloin, kun kivihiilisuoni tai muu aine sijaitsee niin lähellä pintaa, että se voidaan louhia puskutraktoreilla, moottorilapioilla ja kuorma-autoilla sen sijaan, että käytettäisiin syviä kuilukaivoksia, räjäytyslaitteita tai kivihiilen kaasuttamistekniikkaa. Pintakaivostoiminta on erityisen hyödyllistä silloin, kun kalliossa on niin vähän louhittavaa malmia, että tavanomaisia tekniikoita, kuten tunnelien louhintaa suonia pitkin, ei voida käyttää. Pintakaivostoiminnassa poistetaan hiili- tai mineraalipaljastuman yläpuolella oleva maa- ja kallioperä ja sijoitetaan pintamaa sivuun louhintarikasteeksi. Paljastettu malmi poistetaan ja malmi esikäsitellään paikan päällä tai se kuljetetaan kuorma-autolla jalostuslaitoksiin. Kaivostoiminnan päätyttyä pinta voidaan muotoilla uudelleen, kunnostaa ja ottaa talteen.
Pintakaivostoiminnan osuus maailman mineraalien kokonaistuotannosta on jo yli 60 prosenttia, ja osuus kasvaa huomattavasti. Pintakaivostoiminnan suosioon vaikuttavat monet tekijät. Pintakaivoksen kehittämisen läpimenoaika on keskimäärin neljä vuotta, kun se maanalaisten kaivosten kohdalla on kahdeksan vuotta. Pintakaivosten työntekijöiden tuottavuus on kolme kertaa suurempi kuin maanalaisten kaivosten työntekijöiden. Pintakaivoksen kehittämisen pääomakustannukset ovat 20-40 dollaria myytävää kivihiilitonnia kohti vuodessa, ja maanalaisen kaivostoiminnan aloituskustannukset ovat vähintään kaksi kertaa suuremmat, keskimäärin noin 80 dollaria vuositonnia kohti.
Kaivoksen kehittämisen alkuvaiheissa kerätään yksityiskohtaisia tietoja mahdollisesta kaivosalueesta. Kaivannoilla ja ydinporauksilla saadaan tietoa hiilikerroksesta sekä peittokerroksesta ja alueen yleisestä geologisesta koostumuksesta. Päällysteestä saadun kairaussydämen analysointi on tärkeä vaihe ympäristöriskien ehkäisemisessä. Kun esimerkiksi hiilikerrosten ja niiden alapuolella olevien kerrostumien välinen liuske häiriintyy kaivostoiminnassa, se voi tuottaa happamia . Jos tämä kerrostuman epävakaus havaitaan kairaussydämen analyysin avulla, happamat valumat voidaan välttää asianmukaisella kaivoksen suunnittelulla. Alustavista kairauksista saadut tiedot piirretään topografisiin karttoihin, jotta malmipitoisten kerrostumien ja niiden yläpuolisen maaston suhde on selvästi nähtävissä.
Kun koetulokset ja kaikki muut asiaankuuluvat tiedot on saatu, tiedot syötetään tietokonejärjestelmään analysointia varten. Tietokonemalleilla testataan erilaisia kaivossuunnitelmia ja louhintajaksoja ja arvioidaan niitä teknisten ja taloudellisten kriteerien perusteella optimaalisen kaivossuunnitelman määrittämiseksi. Tutkimusvaiheessa otetaan yleensä satelliitti- ja ilmakuvia. Nämä valokuvat toimivat erinomaisena visuaalisena tallenteena todellisista ympäristöolosuhteista ennen kaivostoimintaa, ja niitä hyödynnetään usein talteenottoprosessin aikana.
Pintakaivostoimintaa harjoitetaan useissa eri muodoissa, joita ovat muun muassa aluekaivostoiminta, ääriviivakaivostoiminta, porakaivostoiminta ja avolouhostoiminta. Aluekaivostoimintaa käytetään pääasiassa keskilännessä ja läntisissä vuoristovaltioissa, joissa hiilikerrostumat sijaitsevat vaakasuoraan pinnan alla. Toiminta aloitetaan lähellä kivihiilen esiintymiskohtaa, jossa malmi on lähimpänä pintaa. Suuret kuorintalapiot tai raahauskaivannot kaivavat pitkiä yhdensuuntaisia kaivantoja; näin poistetaan pintakerros, jolloin malmi paljastuu. Kaivannosta kaivettu pintamaa heitetään edelliseen kaivantoon, josta hiiltä on jo louhittu. Prosessi on samanlainen kuin maanviljelijä, joka kyntää pellon kouruihin. Jyrkkien rinteiden ja jylhän maaston vuoksi malmi otetaan yleensä talteen pienellä kalustolla, kuten kauhakuormaajilla, puskutraktoreilla ja kuorma-autoilla.
Aluekaivostoimintaa harjoitetaan myös Appalakeilla, jossa monet hiilikerrostumat sijaitsevat vuorten tai tuntureiden alla. Tällainen alueellinen louhinta tunnetaan yleisesti nimellä mountaintop removal. Tällä tekniikalla louhituilla vuorilla on yleensä pitkiä harjanteita, joiden alla on esiintymiä. Leikkaus tehdään harjun suuntaisesti, ja seuraavat leikkaukset tehdään ensimmäisen leikkauksen suuntaisesti, jolloin koko vuoren huippu tasoittuu ja litistyy. Kun näitä alueita kunnostetaan, yleisimmät käyttötarkoitukset ovat laidunmaat tai kehittämisalueet.
Kontuurikaivostoimintaa käytetään pääasiassa siinä kohdassa, jossa sauma on lähimpänä pintaa, jyrkissä rinteissä, kuten Appalakkien vuoristossa. Näillä alueilla hiili sijaitsee yleensä tasaisissa yhtenäisissä kerroksissa, ja louhinta jatkuu vuoren kylkeä pitkin. Näin syntyy pitkä, kapea kaivanto, jonka varrella kulkee korkea seinämä, joka on vaakasuorien hiilikerrostumien ääriviiva. Viimeaikaiset liittovaltion määräykset ovat kieltäneet monet ääriviivojen louhintakäytännöt, kuten korkean seinämän ja louhintaröykkiöiden jättämisen vuorenrinteelle.
Kairausmenetelmää käytetään ensisijaisesti pelastusoperaatioissa. Kun ei ole enää taloudellisesti kannattavaa poistaa kalliopaljastumaa, käytetään porausmenetelmiä lisätonnimäärän talteenottamiseksi. Kivihiiltä louhitaan poraamalla lopullisen vallien alapuolelle. Tällä hetkellä vain 4 prosenttia Yhdysvaltojen pintakaivetusta hiilituotannosta on avolouhintaa.
Avolouhintaa käytetään pääasiassa läntisissä osavaltioissa, joissa kivihiilikerrostumien paksuus on vähintään 30 metriä (100 jalkaa). Ohut pintakerros poistetaan ja viedään pois paikalta kuorma-autolla, jolloin paljastunut hiilisauma jää jäljelle. Tämäntyyppinen kaivostoiminta on hyvin samankaltaista kuin kivenlouhintatoiminta.
Pintakaivostoiminnassa käytettävä kalusto vaihtelee puskutraktoreista, etupään kauhakuormaajista, kaapimista ja kuorma-autoista jättimäisiin moottorilapioihin, kauhapyöräkaivinkoneisiin ja draglineihin. Viimeisten kymmenen vuoden aikana teknologinen kehitys on keskittynyt koneellistamiseen ja raskaiden laitteiden kehittämiseen. Taloudellisten tekijöiden vuoksi laitevalmistajat ovat keskittyneet parantamaan olemassa olevien laitteiden suorituskykyä uusien teknologioiden kehittämisen sijasta. 1980-luvun laman jälkeen kauhakapasiteetti ja perinteisten koneiden koko ovat kasvaneet. Tuotantoteknologian keskittyminen on luonut kaivosjärjestelmiä, joissa kaivoslaitteisiin on yhdistetty jatkuvatoimisia kuljetusjärjestelmiä ja integroituja tietokoneita kaikkiin teollisuuden osa-alueisiin.
Pintakaivostoiminnalla voi olla vakavia ympäristövaikutuksia. Prosessi poistaa kaiken kasvillisuuden, tuhoaa mikroflooran ja mikro-organismit . Maaperä , pohjamaa ja kerrostumat rikotaan ja poistetaan. Villieläimet syrjäytyvät, ilmanlaatu kärsii ja pinnan muutokset johtuvat hapettumisesta ja topografisista muutoksista.
Pintakaivostoimintaan liittyvällä hydrologialla on suuri vaikutus ympäristöön . Päällysteen poistaminen voi muuttaa pohjavettä monin tavoin, kuten valuttamalla vettä alueelta, muuttamalla pohjaveden virtaussuuntaa ja laskemalla pohjavedenpintaa. Se luo myös kanavia, joiden kautta saastunut vesi voi sekoittua muiden pohjavesialueiden veteen. Kaivostoiminnan happamat valumavedet voivat saastuttaa alueen ja muut vesilähteet. Sen lisäksi, että kaivostoiminnan hulevedet ovat erittäin happamia, ne sisältävät myös monia muita hivenaineita, jotka vaikuttavat haitallisesti ympäristöön.
Liittovaltion säädökset edellyttävät, että pintamaat jaetaan uudelleen kaivostoiminnan päätyttyä, mutta monet ihmiset eivät pidä tätä vaatimusta riittävänä. Kun maa-ainesta poistetaan, maaperän rakenne hajoaa ja tiivistyy, jolloin normaali orgaaninen aines ei pääse maaperään. Maaperän muutokset ja orgaanisten ainesosien puute tuhoavat mikro-organismit. Eroosionopeus kaivosalueilla lisääntyy myös huomattavasti, koska alkuperäinen kasvillisuus puuttuu.
Kasvillisuuden ja pintamaan poistaminen kaivosalueella syrjäyttää kaiken luonnonvaraisen eläimistön, ja suuri osa siitä voi tuhoutua kokonaan. Jotkin luonnonvaraisen eläimistön muodot, kuten linnut ja riistaeläimet, voivat päästä turvallisesti pois alueelta, mutta talvehtivat tai kaivautuvat eläimet kuolevat yleensä kaivostoiminnan seurauksena. Lammet, purot ja suot tyhjennetään rutiininomaisesti ennen kaivostoiminnan aloittamista, ja kaikki alueen vesieliöstö tuhoutuu.
Lyhytaikaisten ympäristövaikutusten lisäksi pintakaivostoiminnalla on myös pitkäaikaisia vaikutuksia kaivoksen alueella olevaan kasvistoon ja eläimistöön. Suolat, raskasmetallit , hapot ja muut mineraalit, jotka paljastuvat pintamaan poiston aikana, tukahduttavat kasvunopeuden ja tuottavuuden. Maaperän koostumuksen muutosten vuoksi monet alkuperäiset kasvilajit eivät pysty sopeutumaan. Kasvillisuuden häviäminen merkitsee ruokailualueiden häviämistä, mikä puolestaan häiritsee muuttoreittejä. Syrjäytyneet lajit tunkeutuvat viereisiin ekosysteemeihin, mikä voi aiheuttaa ylikansoitusta ja viereisten elinympäristöjen häiriöitä.
Ks. myös Surface Mining Control and Reclamation Act
RESURCES
PERIODICALS
Chironis, N. ”With Dozers Bigger Is Better.” (Puskutraktoreilla isompi on parempi). Coal Age 91 (heinäkuu 1986): 56.
Sanda, A. ”Draglines Dominate Big Surface Mines”. Coal Age 96 (heinäkuu 1991): 30.
Schmidt, B. ”GAO to Interior: Get Tough on Mining.” American Metal Market 96 (21. joulukuuta 1988): 2.
Singhal, R. K. ”In Pit Crushing and Conveying Systems”. World Mining Equipment 10 (tammikuu 1986): 24.
”Surface Mining Costs Decline in the Midwest”. Kaivostoiminta 91 (toukokuu 1986): 10.
