Techniki górnictwa odkrywkowego są stosowane, gdy żyła węgla lub innej substancji leży tak blisko powierzchni, że może być wydobywana za pomocą buldożerów, łopat energetycznych i ciężarówek zamiast stosowania głębokich kopalń szybowych, urządzeń wybuchowych lub technik zgazowania węgla. Górnictwo odkrywkowe jest szczególnie przydatne, gdy skała zawiera tak mało wydobywanej rudy, że nie można zastosować konwencjonalnych technik, takich jak drążenie tuneli wzdłuż żył. Górnictwo odkrywkowe usuwa ziemię i skały znajdujące się nad pokładem węgla lub minerałów i umieszcza nadkład z jednej strony jako urobek. Odsłonięta ruda jest usuwana, a wstępna obróbka odbywa się na miejscu lub ruda jest przewożona ciężarówkami do zakładów przetwórczych. Po zakończeniu operacji górniczych powierzchnia może być rekonturowana, odnawiana i rekultywowana.
Górnictwo odkrywkowe stanowi już ponad 60% całkowitej produkcji minerałów na świecie, a odsetek ten znacznie wzrasta. Do popularności górnictwa odkrywkowego przyczynia się wiele czynników. Czas budowy kopalni odkrywkowej wynosi średnio cztery lata, w przeciwieństwie do ośmiu lat w przypadku kopalni podziemnych. Wydajność pracowników w kopalniach odkrywkowych jest trzykrotnie wyższa niż pracowników kopalń podziemnych. Koszt kapitałowy budowy kopalni odkrywkowej wynosi od 20 do 40 dolarów za roczną tonę sprzedawanego węgla, natomiast koszty uruchomienia kopalni podziemnej są co najmniej dwukrotnie wyższe i wynoszą średnio około 80 dolarów za roczną tonę.
Wstępne etapy rozwoju kopalni polegają na zebraniu szczegółowych informacji o potencjalnym miejscu wydobycia. Wykopy i wiercenia rdzeniowe dostarczają informacji na temat pokładu węgla, jak również nadkładu i ogólnego składu geologicznego terenu. Analiza rdzenia wiertniczego z nadkładu jest ważnym krokiem w zapobieganiu zagrożeniom dla środowiska. Na przykład, gdy łupki znajdujące się pomiędzy pokładami węgla a warstwami leżącymi pod nimi są naruszone przez wydobycie, mogą wytwarzać kwas. Jeśli ta niestabilność warstw zostanie wykryta dzięki analizie rdzeni wiertniczych, można uniknąć odpływu kwasu poprzez odpowiednie zaprojektowanie kopalni. Dane uzyskane z wierceń wstępnych są nanoszone na mapy topograficzne, tak aby związek między pokładami rudy a leżącym nad nimi terenem był wyraźnie widoczny.
Po uzyskaniu wyników badań i wszystkich innych istotnych danych, informacje są wprowadzane do systemu komputerowego w celu analizy. Różne projekty kopalni i sekwencje wydobycia są testowane przez modele komputerowe i oceniane według kryteriów technicznych i ekonomicznych w celu określenia optymalnego projektu kopalni. W fazie rozpoznawczej wykonuje się zwykle zdjęcia satelitarne i lotnicze. Zdjęcia te służą jako doskonały wizualny zapis rzeczywistych warunków środowiskowych przed rozpoczęciem wydobycia i są często wykorzystywane podczas procesu rekultywacji.
Istnieje kilka rodzajów górnictwa odkrywkowego, a są to: górnictwo odkrywkowe, górnictwo konturowe, górnictwo ślimakowe i górnictwo odkrywkowe. Górnictwo powierzchniowe jest stosowane głównie na Środkowym Zachodzie i w zachodnich stanach górskich, gdzie pokłady węgla leżą poziomo pod powierzchnią. Operacje rozpoczynają się w pobliżu wychodni węgla – punktu, w którym ruda leży najbliżej powierzchni. Duże łopaty lub drezyny kopią długie, równoległe rowy, które usuwają nadkład, odsłaniając rudę. Nadkład wydobyty z wykopu jest zrzucany do poprzedniego wykopu, z którego już wydobyto węgiel. Proces ten jest podobny do orania pola przez rolnika w bruzdach. Ze względu na strome zbocza i nierówny teren często spotykany w górnictwie odkrywkowym, ruda jest zwykle wydobywana za pomocą niewielkiego sprzętu, takiego jak ładowarki czołowe, buldożery i ciężarówki.
Górnictwo odkrywkowe jest również praktykowane w Appalachach, gdzie wiele pokładów węgla leży pod górami lub na pogórzu. Ten rodzaj wydobycia obszarowego jest powszechnie znany jako usuwanie wierzchołków gór. Góry wydobywane tą techniką mają zazwyczaj długie grzbiety z leżącymi pod nimi złożami. Cięcie jest wykonywane równolegle do grzbietu, a kolejne cięcia są wykonywane równolegle do pierwszego; w rezultacie cały wierzchołek góry zostaje wyrównany i spłaszczony. Gdy obszary te są rekultywowane, najczęstszym przeznaczeniem są pastwiska lub tereny pod zabudowę.
Górnictwo odkrywkowe jest stosowane głównie w miejscu, gdzie pokład leży najbliżej powierzchni, na stromych zboczach, takich jak w Appalachach. Na tych obszarach węgiel zazwyczaj leży w płaskich, ciągłych pokładach, a wydobycie kontynuowane jest wzdłuż zbocza góry. W ten sposób powstaje długi, wąski wykop, którego ściany ciągną się wzdłuż wykopu – linii konturowej poziomych pokładów węgla. Ostatnie regulacje federalne zakazały wielu praktyk górnictwa konturowego, takich jak pozostawianie odsłoniętej ściany i urobku na zboczu góry.
Proces świdrowy jest stosowany głównie w operacjach ratowniczych. Kiedy nie jest już ekonomicznie opłacalne usunięcie nadkładu w ścianie wydobywczej, stosuje się techniki świdrowe w celu odzyskania dodatkowego tonażu. Wiertnica wydobywa węgiel, drążąc otwór pod końcową ścianą wydobywczą. Obecnie górnictwo otworowe stanowi jedynie 4% produkcji węgla wydobywanego powierzchniowo w Stanach Zjednoczonych.
Górnictwo odkrywkowe jest stosowane przede wszystkim w stanach zachodnich, gdzie pokłady węgla mają grubość co najmniej 30 m (100 stóp). Cienki nadkład jest usuwany i wywożony ciężarówką z miejsca wydobycia, pozostawiając odsłonięty pokład węgla. Ten typ operacji górniczych jest bardzo podobny do operacji w kamieniołomach.
Sprzęt używany w górnictwie odkrywkowym obejmuje spychacze, ładowarki czołowe, zgarniarki i ciężarówki do gigantycznych łopat o dużej mocy, koparek z kołem czerpakowym i drabin. W ciągu ostatnich dziesięciu lat rozwój technologiczny koncentrował się na mechanizacji i rozwoju ciężkiego sprzętu. Ze względu na czynniki ekonomiczne, producenci sprzętu skupili się na poprawie wydajności istniejącego sprzętu, a nie na opracowywaniu nowych technologii. Od czasu recesji w latach 80-tych wzrosła pojemność łyżek i wielkość maszyn konwencjonalnych. Koncentracja technologii produkcji stworzyła systemy górnicze, które obejmują sprzęt górniczy z ciągłymi systemami transportowymi i zintegrowanymi komputerami we wszystkich aspektach przemysłu.
Górnictwo odkrywkowe może mieć poważne skutki dla środowiska. Proces ten usuwa wszelką roślinność, niszcząc mikroflorę i mikroorganizmy . Gleba, podglebie i warstwy są łamane i usuwane. Dzikie zwierzęta są przemieszczane, jakość powietrza cierpi, a zmiany powierzchni występują ze względu na utlenianie i zmiany topograficzne.
Hydrologia związana z górnictwem odkrywkowym ma duży wpływ na środowisko . Usuwanie nadkładu może zmieniać wody gruntowe na wiele sposobów, w tym odprowadzać wodę z obszaru, zmieniać kierunek przepływu w warstwie wodonośnej i obniżać zwierciadła wody. Tworzy również kanały, które pozwalają zanieczyszczonej wodzie mieszać się z wodą z innych warstw wodonośnych. Odpływ kwaśnej wody z kopalni może skazić teren i inne źródła wody. Oprócz wysokiej kwasowości, spływy z operacji górniczych zawierają również wiele innych pierwiastków śladowych, które negatywnie wpływają na środowisko.
Przepisy federalne wymagają, aby wierzchnia warstwa gleby została ponownie rozprowadzona po zakończeniu wydobycia, ale wiele osób nie uważa tego wymogu za wystarczający. Kiedy gleba jest usuwana, struktura gleby rozpada się i zagęszcza, uniemożliwiając przedostanie się do niej normalnej materii organicznej. Mikroorganizmy są niszczone przez zmiany w glebie i brak składników organicznych. Tempo erozji na obszarach górniczych jest również znacznie zwiększone ze względu na brak rodzimej roślinności.
Usuwanie roślinności i nadkładu w miejscu wydobycia powoduje przemieszczanie się całej dzikiej przyrody, a duża jej część może zostać całkowicie zniszczona. Niektóre formy dzikich zwierząt, takie jak ptaki i zwierzęta łowne, mogą bezpiecznie wydostać się z tego obszaru, ale te, które hibernują lub zakopują się, zazwyczaj giną w wyniku wydobycia. Stawy, strumienie i bagna są rutynowo osuszane przed rozpoczęciem operacji wydobywczych, a całe życie wodne w regionie jest niszczone.
Oprócz krótkoterminowych skutków środowiskowych, górnictwo odkrywkowe ma również długoterminowy wpływ na florę i faunę w regionie kopalni. Sole, metale ciężkie, kwasy i inne minerały ujawnione podczas usuwania nadkładu hamują tempo wzrostu i produktywność. Ze względu na zmiany w składzie gleby wiele rodzimych gatunków roślin nie jest w stanie się do nich przystosować. Utrata roślinności oznacza utratę żerowisk, co z kolei zaburza wzorce migracji. Przemieszczone gatunki wkraczają do sąsiednich ekosystemów, co może spowodować przeludnienie i zaburzenie sąsiednich siedlisk.
Patrz także Surface Mining Control and Reclamation Act
RESOURCES
PERIODICALS
Chironis, N. „With Dozers Bigger Is Better.” Coal Age 91 (lipiec 1986): 56.
Sanda, A. „Draglines Dominate Big Surface Mines.” Coal Age 96 (lipiec 1991): 30.
Schmidt, B. „GAO to Interior: Get Tough on Mining.” American Metal Market 96 (grudzień 21, 1988): 2.
Singhal, R. K. „In Pit Crushing and Conveying Systems.” World Mining Equipment 10 (styczeń 1986): 24.
„Surface Mining Costs Decline in the Midwest.” Górnictwo 91 (maj 1986): 10.
