Vlaktemijnbouwtechnieken worden gebruikt wanneer een ader van steenkool of een andere stof zo dicht aan de oppervlakte ligt dat deze kan worden ontgonnen met bulldozers, elektrische schoppen en vrachtwagens in plaats van met diepe schachtmijnen, explosieven of steenkoolvergassingstechnieken. Oppervlaktemijnbouw is vooral nuttig wanneer het gesteente zo weinig van het te delven erts bevat dat conventionele technieken, zoals het graven van tunnels langs aders, niet kunnen worden gebruikt. Bij bovengrondse mijnbouw worden de aarde en het gesteente boven de kolen- of mineraallaag verwijderd en wordt de deklaag als spoil aan de kant gelegd. Het blootgelegde erts wordt verwijderd en de eerste verwerking gebeurt ter plaatse of het erts wordt per vrachtwagen naar verwerkingsfabrieken gebracht. Nadat de mijnbouw is voltooid, kan het oppervlak opnieuw worden gesaneerd, hersteld en teruggewonnen.
Oppervlakte mijnbouw is al goed voor meer dan 60% van de totale wereldproductie van mineralen, en dit percentage neemt nog aanzienlijk toe. Veel factoren dragen bij tot de populariteit van oppervlaktemijnbouw. De aanlooptijd voor de ontwikkeling van een bovengrondse mijn bedraagt gemiddeld vier jaar, in tegenstelling tot acht jaar voor ondergrondse mijnen. De productiviteit van de werknemers in bovengrondse mijnen is drie keer zo hoog als die van de werknemers in ondergrondse mijnen. De kapitaalkosten voor de ontwikkeling van een bovengrondse mijn bedragen tussen 20 en 40 dollar per ton verkoopbare steenkool per jaar, terwijl de aanloopkosten voor ondergrondse mijnbouwactiviteiten minstens het dubbele bedragen, gemiddeld ongeveer 80 dollar per ton per jaar.
In de voorbereidende fasen van de mijnbouw moet gedetailleerde informatie worden verzameld over de potentiële mijnbouwlocatie. Het graven van sleuven en het boren van boorkernen levert informatie op over de kolenlaag, de deklaag en de algemene geologische samenstelling van de locatie. Analyse van de boorkern uit de deklaag is een belangrijke stap bij het voorkomen van milieurisico’s. Wanneer bijvoorbeeld de leisteen tussen de kolenlagen en de onderliggende lagen door mijnbouw wordt verstoord, kan deze zuur produceren . Indien deze instabiliteit in de lagen door analyse van de boorkernen wordt ontdekt, kan zure afvloeiing worden vermeden door een passend mijnontwerp. De gegevens die bij de voorbereidende boringen zijn verkregen, worden op topografische kaarten uitgezet, zodat het verband tussen de ertslagen en het bovenliggende terrein duidelijk zichtbaar wordt.
Nadat de testresultaten en alle andere relevante gegevens zijn verkregen, wordt de informatie in een computersysteem ingevoerd voor analyse. Verschillende mijnontwerpen en mijnbouwsequenties worden door de computermodellen getest en aan de hand van technische en economische criteria geëvalueerd om het optimale mijnontwerp te bepalen. Tijdens de exploratiefase worden gewoonlijk satellietbeelden en luchtfoto’s gemaakt. Deze foto’s dienen als een uitstekend visueel verslag van de werkelijke milieu-omstandigheden vóór de mijnbouwoperatie, en zij worden vaak gebruikt tijdens het terugwinningsproces.
Er zijn verschillende types van oppervlakte-ontginning, en deze omvatten oppervlakte-ontginning, contour-ontginning, avegaar-ontginning, en open-pit-ontginning. Oppervlaktemijnbouw wordt voornamelijk toegepast in het Midwesten en de westelijke bergstaten, waar de kolenlagen horizontaal onder de oppervlakte liggen. De werkzaamheden beginnen in de buurt van de kolenlaag – het punt waar het erts het dichtst aan de oppervlakte ligt. Grote graafschoppen of draglines graven lange parallelle sleuven; dit verwijdert de deklaag, waardoor het erts bloot komt te liggen. De deklaag die uit de geul wordt gehaald, wordt in de vorige geul gegooid, waar de steenkool al uit is gehaald. Het proces is vergelijkbaar met een boer die een akker in ploegvoren ploegt. Vanwege de steile hellingen en het ruige terrein dat vaak bij mijnbouw wordt aangetroffen, wordt het erts meestal gewonnen met klein materieel zoals front-end bucketloaders, bulldozers en vrachtwagens.
Area mining wordt ook beoefend in Appalachia, waar veel van de kolenlagen onder bergen of uitlopers liggen. Dit type mijnbouw is algemeen bekend als bergtop ontginning. De bergen die met deze techniek worden ontgonnen, hebben meestal lange bergkammen met onderliggende afzettingen. Er wordt een snede gemaakt evenwijdig aan de bergkam, en de daaropvolgende sneden worden evenwijdig aan de eerste gemaakt; dit heeft tot gevolg dat de hele top van de berg wordt geëgaliseerd en afgevlakt. Wanneer deze gebieden worden ontgonnen, zijn de meest voorkomende bestemmingen weidegronden of ontwikkelingslocaties.
Contour mijnbouw wordt voornamelijk gebruikt op het punt waar de naad het dichtst bij de oppervlakte ligt, op steile hellingen zoals in het Appalachen gebergte. In deze gebieden ligt de steenkool gewoonlijk in vlakke ononderbroken bedden, en de uitgraving gaat verder langs de zijkant van de berg. Dit levert een lange, smalle geul op, met een highwall die zich langs de geul uitstrekt – de contourlijn voor horizontale kolenlagen. Recente federale verordeningen hebben veel contourmijnbouwpraktijken verboden, zoals het laten liggen van blootliggende highwall en spoil op de berghelling.
Het grondboorproces wordt voornamelijk gebruikt bij bergingsoperaties. Wanneer het niet langer economisch rendabel is om de deklaag in de hoogwand te verwijderen, worden avegaartechnieken gebruikt om extra tonnage te winnen. De grondboor wint steenkool door onder de laatste highwall door te boren. Momenteel is de avegaarwinning slechts goed voor 4% van de bovengrondse steenkoolproductie in de Verenigde Staten.
Open-pit mining wordt vooral gebruikt in westelijke staten, waar de kolenlagen minstens 30 m dik zijn. De dunne deklaag wordt verwijderd en met vrachtwagens van de locatie afgevoerd, waarna de blootliggende kolenlaag overblijft. Dit soort mijnbouw lijkt sterk op steengroeve-exploitatie.
Het materieel dat bij dagbouw wordt gebruikt varieert van bulldozers, voorladers, schrapers en vrachtwagens tot gigantische graafmachines, graafmachines met graafwielen en draglines. In de afgelopen tien jaar heeft de technologische ontwikkeling zich geconcentreerd op de mechanisatie en de ontwikkeling van zwaar materieel. Als gevolg van economische factoren hebben de fabrikanten van materieel zich geconcentreerd op de verbetering van de prestaties van bestaand materieel in plaats van op de ontwikkeling van nieuwe technologieën. Sinds de recessie van de jaren tachtig zijn de bakcapaciteit en de omvang van conventionele machines toegenomen. Concentratie van de produktietechnologie heeft geleid tot mijnbouwsystemen waarin mijnbouwapparatuur met continue transportsystemen en geïntegreerde computers in alle aspecten van de industrie zijn opgenomen.
Oppervlakte mijnbouw kan ernstige gevolgen hebben voor het milieu. Het proces verwijdert alle vegetatie en vernietigt de microflora en micro-organismen. De bodem , ondergrond , en lagen worden gebroken en verwijderd . Wilde dieren worden verplaatst, de luchtkwaliteit lijdt eronder, en het oppervlak verandert door oxidatie en topografische veranderingen.
Hydrologie in verband met oppervlaktemijnbouw heeft een groot effect op het milieu . Het verwijderen van de deklaag kan het grondwater op talrijke manieren veranderen, onder meer door water uit het gebied af te voeren, de stromingsrichting van de aquifer te wijzigen en de grondwaterstand te verlagen. Ook ontstaan er kanalen waardoor verontreinigd water zich kan vermengen met water van andere watervoerende lagen. Zure afvloeiing van water uit de mijnbouw kan het gebied en andere waterbronnen verontreinigen. Naast het feit dat het zeer zuur is, bevat de afvloeiing van mijnbouwactiviteiten ook veel andere sporenelementen die een nadelige invloed hebben op het milieu.
De federale regelgeving schrijft voor dat de bovengrond opnieuw moet worden verdeeld nadat de mijnbouw is voltooid, maar veel mensen vinden deze eis niet voldoende. Wanneer grond wordt verwijderd, wordt de bodemstructuur afgebroken en verdicht, waardoor normaal organisch materiaal niet meer in de bodem kan komen. Micro-organismen worden vernietigd door de veranderingen in de bodem en het gebrek aan organische bestanddelen. De erosiesnelheid in mijnbouwgebieden wordt ook sterk verhoogd door het ontbreken van inheemse vegetatie.
Het verwijderen van vegetatie en deklaag op de mijnbouwlocatie verdrijft alle wilde dieren, en een groot deel ervan kan volledig worden vernietigd. Sommige vormen van wilde dieren, zoals vogels en wild, kunnen veilig uit het gebied komen, maar diegenen die overwinteren of zich ingraven, sterven meestal als gevolg van de mijnbouw. Vijvers, beken en moerassen worden routinematig drooggelegd voordat de mijnbouw begint en al het aquatisch leven in de regio wordt vernietigd.
Naast de milieu-effecten op korte termijn heeft oppervlaktemijnbouw ook gevolgen op lange termijn voor de flora en fauna in de regio van de mijn. Zouten, zware metalen, zuren en andere mineralen die tijdens het verwijderen van de deklaag worden blootgelegd, onderdrukken de groeisnelheid en de productiviteit. Door veranderingen in de bodemsamenstelling zijn veel inheemse plantensoorten niet in staat zich aan te passen. Het verlies van vegetatie betekent een verlies van voedselgebieden, wat op zijn beurt de migratiepatronen verstoort. Verplaatste soorten dringen binnen in naburige ecosystemen, wat kan leiden tot overbevolking en verstoring van aangrenzende habitats.
Zie ook Surface Mining Control and Reclamation Act
RESOURCES
PERIODICALS
Chironis, N. “With Dozers Bigger Is Better.” Coal Age 91 (juli 1986): 56.
Sanda, A. “Draglines domineren grote bovengrondse mijnen.” Coal Age 96 (juli 1991): 30.
Schmidt, B. “GAO aan Binnenlandse Zaken: Get Tough on Mining.” American Metal Market 96 (21 december 1988): 2.
Singhal, R. K. “In Pit Crushing and Conveying Systems.” World Mining Equipment 10 (januari 1986): 24.
“Surface Mining Costs Decline in the Midwest.” Mining 91 (mei 1986): 10.
