Ytbrytningsteknik används när en åder av kol eller annat ämne ligger så nära ytan att den kan brytas med bulldozers, spadar och lastbilar i stället för att använda djupa schaktgruvor, sprängladdningar eller tekniker för förgasning av kol. Ytbrytning är särskilt användbart när berget innehåller så lite av den malm som ska brytas att konventionella tekniker, t.ex. tunneldrivning längs ådror, inte kan användas. Vid ytbrytning avlägsnas den jord och den sten som ligger ovanför kol- eller mineralfåran och överskottsmassorna läggs åt sidan som spillror . Den exponerade malmen avlägsnas och den preliminära bearbetningen sker på plats eller så transporteras malmen med lastbil till bearbetningsanläggningar. När gruvverksamheten är avslutad kan ytan återigen bearbetas, restaureras och återställas.
Oppåverkad gruvdrift står redan för mer än 60 % av världens totala mineralproduktion, och denna andel ökar avsevärt. Många faktorer bidrar till ytbrytningens popularitet. Ledtiden för att utveckla en gruva på ytan är i genomsnitt fyra år, jämfört med åtta år för underjordiska gruvor. Produktiviteten hos arbetare i dagbrott är tre gånger högre än hos arbetare i underjordiska gruvor. Kapitalkostnaden för utveckling av en gruva i dagbrott är mellan 20 och 40 dollar per årston säljbart kol, och startkostnaderna för underjordisk gruvdrift är minst dubbelt så höga och ligger i genomsnitt på cirka 80 dollar per årston.
De inledande stadierna av gruvutvecklingen innebär att man samlar in detaljerad information om den potentiella gruvplatsen. Grävning och kärnborrning ger information om kolfåran samt om överlagret och om platsens allmänna geologiska sammansättning. Analysen av borrkärnan från överjorden är ett viktigt steg för att förebygga miljöfaror. När t.ex. skiffern mellan kolfårorna och de underliggande lagren störs av gruvdrift kan den producera syra . Om denna instabilitet i lagren upptäcks genom analys av borrkärnorna kan man undvika sur avrinning genom att utforma gruvan på lämpligt sätt. De uppgifter som erhållits från den preliminära borrningen ritas in på topografiska kartor så att förhållandet mellan malmlagren och den överliggande terrängen tydligt framgår.
När testresultat och alla andra relevanta uppgifter har erhållits förs informationen in i ett datorsystem för analys. Olika gruvkonstruktioner och gruvsekvenser testas av datormodellerna och utvärderas enligt tekniska och ekonomiska kriterier för att fastställa den optimala gruvkonstruktionen. Satellitbilder och flygfoton tas vanligen under undersökningsfasen. Dessa fotografier fungerar som en utmärkt visuell dokumentation av de faktiska miljöförhållandena före gruvdriften, och de används ofta under återvinningsprocessen.
Det finns flera olika typer av ytbrytning, och dessa inkluderar områdesbrytning, konturbrytning, snigelbrytning och dagbrottsbrytning. Områdesbrytning används främst i Mellanvästern och de västra bergsstaterna, där kolfåror ligger horisontellt under ytan. Verksamheten inleds i närheten av kolutgången – den punkt där malmen ligger närmast ytan. Stora skott eller draglines gräver långa parallella diken, vilket innebär att man avlägsnar överlagret och lämnar malmen blottlagd. Det överskottsmaterial som grävs bort från diket kastas in i det föregående diket, från vilket kolet redan har utvunnits. Processen liknar en lantbrukare som plöjer ett fält i furor. På grund av de branta sluttningarna och den karga terrängen som ofta förekommer vid områdesbrytning, utvinns malmen vanligen med hjälp av liten utrustning, t.ex. skoplastare, bulldozers och lastbilar.
Områdesbrytning förekommer också i Appalacherna, där många av kolfårorna ligger under berg eller bergsutlöpare. Denna typ av gruvdrift är allmänt känd som bergsbrytning. De berg som bryts med denna teknik har i allmänhet långa bergsryggar med underliggande avlagringar. Ett snitt görs parallellt med åsen, och efterföljande snitt görs parallellt med det första, vilket resulterar i att hela bergets topp jämnas ut och plattas ut. När dessa områden återställs är de vanligaste angivna användningsområdena betesmarker eller utvecklingsområden.
Konturbrytning används främst på den punkt där sömmen ligger närmast ytan, på branta lutningar som i Appalacherna. I dessa områden ligger kolet vanligtvis i platta kontinuerliga bäddar och utvinningen fortsätter längs bergssidan. Detta ger ett långt, smalt dike med en högvägg som sträcker sig längs diket – konturlinjen för horisontella kolfåror. Nya federala förordningar har förbjudit många metoder för konturbrytning, t.ex. att lämna exponerad högvägg och spill på bergssidan.
Tornet används i första hand i bärgningsverksamhet. När det inte längre är ekonomiskt lönsamt att avlägsna överlagret i högväggen används skruvteknik för att utvinna ytterligare tonnage. Med hjälp av en skruvmejsel utvinns kolet genom att borra sig in under den sista högväggen. För närvarande står snigelbrytning endast för 4 % av kolproduktionen i USA.
Öppen gruvdrift används främst i västra delstaterna, där kolfårorna är minst 30 meter tjocka. Det tunna överjorden avlägsnas och tas bort från platsen med lastbil och lämnar den exponerade kolfåran kvar. Denna typ av gruvdrift är mycket lik stenbrottsverksamhet.
Den utrustning som används vid ytbrytning sträcker sig från bulldozers, skoplastare, skrapor och lastbilar till gigantiska kraftspadar, grävmaskiner med skovelhjul och draglines. Under de senaste tio åren har den tekniska utvecklingen koncentrerats på mekanisering och utveckling av tung utrustning. På grund av ekonomiska faktorer har tillverkare av utrustning fokuserat på att förbättra prestandan hos befintlig utrustning i stället för att utveckla ny teknik. Sedan recessionen på 1980-talet har skopkapaciteten och storleken på konventionella maskiner ökat. Koncentrationen av produktionstekniken har skapat gruvsystem där gruvutrustning ingår med kontinuerliga transportsystem och integrerade datorer i alla aspekter av branschen.
Oppåverkad gruvdrift kan ha allvarliga miljöeffekter. Processen tar bort all växtlighet och förstör mikroflora och mikroorganismer . Jorden , underjorden och lagren bryts sönder och avlägsnas. Djurlivet förflyttas, luftkvaliteten försämras och ytförändringar uppstår på grund av oxidation och topografiska förändringar.
Hydrologi i samband med ytlig gruvdrift har en stor inverkan på miljön . Borttagning av överlagring kan förändra grundvattnet på många olika sätt, bland annat genom att dränera vatten från området, ändra riktningen på grundvattenflödet och sänka grundvattennivåerna. Det skapar också kanaler som gör att förorenat vatten kan blandas med vatten från andra akviferer. Surt avrinningsvatten från gruvverksamheten kan förorena området och andra vattenkällor. Förutom att vara mycket surt innehåller avrinningen från gruvverksamheten också många andra spårämnen som påverkar miljön negativt.
Federala bestämmelser kräver att matjord omfördelas efter avslutad gruvdrift, men många människor anser inte att detta krav är tillräckligt. När jorden avlägsnas bryts markstrukturen ner och packas ihop, vilket hindrar normalt organiskt material från att komma in i jorden. Mikroorganismerna förstörs av förändringarna i jorden och bristen på organiska komponenter. Erosionsgraden i gruvområden ökar också kraftigt på grund av bristen på inhemsk vegetation.
Röjningen av vegetation och överskottsmassor på gruvområdet förskjuter alla vilda djur och en stor del av dem kan förstöras helt. Vissa former av vilda djur, t.ex. fåglar och vilt, kan ta sig ut ur området på ett säkert sätt, men de som övervintrar eller gräver ner sig dör vanligtvis till följd av gruvbrytningen. Dammar, bäckar och träsk dräneras rutinmässigt innan gruvverksamheten påbörjas och allt vattenliv i området förstörs.
Förutom de kortsiktiga miljöeffekterna har ytbrytning även en långsiktig påverkan på flora och fauna i gruvområdet. Salter, tungmetaller , syror och andra mineraler som exponeras under avlägsnandet av överlagret undertrycker tillväxthastighet och produktivitet. På grund av förändringar i markens sammansättning kan många inhemska växtarter inte anpassa sig. Förlusten av vegetation innebär en förlust av födosöksområden, vilket i sin tur stör vandringsmönster. Förflyttade arter inkräktar på angränsande ekosystem, vilket kan leda till överbefolkning och störning av angränsande livsmiljöer.
Se även Surface Mining Control and Reclamation Act
RESOURCES
PERIODIKALER
Chironis, N. ”With Dozers Bigger Is Better”. Coal Age 91 (juli 1986): 56.
Sanda, A. ”Draglines Dominate Big Surface Mines”. Coal Age 96 (juli 1991): 30.
Schmidt, B. ”GAO to Interior: 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 (maj 1986): 10.
