Поверхностная добыча , включая открытую добычу , карьерную добычу и добычу с удалением горных пород , представляет собой широкую категорию горных работ , при которой удаляются почва и горная порода, залегающие над месторождением полезных ископаемых ( вскрыша ), в отличие от подземной добычи , при которой залегающая над ней горная порода остается на месте, а полезное ископаемое извлекается через шахты или туннели.
В Северной Америке, где ведется большая часть открытой добычи угля , этот метод начал использоваться в середине XVI века [2] и применяется во всем мире при добыче множества различных полезных ископаемых. [3] В Северной Америке открытая добыча приобрела популярность в течение XX века, и сейчас открытые шахты добывают большую часть угля, добываемого в Соединенных Штатах . [4]
В большинстве форм открытой добычи полезных ископаемых тяжелое оборудование , такое как землеройные машины, сначала удаляет вскрышу. Затем большие машины, такие как экскаваторы-драглайны или роторные экскаваторы , извлекают минерал.
Преимущества открытой добычи включают более низкую стоимость и большую безопасность по сравнению с подземной добычей. Недостатки включают опасности для здоровья человека и окружающей среды. Люди сталкиваются с различными рисками для здоровья, вызванными добычей полезных ископаемых, такими как различные сердечно-сосудистые заболевания, загрязнение пищи и воды. Разрушение среды обитания , наряду с загрязнением воздуха, шума и воды, являются значительными негативными экологическими последствиями, вызванными побочными эффектами открытой добычи.
Существует пять основных типов открытых горных работ, которые подробно описаны ниже.
Добыча открытым способом — это практика добычи полезных ископаемых из пласта, при которой сначала удаляется длинная полоса вышележащей почвы и породы ( вскрыша ); эта деятельность также называется удалением вскрыши . Чаще всего она используется для добычи угля и лигнита (бурого угля) . Добыча открытым способом осуществима только тогда, когда рудное тело, подлежащее выемке, находится относительно близко к поверхности и/или в основном горизонтально. [5] Этот тип добычи использует некоторые из самых больших машин на земле, включая роторные экскаваторы , которые могут перемещать до 12 000 кубических метров (16 000 куб. ярдов) земли в час.
Существует две формы полосовой добычи. Более распространенный метод — это площадная выемка , которая используется на довольно ровной местности для извлечения залежей на большой площади. По мере выемки каждой длинной полосы вскрыша помещается в выемку, произведенную предыдущей полосой.
Контурная добыча подразумевает удаление вскрыши над минеральным пластом вблизи выхода на поверхность в холмистой местности, где выход на поверхность обычно следует контуру земли. За контурной вскрышей часто следует шнековая добыча в склоне холма для извлечения большего количества минерала. Этот метод обычно оставляет террасы на склонах гор.
Открытая добыча относится к методу извлечения горных пород или минералов из земли путем их удаления из открытого карьера или заимствования . Этот процесс выполняется на поверхности земли [6] Он лучше всего подходит для доступа к в основном вертикальным залежам минералов. Хотя открытую добычу иногда ошибочно называют «штриховой добычей», эти два метода различны (см. выше).
Добыча угля методом удаления с вершины горы (MTR) — это форма добычи угля, при которой угольные пласты разрабатываются под вершинами гор путем предварительного удаления вершины горы, залегающей над угольным пластом. Взрывчатые вещества используются для разрушения вскрыши (слоев горной породы над пластом), которая затем удаляется. Затем вскрыша сбрасывается самосвалами в засыпки в близлежащих впадинах или долинах. MTR включает в себя массовую перестройку земли для достижения угольных пластов на глубине до 400 футов (120 м) под поверхностью. Удаление с вершины горы заменяет исходный крутой ландшафт на гораздо более плоский рельеф. Попытки экономического развития на восстановленных шахтных участках включают тюрьмы, такие как федеральная тюрьма Big Sandy в округе Мартин, штат Кентукки , аэропорты небольших городов, поля для гольфа, такие как Twisted Gun в округе Минго, Западная Вирджиния и поле для гольфа Stonecrest в округе Флойд, штат Кентукки , а также промышленные полигоны для утилизации шлама, свалки твердых отходов, трейлерные парки, предприятия по производству взрывчатых веществ и пункты аренды хранилищ. [7]
Этот метод все чаще используется в последние годы на угольных месторождениях Аппалачей в Западной Вирджинии , Кентукки , Вирджинии и Теннесси в Соединенных Штатах. Глубокие изменения в топографии и нарушение ранее существовавших экосистем сделали удаление вершин гор весьма спорным. [8]
Сторонники [ кто? ] удаления горных вершин указывают, что как только территории будут восстановлены в соответствии с требованиями закона, эта технология обеспечит первоклассную ровную землю, пригодную для многих целей в регионе, где ровная земля встречается редко. Они также утверждают, что новый рост на восстановленных горных заминированных территориях лучше подходит для поддержки популяции диких животных. [9]
Критики [ кто? ] утверждают, что удаление вершин гор является катастрофической практикой, которая приносит пользу небольшому количеству корпораций за счет местных сообществ и окружающей среды . В заявлении Агентства по охране окружающей среды США (EPA) о воздействии на окружающую среду говорится, что ручьи вблизи насыпей долин иногда могут содержать более высокие уровни минералов в воде и снижать водное биоразнообразие . [10] В заявлении также подсчитано, что 724 мили (1165 км) ручьев Аппалачей были погребены насыпями долин с 1985 по 2001 год.
Взрывные работы на горной шахте по удалению выбрасывают пыль и летящие камни в воздух, которые затем могут беспокоить или осаждаться на частной собственности поблизости. Эта пыль может содержать соединения серы, которые, как утверждают некоторые, разъедают конструкции и надгробия и представляют опасность для здоровья. [11]
Хотя участки MTR должны быть восстановлены после завершения добычи, восстановление традиционно было сосредоточено на стабилизации горных пород и контроле эрозии, но не всегда на восстановлении лесов на этой территории. [12] Быстрорастущие неместные травы, высаженные для быстрого обеспечения растительности на участке, конкурируют с саженцами деревьев, и деревьям трудно устанавливать корневые системы в уплотненной засыпке. [10] Следовательно, биоразнообразие страдает в регионе Соединенных Штатов с многочисленными эндемичными видами . [13] Эрозия также увеличивается, что может усилить наводнения . На востоке Соединенных Штатов Аппалачская региональная инициатива по восстановлению лесов работает над продвижением использования деревьев при восстановлении горных выработок. [14]
Дноуглубление — это метод добычи полезных ископаемых ниже уровня грунтовых вод. Он в основном связан с добычей золота. Небольшие драги часто используют всасывание, чтобы поднять добытый материал со дна водоема. Исторически крупномасштабные дноуглубительные работы часто использовали плавучую драгу; судно, похожее на баржу, которое зачерпывает материал через конвейерную ленту на носу, отфильтровывает нужный компонент на борту и возвращает нежелательный материал в воду через другую конвейерную ленту на корме. В заполненных гравием речных долинах с мелкими водными уровнями плавучая драга может прокладывать себе путь через рыхлый осадок в пруду собственного изготовления.
Добыча угля в забое — это еще одна форма добычи, которая иногда проводится для извлечения дополнительного угля рядом с зоной добычи на поверхности. Метод произошел от шнековой добычи, но не соответствует определению открытой добычи, поскольку не предполагает удаления вскрыши для обнажения угольного пласта. [15] В заключительном отчете CERB № 2014-004 «Добыча угля в забое: методология проектирования, безопасность и пригодность» авторства И Ло его характеризуют как «относительно новый полуповерхностный и полуподземный метод добычи угля, который произошел от шнековой добычи». [16] При добыче угля в забое угольный пласт проникает комбайн непрерывного действия, приводимый в движение гидравлическим механизмом перемещения толкающей балки (PTM). Типичный цикл включает в себя подсыпку (запуск-проталкивание вперед) и срезку (подъем и опускание стрелы режущей головки для резки всей высоты угольного пласта). По мере продолжения цикла добычи угля режущая головка постепенно запускается в угольный пласт на 19,72 фута (6,01 м). Затем PTM автоматически вставляет прямоугольную толкающую балку (сегмент винтового конвейера) длиной 19,72 фута (6,01 м) в центральную часть машины между силовой головкой и режущей головкой. Система толкающей балки может проникать почти на 1200 футов (370 м) (доказано в 2015 году и по сей день) [ необходима ссылка ] в угольный пласт. Одна запатентованная система добычи угля в высоких забоях использует шнеки, заключенные внутри толкающей балки, которые предотвращают загрязнение добываемого угля обломками породы во время процесса транспортировки. Используя видеоизображение и/или датчик гамма-излучения и/или другие георадарные системы, такие как датчик обнаружения интерфейса уголь-порода (CID), оператор может видеть переднюю проекцию интерфейса пласт-порода и направлять непрерывное продвижение шахтера. Добыча угля методом вертикальной выемки позволяет добывать тысячи тонн угля контурным способом на узких уступах, на ранее отработанных участках, в траншейных шахтах и на крутопадающих пластах с использованием системы насосов с контролируемым притоком воды и/или системы продувки газом (инертным газом).
Извлечение с туннельной формой приводов, используемых шахтерами высокого уровня, намного лучше, чем круглые шнековые отверстия, но картирование областей, которые были разработаны шахтерами высокого уровня, не картируется так же тщательно, как области глубокой разработки. Очень мало почвы смещается по сравнению с удалением вершины горы; однако владение и эксплуатация шахтерами высокого уровня обходится сравнительно дороже.
Картографирование обнажения, а также данные керновых скважин и образцы, взятые в процессе изготовления уступов, принимаются во внимание для наилучшего проектирования панелей, которые будет резать комбайн. Препятствия, которые могут быть потенциально повреждены просадкой, и естественный контур карьера принимаются во внимание, и геодезист направляет комбайн по линии (теоретическая линия участка съемки), в основном перпендикулярной к карьеру. Параллельные линии представляют собой проходку, проложенную в горе (глубиной до 1200 футов (370 м) (записи 2015 года), [ требуется ссылка ] без направления или корректирующего рулевого управления по навигационному азимуту во время добычи приводит к пропуску части угольного пласта и представляет потенциальную опасность врезания в целики от предыдущих выработанных проходок из-за горизонтального дрейфа (качки) связки толкающего бруса-резака. Недавно [ когда? ] комбайны для добычи угля проникли более чем на 1200 футов (370 м) (текущие записи 2015 года [ требуется ссылка ] в угольный пласт, и сегодняшние модели способны идти дальше при поддержке гироскопической навигации и больше не ограничены количеством кабеля, хранящегося на машине. Максимальная глубина будет определяться напряжением дальнейшего проникновения и связанной с этим удельной потребляемой мощностью (кручение и натяжение в связки винтовых транспортеров), но сегодняшние оптимизированные винтовые транспортеры, транспортирующие воплощения (называемые толкающими брусами) с визуальной разработкой продукта и дискретным моделированием элементов (DEM) с использованием программного обеспечения для моделирования поведения потока показывает, что интеллектуальные расширенные проходки возможны, даже при крутых углах наклона от горизонтали до более 30 градусов вниз по скважине. В случае значительной крутой добычи фраза нового метода добычи должна быть «направленная добыча» (обычно используемые технологии, такие как ценная синергия направленного бурения и направленной добычи, классифицируются как методы «поверхность в пласт» (SIS)), сухой или мокрый, разрабатывается обезвоживание или резка и драгирование через винтовые транспортеры, которые являются упреждающими в разработке дорожной карты ведущей мировой компании по инжинирингу в области глубокой добычи. [ необходимо разъяснение ]
Традиционно перемещение материалов из карьеров осуществлялось вручную, с помощью конного транспорта и/или по шахтерским железным дорогам.
В настоящее время принято использовать самосвалы по подъездным дорогам, спроектированным с учетом особенностей карьера.
_(2).jpg/1280px-Flickr_-_Nicholas_T_-_German_Settlement_Reclamation_Project_(Revisited)_(2).jpg)
Федеральные правительства ввели множество законов и нормативных актов, которым горнодобывающие компании должны строго следовать. В Соединенных Штатах Закон о контроле за добычей полезных ископаемых и рекультивации от 1977 года обязывает рекультивацию открытых угольных шахт. [17] Рекультивация неугольных шахт регулируется государственными и местными законами, которые могут значительно различаться. Закон о национальной политике в области охраны окружающей среды (NEPA), Закон о сохранении и восстановлении ресурсов (RCRA), Закон о всеобъемлющем экологическом реагировании, компенсации и ответственности (CERCLA) и многие другие законы касаются темы открытой добычи полезных ископаемых. [17] В некоторых случаях даже при наличии надлежащего законодательства для открытой добычи полезных ископаемых некоторые негативные последствия для здоровья человека и окружающей среды сохраняются.
Поверхностная добыча может иметь ряд последствий для местной окружающей среды. Негативные последствия включают загрязнение почвы, воды, воздуха и шума, а также изменение ландшафта и различные другие негативные явления. [18] Однако новые технологии и правильное управление могут облегчить надлежащую очистку местного водоснабжения и восстановить местную экологию, что поможет восстановить окружающую среду. [18]
Каждый тип открытой добычи полезных ископаемых оказывает свое собственное воздействие на окружающую среду, как указано ниже.
Добыча открытым способом - После завершения работ хвосты помещаются обратно в яму и засыпаются, чтобы сделать участок похожим на ландшафт до добычи. Этот процесс включает удаление всей наземной растительности в этом районе, что наносит ущерб окружающей среде. [19] Верхний слой почвы может быть размещен поверх хвостов вместе с посадкой деревьев и другой растительности. Другой метод рекультивации включает заполнение ямы водой для создания искусственного озера. Большие оставшиеся хвосты могут содержать тяжелые металлы, которые могут вымывать кислоты, такие как свинец и медь, и попадать в водные системы. [20]
Открытая добыча - один из крупнейших в мире типов шахт, и масштабы этих операций оставляют после себя огромные шрамы на ландшафте, разрушение среды обитания и значительные затраты на очистку. [21] Открытый карьер может дать огромное количество пустой породы, на дороге могут образоваться карстовые воронки, затопления и аналогичные негативные последствия, как и при открытой добыче. [22]
Добыча с удалением вершин гор - включает удаление целых вершин гор, пустая порода которых используется для выравнивания окружающей земли путем заполнения рек и долин. Это очень разрушительно, поскольку физически постоянно изменяет ландшафт и связанную с ним экосистему. На всей территории Аппалачей в таких штатах, как Кентукки и Вирджиния, удаление вершин гор является распространенным методом добычи, при котором вырубаются целые леса, и территория становится уязвимой для возможных оползней, а восстановление иногда оказывается слишком сложным/дорогостоящим. [23]
Дноуглубительные работы - форма поверхностной добычи полезных ископаемых, при которой воздействие на окружающую среду в основном происходит под водой. Метод извлечения материала со дна моря или любого водоема приводит к вредному риску для морской жизни. В целом, эффект намного меньше по сравнению с другими методами добычи. Приток осадка может похоронить флору и фауну, изменить уровень воды и содержание кислорода. [24] Загрязнение воды и шумовое загрязнение являются проблемой, которую необходимо контролировать, поскольку морская жизнь очень чувствительна и уязвима к резким и вредным изменениям в своей экосистеме. [25]
Высокостенная добыча - оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем удаление горных пород, из-за меньшей площади внешней поверхности, но все еще есть негативные побочные эффекты. [15] Загрязнение воздуха и шум от взрывных работ являются обычными экологическими последствиями наряду с большими отвалами хвостов, которые могут попадать в водные пути и многочисленные экосистемы. [26]
Правильная очистка, восстановление и устранение опасностей на ранее действующем карьере требует больших денежных затрат и масштабной экологической реабилитации . [27] Эти проекты по рекультивации могут продолжаться в течение многих лет после закрытия карьера.
В некоторых случаях горнодобывающие компании разоряются, оставляя заброшенные шахты без финансирования рекультивации. В других случаях горнодобывающие компании не желают платить за рекультивацию, что означает необходимость судебных разбирательств или нормативных действий, чтобы заставить компании выделить средства на рекультивацию. Эти правовые вопросы часто задерживают рекультивацию, и окружающая среда подвергается негативному влиянию. В Соединенных Штатах, когда компания больше не существует или иным образом не может очистить территорию, специальные налоги на производителей опасных отходов (т. е. Суперфонд Агентства по охране окружающей среды ) могут использоваться для финансирования проектов рекультивации. [28]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )