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露天掘り（オープンピット採掘、オープンカット採掘、大規模採掘とも呼ばれる）[ 1 ]は、地表から岩石や鉱物を採掘する表面採掘技術である。
露天掘り鉱山は、商業的に有用な鉱石や岩石の鉱床が地表近くで見つかり、表土が比較的薄い場合に使用されます。一方、地下採掘を使用すると、より深い鉱床に到達できます。[ 2 ]
この採掘方法は、鉱山労働者の健康と安全に様々なリスクをもたらし、環境にも重大な悪影響を与える可能性がある。
鉱夫は通常、地下の鉱床の位置を特定するために一連の試掘孔を掘削します。採取したサンプルから、鉱石の範囲を判断できます。これにより、鉱脈や鉱床の可能性のある位置とその商業的価値を判断することができます。[ 5 ]建築資材や寸法石を生産する露天掘り鉱山は、一般的に採石場と呼ばれます。
露天掘り鉱山は、坑道の垂直レベルを表すベンチの上に掘られます。ベンチの間隔は、採掘される鉱床、採掘される鉱物、および使用される機械のサイズによって異なります。一般的に、大規模な鉱山のベンチは厚さが 12 ～ 15 メートルです。 [ 6 ]対照的に、多くの採石場は通常浅いため、ベンチは使用されません。[ 6 ]一度に複数のベンチで採掘を行うことができ、異なるベンチへのアクセスはランプシステムで行われます。各ベンチの幅は、使用される機器のサイズによって決まり、一般的には 20 ～ 40 メートル幅です。[ 5 ]下向きのランプは、新しいレベルでの採掘を開始できるように作成されます。この新しいレベルは徐々に広くなり、新しいピットの底を形成します。[ 5 ]
採掘場の壁面は、一般的に垂直よりも緩やかな角度で掘られます。採掘場が深くなるにつれて不要な岩石が剥ぎ取られるため、この角度は落石による損傷や危険を防止・最小限に抑えるための安全対策です。ただし、これは岩石の風化や浸食の程度、および岩石の種類によって異なります。また、断層、せん断、節理、葉理など、岩石内部に存在する構造的な弱点の量にも左右されます。
壁は段状になっている。壁の傾斜部分はバッターと呼ばれ、段の平らな部分はベンチまたはベルムと呼ばれる。壁の段は、落石が壁面全体に広がるのを防ぐのに役立つ。場合によっては、追加の地盤支持が必要となり、ロックボルト、ケーブルボルト、吹付けコンクリートが使用される。排水ボーリングを使用して、壁に水平に穴を開けることで水圧を軽減することも可能であり、それだけで壁が破損するのに十分な場合が多い。[ 7 ]
露天掘り鉱山は、鉱物資源が枯渇するか、覆土と鉱石の比率が増加してそれ以上の採掘が非経済的になるまで、通常は採掘されます。[ 9 ]露天掘り鉱山が閉鎖された後、固形廃棄物の処分場として埋め立てられることがあります。鉱山跡が湖にならないように、通常は何らかの水管理が必要です。いくつかの旧露天掘り鉱山は、ラウジッツ湖水地方、中央ドイツ湖水地方、オーバープファルツ湖水地方などの地域を形成するために、意図的に人工湖に転換されました。これらの湖の形成において特に懸念されるのは、酸性鉱山排水です。
露天掘りは産業界で最も危険な分野の一つと考えられており、鉱夫の健康に重大な害を及ぼす可能性がある。また、採掘される鉱物の種類や使用される採掘方法によっては、環境に重大な悪影響を与える可能性もある。[ 10 ]
露天掘り鉱山では、大量の廃棄物が発生します。最大規模の鉱山では、1日に約100万トンの鉱石と廃石が運び出され、小規模な鉱山では、1日に数千トンが運び出されます。[ 5 ]一般的に、この負荷の原因となる鉱山の主な作業は、掘削、発破、積込み、運搬の4つです。
採掘後の岩石は、廃棄物処分場に運ばれる。廃棄物処分場は、稼働中の採掘場の地表、または以前に採掘された採掘場に積み上げられる。
鉱石処理後に残る廃棄物は尾鉱と呼ばれ、一般的にはスラリー状である。これは尾鉱ダムまたは沈殿池にポンプで送られ、そこで水は再利用されるか蒸発する。尾鉱ダムは、未抽出の硫化物鉱物、脈石中の有毒鉱物、そしてシアン化物浸出法で金鉱石を処理するために使用されるシアン化物の存在により有毒となる可能性がある。適切な環境保護措置が講じられていない場合、この毒性は周囲の環境に害を及ぼす可能性がある。[ 11 ]
露天掘り鉱山では、地面を掘り起こす工程があり、その結果、大気汚染物質が発生します。大気汚染物質の主な発生源は鉱物の輸送ですが、掘削、発破、表土の積み下ろしなど、他にもさまざまな要因があります。[ 12 ]これらの種類の汚染物質は、大気質を悪化させるだけでなく、公衆衛生と安全に重大な損害を与えます。これらの汚染物質を吸入すると、肺に問題が生じ、最終的には死亡率が増加します。[ 12 ]さらに、これらの汚染物質は、露天掘り鉱山の周辺地域の動植物にも影響を与えます。
露天掘り金採掘は、大気や水の化学組成に影響を与えるため、環境に対する最も深刻な鉱業上の脅威の一つです。露出した粉塵は有毒または放射性である可能性があり、労働者や周辺地域住民の健康上の懸念となります。[ 13 ]
露天掘りニッケル採掘は、フィリピンやインドネシアなどの発展途上国で環境悪化と汚染を引き起こしている。[ 14 ] [ 15 ] 2024年には、ニッケル採掘と加工がインドネシアの森林破壊の主な原因の1つであった。[ 16 ] [ 17 ]露天掘りコバルト採掘は、コンゴ民主共和国で森林破壊と生息地の破壊を引き起こしている。[ 18 ]
露天掘りは、産業界において最も危険な分野の一つと考えられており、鉱山労働者の健康に重大な影響を与える可能性がある。
地下水が豊富な地域で操業する露天掘り鉱山は、最終的に水文学に関連する問題に直面する可能性があります。これには、過剰な揚圧力による鉱山床の隆起や破裂が含まれます。水文学によって引き起こされる問題を解決するには、地下水制御システムを設置する必要があります。適切な露天掘り斜面の設計の形成は、鉱山の寿命を通じて変化します。これは主に、斜面内で作用する可能性のある地下水および関連する圧力を含む岩盤の状態に関する理解の絶え間ない増加に基づいています。間隙水圧に関連する地下水の減少は、露天掘り斜面の地盤工学設計が実現可能かどうかを判断する上で重要な側面です。排水井や減圧井を含む地下水制御システムは、地域の地下水にも大きな影響を与える可能性があります。このため、地域および広域の水文地質学的影響が許容範囲内であることを保証するために、最適化ベースの制御システムが必要です。[ 19 ]
露天掘り減圧とは、鉱山のさまざまな領域から張力や圧力を取り除くプロセスです。減圧は、露天掘り鉱山をより安定させ、安全にするのに役立ちます。統合された鉱山斜面減圧プログラムを使用することで、鉱山計画が達成され、許容できるリスクレベルで実現される可能性が大幅に高まります。[ 19 ] [ 20 ]減圧により、鉱山を大幅に拡張することができ、鉱山の寿命を10～15年延ばすことができます。減圧に使用される技術の1つは焼きなましです。焼きなましとは、金属、合金、またはガラスをゆっくりと加熱および冷却することです。このゆっくりとした加熱および冷却により、周囲の領域の内部応力が緩和されます。焼きなましにより、材料の加工性と耐久性が向上し、結果として露天掘り鉱山の安全性が全体的に向上します。[ 21 ]地下水圧が露天掘り鉱山で問題を引き起こす場合、水平排水路を使用して斜面減圧プロセスを加速します。これにより、鉱山での大規模な斜面崩壊を防ぐことができます。水平排水路は、地下水位を下げることで間隙水圧を下げ、斜面の安定性を高めるために用いられる。[ 19 ]
露天掘りの一種として、「アントッピング」と呼ばれる採石方法があります。これは、以前の地下鉱山が採算が合わなくなったり、採掘し尽くされたりした場合でも、貴重な岩石が残っている場合に行われます。これは多くの場合、柱状採掘の結果として生じます。アントッピングでは、この岩石の上部にある表土を取り除き、鉱山を上部から開放することで、これまで「閉じ込められていた」鉱物を採掘できるようになります。
アントッピングは1930年代と2000年代のウェールズの粘板岩採掘の特徴であり、レックウェッドのマネージャーであるマーティン・ウィリアムズ＝エリスは、柱を抜き取るための大量掘削の新しい機械化技術によって、以前のビクトリア朝時代の採掘場を収益性の高い状態に保つことができることを発見し、最近では多くの廃坑鉱山でこの技術が用いられている。[ 22 ]
ある場所での採掘が終了した後、鉱山区域は土地の復元が行われることがあります。廃棄物堆積場は、さらに安定させるために平坦化されるように整形されます。鉱石に硫化物が含まれている場合、通常は粘土の層で覆われ、雨や空気中の酸素の侵入を防ぎます。雨や酸素は硫化物を酸化して硫酸を生成する可能性があり、これは酸性鉱山排水として知られる現象です。[ 23 ]その後、一般的に土で覆われ、材料の固結を助けるために植生が植えられます。最終的にはこの層は侵食されますが、一般的には、環境が酸とそれに伴う重金属の負荷を処理できるように、被覆によって浸出または酸の速度が遅くなることが期待されます。[ 24 ]大規模な露天掘り鉱山が存在してきた期間が比較的短いため、これらの被覆の成功に関する長期的な研究はありません。一部の廃棄物堆積場が「酸性中性」になり、環境への浸出が停止するまでには、数百年から数千年かかる可能性があります。廃棄物置き場は、家畜が植生を食い尽くすのを防ぐために、通常は柵で囲まれています。その後、露天掘りの採掘場は、立ち入りを防ぐために柵で囲まれ、一般的には最終的に地下水で満たされます。乾燥地帯では、地下水位が深いため、満たされない場合があります。[ 25 ]世界最大の褐炭生産国であるドイツ（現在ではほぼすべてが露天掘りで採掘されている）では、かつての鉱山は通常、人工湖に転換されます。前述の酸性鉱山排水の問題を軽減するために、地下水だけを使用するのではなく、近くの川の水で洪水を行うことがよくあります。場合によっては、pH値を中和するために、酸化カルシウムやその他の塩基性化学物質を水に加える必要があります。
金は一般的に露天掘り鉱山で1～5 ppm（百万分率）の濃度で採掘されるが、場合によっては0.75 ppmの金でも経済的である。これは、オーストラリアのダボ近郊、ニューサウスウェールズ州西部のピークヒル鉱山でバルクヒープリーチング によって達成された。[ 26 ]
ニッケルは、一般的にラテライト鉱床として、0.2%までの品位で露天掘りにより採掘される。銅は、0.11%から0.2%という低品位でも採掘可能である。