露天掘り

露天採掘は、露天掘りやオープンカット採掘とも呼ばれ、大規模な文脈ではメガマイニングとも呼ばれ、^[1]地球から 岩石や鉱物を採掘する表面採掘技術です。

露天掘りは、商業的に有用な鉱石や岩石の堆積物が地表近くで比較的薄い場合に使用されます。対照的に、地下採掘ではより深い鉱床に到達できます。^[2]

露天掘りは、産業界で最も危険な部門の一つと考えられています。^{[本文では未検証]}露天掘りは、鉱夫の健康に重大な影響を及ぼすだけでなく、生態系の土地と水に損害を与えます。露天掘りは、植生、土壌、岩盤に変化をもたらし、最終的には地表水文学、地下水位、流路の変化につながります。^[5]さらに、採掘される鉱物の種類や採掘プロセスの種類によっては、 露天掘りは有害な汚染物質を生成します。

鉱山労働者は通常、地下の鉱床を見つけるために一連のテスト穴を掘ります。抽出されたサンプルから、鉱石の範囲を決定できます。これにより、鉱脈や鉱床の可能性のある場所とその商業的価値を判断するのに役立ちます。^[6]建築資材や規格石を生産する露天掘りの鉱山は、一般的に採石場と呼ばれます。

露天掘りの鉱山は、穴の垂直レベルを示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。通常、大規模な鉱山ベンチの厚さは12〜15メートルです。 ^[7]一方、多くの採石場ではベンチが浅いため使用されていません。^[7]採掘は一度に複数のベンチで実行でき、異なるベンチへのアクセスはランプシステムを使用して行われます。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、通常は20〜40メートルの幅です。^[6]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。^[6]

ピットの壁のほとんどは、通常、垂直より小さい角度で採掘されます。ピットが深くなると廃石が剥ぎ取られるため、この角度は岩石落下による損傷や危険を防止し、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、および含まれる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、岩石内部に発生する構造的弱点の量によっても異なります。

壁は階段状になっている。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バームと呼ばれる。壁の段は、岩の崩落が壁面全体に続くのを防ぐのに役立つ。場合によっては追加の地盤補強が必要となり、ロックボルト、ケーブルボルト、ショットクリートが使用される。排水ボーリングは、壁に水平に穴を開けて水圧を軽減するために使用されることがあるが、それだけで壁が破損するほどであることが多い。^[8]

運搬道路は通常、採掘場の横に位置し、鉱石や廃石を運ぶトラックが通行できる傾斜路を形成している。^[9]

露天掘り鉱山は通常、鉱物資源が枯渇するか、表土と鉱石の比率が増加して採掘が経済的に不可能になるまで採掘される。^[要出典]露天掘り鉱山は閉鎖後、固形廃棄物の処分場として利用されることがある。鉱山の坑道が湖にならないようにするには、通常、何らかの形の水管理が必要である。かつての露天掘り鉱山のいくつかは意図的に人工湖に変えられ、ルジッツ湖水地方、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している。これらの湖の形成において特に懸念されるのは、酸性鉱山排水である。

露天掘りの鉱山では、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岩が移動し、小規模な鉱山でも1日に数千トンの鉱石と廃岩が移動します。^{[6]鉱山では通常、}掘削、発破、積み込み、運搬という4つの主要な作業がこの負荷に寄与します。

廃石は廃棄物置き場に運ばれます。廃棄物置き場は、採掘中の坑道の表面、または以前に採掘された坑道に積み上げられます。

鉱石処理後に残った廃棄物は尾鉱と呼ばれ、一般的にはスラリー状になっている。これは尾鉱ダムまたは沈殿池に汲み上げられ、そこで水が再利用または蒸発される。尾鉱ダムは、抽出されなかった硫化鉱物、脈石中のある種の有毒鉱物、そして多くの場合、シアン化物浸出プロセスを介して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である可能性がある。適切な環境保護が実施されていない場合、この毒性は周囲の環境に害を及ぼす可能性がある。^[10]

露天掘りでは地面を掘り起こす作業が伴い、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、さまざまな要因があります。^[11]この種の汚染物質は、空気の質を損なうだけでなく、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上昇する可能性があります。^[11]さらに、汚染物質は露天掘り鉱山周辺の動植物にも影響を与えます。

露天掘りの金採掘は、空気や水の化学組成に影響を与えるため、環境に対する潜在的な脅威が最も高い採掘方法の1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、作業員や周辺地域の健康に懸念が生じます。^[12]

露天掘りのニッケル採掘は、フィリピンやインドネシアなどの発展途上国で環境の悪化と汚染を引き起こしている。^{[13] [14] 2024年には、ニッケルの採掘と加工が}インドネシアの森林破壊の主な原因の一つとなった。^{[15] [16]}露天掘りのコバルト採掘は、コンゴ民主共和国の森林破壊と生息地の破壊を引き起こしている。^[17]

地下水が豊富な地域で操業する露天掘り鉱山は、最終的には水文学関連の問題に直面する可能性があります。これには、過度の揚水圧力による鉱山床の隆起や破裂が含まれます。水文学に起因する問題を解決するには、地下水管理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設計の形成は、鉱山の存続期間中に変化します。それは主に、斜面内で作用する可能性のある地下水やそれに関連する圧力を含む岩盤の状態に関する理解を深めることに基づいています。間隙水圧に関連する地下水の減少は、露天掘り斜面の地質工学設計が達成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管理システムも、地元の地下水に大きな影響を与える可能性があります。このため、地域および地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、最適化ベースのバージョンの制御システムが必要です。^[18]

露天掘りの減圧は、鉱山のさまざまな場所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して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、鉱山計画を達成できる可能性が、リスクを許容できるレベルで大幅に高まります。^{[18] [19]}減圧により、鉱山を大幅に拡張でき、鉱山の寿命を 10 年から 15 年延ばすことができます。減圧に使用される技術の 1 つがアニーリングです。アニーリングとは、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と冷却により、周囲の領域の内部応力が緩和されます。アニーリングにより、材料の作業性と耐久性が向上し、露天掘り鉱山の安全性が全体的に向上します。^[20]露天掘りで地下水圧が問題を引き起こす場合、水平排水管を使用して斜面の減圧プロセスを加速します。これは、鉱山での大規模な斜面崩壊を防ぐのに役立ちます。水平排水溝は地下水の水頭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使用されます。^[18]

露天採石の一種は、「アントッピング」として実施されることがあります。これは、以前の地下鉱山が採算が取れなくなったり採掘が行き詰まったりしたが、多くの場合は空間採掘と柱採掘の結果として貴重な岩石がまだその場所に残っている場合に行われます。アントッピングでは、その上の表土を取り除き、鉱山を上から開けて、それまで「閉じ込められていた」鉱物を採掘できるようにします。

1930年代から2000年代にかけてのウェールズのスレート採掘の特徴は、トップ抜きであった。レックウェッドのマネージャー、マーティン・ウィリアムズ・エリスは、初期のビクトリア朝時代の採掘は、柱を採り出すための大量掘削のための新しい機械化技術によって収益性を維持できることを発見した。最近では、採掘が終わった鉱山のいくつかでも同様である。^[21]

ある場所での採掘が終了した後、鉱山エリアでは土地の修復が行われることがあります。廃棄物置き場は、さらに安定させるために、平らになるように輪郭が作られます。鉱石に硫化物が含まれている場合は、通常、雨や空気中の酸素の侵入を防ぐために粘土の層で覆われます。空気中の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ています。[ 22 ]次に^、通常は土で覆われ、材料を固めるために植物が植えられます。最終的にこの層は浸食されますが、一般的には、環境が酸と関連する重金属の負荷に対処できるように、カバーによって酸の浸出速度が遅くなることが期待されています。^[23]大規模な露天掘りが行われてから比較的時間が短いため、これらのカバーの成功に関する長期的な研究はありません。廃棄物置き場が「酸中性」になり、環境への浸出が止まるまでには、数百年から数千年かかる場合があります。廃棄物処理場は通常、家畜が植物を食い荒らすのを防ぐために柵で囲まれている。露天掘りはその後、立ち入りを禁止するために柵で囲まれ、最終的には地下水で満たされるのが一般的である。乾燥地帯では地下水位が高いために満たされないことがある。^[24]世界最大の亜炭生産国であるドイツ（現在ではほぼ全量が露天掘りで採掘されている）では、かつての鉱山は通常、人工湖に変えられている。上述の酸性鉱山排水の問題を緩和するために、地下水だけを使用するのではなく、近くの川の水を使って湛水が行われることが多い。場合によっては、酸化カルシウムやその他の塩基性化学物質を水に加え、 pH値を中和する必要がある。

ポーランドのタルノブジェクにある露天掘り硫黄鉱山。土地の修復が進行中

金は一般的に露天掘りで1～5ppm（百万分の一）の濃度で抽出されますが、場合によっては0.75ppmの濃度でも経済的です。これはオーストラリアのニューサウスウェールズ州西部、ダボ近郊のピークヒル鉱山でバルクヒープ浸出法によって達成されました。^[25]

ニッケルは、一般的にラテライトとして、露天掘りで 0.2% まで抽出されます。銅は、0.11% から 0.2% という低い品位で抽出されることがあります。

露天掘りは、地球から鉱物やサンプルを採掘する一般的な方法です。コスト効率が良いため、この方法は非常に人気があり、世界中で使用されています。2015年の世界最大の露天掘り鉱山10ヶ所をリストアップしました。^[26]

• 職人的採掘 – 独立した小規模の自給自足の採掘
• 最適な採掘のために露天掘り鉱山に適用される閉鎖問題（鉱山の閉鎖とは関係ありません）
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