露天掘り

ストリップマイニングとは、まず上層の土や岩（表土）の長い帯を取り除いて鉱脈を採掘する手法です。この作業は表土除去とも呼ばれます。最も一般的には石炭や褐炭の採掘に用いられます。ストリップマイニングは、採掘対象の鉱体が地表に比較的近い場合、またはほとんど水平な場合にのみ実用的です。^{[ 5 ]}このタイプの採掘では、1時間に最大12,000立方メートル（16,000立方ヤード）の土砂を移動できるバケットホイール掘削機など、地球上で最大級の機械が使用されます。

露天掘りには2つの形態がある。より一般的な方法は、比較的平坦な地形において広範囲の鉱床を採掘するために用いられるエリアストリッピングである。長い帯状の採掘が進むにつれて、その上の土砂は前の帯状の採掘によってできた掘削跡に積み上げられる。

等高線採掘とは、丘陵地帯の露頭付近で、鉱脈の上部の表土を除去する採掘方法である。このような場所では、鉱脈の露頭は通常、地形の等高線に沿って分布している。等高線採掘の後には、さらに鉱石を除去するために、斜面をオーガーで掘削することが多い。この方法では、山腹に段丘が形成されるのが一般的である。

ドイツのガルツヴァイラー露天掘り炭鉱における露天掘りの様子。左側が採掘中の褐炭、右側が除去された表土。水平採掘の炭鉱としては、ほぼ平坦な坑道であることに注目。

露天掘りとは、岩石や鉱物を地表から掘り出す方法を指します。このプロセスは地表で行われます。^{[ 6 ]}これは、主に垂直な鉱床へのアクセスに最適です。露天掘りは「ストリップマイニング」と誤って呼ばれることもありますが、この2つの方法は異なります（上記参照）。

山頂除去採炭（MTR）は、まず石炭層を覆う山頂部を除去することで、山頂の下にある石炭層を採掘する石炭採掘法です。爆薬を用いて表土（石炭層の上にある岩盤層）を砕き、除去します。その後、除去された表土は運搬トラックで近くの窪地や谷の埋め立て地に投棄されます。MTRでは、地表から最大400フィート（120メートル）下の石炭層に到達するために、大規模な地盤の再編成が必要となります。山頂除去採炭によって、元の急峻な地形ははるかに平坦な地形へと変化します。鉱山跡地の再生利用による経済開発の試みとしては、ケンタッキー州マーティン郡のビッグサンディ連邦刑務所のような刑務所、小さな町の空港、ウェストバージニア州ミンゴ郡のツイステッドガンやケンタッキー州フロイド郡のストーンクレストゴルフコースのようなゴルフコース、さらに工業用スクラバー汚泥処分場、固形廃棄物埋立地、トレーラーパーク、爆発物製造業者、貸倉庫などが挙げられる。^{[ 7 ]} 

この方法は近年、アメリカ合衆国のウェストバージニア州、ケンタッキー州、バージニア州、テネシー州のアパラチア炭田でますます多く使用されるようになっている。地形の大きな変化と既存の生態系の撹乱により、山頂除去は非常に議論の的となっている。^{[ 8 ]}

山頂除去の支持者たちは、法律で義務付けられている通りに地域が回復されれば、平地が希少なこの地域で多くの用途に適した優良な平地が得られると指摘している。また、彼らは、回復された山頂採掘地域に生える新しい植物は、狩猟動物の個体数をよりよく支えることができると主張している。^{[ 9 ]}

批評家たちは、山頂除去は少数の企業に利益をもたらす一方で、地域社会と環境を犠牲にする悲惨な行為だと主張している。米国環境保護庁（EPA）の環境影響評価書によると、谷埋めの近くの小川では、水中のミネラル濃度が高くなり、水生生物の多様性が低下することがあるという。^{[ 10 ]}また、同評価書では、1985年から2001年にかけて、アパラチア山脈の小川724マイル（1,165km ）が谷埋めによって埋められたと推定している。 

山頂除去採掘での爆破作業では、粉塵や飛散岩が空中に放出され、近くの私有地に降り注いだり、被害を与えたりする可能性がある。この粉塵には硫黄化合物が含まれている場合があり、一部の人々はそれが建造物や墓石を腐食させ、健康被害をもたらすと主張している。^{[ 11 ]}

MTR採掘完了後には鉱山跡地の復旧が義務付けられているが、従来、復旧は岩盤の安定化と浸食の抑制に重点が置かれており、必ずしもその地域の再植林には重点が置かれてこなかった。 ^{[ 12 ]}現場に植生を迅速に提供するために植えられた成長の早い外来種の草は、樹木の苗木と競合し、樹木は圧縮された埋め戻し土の中で根系を確立するのが困難である。 ^{[ 10 ]}その結果、固有種が多数存在する米国の地域では生物多様性が損なわれている。^{[ 13 ]}浸食も増加し、洪水が激化する可能性がある。米国東部では、アパラチア地域再植林イニシアチブが鉱山跡地の復旧における樹木の利用を促進するために活動している。^{[ 14 ]}

浚渫は、地下水位より下の地層から採掘を行う方法です。主に金採掘に関連して用いられます。小型の浚渫船は、吸引力を使って水底から採掘物を汲み上げます。歴史的に大規模な浚渫作業では、浮体式浚渫船がよく使われていました。これは、船首のコンベアベルトで土砂をすくい上げ、船上で目的の成分を選別し、船尾の別のコンベアベルトで不要な土砂を水中に戻す、はしけのような船です。砂利で埋まった浅い河川流域では、浮体式浚渫船は、自ら作った池の中で緩い堆積物を掘り進むことができます。

ハイウォール採掘は、地表採掘区域に隣接する追加の石炭を回収するために行われることもある別の採掘方法です。この方法はオーガー採掘から発展したものですが、石炭層を露出させるために表土を除去する必要がないため、地表採掘の定義には当てはまりません。^{[ 15 ]} Yi LuoによるCERB最終報告書No.2014-004「ハイウォール採掘：設計方法、安全性、適合性」では、これを「オーガー採掘から発展した比較的新しい半地表および半地下の石炭採掘方法」と特徴付けています。^{[ 16 ]}ハイウォール採掘では、油圧プッシュビームトランスファー機構（PTM）によって推進される連続採掘機によって石炭層が貫通されます。典型的なサイクルには、サンピング（発射 - 前進）とシアリング（カッターヘッドブームを上下させて石炭層の高さ全体を切断）が含まれます。石炭回収サイクルが続くと、カッターヘッドは徐々に石炭層に19.72 フィート (6.01 m)進入します。次に、PTM は自動的に、パワーヘッドとカッターヘッドの間の機械の中央セクションに19.72 フィート (6.01 m)の長方形のプッシュビーム (スクリューコンベアセグメント) を挿入します。プッシュビームシステムは、石炭層に1,200 フィート (370 m) (2015 年現在までに実証済み)近くまで貫通できます。特許取得済みの高壁採掘システムでは、プッシュビーム内にオーガが内蔵されており、搬送プロセス中に採掘された石炭が岩石破片で汚染されるのを防ぎます。ビデオ画像、ガンマ線センサー、石炭岩界面検出センサー (CID) などの他の地中レーダーシステムを使用することで、オペレーターは石炭層と岩盤の界面の前方投影を確認し、連続採掘機の進行を誘導できます。ハイウォール採掘は、制御された水流入ポンプシステムやガス（不活性ガス）ベントシステムを利用することで、狭いベンチを持つ等高線ストリップ採掘、既採掘地域、トレンチ採掘、急傾斜の炭層において、数千トンの石炭を生産することができる。   

高壁式採掘機が用いるトンネル状の掘削孔による採掘効率は、円形のオーガ式掘削孔に比べてはるかに優れているが、高壁式採掘機で開発された区域の地図作成は、深部採掘区域ほど厳密には行われていない。山頂除去採掘に比べて土砂の移動量は非常に少ないが、高壁式採掘機の所有・運用コストは比較的高額である。

露頭の地図作成、コア掘削データ、ベンチ作成工程で採取されたサンプルなどを考慮して、高壁採掘機が切削するパネルを最適に予測します。地盤沈下によって損傷を受ける可能性のある障害物や、高壁採掘場の自然な地形も考慮に入れ、測量士が高壁にほぼ垂直な線（理論上の測量プロット線）に沿って高壁採掘機を誘導します。平行線は山に切り込まれたドライブを表しています (最大1,200 フィート (370 m) の深さ (2015 年の記録))。採掘中にナビゲーション方位角で方向転換や修正操舵を行わないと、炭層の一部が欠落し、プッシュビームカッターモジュールストリングの水平ドリフト (ロール) により、以前に採掘されたドライブの柱を切り込む危険性があります。最近では、ハイウォールマイナーは炭層に1,200 フィート (370 m) (2015 年の継続的な記録)以上を貫通しており、今日のモデルはジャイロナビゲーションのサポートによりさらに深く掘り進むことができ、機械に格納されているケーブルの量に制限されることはなくなりました。最大深度は、さらなる掘削の応力とそれに伴う比出力 (スクリュートランスポーターストリングのねじりと張力) によって決まりますが、今日の最適化されたスクリュートランスポーター搬送実施形態 (プッシュビームと呼ばれる) は、視覚的な製品開発とフローシミュレーション動作ソフトウェアを使用した離散要素モデリング (DEM) により、スマートドライブの拡張された掘削が可能ではあるものの、水平から 30 度以上の急傾斜角度で坑底まで傾斜している。急勾配の採掘が著しい場合、新しい採掘方法の用語は「方向採掘」であるべきである（方向掘削と方向採掘として一般的に使用される技術は、「地表から炭層内へ」（SIS）技術に分類される）。乾式または湿式で、脱水が開発されているか、スクリュー トランスポーターによる切削と浚渫が、世界をリードする高壁採掘エンジニアリング会社のロードマップの開発に積極的である。  

連邦政府は、鉱山会社が厳格に遵守しなければならない複数の法律や規制を課しています。米国では、1977年の地表採掘規制および復旧法が、露天掘り炭鉱の復旧を義務付けています。 ^{[ 17 ]}石炭以外の鉱山の復旧は、州および地方の法律によって規制されており、その内容は大きく異なる場合があります。国家環境政策法（NEPA）、資源保全回復法（RCRA）、包括的環境対策・補償・責任法（CERCLA）など、多くの法律が露天掘りの問題を扱っています。^{[ 17 ]}露天掘りに関する適切な法律が整備されていても、人間の健康や環境に悪影響が残る場合もあります。

露天掘りは、地域の環境に多くの影響を与える可能性があります。悪影響には、土壌、水、大気、騒音の汚染、景観の変化、その他さまざまな悪影響が含まれます。^{[ 18 ]}しかし、新しい技術と適切な管理により、地域の水源を適切に処理し、地域の生態系を回復させ、環境の再生に役立てることが容易になります。^{[ 18 ]}

露天掘りの各形態には、それぞれ固有の環境影響があり、以下にその概要を示す。

露天掘り - 採掘作業が終了すると、鉱滓は穴に戻され、覆土されて採掘前の景観に似せる。このプロセスでは、その地域のすべての地表植生が除去されるため、環境に悪影響を与える。^{[ 19 ]}鉱滓の上に表土を敷き、樹木やその他の植物を植えることもある。別の復元方法として、穴に水を満たして人工湖を作る方法もある。残された大量の鉱滓には、鉛や銅などの酸を溶出させて水系に流入する重金属が含まれている可能性がある。^{[ 20 ]}

露天掘り鉱山- 世界最大級の鉱山の一つであり、その規模ゆえに景観に大きな傷跡を残し、環境生息地を破壊し、多額の清掃費用がかかる。^{[ 21 ]}露天掘り鉱山では膨大な量の廃石が発生し、道路沿いに陥没穴ができたり、洪水が発生したり、ストリップマイニングと同様の悪影響が生じる可能性がある。^{[ 22 ]}

山頂除去採掘とは、山頂全体を除去して、その岩石を川や谷に埋め立てて周囲の土地を平らにする採掘方法です。この方法は、景観や関連する生態系を物理的に永久的に変化させるため、非常に破壊的です。ケンタッキー州やバージニア州などのアパラチア山脈一帯では、山頂除去採掘は一般的な採掘方法であり、森林全体が伐採され、その地域は地滑りの危険にさらされ、復元が困難または費用がかかりすぎる場合があります。^{[ 23 ]}

浚渫- 環境への影響が主に水中で発生する表層採掘の一形態。海底や水域から物質を採取する方法は、海洋生物に有害なリスクをもたらします。全体的に見ると、その影響は他の採掘方法に比べてはるかに小さいです。堆積物の流入は、動植物を埋め尽くし、水位を変化させ、酸素含有量を変化させる可能性があります。^{[ 24 ]}水質汚染と騒音汚染は、海洋生物が生態系内の劇的で有害な変化に非常に敏感で脆弱であるため、監視しなければならない懸念事項です。^{[ 25 ]}

ハイウォール採掘 - 外部表面積が小さいため、山頂除去採掘よりも環境への影響は少ないが、それでも負の副作用がある。^{[ 15 ]}爆破による大気汚染や騒音公害は一般的な環境影響であり、大量の鉱滓堆積物は水路や多くの生態系に浸出する可能性がある。^{[ 26 ]}

かつて稼働していた露天掘り鉱山から適切に清掃、修復、および危険物を除去するには、多額の資金と大規模な環境修復が必要です。^{[ 27 ]}これらの修復プロジェクトは、鉱山が閉鎖された後も何年も続くことがあります。場合によっては、鉱山会社が倒産し、修復のための資金がないまま放棄された鉱山が残されます。また、鉱山会社が修復費用を支払う意思がない場合もあり、その場合は、会社に修復のための資金を投入させるために訴訟や規制措置が必要になります。これらの法的問題は修復を遅らせることが多く、環境に悪影響を及ぼします。

米国では、企業が既に存在しない場合や、その他の理由で現場を浄化できない場合、有害廃棄物排出者に対する特別税（環境保護庁のスーパーファンドなど）を修復プロジェクトの資金として使用することができます。^{[ 28 ]}カナダでは、進化する鉱業技術、環境保護法、および修復活動の間には複雑な相互作用があります。^{[ 29 ]}