露天採掘

露天採掘は、露天掘り、露天掘り、山頂除去採掘など、鉱床の上にある土や岩石（表土）を除去する採掘の幅広いカテゴリであり、表土をそのままにして、鉱物を坑道やトンネルを通して採掘する地下採掘とは対照的です。

露天掘りの石炭採掘の大半が行われている北米では、この方法は16世紀半ばに使用され始め^[2]、世界中でさまざまな鉱物の採掘に実践されています。^{[3]北米では、露天掘りは20世紀を通じて人気が高まり、現在では}米国で採掘される石炭のほとんどが露天掘りで生産されています。^[4]

ほとんどの露天採掘では、まず掘削機などの重機で表土を取り除きます。次に、ドラッグライン掘削機やバケットホイール掘削機などの大型機械で鉱物を採掘します。

露天採掘の利点は、地下採掘に比べてコストが低く、安全性が高いことです。欠点は、人間の健康と環境への危険です。人間は、さまざまな心血管疾患、食品や水の汚染など、採掘によって引き起こされるさまざまな健康リスクに直面しています。生息地の破壊、大気汚染、騒音、水質汚染はすべて、露天採掘の副作用によって引き起こされる重大な環境への悪影響です。

露天採掘には、以下に詳述するように 5 つの主な種類があります。

露天採掘は、最初に長い帯状の土壌と岩石（表土）を取り除き、鉱物層を採掘する方法です。この作業は表土除去とも呼ばれます。これは、石炭と亜炭（褐炭）の採掘に最も一般的に使用されます。露天採掘は、採掘する鉱体が比較的地表に近い場合、および/または大部分が水平である場合にのみ実用的です。^[5]このタイプの採掘では、1時間あたり12,000立方メートル（16,000立方ヤード）もの土を移動できる 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。

露天採掘には 2 つの形式があります。より一般的な方法は、かなり平坦な地形で広い範囲にわたって鉱床を採掘するエリア ストリッピングです。長いストリップを掘削するたびに、前のストリップで生じた掘削部分に表土が置かれます。

等高線採掘では、丘陵地帯の露頭付近の鉱脈の上にある表土を取り除きます。この場合、鉱脈は通常、土地の等高線に沿っています。等高線剥ぎ取りの後には、丘陵の斜面にオーガー採掘を行って、より多くの鉱石を取り除きます。この方法では、山腹に段丘が残るのが一般的です。

ドイツのガルツヴァイラー露天掘り鉱山での露天掘り。左側は採掘中の褐炭、右側は除去された表土です。水平方向の鉱物としてはほぼ平坦な鉱山であることに注目してください。

露天採掘とは、露天掘りや採掘口から岩石や鉱物を採取する方法です。この作業は地表で行われます^[6]主に垂直の鉱物鉱床にアクセスするのに最適です。露天採掘は誤って「露天掘り」と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 (上記を参照)。

山頂除去採掘 (MTR) は、まず山頂を削り取って山頂下の炭層を採掘する石炭採掘法の一種です。爆薬を使って表土 (炭層上の岩石層) を砕き、次に表土を取り除きます。次に表土は、近くの窪地や谷の埋め立て地に運搬トラックで投棄されます。MTR では、地表から 400 フィート (120 m) の深さの炭層に到達するために、大規模な土壌再構築が行われます。山頂除去により、元々の急峻な地形は、はるかに平坦な地形に変わります。鉱山跡地の再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などの刑務所、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などのゴルフコース、産業用スクラバースラッジ処分場、固形廃棄物埋立地、トレーラーパーク、爆発物製造所、レンタル倉庫ロッカーなどがあります。^[7]

この方法は近年、米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ています。地形の大きな変化と既存の生態系の撹乱により、山頂除去は非常に物議を醸しています。^[8]

山頂採掘の支持者^{[誰? ]}は、法律で義務付けられているように埋め立てが行われれば、この技術によって平地がほとんどない地域でさまざまな用途に適した優れた平地が確保されると指摘している。また、埋め立てられた山頂採掘地域に新たに生育した植物は、狩猟動物の個体群をよりよく支えることができるとも主張している。^[9]

批評家^{[誰? ]は、山頂除去は、}地域社会と環境を犠牲にして少数の企業に利益をもたらす破滅的な行為であると主張しています。米国環境保護庁(EPA)の環境影響評価書では、谷の埋め立て地近くの川の水には、ミネラルの含有量が多く、水生生物の多様性が減少している可能性があると指摘しています。^[10]この評価書では、1985年から2001年の間に、アパラチア山脈の川の724マイル(1,165 km)が谷の埋め立て地によって埋もれたと推定しています。

山頂採掘鉱山での発破により、粉塵や飛散岩が空中に放出され、近隣の私有地を汚染したり、そこに堆積し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可能性があり、建造物や墓石を腐食させ、健康被害をもたらすと主張する人もいる。^[11]

MTRサイトは採掘が完了した後に埋め立てを行う必要があるが、埋め立ては伝統的に岩石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森林再生に重点が置かれているわけではない。 ^[12]敷地内に素早く植生を提供するために植えられた成長の早い外来種の草は木の苗木と競合し、木は圧縮された埋め戻し材の中で根系を形成するのが困難である。^[10]その結果、多くの固有種がい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、洪水を激化させる可能性がある。米国東部では、アパラチア地域森林再生イニシアチブが鉱山の埋め立てにおける樹木の使用を促進するために活動している。^[14]

浚渫は地下水面下の採掘方法です。主に金採掘に関連しています。小型浚渫船は、水域の底から採掘物を引き上げるために吸引力を利用することがよくあります。歴史的に大規模な浚渫作業では、浮体式浚渫船がよく使用されました。浮体式浚渫船は、船首のベルトコンベアから材料をすくい上げ、船上で必要な成分を濾過し、船尾の別のベルトコンベアから不要な材料を水に戻す、はしけのような船です。地下水面が浅く砂利の多い川の谷では、浮体式浚渫船は、自ら作った池の緩い堆積物の中を進んでいきます。

ハイウォール採掘は、露天採掘地域に隣接する石炭をさらに採掘するために行われることがある別の採掘形態である。この方法はオーガー採掘から発展したものであるが、表土を除去して炭層を露出させないため、露天採掘の定義を満たさない。^[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露天および半地下の石炭採掘方法」と特徴づけている。^[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メカニズム (PTM) によって推進される連続採掘機によって炭層を貫通する。典型的なサイクルには、サンピング (発射して前方に押し出す) とせん断 (カッターヘッドブームを上げ下げして炭層全体を切断する) が含まれる。石炭回収サイクルが続くと、カッターヘッドは炭層に徐々に 19.72 フィート (6.01 m) 進入します。次に、PTM は、長さ 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、パワーヘッドとカッターヘッドの間のマシンの中央セクションに自動的に挿入します。プッシュビームシステムは、炭層に約 1,200 フィート (370 m) (2015 年から現在までに実証済み) ^[要出典]まで侵入できます。特許取得済みの高壁採掘システムの 1 つは、プッシュビーム内に密閉されたオーガーを使用して、採掘された石炭が搬送プロセス中に岩石の破片で汚染されるのを防ぎます。ビデオ画像やガンマ線センサー、石炭岩石界面検出センサー (CID) などのその他の地理レーダーシステムなどを使用して、オペレーターは炭層と岩石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。ハイウォール採掘では、制御された水流入ポンプ システムやガス (不活性) 排気システムを利用して、狭いベンチ、以前に採掘されたエリア、トレンチ採掘アプリケーション、急傾斜の層がある等高線採掘で数千トンの石炭を生産できます。

ハイウォール マイナーが使用するトンネル掘削形状の掘削による回復は、丸い掘削穴よりもはるかに優れていますが、ハイウォール マイナーによって開発されたエリアのマッピングは、深部採掘エリアほど厳密には行われません。山頂除去とは対照的に、移動する土壌はごくわずかですが、ハイウォール マイナーの所有と運用には比較的費用がかかります。

露頭のマッピング、およびベンチ作成プロセス中に採取されたコアホールデータとサンプルは、高壁採掘機が切断するパネルを最適に予測するために考慮されます。沈下によって損傷を受ける可能性のある障害物と高壁採掘機の自然な輪郭が考慮され、測量士は高壁採掘機を高壁に対してほぼ垂直な線 (理論的な測量プロット線) に向けます。平行線は、山に切り込まれたドライブ（最大 1,200 フィート（370 メートル）の深さ（2015 年の記録））を表します。^{[引用が必要]}採掘中にナビゲーション方位の方向または修正ステアリング操作を行わないと、石炭層の一部を見逃し、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断する潜在的な危険があります。最近^{[いつ？ ]ハイウォールマイナーは、石炭層に 1,200 フィート（370 メートル）（2015 年の進行中の記録[引用が必要]）}以上侵入し、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、マシンに格納されているケーブルの量によって制限されなくなり、さらに深く進むことができます。最大深度は、さらに侵入する際の応力と、それに関連する特定の電力消費（スクリュートランスポーターストリングのねじれと張力）によって決まりますが、視覚的な製品開発と離散的なフローシミュレーション動作ソフトウェアを使用した要素モデリング (DEM) では、水平から 30 度を超える急傾斜角度でも、スマートドライブの拡張貫通が可能であることが示されています。急勾配の採掘の場合、新しい採掘方法のフレーズは「方向性採掘」である必要があります (方向性掘削と方向性採掘は「表面から層内」(SIS) 技術に分類されます)。乾式または湿式、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断と浚渫は、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に取り組んでいます。^{[説明が必要]}

歴史的に、露天掘りの鉱山から資材を運び出す作業は、人力作業、馬車、鉱山用鉄道などによって行われてきました。

現在の慣行では、鉱山の特徴に合わせて設計された 運搬道路で運搬トラックを使用する傾向があります。

連邦政府は、鉱山会社が厳格に従わなければならない複数の法律や規制を課している。米国では、1977年の表面採掘管理および再生法が、表面採掘炭鉱の再生を義務付けている。 ^[17]非石炭鉱山の再生は州法や地方法によって規制されており、その範囲は大きく異なる場合がある。国家環境政策法（NEPA）、資源保全回復法（RCRA）、包括的環境対応・補償・責任法（CERCLA）など、多くの法律が表面採掘の問題を扱っている。^[17]場合によっては、表面採掘に関する適切な法律が施行されていても、人間の健康や環境に悪影響が残ることがある。

露天採掘は、地元の環境にさまざまな影響を及ぼす可能性があります。その悪影響には、土壌、水、空気、騒音の汚染、景観の変化など、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、地元の水源を適切に処理し、地元の生態系を回復することが容易になり、環境の再構築に役立ちます。^[18]

それぞれの種類の露天採掘には、以下に示すように、独自の環境影響があります。

露天採掘 - 採掘作業が終了すると、採掘跡を穴に戻して覆い、採掘作業前の景観に似せる。この作業では、その地域の地上植物をすべて除去する必要があるため、環境に悪影響を及ぼす。^[19]採掘跡の上に表土を置き、木やその他の植物を植えることもある。別の再生方法としては、穴に水を入れて人工湖を作る方法がある。残された大きな採掘跡には重金属が含まれている可能性があり、鉛や銅などの酸が浸出して水系に入り込む可能性がある。^[20]

露天掘り- 世界最大級の鉱山の一つであり、その規模の大きさから、景観に大きな傷跡を残し、環境生息地を破壊し、相当な清掃費用がかかります。^[21]露天掘りでは大量の廃石が産出され、道路沿いに陥没穴ができ、洪水や露天掘りと同様の悪影響が生じる可能性があります。^[22]

山頂採掘- 山頂全体を採掘し、その廃石を使って川や谷を埋めて周囲の土地を平らにする。これは景観とそれに伴う生態系を物理的に永久的に変えるため、非常に破壊的である。ケンタッキー州やバージニア州などのアパラチア山脈では、山頂採掘は一般的な採掘方法で、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、復旧が困難/費用がかかりすぎることがある。^[23]

浚渫- 環境への影響が主に水中で見られる表面採掘の形態。海底または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、その影響は他の採掘方法に比べてはるかに少ないです。堆積物の流入により、動植物が埋もれ、水位が変わり、酸素含有量が変わる可能性があります。^[24]海洋生物は生態系内の劇的で有害な変化に対して非常に敏感で脆弱であるため、水質汚染と騒音公害は監視しなければならない懸念事項です。^[25]

高壁採掘 - 外部表面積が小さいため、山頂採掘よりも環境への影響は少ないが、それでも副作用は存在する。^[15]爆破による大気汚染と騒音公害は、水路や多くの生態系に浸出する可能性のある大きな尾鉱山とともに、一般的な環境影響である。^[26]

かつて操業していた露天掘り鉱山から適切に清掃、修復、危険物を除去するには、多額の費用と広範囲にわたる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。

鉱山会社が倒産し、廃坑となった鉱山に修復のための資金が残らないケースもある。また、鉱山会社が修復費用を支払いたがらないケースもあり、その場合、会社に修復費用を負担させるには訴訟や規制措置が必要となる。こうした法的問題により修復が遅れ、環境に悪影響が出ることが多い。米国では、会社が消滅したり、その他の理由で現場を清掃できない場合、有害廃棄物生産者への特別税（環境保護庁 スーパーファンド）を修復プロジェクトの資金として利用できる。^[28]

• 竪坑採掘
• ホベット炭鉱

ウィキメディア・コモンズには、表面採掘に関連するメディアがあります。

• 「なぜ露天掘りなのか？」国際石炭グループの幹部による露天掘りを支持する主張