露天採掘
シイリンヤルヴィ カーボナタイト コンプレックス[ 1 ]は、フィンランドのシーリンヤルヴィにある、ヤラ インターナショナルが所有する露天掘り鉱山です。
ワイオミング州の石炭露天掘り

露天採掘は、ストリップ採掘、露天採掘、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、上にある岩石をそのまま残し、坑道やトンネルを通じて鉱物を採取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 ]、世界中で様々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大部分は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、まずショベルカーなどの重機で表土を除去します。次に、ドラ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。一方、欠点としては、人体と環境への悪影響が挙げられます。人々は、様々な心血管疾患、食物汚染、水質汚染など、採掘によって引き起こされる様々な健康リスクに直面しています。生息地の破壊、大気汚染、騒音汚染、水質汚染などは、露天採掘の副作用によって引き起こされる重大な環境悪影響です。

種類

露天採掘には、主に以下の 5 つの種類があります。

露天採掘

Bagger 288は、露天採掘で使用されるバケットホイール式掘削機です。

露天採掘とは、まず鉱床の上にある土と岩石（表土）の長い帯状の部分を削り取ることによって鉱脈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。露天採掘は、石炭と亜炭（褐炭）の採掘に最も一般的に用いられます。露天採掘は、採掘する鉱体が比較的地表に近い場合、またはほぼ水平になっている場合にのみ実用的です。[ 5 ]このタイプの採掘では、1時間あたり最大12,000立方メートル（16,000立方ヤード）の土砂を移動させることができるバケットホイール式掘削機など、世界最大級の機械が使用されます。

露天採掘には2つの形態があります。より一般的な方法は、比較的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、表土は前のストリップで掘削された掘削土に積み上げられます。

等高線採掘とは、丘陵地帯の露頭付近の鉱層上部の表土を除去する採掘方法です。露頭は通常、地形に沿っています。等高線採掘の後には、オーガー採掘により丘陵斜面を掘り下げ、より多くの鉱石を採掘することがよくあります。この方法では、山腹に段々畑が残ることがよくあります。

ドイツのガルツヴァイラー露天掘り鉱山における露天採掘。左側は採掘中の褐炭、右側は除去された表土です。水平採掘の鉱山としては、ほぼ平坦な地形であることにご留意ください。

露天掘り

ニューメキシコ州シルバーシティ近くにあるエルチノ鉱山は露天掘りの銅鉱山です。

露天採掘とは、露天掘り（または土手掘り）から岩石や鉱物を採取する方法を指します。この作業は地表で行われます。[ 6 ]主に垂直に堆積した鉱物の鉱床にアクセスするのに最適です。露天採掘は「ストリップマイニング」と誤って呼ばれることがあります。しかし、この2つの方法は異なります（上記参照）。

山頂除去

山頂除去採掘（MTR）は、まず山頂を削り取り、山頂下の炭層を採掘する石炭採掘法の一種です。爆薬を用いて表土（炭層上部の岩石層）を砕き、除去します。その後、表土は運搬トラックで近くの窪地や谷に埋め立てられます。MTRでは、地表から最大120メートル（400フィート）下の炭層に到達するために、大規模な地盤構造の再構築が行われます。山頂除去採掘により、元々の急峻な地形は、より平坦な地形に変わります。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場、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、レンタル倉庫ロッカーなどがある。[ 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利用されています。地形の大きな変化と既存の生態系の撹乱により、山頂除去は非常に議論の的となっています。 [ 8 ]

山頂採掘の支持者は、法律で義務付けられている埋め立てが行われれば、平地が希少な地域において、様々な用途に適した良質な平地が得られると指摘する。また、埋め立てられた山頂採掘跡地に新たに生育する森林は、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 ]

批評家たちは、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、谷の埋め立て地付近の河川では、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可能性があると指摘されている。[ 10 ]また、この評価書では、1985年から2001年の間に、アパラチア山脈の河川724マイル（1,165 km）が谷の埋め立てによって埋まったと推定されている。

山頂採掘鉱山の発破により、粉塵や飛散岩が大気中に放出され、近隣の私有地に汚染や堆積を引き起こす可能性があります。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ます。[ 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 ]敷地内にすぐに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土の中で根系を確立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

浚渫は、地下水面下の採掘方法の一種です。主に金鉱採掘に関連しています。小型浚渫船は、多くの場合、吸引力を利用して水域の底から採掘物を引き上げます。歴史的に大規模な浚渫作業では、浮体式浚渫船がよく使用されていました。浮体式浚渫船は、船首のベルトコンベアを通して浚渫物をすくい上げ、船上で必要な成分を濾過し、不要な物質を船尾のベルトコンベアを通して水中に戻す、はしけのような船です。地下水面が浅く砂利の多い河川の谷では、浮体式浚渫船は自ら作った池の中の緩い堆積物の中を進むことができます。

ハイウォール採掘

ハイウォール採掘

ハイウォール採掘は、露天採掘地域に隣接する石炭を採掘するために行われることもある、別の採掘形態です。この方法はオーガー採掘から発展したものですが、表土を除去して炭層を露出させる必要がないため、露天採掘の定義を満たしません。[ 15 ] CERB最終報告書No.2014-004「ハイウォール採掘：設計手法、安全性、適合性」（Yi Luo著）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・半地下採掘方法」と特徴づけています。[ 16 ]ハイウォール採掘では、油圧式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炭層を掘削します。典型的なサイクルは、サンピング（発射して前方に押し出す）とシアリング（カッターヘッドブームを上下させて炭層全体を切削する）で構成されます。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 メートル) 投入されます。次に、PTM は、長さ 19.72 フィート (6.01 メートル) 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部分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 メートル) 侵入できます (2015 年から現在までに実証済み)。特許取得済みの高壁採掘システムの一つでは、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) ベント システムを使用することで、狭いベンチ、以前に採掘された領域、溝掘り採掘アプリケーション、急傾斜の層のある等高線採掘作業で数千トンの石炭を生産できます。

ハイウォールマイニングマシンが使用する掘削形状のトンネル掘削は、円形の掘削孔よりもはるかに優れた復旧力を発揮しますが、ハイウォールマイニングマシン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。山頂掘削と比較すると、土壌の変位はごくわずかです。しかし、ハイウォールマイニングマシンの所有と運用には比較的高い費用がかかります。

露頭のマッピング、コアホールデータ、ベンチ製作工程で採取されたサンプルなどを考慮し、高壁採掘機が切断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、高壁採掘場の自然形状を考慮し、測量士は高壁採掘機を高壁採掘機にほぼ垂直な線（理論的な測量線）に沿って設置します。平行線は、山に切り込まれた掘削路（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。採掘中にナビゲーション方位の修正操舵を行わないと、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、以前に採掘された掘削路の柱を切断する潜在的な危険性があります。最近、高壁採掘機は炭層に 1,200 フィート (370 メートル) (2015 年の記録) 以上を掘削しており、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、機械に保管されているケーブルの量によって制限されず、さらに深く掘削することができます。最大深度は、さらなる掘削による応力と、それに伴う特定の動力消費 (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、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、フローシミュレーション動作ソフトウェアを使用した視覚的な製品開発と離散要素モデリング (DEM) により、スマートドライブの拡張を示しています。水平から30度を超える急傾斜角下でも、掘削は可能です。急勾配採掘の場合、新しい採掘方法は「傾斜採掘」（一般的に使用される技術は「表面から層内」（SIS）技術に分類されます）とする必要があります。乾式または湿式、脱水技術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浚渫が行われています。世界有数の高壁採掘エンジニアリング会社として、ロードマップの策定に積極的に取り組んでいます。

輸送

モハベ・ノーザン鉄道の石灰岩列車

歴史的に、露天掘りの鉱山から物資を運び出す作業は、手作業、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、鉱山の特性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。

環境と健康問題

ペンシルベニア州センター郡の再生露天掘り鉱山

規制

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年の表面採掘管理および再生法（Surface Mining Control and Reclamation Act ）により、露天掘りの石炭鉱山の再生が義務付けられています。 [ 17 ]非石炭鉱山の再生は州法および地方条例によって規制されており、その内容は州によって大きく異なります。国家環境政策法（NEPA）、資源保全回復法（RCRA）、包括的環境対応・補償・責任法（CERCLA）など、多くの法律が露天掘りを扱っています。[ 17 ]場合によっては、適切な法整備がされていても、人体や環境に悪影響が残ることがあります。

環境への影響

硫化鉱石採掘による酸浸出

露天採掘は地域環境に様々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、大気、騒音の汚染、景観の改変など、様々なものがあります。[ 18 ]しかし、新たな技術と適切な管理によって、地域の水資源を適切に処理し、地域の生態系を回復させることが容易になり、環境の再建につながります。[ 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、採掘残渣は穴に戻され、採掘前の景観に似せるために覆い隠されます。この工程では、その地域のすべての地上植生が除去されるため、環境に悪影響を及ぼします。[ 19 ]尾鉱の上に表土を敷き詰め、樹木などの植生を植えることもあります。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ります。残された大きな尾鉱の山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流入する可能性があります。[ 20 ]

露天採掘- 世界最大級の鉱山の一つであり、その規模は景観に大きな傷跡を残し、環境の生息地を破壊し、莫大な浄化費用がかかります。[ 21 ]露天採掘では大量の廃石が発生し、道路沿いに陥没穴ができ、洪水が発生し、露天採掘と同様の悪影響が生じる可能性があります。[ 22 ]

山頂採掘- 山頂全体を削り取り、その削り取った岩石を川や谷を埋め立てて周囲の土地を平坦にする作業です。これは景観と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全域では、山頂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性が高まり、復旧が困難または高額になる場合があります。[ 23 ]

浚渫- 環境への影響が主に水中に及ぶ表面採掘の一種。海底または水域から物質を採掘する方法は、海洋生物に有害なリスクをもたらします。しかし、全体として、他の採掘方法と比較して、その影響ははるかに小さいです。堆積物の流入は動植物を埋没させ、水位や酸素濃度を変化させる可能性があります。[ 24 ]海洋生物は生態系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が必要な懸念事項です。[ 25 ]

高壁採鉱 - 山頂採掘よりも外部表面積が小さいため環境への影響は少ないですが、それでも副作用はあります。[ 15 ]爆破による大気汚染や騒音公害は、水路や多くの生態系に浸透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す。[ 26 ]

修復

かつて操業していた露天掘り鉱山から有害物質を適切に除去、修復、そして除去するには、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、鉱山閉鎖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されないケースもあります。また、鉱山会社が修復費用の支払いを渋るケースもあり、その場合、訴訟や規制措置によって会社に修復費用を負担させる必要があります。こうした法的問題により、修復は遅れ、環境に悪影響を及ぼします。

米国では、企業が消滅した場合や、その他の理由で現場を浄化できない場合、有害廃棄物生産者に対する特別税（環境保護庁スーパーファンド）を浄化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、そして再生活動の間には複雑な相互作用があります。[ 29 ]

参照

参考文献

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