التعدين السطحي

التعدين السطحي ، المعروف أيضًا باسم التعدين المكشوف أو التعدين المكشوف وفي سياقات أكبر التعدين الضخم ، ^{[ 1 ]} هو تقنية تعدين سطحية تستخرج الصخور أو المعادن من الأرض.

تُستخدم المناجم المكشوفة عندما توجد رواسب من الخامات أو الصخور ذات القيمة التجارية بالقرب من السطح حيث تكون الطبقة السطحية رقيقة نسبيًا. في المقابل، يمكن الوصول إلى رواسب المعادن الأعمق باستخدام التعدين تحت الأرض. ^{[ 2 ]}

ينطوي هذا النوع من التعدين على العديد من المخاطر على صحة وسلامة عمال المناجم، ويمكن أن يكون له تأثير سلبي كبير على البيئة.

يقوم عمال المناجم عادةً بحفر سلسلة من الآبار التجريبية لتحديد موقع جسم خام تحت الأرض. ومن خلال العينات المستخرجة، يمكنهم تحديد مدى امتداد الخام. وهذا يساعدهم على تحديد الموقع المحتمل لعروق أو طبقات الخام وقيمتها التجارية. ^{[ 5 ]} تُعرف المناجم المكشوفة التي تنتج مواد البناء وأحجار البناء عادةً باسم المحاجر .

تُحفر المناجم المكشوفة على مصاطب ، وهي عبارة عن مستويات رأسية في الحفرة. وتعتمد المسافة بين المصاطب على نوع الرواسب المعدنية المستخرجة وحجم الآلات المستخدمة. عادةً ما يتراوح سمك مصاطب المناجم الكبيرة بين 12 و15 مترًا. ^{[ 6 ]} في المقابل، لا تستخدم العديد من المحاجر المصاطب، لأنها عادةً ما تكون ضحلة. ^{[ 6 ]} يمكن إجراء التعدين على أكثر من مصطبة في الوقت نفسه، ويتم الوصول إلى المصاطب المختلفة باستخدام نظام من المنحدرات. يتحدد عرض كل مصطبة بحجم المعدات المستخدمة، ويتراوح عادةً بين 20 و40 مترًا. ^{[ 5 ]} تُنشأ منحدرات هابطة للسماح ببدء التعدين على مستوى جديد. ويتسع هذا المستوى الجديد تدريجيًا ليشكل قاع الحفرة الجديد. ^{[ 5 ]}

تُستخرج معظم جدران المنجم بزاوية أقل من الوضع الرأسي. تُزال الصخور المتبقية مع ازدياد عمق المنجم، لذا تُعد هذه الزاوية إجراءً وقائيًا لمنع وتقليل الأضرار والمخاطر الناجمة عن انهيارات الصخور. ومع ذلك، يعتمد ذلك على مدى تآكل الصخور وتعرضها للتجوية، ونوعها. كما يعتمد على مدى وجود نقاط ضعف بنيوية فيها، مثل الصدوع ، والقص ، والفواصل، والتورق .

الجدران متدرجة. يُعرف الجزء المائل من الجدار باسم "الميل"، بينما يُعرف الجزء المسطح باسم "الرف" أو "الحاجز". تساعد هذه التدرجات في الجدران على منع تساقط الصخور على كامل واجهة الجدار. في بعض الحالات، يلزم توفير دعم أرضي إضافي، ويتم استخدام مسامير تثبيت الصخور ، ومسامير الكابلات، والخرسانة المرشوشة . قد تُستخدم آبار نزح المياه لتخفيف ضغط الماء عن طريق الحفر الأفقي في الجدار، وهو ما يكفي في كثير من الأحيان لإحداث انهيارات فيه. ^{[ 7 ]}

عادة ما يقع طريق النقل على جانب المنجم، ويشكل منحدرًا يمكن للشاحنات أن تصعد عليه حاملة الخام والصخور النفايات. ^{[ 8 ]}

تُستغل المناجم المكشوفة عادةً حتى نفاد الموارد المعدنية ، أو حتى يصبح التعدين غير مُجدٍ اقتصاديًا مع ازدياد نسبة التربة السطحية إلى الخام. ^{[ 9 ]} بعد إغلاق المناجم المكشوفة، تُحوّل أحيانًا إلى مكبات نفايات للتخلص من النفايات الصلبة. وعادةً ما يكون من الضروري وجود شكل من أشكال التحكم في المياه لمنع تحوّل حفرة المنجم إلى بحيرة. وقد حُوّلت العديد من المناجم المكشوفة السابقة عمدًا إلى بحيرات اصطناعية، مُشكّلةً مناطق مثل منطقة بحيرات لوساتيا ، ومنطقة بحيرات وسط ألمانيا ، ومنطقة بحيرات بالاتينات العليا. ومن أبرز المخاوف المتعلقة بتكوّن هذه البحيرات تصريف المياه الحمضية من المناجم .

يُعتبر التعدين السطحي من أخطر القطاعات في العالم الصناعي ، وقد يُلحق ضرراً بالغاً بصحة عمال المناجم. كما قد يكون له تأثير بيئي سلبي كبير، وذلك بحسب نوع المعدن المستخرج ونوع عملية التعدين المستخدمة. ^{[ 10 ]}

قد تواجه المناجم المكشوفة العاملة في مناطق ذات مستويات عالية من المياه الجوفية مشاكل متعلقة بالهيدرولوجيا. يشمل ذلك انتفاخ وانفجار أرضية المنجم نتيجةً لضغط الرفع الزائد. لذا، يجب تركيب نظام للتحكم في المياه الجوفية لمعالجة المشاكل الناجمة عن الهيدرولوجيا. يتغير تصميم منحدرات المناجم المكشوفة المناسب طوال عمر المنجم، ويعتمد بشكل أساسي على فهم متزايد لظروف الكتلة الصخرية، بما في ذلك المياه الجوفية والضغوط المرتبطة بها التي قد تؤثر داخل المنحدرات. يُعدّ خفض ضغط المياه الجوفية المرتبط بضغوط المسام جانبًا حاسمًا في تحديد إمكانية تنفيذ تصميم هندسي جيوتقني لمنحدرات المناجم المكشوفة. قد يكون لأنظمة التحكم في المياه الجوفية، والتي تشمل آبار نزح المياه وخفض الضغط، تأثير كبير على المياه الجوفية المحلية. لذلك، يلزم وجود نسخة مُحسّنة من نظام التحكم لضمان بقاء التأثيرات الهيدروجيولوجية المحلية والإقليمية ضمن النطاقات المقبولة. ^{[ 19 ]}

تُعرف عملية تخفيف الضغط في المناجم المكشوفة بإزالة الضغوط من مختلف مناطق المنجم، مما يُسهم في جعلها أكثر استقرارًا وأمانًا. وباستخدام برنامج متكامل لتخفيف الضغط في منحدرات المنجم، تزداد احتمالية تنفيذ خطط المنجم بشكل كبير، مع الحفاظ على مستوى مقبول من المخاطر. ^{[ 19 ] [ 20 ]} كما تُتيح هذه العملية توسعات كبيرة للمنجم، وتُمكنه من إطالة عمره من 10 إلى 15 عامًا. ومن التقنيات المُستخدمة في تخفيف الضغط التلدين، وهو عملية تسخين وتبريد بطيئة للمعادن أو السبائك أو الزجاج، مما يُخفف الضغط الداخلي في المناطق المحيطة. يُحسّن التلدين من قابلية تشكيل المادة ومتانتها، مما يزيد من سلامة المناجم المكشوفة بشكل عام. ^{[ 21 ]} وعندما تُسبب ضغوط المياه الجوفية مشاكل في المناجم المكشوفة، تُستخدم المصارف الأفقية لتسريع عملية تخفيف الضغط في المنحدرات، مما يُساعد على منع انهيار المنحدرات على نطاق واسع في المنجم. تُستخدم المصارف الأفقية لخفض ضغط المسام عن طريق تقليل منسوب المياه الجوفية، مما يعزز استقرار المنحدرات. ^{[ 19 ]}

قد يُنفذ نوع من أنواع استخراج المعادن من المحاجر المكشوفة تحت مسمى "إزالة الطبقة العلوية". ويتم ذلك عندما يصبح منجم تحت الأرض غير مجدٍ اقتصاديًا أو مستنفدًا، ولكنه لا يزال يحتوي على صخور قيّمة، غالبًا نتيجةً لتقنيات التعدين بالغرف والأعمدة . تزيل عملية إزالة الطبقة العلوية الغطاء الصخري من فوق هذه الصخور، وتفتح المنجم من الأعلى، مما يسمح باستخراج المعادن التي كانت محصورة سابقًا.

كان التكسير سمة من سمات مناجم الأردواز الويلزية في ثلاثينيات القرن العشرين وأوائل القرن الحادي والعشرين، حيث وجد مارتن ويليامز إليس، مدير منجم ليتشويد ، أنه يمكن الحفاظ على ربحية المناجم الفيكتورية السابقة باستخدام التقنيات الآلية الحديثة للحفر بكميات كبيرة لاستخراج دعاماتها، ومؤخراً في عدد من المناجم المستنفدة. ^{[ 22 ]}

بعد انتهاء عمليات التعدين في موقع ما، قد تخضع منطقة المنجم لإعادة تأهيل الأرض . تُسوّى أكوام النفايات لتسويتها وزيادة استقرارها. إذا احتوى الخام على كبريتيدات، فإنه يُغطى عادةً بطبقة من الطين لمنع دخول مياه الأمطار والأكسجين من الهواء، اللذين قد يؤكسدان الكبريتيدات لإنتاج حمض الكبريتيك ، وهي ظاهرة تُعرف باسم تصريف المياه الحمضية من المناجم . ^{[ 23 ]} ثم تُغطى هذه الطبقة عادةً بالتربة ، وتُزرع النباتات للمساعدة في تثبيت المواد. في نهاية المطاف، ستتآكل هذه الطبقة، ولكن يُؤمل عمومًا أن يُبطئ الغطاء من معدل ترشيح الحمض بحيث تستطيع البيئة التعامل مع كمية الحمض والمعادن الثقيلة المصاحبة له. ^{[ 24 ]} لا توجد دراسات طويلة الأجل حول نجاح هذه الأغطية نظرًا لقصر الفترة الزمنية نسبيًا التي وُجد فيها التعدين السطحي واسع النطاق. قد يستغرق الأمر من مئات إلى آلاف السنين حتى تصبح بعض أكوام النفايات "محايدة حمضيًا" وتتوقف عن التسرب إلى البيئة. تُسيّج مواقع دفن النفايات عادةً لمنع الماشية من إتلاف الغطاء النباتي. ثم يُحاط الحفر المكشوف بسياج لمنع الوصول إليه، وعادةً ما يمتلئ في النهاية بالمياه الجوفية . في المناطق القاحلة، قد لا يمتلئ بسبب انخفاض منسوب المياه الجوفية. ^{[ 25 ]} في ألمانيا، أكبر منتج للفحم الليغنيتي في العالم (والذي يُستخرج معظمه حاليًا من المناجم المكشوفة)، تُحوّل المناجم القديمة عادةً إلى بحيرات اصطناعية . وللتخفيف من مشكلة تصريف المياه الحمضية من المناجم المذكورة أعلاه، غالبًا ما تُستخدم مياه الأنهار القريبة لإغراقها بدلًا من الاعتماد على المياه الجوفية فقط. في بعض الحالات، يُضاف أكسيد الكالسيوم أو مواد كيميائية قاعدية أخرى إلى الماء لمعادلة درجة الحموضة .

منجم كبريت مكشوف في تارنوبزج ، بولندا، يخضع لإعادة تأهيل الأرض

يُستخرج الذهب عادةً في المناجم المكشوفة بتركيز يتراوح بين 1 و5  أجزاء في المليون، ولكن في بعض الحالات،  يكون تركيز 0.75 جزء في المليون من الذهب اقتصاديًا. وقد تحقق ذلك من خلال عملية الترشيح بالكومة في منجم بيك هيل في غرب نيو ساوث ويلز ، بالقرب من دوبو ، أستراليا . ^{[ 26 ]}

يُستخرج النيكل ، عادةً على شكل لاتريت، عبر المناجم المكشوفة بنسبة تصل إلى 0.2%. ويمكن استخراج النحاس بنسب منخفضة تصل إلى 0.11% إلى 0.2%.

• التعدين الحرفي – التعدين المستقل، صغير النطاق، للاكتفاء الذاتي 
• مشكلة الإغلاق – مشكلة حسابية في نظرية الرسم البياني تُطبق على المناجم المكشوفة لتحقيق الاستخراج الأمثل (لا علاقة لها بإغلاق المنجم) 
• القطع (أعمال الحفر) - الموقع الذي تُزال فيه التربة لإفساح المجال أمام طريق أو سكة حديد أو قناة. صفحات تعرض أوصافًا مختصرة لأهداف إعادة التوجيه 
• قائمة المناجم المكشوفة
• الخندق – قناة محفورة في الأرض 
• الأنفاق – ممر تحت الأرض تم إنشاؤه لحركة المرور 

• أكبر المناجم وأعمقها وأكثرها فتكاً في العالم
• أعمق المناجم المكشوفة