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 .

Open-cast mines are dug on benches, which describe vertical levels of the hole. The interval of the benches depends on the deposit being mined, the mineral being mined, and the size of the machinery that is being used. Generally, large mine benches are 12 to 15 metres thick.^[6] In contrast, many quarries do not use benches, as they are usually shallow.^[6] Mining can be conducted on more than one bench at a time, and access to different benches is done with a system of ramps. The width of each bench is determined by the size of the equipment being used, generally 20–40 metres wide.^[5] Downward ramps are created to allow mining on a new level to begin. This new level will become progressively wider to form the new pit bottom.^[5]

Most walls of the pit are generally mined on an angle less than vertical. Waste rock is stripped when the pit becomes deeper, therefore this angle is a safety precaution to prevent and minimize damage and danger from rock falls. However, this depends on how weathered and eroded the rocks are, and the type of rocks involved. It also depends on the amount of structural weaknesses that occur within the rocks, such as faults, shears, joints or foliations.

The walls are stepped. The inclined section of the wall is known as the batter, and the flat part of the step is known as the bench or berm. The steps in the walls help prevent rock falls continuing down the entire face of the wall. In some instances additional ground support is required and rock bolts, cable bolts and shotcrete are used. De-watering bores may be used to relieve water pressure by drilling horizontally into the wall, which is often enough to cause failures in the wall by itself.^[7]

A haul road is usually situated at the side of the pit, forming a ramp up which trucks can drive, carrying ore and waste rock.^[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

Gold is generally extracted in open-pit mines at 1 to 5 ppm (parts per million) but in certain cases, 0.75 ppm gold is economical. This was achieved by bulk heap leaching at the Peak Hill mine in western New South Wales, near Dubbo, Australia.^[26]

Nickel, generally as laterite, is extracted via open-pit down to 0.2%. Copper can be extracted at grades as low as 0.11% to 0.2%.

• Artisanal mining – Independent, small-scale, subsistence mining
• Closure problem – Computational problem in graph theory applied to open-pit mines for optimal extraction (not related to closing the mine)
• Cut (earthmoving) – Location where earth is removed to make way for a road, railway, or canalPages displaying short descriptions of redirect targets
• List of open-pit mines
• Trench – Excavated channel in ground
• Tunneling – Underground passage made for traffic

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