التعدين السطحي

التعدين السطحي هو عملية استخراج طبقة من المعدن، وذلك بإزالة شريط طويل من التربة والصخور العلوية ( الطبقة السطحية )؛ ويُشار إلى هذه العملية أيضًا بإزالة الطبقة السطحية. ويُستخدم هذا النوع من التعدين بشكل شائع لاستخراج الفحم والليغنيت (الفحم البني) . ولا يُعد التعدين السطحي عمليًا إلا عندما يكون جسم الخام المراد استخراجه قريبًا نسبيًا من السطح و/أو أفقيًا في معظمه. ^{[ 5 ]} ويستخدم هذا النوع من التعدين بعضًا من أكبر الآلات في العالم، بما في ذلك الحفارات ذات العجلات الدلوية التي يمكنها نقل ما يصل إلى 12,000 متر مكعب (16,000 ياردة مكعبة) من التربة في الساعة.

يوجد نوعان من التعدين السطحي. الطريقة الأكثر شيوعًا هي التعدين السطحي على مساحة واسعة، ويُستخدم في الأراضي المستوية نسبيًا لاستخراج الرواسب. عند حفر كل شريط طويل، تُوضع التربة السطحية في الحفرة الناتجة عن الشريط السابق.

يتضمن التعدين الكنتوري إزالة الطبقة السطحية فوق طبقة المعدن بالقرب من نتوء صخري في التضاريس الجبلية، حيث يتبع النتوء المعدني عادةً خطوط الكنتور. ويتبع هذا النوع من التعدين غالبًا التعدين اللولبي في سفح الجبل لاستخراج المزيد من المعدن. وتترك هذه الطريقة عادةً مصاطب في سفوح الجبال.

التعدين السطحي في منجم غارزويلر بألمانيا. يظهر الليغنيت المستخرج على اليسار، بينما تظهر الطبقة السطحية المُزالة على اليمين. يُلاحظ أن المنجم مسطح إلى حد كبير بالنسبة لمعدن أفقي.

يشير التعدين السطحي إلى طريقة استخراج الصخور أو المعادن من باطن الأرض عن طريق إزالتها من حفرة مكشوفة أو منجم . تتم هذه العملية على سطح الأرض. ^{[ 6 ]} وهو الأنسب للوصول إلى رواسب المعادن الرأسية في الغالب. على الرغم من أن التعدين السطحي يُشار إليه أحيانًا خطأً باسم "التعدين المكشوف"، إلا أن الطريقتين مختلفتان (انظر أعلاه).

تعدين إزالة قمم الجبال (MTR) هو شكل من أشكال تعدين الفحم، حيث يتم استخراج طبقات الفحم الموجودة أسفل قمم الجبال عن طريق إزالة قمة الجبل التي تعلوها طبقة الفحم. تُستخدم المتفجرات لتفتيت الطبقة الصخرية العلوية (الطبقات الصخرية فوق طبقة الفحم)، والتي تُزال بعد ذلك. ثم تُنقل هذه الطبقة بواسطة شاحنات النقل إلى مواقع ردم في المنخفضات أو الوديان المجاورة. يتضمن تعدين إزالة قمم الجبال إعادة هيكلة واسعة النطاق للأرض للوصول إلى طبقات الفحم التي يصل عمقها إلى 120 مترًا (400 قدم) تحت سطح الأرض. تُستبدل إزالة قمم الجبال التضاريس شديدة الانحدار الأصلية بتضاريس أكثر انبساطًا. تشمل محاولات التنمية الاقتصادية في مواقع المناجم المُستصلحة سجونًا مثل سجن بيج ساندي الفيدرالي في مقاطعة مارتن بولاية كنتاكي، ومطارات في بلدات صغيرة، وملاعب غولف مثل ملعب تويستد غان في مقاطعة مينغو بولاية فرجينيا الغربية وملعب ستونكريست للغولف في مقاطعة فلويد بولاية كنتاكي ، بالإضافة إلى مواقع التخلص من حمأة أجهزة تنقية الغازات الصناعية، ومدافن النفايات الصلبة، ومواقف المقطورات، ومصانع المتفجرات، ووحدات تخزين للإيجار. ^{[ 7 ]} 

وقد ازداد استخدام هذه الطريقة في السنوات الأخيرة في حقول الفحم في جبال الأبلاش في ولايات فرجينيا الغربية ، وكنتاكي ، وفرجينيا ، وتينيسي في الولايات المتحدة. وقد جعلت التغيرات العميقة في التضاريس واضطراب النظم البيئية القائمة إزالة قمم الجبال أمراً مثيراً للجدل. ^{[ 8 ]}

يشير مؤيدو إزالة قمم الجبال إلى أنه بمجرد استصلاح هذه المناطق وفقًا لما ينص عليه القانون، توفر هذه التقنية أراضي مسطحة ممتازة مناسبة للعديد من الاستخدامات في منطقة نادرة فيها الأراضي المسطحة. كما يؤكدون أن النمو الجديد على المناطق المستصلحة من قمم الجبال التي تم تعدينها يكون أكثر قدرة على دعم أعداد الحيوانات البرية. ^{[ 9 ]}

يرى النقاد أن إزالة قمم الجبال ممارسة كارثية تُفيد عددًا محدودًا من الشركات على حساب المجتمعات المحلية والبيئة . وقد خلص تقريرٌ صادرٌ عن وكالة حماية البيئة الأمريكية ( EPA) حول الأثر البيئي إلى أن الجداول المائية القريبة من مواقع ردم الوديان قد تحتوي أحيانًا على مستويات أعلى من المعادن في المياه، فضلًا عن انخفاض التنوع البيولوجي المائي . ^{[ 10 ]} كما يُشير التقرير إلى أن 1165 كيلومترًا (724 ميلًا) من جداول جبال الأبلاش قد دُفنت تحت ردم الوديان خلال الفترة من 1985 إلى 2001. 

يؤدي التفجير في منجم إزالة قمم الجبال إلى انبعاث الغبار والصخور المتطايرة في الهواء، مما قد يتسبب في إزعاج الممتلكات الخاصة المجاورة أو استقرارها عليها. وقد يحتوي هذا الغبار على مركبات الكبريت، التي يزعم البعض أنها تُسبب تآكل المباني وشواهد القبور، وتشكل خطراً على الصحة. ^{[ 11 ]}

على الرغم من اشتراط إعادة تأهيل مواقع التعدين بعد اكتمال عمليات التعدين، إلا أن عمليات إعادة التأهيل تركز تقليديًا على تثبيت الصخور ومكافحة التعرية، وليس دائمًا على إعادة تشجير المنطقة. ^{[ 12 ]} تتنافس الأعشاب سريعة النمو وغير المحلية ، التي تُزرع لتوفير غطاء نباتي سريعًا في الموقع، مع شتلات الأشجار، وتواجه الأشجار صعوبة في تكوين أنظمة جذرية في التربة المضغوطة. ^{[ 10 ]} ونتيجة لذلك، تتأثر التنوع البيولوجي سلبًا في منطقة من الولايات المتحدة تضم العديد من الأنواع المستوطنة . ^{[ 13 ]} كما تزداد التعرية ، مما قد يؤدي إلى تفاقم الفيضانات . في شرق الولايات المتحدة، تعمل مبادرة إعادة تشجير منطقة الأبلاش على تشجيع استخدام الأشجار في إعادة تأهيل مواقع التعدين. ^{[ 14 ]}

التجريف هو أسلوب للتعدين تحت مستوى المياه الجوفية، ويرتبط في الغالب بتعدين الذهب. تستخدم الجرافات الصغيرة عادةً الشفط لرفع المواد المستخرجة من قاع المسطح المائي. أما عمليات التجريف واسعة النطاق تاريخيًا، فكانت تستخدم جرافة عائمة؛ وهي سفينة تشبه البارجة، تجرف المواد عبر سير ناقل في مقدمتها، ثم تفرز المكون المطلوب على متنها، وتعيد المواد غير المرغوب فيها إلى الماء عبر سير ناقل آخر في مؤخرتها. في وديان الأنهار المليئة بالحصى ذات مستويات المياه الجوفية الضحلة، تستطيع الجرافة العائمة شق طريقها عبر الرواسب السائبة في بركة تتشكل بفعلها.

يُعدّ التعدين الجداري العالي شكلاً آخر من أشكال التعدين، يُجرى أحيانًا لاستخراج كميات إضافية من الفحم بالقرب من منطقة التعدين السطحي. وقد تطورت هذه الطريقة من التعدين اللولبي، لكنها لا تُصنّف ضمن التعدين السطحي لعدم احتوائها على إزالة الطبقة العلوية لكشف طبقة الفحم. ^{[ 15 ]} ويصف التقرير النهائي رقم 2014-004 الصادر عن مجلس أبحاث الطاقة الكندية (CERB) بعنوان "التعدين الجداري العالي: منهجية التصميم والسلامة والملاءمة" للمؤلف يي لو، هذه الطريقة بأنها "طريقة تعدين فحم شبه سطحية وشبه تحت الأرض حديثة نسبيًا، تطورت من التعدين اللولبي". ^{[ 16 ]} في التعدين الجداري العالي، يتم اختراق طبقة الفحم بواسطة آلة تعدين مستمرة مدفوعة بآلية نقل هيدروليكية تعمل بشعاع الدفع (PTM). تتضمن الدورة النموذجية عملية الدفع (الإطلاق - الدفع للأمام) والقص (رفع وخفض ذراع رأس القطع لقطع كامل ارتفاع طبقة الفحم). ومع استمرار دورة استخراج الفحم، يتم إطلاق رأس القطع تدريجيًا داخل طبقة الفحم لمسافة 6.01 متر (19.72 قدمًا) . بعد ذلك، يقوم نظام إدارة التعدين (PTM) تلقائيًا بإدخال عارضة دفع مستطيلة الشكل بطول 6.01 متر (جزء ناقل لولبي) في القسم المركزي من الآلة بين رأس الطاقة ورأس القطع. يمكن لنظام عارضة الدفع اختراق طبقة الفحم حتى عمق 370 مترًا تقريبًا (ثبت ذلك في عام 2015 وحتى اليوم) . يستخدم أحد أنظمة التعدين الجدارية العالية الحاصلة على براءة اختراع مثاقب حلزونية مغلفة داخل عارضة الدفع، مما يمنع تلوث الفحم المستخرج بمخلفات الصخور أثناء عملية النقل. باستخدام التصوير بالفيديو و/أو مستشعر أشعة جاما و/أو أنظمة رادار جغرافية أخرى مثل مستشعر كشف واجهة الفحم والصخور (CID)، يمكن للمشغل رؤية إسقاط أمامي لواجهة طبقة الفحم والصخور وتوجيه تقدم آلة التعدين المستمرة. يمكن أن ينتج التعدين عالي الجدار آلاف الأطنان من الفحم في عمليات التعدين على مستوى الكنتور مع مصاطب ضيقة، ومناطق تم تعدينها سابقًا، وتطبيقات مناجم الخنادق، والطبقات شديدة الانحدار من خلال استخدام نظام مضخة تدفق المياه المتحكم فيه و/أو نظام تهوية الغاز (الخامل).   

يُعدّ استخراج الخام باستخدام الأنفاق ذات الشكل النفقي، التي تستخدمها آلات التعدين الجدارية العالية، أفضل بكثير من حفر الآبار الدائرية، إلا أن رسم خرائط المناطق التي طُوّرت بواسطة هذه الآلات لا يتم بدقة المناطق المستخرجة من أعماق كبيرة. وعلى عكس إزالة قمم الجبال، لا يتم إزاحة سوى كمية قليلة جدًا من التربة؛ ومع ذلك، فإن امتلاك وتشغيل آلة تعدين جدارية عالية يُعدّ أكثر تكلفة نسبيًا.

تُؤخذ في الاعتبار خرائط النتوء الصخري، بالإضافة إلى بيانات الحفر الأساسية والعينات المأخوذة أثناء عملية إنشاء المصاطب، لتحديد أفضل تصميم للألواح التي سيقطعها عامل منجم الجدار العالي. كما تُؤخذ في الاعتبار العوائق التي قد تتضرر بفعل الهبوط الأرضي والتضاريس الطبيعية لمنجم الجدار العالي، ويقوم المساح بتوجيه عامل منجم الجدار العالي في خط (خط المسح النظري) عمودي في الغالب على الجدار العالي. تمثل الخطوط المتوازية عمق الحفرة في الجبل (حتى 370 مترًا (1200 قدم) وفقًا لسجلات عام 2015). يؤدي عدم تحديد الاتجاه أو تصحيح التوجيه على سمت الملاحة أثناء التعدين إلى فقدان جزء من طبقة الفحم، ويشكل خطرًا محتملاً لقطع أعمدة من حفر سابقة بسبب الانحراف الأفقي (الدوران) لسلسلة وحدة الدفع والقطع. في الآونة الأخيرة، اخترقت آلات التعدين في الجدران العالية طبقة الفحم لأكثر من 370 مترًا (1200 قدم) (سجلات عام 2015 ). وتستطيع نماذج اليوم الوصول إلى أعماق أكبر، بدعم من الملاحة الجيروسكوبية، ولم تعد محدودة بكمية الكابلات المخزنة على الآلة. يُحدد أقصى عمق بإجهاد الاختراق الإضافي واستهلاك الطاقة المحدد المرتبط به (الالتواء والشد في سلسلة ناقلات البرغي)، ولكن نماذج ناقلات البرغي المحسّنة اليوم (المسماة بعوارض الدفع) مع تطوير المنتج المرئي ونمذجة العناصر المنفصلة (DEM) باستخدام برامج محاكاة سلوك التدفق، تُظهر أن عمليات الاختراق الممتدة للمحرك الذكي ممكنة. ممكن، حتى في ظل زوايا ميل حادة من الوضع الأفقي إلى أكثر من 30 درجة في قاع البئر. في حالة التعدين شديد الانحدار، ينبغي أن يكون مصطلح أسلوب التعدين الجديد هو "التعدين الموجه" (تُصنف التقنيات الشائعة الاستخدام، مثل الحفر الموجه والتعدين الموجه، ضمن تقنيات "من السطح إلى داخل الطبقة" (SIS)). سواء كان التعدين جافًا أو رطبًا، يتم تطوير عمليات نزح المياه أو القطع والتجريف من خلال ناقلات لولبية، وتكون هذه التقنيات استباقية في تطوير خارطة طريق لشركة هندسية رائدة عالميًا في مجال تعدين الجدران العالية.  

فرضت الحكومات الفيدرالية قوانين ولوائح متعددة يتعين على شركات التعدين الالتزام بها التزامًا صارمًا. ففي الولايات المتحدة، ينص قانون مراقبة التعدين السطحي وإعادة تأهيل الأراضي لعام 1977 على إعادة تأهيل مناجم الفحم السطحية. ^{[ 17 ]} أما إعادة تأهيل المناجم غير الفحمية فتخضع لقوانين الولايات والمحليات، والتي قد تختلف اختلافًا كبيرًا. ويتناول قانون السياسة البيئية الوطنية (NEPA)، وقانون الحفاظ على الموارد واستعادتها (RCRA)، وقانون الاستجابة البيئية الشاملة والتعويض والمسؤولية (CERCLA)، وغيرها الكثير من القوانين، موضوع التعدين السطحي. ^{[ 17 ]} وفي بعض الحالات، حتى مع وجود تشريعات مناسبة للتعدين السطحي، تبقى بعض الآثار السلبية على صحة الإنسان والبيئة.

قد يُخلّف التعدين السطحي آثارًا عديدة على البيئة المحلية. تشمل هذه الآثار السلبية تلوث التربة والمياه والهواء والضوضاء، فضلًا عن تغيير معالم الطبيعة وغيرها من الآثار السلبية. ^{[ 18 ]} ومع ذلك، يُمكن للتكنولوجيا الحديثة والإدارة السليمة أن تُسهّل معالجة إمدادات المياه المحلية بشكل صحيح واستعادة النظام البيئي المحلي، مما يُساعد على إعادة بناء البيئة. ^{[ 18 ]}

لكل نوع من أنواع التعدين السطحي تأثيره البيئي الخاص، كما هو موضح أدناه.

التعدين السطحي - بعد انتهاء العمليات، تُعاد مخلفات التعدين إلى الحفرة وتُغطى لإعادة الموقع إلى حالته قبل بدء عملية التعدين. تتضمن هذه العملية إزالة جميع الغطاء النباتي الأرضي في المنطقة، مما يضر بالبيئة. ^{[ 19 ]} يمكن وضع طبقة من التربة السطحية فوق المخلفات مع زراعة الأشجار وأنواع أخرى من النباتات. تتضمن طريقة أخرى لإعادة تأهيل الموقع ملء الحفرة بالماء لإنشاء بحيرة اصطناعية. قد تحتوي أكوام المخلفات الكبيرة المتبقية على معادن ثقيلة يمكن أن تتسرب منها أحماض مثل الرصاص والنحاس وتدخل إلى مصادر المياه. ^{[ 20 ]}

التعدين السطحي - يُعدّ من أكبر أنواع المناجم في العالم، وتُخلّف عملياته الضخمة آثارًا بيئية هائلة، وتُدمّر الموائل الطبيعية، وتُكلّف مبالغ طائلة للتنظيف. ^{[ 21 ]} يُمكن أن يُنتج منجم سطحي كميات هائلة من الصخور المُهدرة، وقد تتشكّل فيه حفر انهيارية، بالإضافة إلى الفيضانات وغيرها من الآثار السلبية المشابهة للتعدين السطحي. ^{[ 22 ]}

تعدين إزالة قمم الجبال - يتضمن إزالة قمم الجبال بالكامل، حيث تُستخدم الصخور الناتجة لتسوية الأراضي المحيطة عن طريق ردم الأنهار والوديان. يُعد هذا النوع من التعدين مدمرًا للغاية لأنه يُغير بشكل دائم معالم المنطقة والنظام البيئي المرتبط بها. في جميع أنحاء جبال الأبلاش في ولايات مثل كنتاكي وفرجينيا، تُعد إزالة قمم الجبال طريقة تعدين شائعة، حيث تُزال الغابات بأكملها وتصبح المنطقة عرضة للانهيارات الأرضية، وقد يكون ترميمها في بعض الأحيان صعبًا أو مكلفًا للغاية. ^{[ 23 ]}

التجريف - شكل من أشكال التعدين السطحي، حيث تتركز آثاره البيئية بشكل أساسي تحت الماء. وتؤدي هذه الطريقة، التي يتم فيها استخراج المواد من قاع البحر أو أي مسطح مائي، إلى مخاطر جسيمة على الحياة البحرية. ومع ذلك، فإن تأثيرها أقل بكثير مقارنةً بطرق التعدين الأخرى. ويمكن أن يؤدي تدفق الرواسب إلى دفن النباتات والحيوانات، وتغيير مستويات المياه، وتعديل نسبة الأكسجين فيها. ^{[ 24 ]} ويُعد تلوث المياه والضوضاء مصدر قلق يجب رصده، لأن الحياة البحرية حساسة للغاية وعرضة للتغيرات الجذرية والضارة في نظامها البيئي. ^{[ 25 ]}

تعدين الجدران العالية - له تأثير بيئي أقل من إزالة قمم الجبال نظرًا لصغر مساحة السطح الخارجي، ولكن لا تزال هناك آثار جانبية سلبية. ^{[ 15 ]} يُعد تلوث الهواء والضوضاء الناتج عن التفجير من الآثار البيئية الشائعة، إلى جانب أكوام المخلفات الكبيرة التي يمكن أن تتسرب إلى المجاري المائية والعديد من النظم البيئية. ^{[ 26 ]}

يتطلب تنظيف وترميم وإزالة المخاطر من منجم سطحي كان يعمل سابقًا مبالغ طائلة وعمليات معالجة بيئية واسعة النطاق . ^{[ 27 ]} قد تستمر مشاريع المعالجة هذه لسنوات بعد إغلاق المنجم. في بعض الحالات، تُعلن شركات التعدين إفلاسها، تاركةً مناجم مهجورة دون تمويل للمعالجة. وفي حالات أخرى، تُحجم شركات التعدين عن دفع تكاليف المعالجة، مما يستدعي اللجوء إلى التقاضي أو اتخاذ إجراءات تنظيمية لإلزامها بتخصيص الأموال اللازمة. غالبًا ما تُؤخر هذه المشكلات القانونية عمليات المعالجة، مما يُؤثر سلبًا على البيئة.

في الولايات المتحدة، عندما تتوقف الشركة عن العمل أو تعجز عن تنظيف الموقع لأي سبب آخر، يمكن استخدام الضرائب الخاصة المفروضة على منتجي النفايات الخطرة (مثل صندوق سوبرفند التابع لوكالة حماية البيئة ) لتمويل مشاريع المعالجة. ^{[ 28 ]} أما في كندا، فهناك تفاعل معقد بين تقنيات صناعة التعدين المتطورة ، وتشريعات حماية البيئة، وجهود الاستصلاح. ^{[ 29 ]}