Что такое открытая разработка месторождений?

Открытая разработка месторождений, или добыча полезных ископаемых открытым способом – это один из нескольких нетуннельных методов добычи, который дает шахтерам свободный доступ к минералам и камню у поверхности Земли. Взрывчатка помогает создать массивные, похожие на каньон отверстия. Тяжелая техника перерабатывает отверстия в пригодные для работы шурфы и извлекает ценные материалы, которые затем вывозятся большими грузовиками. Твердые и жидкие отходы обычно хранятся в местах захоронения вблизи карьера.

Определение открытой разработки месторождений

Ни одно государственное агентство не публикует информацию о количестве месторождений открытой разработки в стране или в мире. Также нет надежного публичного источника информации о долларовом объеме открытой горной промышленности. Это может быть связано с тем, что открытая добыча – это только один из видов добычи, при котором удаляются почва и порода, покрывающая добываемый материал. Все вместе эти типы шахт называются открытыми.

Дополнительная проблема с определением масштабов открытой разработки месторождений заключается в том, что многие открытые шахты имеют подземные тоннели.

Более полезным является рассмотрение горнодобывающей промышленности в целом. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), в 2020 году только в США были следующие действующие шахты: 6251 песчано-гравийный карьер, 4281 каменный карьер, 1009 угольных шахт, 895 неметаллических шахт и 278 металлических шахт. Песчаные, гравийные, каменные, угольные и многие металлические и неметаллические шахты, скорее всего, относятся к открытому типу. (1)

Классический открытый карьер имеет внушительную глубину и гораздо большую ширину в верхней части, чем в нижней. Одним из примеров является особенно массивный карьер Бингем-Каньон вблизи Солт-Лейк-Сити, штат Юта, США. Его глубина составляет почти 1,2 километра, а ширина – около 4 километров. (2)

Карьеры выкапывают таким образом, чтобы стены («баттеры») были наклонены вниз. Такой уклон помогает уменьшить силу тяжести камней и, следовательно, минимизирует риск падения валунов вниз и получения травм. Плоские земляные террасы, называемые «скамьями» или «бермами», периодически отходят от баттеров. Они достаточно широкие, чтобы прочно удерживать грузовики размером с динозавра и другую тяжелую технику, когда они проезжают друг мимо друга. Система пандусов позволяет грузовикам и другим грунтозацепам проезжать между скамьями.

Открытые горные работы обычно используются для добычи металлических руд, таких как алюминий, бокситы, медь, золото и железо, а также неметаллических руд, таких как уголь, уран и фосфаты. Открытая разработка месторождений также известна как добыча открытым способом и мегадобыча.

С экологической точки зрения добыча открытым способом является разрушительной. Она потребляет огромное количество воды, сильно загрязняет воду и воздух, обезображивает ландшафты и навсегда уничтожает среду обитания. Даже после того, как карьеры отработаны, а участки восстановлены, на территории карьеров сохраняется повышенный риск эрозии и наводнений. (3, 4)

Несмотря на экологические недостатки, есть несколько причин, по которым добыча полезных ископаемых открытым способом остается популярной. Используя тяжелую технику и взрывчатку, она в три-пять раз целесообразнее, чем добыча глубокими шахтами. За один день можно добыть до 20 000 тонн. Это безопаснее и для шахтеров, поскольку в большинстве карьеров нет необходимости прокладывать тоннели, а значит, риск обрушения тоннеля, пожара и выброса токсичных газов минимален. (5)

Загрязнение воздуха

Во время горных работ образуются тяжелые облака пыли. Только взрывные работы составляют огромную часть проблемы. В 2018 году международная группа ученых, опубликованная в E3S Web of Conferences, сообщила, что ежегодно взрывается около 10 миллиардов кубометров породы. Образующиеся облака переносят около 2,0–2,5 миллионов тонн пыли. (4)

Пыль, образующаяся при бурении и взрыве на некоторых шахтах, является высокорадиоактивной. Так, например, обстоит дело на урановых рудниках. Однако проблема не ограничивается известными радиоактивными рудами, поскольку все руды в той или иной степени радиоактивны. (6)

Даже если она не радиоактивна, пыль, содержащая тяжелые металлы, может быть очень опасной. При вдыхании она может вызвать различные респираторные проблемы, включая пневмокониоз. (7)

Взрывчатые вещества, используемые при взрывных работах, выделяют пары, которые вызывают кислотные дожди. Еще в 1973 году советские ученые сообщили, что смог может образовываться в самих карьерах. В 2019 году китайские ученые сообщили, что соляная кислота, выделяемая шахтами, достаточно едкая, чтобы разъесть бетон. (8, 9, 10, 11)

При неисправности шахтного оборудования или ошибках рабочих, например, сварщиков, уголь воспламеняется. Пожары в шахтах выделяют токсичные газы и вызывают значительное загрязнение воздуха. (12)

Огромное тяжелое оборудование, используемое на шахтах, выделяет выхлопные газы и загрязняет воздух.

Загрязнение воды

Одна из самых серьезных проблем при добыче полезных ископаемых открытым способом характерна и для подземной добычи. Минерал пирит часто встречается в угольных шахтах. Он содержит серу. Когда пирит обнажается, и сера вступает в реакцию с воздухом и водой, она образует кислоту. Кислотная вода, а также связанные с породой тяжелые металлы, растворенные кислотой, вытекают из шахт в близлежащие реки, озера и ручьи, убивая водных обитателей и делая воду непригодной для использования. (13)

Исследование 2021 года, опубликованное в рецензируемом журнале Ecological Applications, показало, что 40% видов морских животных в 93 водоемах, расположенных ниже по течению от района Аппалачи, где находятся многочисленные открытые шахты, были уничтожены. Особенно проблематично это в связи с добычей угля, поскольку дренаж кислотных шахт может продолжаться сотни лет, даже спустя долгое время после закрытия шахты. (14, 15)

Загрязнение кислотными стоками

Можно утверждать, что «кислотный дренаж воды» следует сгруппировать с загрязнением воды, но в данном случае проблему создают не процессы добычи полезных ископаемых и даже не мельничные процессы. Это сама природа.

Когда сера в открытом пирите встречается с воздухом и дождевой водой, она образует кислоту. Когда дождевая вода с новой кислотой стекает, она может освободить и унести с собой тяжелые металлы из породы. С тяжелыми металлами или без них, дренаж кислотных вод является катастрофическим для водной фауны. (13)

Загрязнение воды, вызванное добычей полезных ископаемых открытым способом, типично для всей горнодобывающей промышленности. Уголь и другие полезные ископаемые перевозятся по железной дороге, грузовиками или на лодках на «фабрики», где минеральный продукт сортируется, а порода дробится, измельчается, промывается и фильтруется. Затем, в зависимости от минерала, продукт добычи проходит через различные процессы очистки, требующие большого количества воды и растворителей. Растворители, другие промышленные химикаты и металлы, которые остаются в воде, называются «хвостами».

В результате аварий на объекте хвосты могут попасть прямо в окружающую среду. Именно это произошло 4 августа 2014 года недалеко от Ванкувера, Канада, на хвостохранилище Маунт-Полли. В результате обрушения дамбы на площадке восемь миллионов кубометров хвостов попали в озеро Полли, ручей Хейзелтин и озеро Квеснел. (16, 17)

Согласно официальному отчету о воздействии на окружающую среду, загрязненная вода переполнила ручей и вырезала новую, гораздо более широкую и глубокую долину. Окружающие болота покрылись металлическим илом. Около 136 гектаров верхнего слоя почвы вокруг озера Полли было смыто, а отложения хвостов толщиной 3,5 метра перекрыли выход из озера. Восстановительные работы продолжаются. (18)

Потребление воды

Уровень потребления воды отслеживается Геологической службой. Только в США в 2015 году из земли выкачивалось примерно 15 триллионов литров в день для промывки, необходимой для фрезерного процесса добычи полезных ископаемых. (Эта цифра включает в себя как открытую, так и тоннельную добычу). 72% из них приходилось на подземные воды. Остальное – поверхностные воды, 77% из которых были пресноводными. (19)

Отходы и разрушение среды обитания

Открытые карьеры вырыты прямо в вершинах гор. Растительность исчезает. Почва исчезает. Среда обитания полностью уничтожена.

До 1977 года федеральное законодательство не требовало, чтобы после прекращения горных работ на открытых карьерах проводилась какая-либо рекультивация или реабилитация. С этого года Федеральное управление по рекультивации и правоприменению в области открытых горных работ регулирует рекультивацию совместно с различными агентствами. Правила варьируются в зависимости от региона, но в целом горнодобывающие компании должны очистить территорию. Они не обязаны восстанавливать горные вершины. Им не нужно восстанавливать среду обитания. Они должны просто вернуть землю в пригодную для использования форму. (20, 5)

Что касается словосочетания «пригодный к использованию»: Департамент охраны природы Калифорнии, например, просто настаивает на том, чтобы карьеры использовались с пользой. Этот департамент перечисляет открытые пространства, места обитания диких животных, сельское хозяйство, жилую и коммерческую застройку в качестве подходящих способов рекультивации карьерных земель. (21)

Часть огромного карьера Бекман в Сан-Антонио, штат Техас, стала парком развлечений «Шесть флагов» и торговым центром. Шахта Биг Браун вблизи Фэрфилда, штат Техас, теперь является зоной дикой природы и частным озером. Поле для гольфа Пита Дая в Бриджпорте, Западная Вирджиния, занявшее 9-е место в рейтинге лучших современных полей журнала Golfweek, находится на месте бывшей открытой шахты.

Шумовое и световое загрязнение

Чтобы максимально использовать дорогостоящее оборудование, многие открытые карьеры работают семь дней в неделю, 24 часа в сутки. Это создает невыразимое шумовое и световое загрязнение, которое беспокоит людей и диких животных. (22, 23, 24)

Долгосрочные последствия (восстановление и рекультивация)

Обязанные очищать открытые карьеры, горнодобывающие компании иногда расплющивают твердые отходы, богатые тяжелыми металлами, и помещают их в котлован, который должен быть засыпан. Если в шахте был пирит, то на весь карьер укладывается слой глины, чтобы пирит и содержащаяся в нем сера не вступали в немедленное взаимодействие с водой и воздухом и не создавала дальнейший кислотный шахтный дренаж. (К сожалению, долгосрочных исследований успешности применения глиняных слоев не существует).

Сама шахта может быть заполнена пустой породой. Затем она перестраивается. Добавляется верхний слой почвы и высаживается растительность.

Суровая правда заключается в том, что на рекультивированных карьерах вершина горы навсегда исчезает. Между тем, когда шахта закрывается, насосы, отгоняющие воду из карьера, отключаются. Из-за особенностей рельефа местности дождевая вода может постоянно стекать в рекультивированный карьер. Иногда эта территория превращается в озеро, хотя и с особо токсичными водами. (25)

Безопасна ли открытая разработка месторождений?

Для шахтеров добыча открытым способом более безопасна, чем добыча в тоннелях, но и она не лишена риска.

Горные туннели могут обрушиться или загореться, что может привести к гибели многих сотен шахтеров. Например, в 1942 году смесь газа и угольной пыли взорвалась на угольной шахте «Хонкейко» вблизи Бенси в китайской провинции Ляонин. В результате обрушения туннелей и пожара в шахте погибли 1549 шахтеров. (26)

Даже если шахтные газы не взрываются, они могут убить, либо потому что они токсичны при вдыхании, либо потому что они занимают большой процент газа, доступного для дыхания в узком пространстве. Это лишает шахтеров кислорода и тихо душит их. (27)

Опасности для шахтеров открытых карьеров гораздо меньше. По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний, падение породы, проблемы с техникой, поражение электрическим током и различные другие несчастные случаи, характерные для всех отраслей промышленности, также характерны для открытых горных разработок. (28)

Treehugger