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La minería a cielo abierto , también conocida como minería a cielo abierto o minería a tajo abierto y en contextos más amplios megaminería , [1] es una técnica de minería de superficie que extrae rocas o minerales de la tierra.
Las minas a cielo abierto se utilizan cuando se encuentran depósitos de minerales o rocas comercialmente útiles cerca de la superficie, donde la capa de recubrimiento es relativamente delgada. Por el contrario, se puede llegar a depósitos minerales más profundos mediante la minería subterránea. [2]
La minería a cielo abierto se considera uno de los sectores más peligrosos del mundo industrial . [ no verificado en el cuerpo ] Provoca efectos significativos en la salud de los mineros, así como daños ecológicos a la tierra y al agua. La minería a cielo abierto provoca cambios en la vegetación, el suelo y el lecho rocoso, lo que en última instancia contribuye a cambios en la hidrología superficial, los niveles de agua subterránea y las rutas de flujo. [5] Además, la minería a cielo abierto produce contaminantes nocivos según el tipo de mineral que se extrae y el tipo de proceso minero que se utiliza.
Los mineros suelen perforar una serie de pozos de prueba para localizar un yacimiento de mineral subterráneo. A partir de las muestras extraídas, pueden determinar la extensión del mineral. Esto les ayuda a determinar la ubicación probable de las vetas o bancos de mineral y su valor comercial. [6] Las minas a cielo abierto que producen materiales de construcción y piedra dimensional se conocen comúnmente como canteras .
Las minas a cielo abierto se excavan en bancos , que describen niveles verticales del pozo. El intervalo de los bancos depende del depósito que se está extrayendo, el mineral que se está extrayendo y el tamaño de la maquinaria que se está utilizando. Generalmente, los bancos de minas grandes tienen de 12 a 15 metros de espesor. [7] Por el contrario, muchas canteras no utilizan bancos, ya que suelen ser poco profundos. [7] La minería se puede realizar en más de un banco a la vez, y el acceso a diferentes bancos se realiza con un sistema de rampas. El ancho de cada banco está determinado por el tamaño del equipo que se utiliza, generalmente de 20 a 40 metros de ancho. [6] Se crean rampas descendentes para permitir que comience la minería en un nuevo nivel. Este nuevo nivel se volverá progresivamente más ancho para formar el nuevo fondo del pozo. [6]
La mayoría de las paredes del pozo se extraen generalmente en un ángulo menor que el vertical. La roca estéril se retira cuando el pozo se hace más profundo, por lo tanto, este ángulo es una precaución de seguridad para prevenir y minimizar el daño y el peligro de caídas de rocas. Sin embargo, esto depende de qué tan erosionadas y meteorizadas estén las rocas y del tipo de rocas involucradas. También depende de la cantidad de debilidades estructurales que se produzcan dentro de las rocas, como fallas , cizalladuras , juntas o foliaciones .
Los muros están escalonados. La sección inclinada del muro se conoce como talud y la parte plana del escalón se conoce como banco o berma. Los escalones en los muros ayudan a evitar que las caídas de rocas continúen por toda la cara del muro. En algunos casos, se requiere soporte de tierra adicional y se utilizan pernos de roca , pernos de cable y hormigón proyectado . Se pueden utilizar perforaciones de drenaje para aliviar la presión del agua perforando horizontalmente en el muro, lo que a menudo es suficiente para causar fallas en el muro por sí solo. [8]
Generalmente, hay un camino de transporte al costado del pozo, que forma una rampa por donde pueden pasar los camiones que transportan mineral y roca estéril. [9]
Las minas a cielo abierto suelen explotarse hasta que se agotan los recursos minerales o hasta que la proporción de material de recubrimiento en relación con el mineral aumenta y la extracción no es rentable. [ cita requerida ] Una vez cerradas, las minas a cielo abierto a veces se convierten en vertederos para la eliminación de residuos sólidos. Por lo general, se requiere algún tipo de control del agua para evitar que el pozo de la mina se convierta en un lago. Varias antiguas minas a cielo abierto se han convertido deliberadamente en lagos artificiales, formando áreas como el Distrito de los Lagos de Lusacia , el Distrito de los Lagos de Alemania Central o el Distrito de los Lagos del Alto Palatinado. Una preocupación particular en la formación de estos lagos es el drenaje ácido de las minas .
Las minas a cielo abierto generan una cantidad significativa de desechos. Casi un millón de toneladas de mineral y roca estéril pueden trasladarse desde las minas más grandes por día, y un par de miles de toneladas desde las minas pequeñas por día. [6] Por lo general, hay cuatro operaciones principales en una mina que contribuyen a esta carga: perforación , voladura, carga y transporte .
Los desechos de roca se transportan a un vertedero de desechos. Los vertederos de desechos pueden apilarse en la superficie del pozo activo o en pozos previamente explotados.
Los desechos que quedan del procesamiento del mineral se denominan relaves y generalmente se presentan en forma de lodo . Estos se bombean a una presa de relaves o un estanque de sedimentación, donde el agua se reutiliza o se evapora. Las presas de relaves pueden ser tóxicas debido a la presencia de minerales de sulfuro no extraídos , algunas formas de minerales tóxicos en la ganga y, a menudo, cianuro que se utiliza para tratar el mineral de oro mediante el proceso de lixiviación con cianuro . Si no se implementan las protecciones ambientales adecuadas, esta toxicidad puede dañar el medio ambiente circundante. [10]
La minería a cielo abierto implica el proceso de alteración del suelo, lo que conduce a la creación de contaminantes del aire. La principal fuente de contaminantes del aire proviene del transporte de minerales, pero existen otros factores, como la perforación, las voladuras y la carga y descarga de escombros. [11] Este tipo de contaminantes causan daños significativos a la salud y la seguridad públicas, además de dañar la calidad del aire. La inhalación de estos contaminantes puede causar problemas en los pulmones y, en última instancia, aumentar la mortalidad. [11] Además, los contaminantes afectan a la flora y la fauna en las áreas que rodean las minas a cielo abierto.
La minería de oro a cielo abierto es una de las mayores amenazas potenciales para el medio ambiente, ya que afecta la composición química del aire y del agua. El polvo expuesto puede ser tóxico o radiactivo, lo que lo convierte en un problema de salud para los trabajadores y las comunidades circundantes. [12]
La extracción de níquel a cielo abierto ha provocado degradación ambiental y contaminación en países en desarrollo como Filipinas e Indonesia . [13] [14] En 2024, la extracción y el procesamiento de níquel fue una de las principales causas de deforestación en Indonesia . [15] [16] La extracción de cobalto a cielo abierto ha provocado deforestación y destrucción del hábitat en la República Democrática del Congo . [17]
Las minas a cielo abierto que operan en un área con características de agua subterránea pesada pueden eventualmente enfrentar problemas relacionados con la hidrología. Esto incluye levantamientos y estallidos del piso de la mina debido a una presión de elevación excesiva. Se debe instalar un sistema de control de agua subterránea para solucionar los problemas causados por la hidrología. La formación de un diseño de talud de una mina a cielo abierto apropiado cambia a lo largo de la vida de una mina. Se basa principalmente en una comprensión cada vez mayor de las condiciones de la masa rocosa, incluidas las aguas subterráneas y las presiones asociadas que pueden estar actuando dentro de los taludes. La reducción de las aguas subterráneas relacionada con las presiones de poro es un aspecto crucial para determinar si es alcanzable o no un diseño de ingeniería geotécnica para taludes de minas a cielo abierto. Los sistemas de control de aguas subterráneas, que incluyen pozos de desagote y despresurización, también pueden tener un gran impacto en las aguas subterráneas locales. Debido a esto, se requiere una versión basada en la optimización del sistema de control para garantizar que los impactos hidrogeológicos locales y regionales se encuentren dentro de rangos aceptables. [18]
La despresurización a cielo abierto es el proceso de eliminar tensiones o presiones de diferentes áreas de una mina. La despresurización ayuda a que las minas a cielo abierto sean más estables y seguras. Al utilizar un programa integrado de despresurización de taludes de mina, la probabilidad de que se puedan lograr los planes de la mina y con un nivel aceptable de riesgo aumenta drásticamente. [18] [19] La despresurización permite ampliaciones considerables de una mina y puede extender la vida útil de la mina de 10 a 15 años. Una técnica utilizada en la despresurización es el recocido. El recocido es el calentamiento y enfriamiento lento de un metal, aleación o vidrio. Este calentamiento y enfriamiento lento alivia la tensión interna de las áreas circundantes. El recocido aumentará la trabajabilidad y durabilidad de un material, lo que en general aumenta la seguridad de la mina a cielo abierto. [20] Cuando las presiones de las aguas subterráneas causan problemas en las minas a cielo abierto, se utilizan drenajes horizontales para ayudar a acelerar el proceso de despresurización de taludes. Lo que ayuda a prevenir fallas de taludes a gran escala en la mina. Los drenajes horizontales se utilizan para reducir la presión de los poros al reducir la carga de agua subterránea, lo que mejora la estabilidad de las pendientes. [18]
Una forma de explotación a cielo abierto puede ser la de "desbroce". Esto se hace cuando una mina subterránea anterior se está volviendo poco rentable o está agotada, pero aún deja roca valiosa en su lugar, a menudo como resultado de la minería de pilares y cámaras . El desbroce elimina la capa de recubrimiento que se encuentra por encima de esta, abre la mina desde arriba y luego permite que se extraigan los minerales que anteriormente estaban "atrapados".
La descortezación fue una característica de las explotaciones de pizarra galesas en las décadas de 1930 y 2000, donde Martyn Williams-Ellis, gerente de Llechwedd, descubrió que las explotaciones victorianas anteriores podían mantenerse rentables con las técnicas recientemente mecanizadas para la excavación a granel para extraer sus pilares, y más recientemente en varias minas explotadas. [21]
Una vez que la minería termina en un lugar, el área de la mina puede someterse a una rehabilitación del terreno . Los vertederos de desechos se contornean para aplanarlos y estabilizarlos aún más. Si el mineral contiene sulfuros , generalmente se cubre con una capa de arcilla para evitar la entrada de lluvia y oxígeno del aire, que puede oxidar los sulfuros para producir ácido sulfúrico , un fenómeno conocido como drenaje ácido de minas . [22] Luego, generalmente se cubre con tierra y se planta vegetación para ayudar a consolidar el material. Con el tiempo, esta capa se erosionará, pero generalmente se espera que la tasa de lixiviación o ácido se ralentice por la cubierta de modo que el medio ambiente pueda manejar la carga de ácido y metales pesados asociados. [23] No hay estudios a largo plazo sobre el éxito de estas cubiertas debido al tiempo relativamente corto en el que existe la minería a cielo abierto a gran escala. Puede llevar cientos a miles de años para que algunos vertederos de desechos se vuelvan "neutrales al ácido" y dejen de lixiviar al medio ambiente. Los vertederos generalmente están cercados para evitar que el ganado los despoje de la vegetación. El tajo abierto se rodea entonces con una valla para impedir el acceso y, por lo general, acaba llenándose de agua subterránea . En zonas áridas, puede que no se llene debido a los profundos niveles de agua subterránea. [24] En Alemania, el mayor productor mundial de lignito (del que hoy en día prácticamente todo se extrae a cielo abierto), las antiguas minas suelen convertirse en lagos artificiales . Para mitigar el problema del drenaje ácido de las minas mencionado anteriormente, las inundaciones se suelen realizar con el agua de los ríos cercanos en lugar de utilizar únicamente agua subterránea. En algunos casos, hay que añadir óxido de calcio u otros productos químicos básicos al agua para neutralizar el valor del pH .
El oro se extrae generalmente en minas a cielo abierto en concentraciones de 1 a 5 ppm (partes por millón), pero en ciertos casos, 0,75 ppm de oro es económico. Esto se logró mediante lixiviación en pilas a granel en la mina Peak Hill en el oeste de Nueva Gales del Sur , cerca de Dubbo , Australia . [25]
El níquel , generalmente en forma de laterita, se extrae a cielo abierto hasta un 0,2%. El cobre se puede extraer en grados tan bajos como 0,11% a 0,2%.
La minería a cielo abierto es un método común para extraer minerales y muestras de la Tierra. Debido a su relación costo-beneficio, este método es muy popular y se utiliza en todo el mundo. A continuación se enumeran las diez minas a cielo abierto más grandes del mundo en 2015. [26]
