La minería de superficie , que incluye la minería a cielo abierto , la minería a cielo abierto y la minería de remoción de cimas de montañas , es una categoría amplia de minería en la que se eliminan el suelo y la roca que recubre el depósito mineral (la capa superficial ), a diferencia de la minería subterránea , en la que la roca suprayacente se deja en su lugar y el mineral se extrae a través de pozos o túneles.
En América del Norte, donde se produce la mayor parte de la minería de carbón a cielo abierto , este método comenzó a utilizarse a mediados del siglo XVI [2] y se practica en todo el mundo en la minería de muchos minerales diferentes. [3] En América del Norte, la minería a cielo abierto ganó popularidad a lo largo del siglo XX, y las minas a cielo abierto ahora producen la mayor parte del carbón extraído en los Estados Unidos . [4]
En la mayoría de las formas de minería a cielo abierto, los equipos pesados , como las excavadoras, primero retiran la capa superficial. A continuación, las máquinas grandes, como las excavadoras de arrastre o las excavadoras de rueda de cangilones , extraen el mineral.
Las ventajas de la minería a cielo abierto incluyen un menor costo y una mayor seguridad en comparación con la minería subterránea. Las desventajas incluyen riesgos para la salud humana y el medio ambiente. Los seres humanos enfrentan una variedad de riesgos para la salud causados por la minería, como diferentes enfermedades cardiovasculares, contaminación de los alimentos y del agua. La destrucción del hábitat , junto con la contaminación del aire, el ruido y el agua, son todos impactos ambientales negativos significativos causados por los efectos secundarios de la minería a cielo abierto.
Hay cinco tipos principales de minería de superficie, como se detalla a continuación.
La minería a cielo abierto es la práctica de extraer una veta de mineral, eliminando primero una larga franja de tierra y roca suprayacentes (la capa superficial ); esta actividad también se conoce como remoción de la capa superficial . Se utiliza más comúnmente para extraer carbón y lignito (carbón pardo) . La minería a cielo abierto solo es práctica cuando el cuerpo de mineral que se va a excavar está relativamente cerca de la superficie y/o es mayormente horizontal. [5] Este tipo de minería utiliza algunas de las máquinas más grandes del planeta, incluidas las excavadoras de rueda de cangilones que pueden mover hasta 12 000 metros cúbicos (16 000 yardas cúbicas) de tierra por hora.
Existen dos formas de explotación minera a cielo abierto. El método más común es el desmonte de áreas , que se utiliza en terrenos bastante planos para extraer depósitos en una gran superficie. A medida que se excava cada franja larga, la capa de recubrimiento se coloca en la excavación producida por la franja anterior.
La minería de contorno implica la eliminación de la capa de recubrimiento que se encuentra por encima de la veta mineral cerca de un afloramiento en un terreno montañoso, donde el afloramiento mineral generalmente sigue el contorno del terreno. La extracción de contornos suele ir seguida de una minería con barrena en la ladera para extraer más mineral. Este método suele dejar terrazas en las laderas de las montañas.
La minería a cielo abierto se refiere a un método de extracción de rocas o minerales de la tierra mediante su extracción desde un pozo abierto o un banco . Este proceso se realiza en la superficie del suelo [6] y es más adecuado para acceder a depósitos de minerales principalmente verticales. Aunque a la minería a cielo abierto a veces se la denomina erróneamente "minería a cielo abierto", los dos métodos son diferentes (ver arriba).
La minería de extracción de cimas de montañas (MTR) es una forma de minería de carbón que extrae vetas de carbón debajo de las cimas de las montañas quitando primero la cima de la montaña que recubre la veta de carbón. Se utilizan explosivos para romper la sobrecarga (capas de roca sobre la veta), que luego se elimina. Luego, la sobrecarga se vierte mediante camiones de transporte en rellenos en huecos o valles cercanos. MTR implica la reestructuración masiva de la tierra para alcanzar vetas de carbón de hasta 400 pies (120 m) de profundidad debajo de la superficie. La extracción de cimas de montañas reemplaza el paisaje empinado original con una topografía mucho más plana. Los intentos de desarrollo económico en los sitios mineros recuperados incluyen prisiones como la Penitenciaría Federal Big Sandy en el condado de Martin, Kentucky , aeropuertos de pueblos pequeños, campos de golf como Twisted Gun en el condado de Mingo, Virginia Occidental y Stonecrest Golf Course en el condado de Floyd, Kentucky , así como sitios de eliminación de lodos de depuradores industriales, vertederos de residuos sólidos, parques de caravanas, fabricantes de explosivos y casilleros de alquiler de almacenamiento. [7]
Este método se ha utilizado cada vez más en los últimos años en los yacimientos de carbón de los Apalaches de Virginia Occidental , Kentucky , Virginia y Tennessee en los Estados Unidos. Los profundos cambios en la topografía y la perturbación de los ecosistemas preexistentes han hecho que la eliminación de las cimas de las montañas sea muy controvertida. [8]
Los defensores de la tala de las cimas de las montañas señalan que , una vez recuperadas las zonas según lo dispuesto por la ley, la técnica proporciona una tierra plana de primera calidad adecuada para muchos usos en una región donde las tierras planas son escasas. También sostienen que el nuevo crecimiento en las zonas minadas de las cimas de las montañas recuperadas es más adecuado para sustentar poblaciones de animales de caza. [9]
Los críticos [¿ quiénes? ] sostienen que la remoción de las cimas de las montañas es una práctica desastrosa que beneficia a un pequeño número de corporaciones a expensas de las comunidades locales y el medio ambiente . Una declaración de impacto ambiental de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) concluye que los arroyos cercanos a los rellenos de los valles a veces pueden contener niveles más altos de minerales en el agua y una menor biodiversidad acuática . [10] La declaración también estima que 724 millas (1.165 km) de arroyos de los Apalaches fueron enterrados por rellenos de valles entre 1985 y 2001.
Las explosiones en minas de extracción en la cima de montañas expulsan polvo y rocas que pueden afectar a la propiedad privada cercana o depositarse en ella. Este polvo puede contener compuestos de azufre que, según algunos, corroen estructuras y lápidas y son un peligro para la salud. [11]
Aunque se requiere que los sitios de MTR sean recuperados después de que se completa la minería, la recuperación tradicionalmente se ha centrado en estabilizar la roca y controlar la erosión, pero no siempre en reforestar el área. [12] Las hierbas no nativas de crecimiento rápido , plantadas para proporcionar rápidamente vegetación en un sitio, compiten con las plántulas de árboles, y los árboles tienen dificultad para establecer sistemas de raíces en relleno compactado. [10] En consecuencia, la biodiversidad sufre en una región de los Estados Unidos con numerosas especies endémicas . [13] La erosión también aumenta, lo que puede intensificar las inundaciones . En el este de los Estados Unidos, la Iniciativa de Reforestación Regional de los Apalaches trabaja para promover el uso de árboles en la recuperación minera. [14]
El dragado es un método de extracción por debajo del nivel freático. Se asocia principalmente a la extracción de oro. Las dragas pequeñas suelen utilizar succión para sacar el material extraído del fondo de un cuerpo de agua. Las operaciones históricas de dragado a gran escala solían utilizar una draga flotante; una embarcación similar a una barcaza que recoge el material a través de una cinta transportadora en la proa, filtra el componente deseado a bordo y devuelve el material no deseado al agua a través de otra cinta transportadora en la popa. En los valles fluviales llenos de grava con niveles freáticos poco profundos, una draga flotante puede abrirse paso a través del sedimento suelto en un estanque de su propia creación.
La minería de pared alta es otra forma de minería que a veces se lleva a cabo para recuperar carbón adicional adyacente a un área minada a cielo abierto. El método evolucionó a partir de la minería con barrena, pero no cumple con la definición de minería a cielo abierto, ya que no implica la eliminación de la capa superficial para exponer la veta de carbón. [15] El informe final del CERB No. 2014-004 "Minería de pared alta: metodología de diseño, seguridad e idoneidad" de Yi Luo lo caracteriza como un "método de minería de carbón semisuperficial y semisubterráneo relativamente nuevo que evolucionó a partir de la minería con barrena". [16] En la minería de pared alta, la veta de carbón es penetrada por un minador continuo propulsado por un mecanismo de transferencia de empuje hidráulico (PTM). Un ciclo típico incluye sumidero (lanzamiento-empuje hacia adelante) y cizallamiento (elevación y descenso del brazo del cabezal de corte para cortar toda la altura de la veta de carbón). A medida que continúa el ciclo de recuperación de carbón, el cabezal de corte se lanza progresivamente hacia la veta de carbón durante 19,72 pies (6,01 m). Luego, el PTM inserta automáticamente una viga de empuje rectangular de 19,72 pies de largo (6,01 m) (segmento de transportador de tornillo) en la sección central de la máquina entre el cabezal motor y el cabezal de corte. El sistema de viga de empuje puede penetrar casi 1200 pies (370 m) (probado en 2015 hasta hoy) [ cita requerida ] en la veta de carbón. Un sistema de minería de pared alta patentado utiliza barrenas encerradas dentro de la viga de empuje que evitan que el carbón extraído se contamine con escombros de roca durante el proceso de transporte. Mediante el uso de imágenes de video y/o un sensor de rayos gamma y/u otros sistemas de georradar como un sensor de detección de interfaz de roca-carbón (CID), el operador puede ver una proyección anticipada de la interfaz roca-veta y guiar el progreso del minero continuo. La minería de taludes altos puede producir miles de toneladas de carbón en operaciones de franjas de contorno con bancos estrechos, áreas previamente minadas, aplicaciones de minas de zanja y vetas de inclinación pronunciada mediante el uso de un sistema de bomba de entrada de agua controlada y/o un sistema de ventilación de gas (inerte).
La recuperación con forma de túnel de las perforaciones utilizadas por las máquinas mineras de pared alta es mucho mejor que los pozos de perforación circulares, pero el mapeo de las áreas que han sido desarrolladas por una máquina minera de pared alta no se realiza con tanto rigor como en las áreas minadas a gran profundidad. Se desplaza muy poco suelo en contraste con la remoción de la cima de la montaña; sin embargo, es comparativamente más costoso poseer y operar una máquina minera de pared alta.
Para proyectar mejor los paneles que cortará la mina de pared alta, se tienen en cuenta el mapeo del afloramiento, así como los datos de los pozos de extracción y las muestras tomadas durante el proceso de construcción de los bancos de trabajo. Se tienen en cuenta los obstáculos que podrían resultar dañados por el hundimiento y el contorno natural de la mina de pared alta, y un topógrafo apunta la mina de pared alta en una línea (trazado topográfico teórico) mayormente perpendicular a la pared alta. Las líneas paralelas representan el corte de la unidad en la montaña (hasta 1200 pies (370 m) de profundidad (registros de 2015), [ cita requerida ] sin rumbo o actuación de dirección correctiva en un acimut de navegación durante la minería, se pierde una parte de la veta de carbón y existe un peligro potencial de corte en pilares de las unidades minadas anteriores debido a la deriva horizontal (balanceo) de la cadena del módulo cortador-viga de empuje. Recientemente [ ¿cuándo? ] los mineros de pared alta han penetrado más de 1200 pies (370 m) (registros en curso de 2015 [ cita requerida ] en la veta de carbón, y los modelos actuales son capaces de llegar más lejos, con el apoyo de la navegación giroscópica y ya no están limitados por la cantidad de cable almacenado en la máquina. La profundidad máxima estaría determinada por la tensión de una mayor penetración y el consumo de potencia específico asociado (torsión y tensión en la cadena de transportadores de tornillo), pero las realizaciones de transporte de transportadores de tornillo optimizadas de la actualidad (llamadas vigas de empuje) con desarrollo visual de productos y modelado de elementos discretos (DEM) utilizando software de comportamiento de simulación de flujo muestra que las penetraciones extendidas con accionamiento inteligente son posibles, incluso en ángulos inclinados pronunciados desde la horizontal hasta más de 30 grados en el fondo del pozo. En caso de minería empinada significativa, la frase del nuevo método de minería debería ser "minería direccional" (las tecnologías comúnmente utilizadas como perforación direccional de sinergia valiosa y minería direccional se clasifican en técnicas "de superficie a veta" (SIS)), secas o húmedas, se desarrolla la deshidratación o el corte y el dragado a través de transportadores de tornillo. Son proactivos en el desarrollo de una hoja de ruta de la empresa líder mundial en ingeniería minera de paredes altas. [ aclaración necesaria ]
Históricamente, el traslado de materiales desde las minas a cielo abierto se lograba mediante trabajo manual, vehículos tirados por caballos y/o ferrocarriles mineros.
Las prácticas actuales tienden a utilizar camiones de transporte en caminos de transporte diseñados según las características de la mina.
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Los gobiernos federales han impuesto múltiples leyes y regulaciones que las compañías mineras deben cumplir estrictamente. En los Estados Unidos, la Ley de Control y Recuperación de la Minería a Cielo Abierto de 1977 ordena la recuperación de las minas de carbón a cielo abierto. [17] La recuperación de minas que no son de carbón está regulada por leyes estatales y locales, que pueden variar ampliamente. La Ley Nacional de Política Ambiental (NEPA), la Ley de Conservación y Recuperación de Recursos (RCRA), la Ley Integral de Respuesta Ambiental, Compensación y Responsabilidad (CERCLA) y muchas otras leyes tratan el tema de la minería a cielo abierto. [17] En algunos casos, incluso con la legislación adecuada en vigor para la minería a cielo abierto, siguen existiendo algunos impactos negativos para la salud humana y el medio ambiente.
La minería a cielo abierto puede tener diversos efectos sobre el medio ambiente local. Los efectos negativos incluyen la contaminación del suelo, el agua, el aire y el ruido, así como la alteración del paisaje y otros efectos negativos. [18] Sin embargo, las nuevas tecnologías y una gestión adecuada pueden facilitar el tratamiento adecuado del suministro de agua local y restaurar la ecología local, lo que ayuda a reconstruir el medio ambiente. [18]
Cada tipo de minería a cielo abierto tiene su propio impacto ambiental, como se detalla a continuación.
Minería a cielo abierto: una vez finalizadas las operaciones, los relaves se vuelven a colocar en el pozo y se cubren para que el lugar se asemeje al paisaje anterior a la operación minera. Este proceso implica la eliminación de toda la vegetación del suelo de la zona, lo que es perjudicial para el medio ambiente. [19] Se puede colocar tierra vegetal sobre los relaves junto con la plantación de árboles y otra vegetación. Otro método de recuperación consiste en rellenar el pozo con agua para crear un lago artificial. Los grandes montones de relaves que quedan pueden contener metales pesados que pueden filtrar ácidos como plomo y cobre y entrar en los sistemas de agua. [20]
Minería a cielo abierto : es uno de los tipos de minas más grandes del mundo y el tamaño de estas operaciones deja cicatrices paisajísticas masivas, destrucción de hábitats ambientales y costos de limpieza sustanciales. [21] Una mina a cielo abierto puede producir una enorme cantidad de desechos de roca, pueden formarse sumideros en el camino, inundaciones e impactos negativos similares a los de la minería a cielo abierto. [22]
Minería de desmonte : consiste en la extracción de cimas de montañas enteras, cuyos desechos rocosos se utilizan para aplanar el terreno circundante rellenando ríos y valles. Esta técnica es muy destructiva, ya que altera físicamente de forma permanente el paisaje y el ecosistema asociado. En los Apalaches , en estados como Kentucky y Virginia, la extracción de cimas de montañas es un método de minería común en el que se talan bosques enteros y la zona se vuelve vulnerable a posibles deslizamientos de tierra, y la restauración a veces resulta demasiado difícil o costosa. [23]
Dragado : una forma de minería a cielo abierto en la que los impactos ambientales se producen principalmente bajo el agua. El método de extracción de material del fondo marino o de cualquier cuerpo de agua conlleva un riesgo nocivo para la vida marina. En general, el efecto es mucho menor en comparación con otros métodos de minería. La afluencia de sedimentos puede enterrar la flora y la fauna, cambiar los niveles de agua y alterar el contenido de oxígeno. [24] La contaminación del agua y el ruido son una preocupación que debe controlarse porque la vida marina es muy sensible y vulnerable a cambios drásticos y dañinos dentro de su ecosistema. [25]
Minería en taludes altos: tiene un menor impacto ambiental que la extracción en la cima de las montañas debido a la menor superficie externa presente, pero aún así tiene efectos secundarios negativos. [15] La contaminación del aire y el ruido por las voladuras son efectos ambientales comunes, junto con las grandes pilas de relaves, que pueden filtrarse en vías fluviales y numerosos ecosistemas. [26]
La limpieza, restauración y eliminación adecuadas de los peligros de una mina a cielo abierto que alguna vez estuvo en funcionamiento requieren una gran suma de dinero y una remediación ambiental extensa . [27] Estos proyectos de remediación pueden continuar durante años después del cierre de la mina.
En algunos casos, las empresas mineras quiebran y dejan minas abandonadas sin fondos para su remediación. En otros casos, las empresas mineras no están dispuestas a pagar por la remediación, lo que significa que es necesario recurrir a un litigio o a una acción regulatoria para obligarlas a comprometer fondos para la remediación. Estos problemas legales a menudo retrasan la remediación y el medio ambiente se ve afectado negativamente. En los Estados Unidos, cuando la empresa ya no existe o no puede limpiar el lugar, se pueden utilizar impuestos especiales a los productores de residuos peligrosos (es decir, el Superfondo de la Agencia de Protección Ambiental ) para financiar proyectos de remediación. [28]
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