Exploitation minière à ciel ouvert

L'exploitation minière à ciel ouvert , y compris l'exploitation minière à ciel ouvert , l'exploitation minière à ciel ouvert et l'exploitation minière par enlèvement du sommet des montagnes , est une vaste catégorie d' exploitation minière dans laquelle le sol et la roche recouvrant le gisement minéral (les morts-terrains ) sont retirés, contrairement à l'exploitation minière souterraine , dans laquelle la roche sus-jacente est laissée en place et le minéral est retiré par des puits ou des tunnels.

En Amérique du Nord, où se déroule la majorité des opérations d'extraction du charbon à ciel ouvert , cette méthode a commencé à être utilisée au milieu du XVIe siècle et est pratiquée dans le monde entier pour l'extraction de nombreux minéraux différents. En Amérique du Nord, l'exploitation minière à ciel ouvert a gagné en popularité tout au long du XXe siècle et les mines à ciel ouvert produisent désormais la majeure partie du charbon extrait aux États-Unis .

Dans la plupart des formes d'exploitation minière à ciel ouvert, les équipements lourds , comme les engins de terrassement, enlèvent d'abord les morts-terrains. Ensuite, de grosses machines, comme les excavatrices à pelle ou les excavatrices à roue-pelle , extraient le minerai.

Les avantages de l'exploitation minière à ciel ouvert sont un coût inférieur et une plus grande sécurité par rapport à l'exploitation minière souterraine. Les inconvénients comprennent les dangers pour la santé humaine et l'environnement. Les humains sont confrontés à une variété de risques pour la santé causés par l'exploitation minière, tels que différentes maladies cardiovasculaires, la contamination des aliments et de l'eau. La destruction de l'habitat , ainsi que la pollution de l'air, du bruit et de l'eau, sont tous des impacts environnementaux négatifs importants causés par les effets secondaires de l'exploitation minière à ciel ouvert.

Il existe cinq principaux types d’exploitation minière à ciel ouvert, détaillés ci-dessous.

L'exploitation minière à ciel ouvert consiste à extraire un filon de minerai en retirant d'abord une longue bande de sol et de roche sus-jacente (la couverture ) ; cette activité est également appelée enlèvement de la couverture . Elle est le plus souvent utilisée pour extraire du charbon et du lignite (charbon brun) . L'exploitation à ciel ouvert n'est pratique que lorsque le gisement à extraire est relativement proche de la surface et/ou est principalement horizontal. Ce type d'exploitation utilise certaines des plus grandes machines au monde, notamment des excavatrices à roue à godets qui peuvent déplacer jusqu'à 12 000 mètres cubes (16 000 verges cubes) de terre par heure.

Il existe deux formes d'exploitation minière à ciel ouvert. La méthode la plus courante est le décapage par zone , qui est utilisé sur un terrain relativement plat, pour extraire des gisements sur une grande surface. Au fur et à mesure que chaque longue bande est creusée, les morts-terrains sont placés dans l'excavation produite par la bande précédente.

L'exploitation minière en courbes de niveau consiste à retirer les morts-terrains au-dessus de la veine minérale près d'un affleurement dans un terrain vallonné, où l'affleurement minéral suit généralement le contour du terrain. Le décapage en courbes de niveau est souvent suivi d' une exploitation à la tarière dans le flanc de la colline, pour extraire davantage de minerai. Cette méthode laisse généralement des terrasses sur les flancs des montagnes.

Exploitation minière à ciel ouvert à la mine de Garzweiler en Allemagne. Le lignite extrait est à gauche, les morts-terrains enlevés sont placés à droite. Notez qu'il s'agit d'une mine en grande partie plate pour un minerai horizontal.

L'exploitation minière à ciel ouvert désigne une méthode d'extraction de roches ou de minéraux de la terre par leur retrait d'une mine à ciel ouvert ou d'un emprunt . Ce processus est effectué à la surface du sol . Il est particulièrement adapté à l'accès à des gisements minéraux principalement verticaux. Bien que l'exploitation minière à ciel ouvert soit parfois appelée à tort « exploitation à ciel ouvert », les deux méthodes sont différentes (voir ci-dessus).

L'extraction minière par enlèvement de sommets (Mountain top removal mining, MTR) est une forme d'exploitation minière du charbon qui consiste à exploiter les veines de charbon situées sous les sommets des montagnes en retirant d'abord le sommet de la montagne qui se trouve au-dessus de la veine de charbon. Des explosifs sont utilisés pour briser les morts-terrains (couches rocheuses au-dessus de la veine), qui sont ensuite retirés. Les morts-terrains sont ensuite déversés par des camions de transport dans des remblais dans des creux ou des vallées à proximité. Le MTR implique la restructuration massive de la terre afin d'atteindre des veines de charbon aussi profondes que 400 pieds (120 m) sous la surface. L'enlèvement de sommets remplace le paysage escarpé d'origine par une topographie beaucoup plus plate. Les tentatives de développement économique sur les sites miniers récupérés comprennent des prisons telles que le pénitencier fédéral de Big Sandy dans le comté de Martin, Kentucky , des aéroports de petites villes, des terrains de golf tels que Twisted Gun dans le comté de Mingo, Virginie-Occidentale et Stonecrest Golf Course dans le comté de Floyd, Kentucky , ainsi que des sites d'élimination des boues d'épuration industrielles, des décharges de déchets solides, des parcs à caravanes, des fabricants d'explosifs et des casiers de location de stockage.

Cette méthode est de plus en plus utilisée ces dernières années dans les gisements de charbon des Appalaches , en Virginie-Occidentale , dans le Kentucky , en Virginie et au Tennessee , aux États-Unis. Les profonds changements de topographie et la perturbation des écosystèmes préexistants ont rendu l'extraction du sommet des montagnes très controversée.

Les partisans de l'extraction minière à ciel ouvert soulignent qu'une fois les zones asséchées conformément à la loi, cette technique permet d'obtenir des terrains plats de qualité adaptés à de nombreuses utilisations dans une région où les terrains plats sont rares. Ils soutiennent également que la nouvelle croissance sur les zones asséchées à ciel ouvert est mieux à même de soutenir les populations de gibier.

Les critiques soutiennent que l'enlèvement des sommets des montagnes est une pratique désastreuse qui profite à un petit nombre d'entreprises aux dépens des communautés locales et de l' environnement . Une étude d'impact environnemental de l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) révèle que les cours d'eau situés à proximité des remblais de vallées peuvent parfois contenir des niveaux plus élevés de minéraux dans l'eau et réduire la biodiversité aquatique . La déclaration estime également que 1 165 km de cours d'eau des Appalaches ont été ensevelis par des remblais de vallées entre 1985 et 2001.

Les dynamitages dans les mines à ciel ouvert expulsent de la poussière et des roches projetées dans l'air, qui peuvent ensuite perturber ou se déposer sur des propriétés privées à proximité. Cette poussière peut contenir des composés soufrés qui, selon certains, corrodent les structures et les pierres tombales et constituent un danger pour la santé.

Bien que les sites MTR doivent être remis en état une fois l'exploitation terminée, la remise en état s'est traditionnellement concentrée sur la stabilisation de la roche et le contrôle de l'érosion, mais pas toujours sur le reboisement de la zone. non indigènes à croissance rapide , plantées pour fournir rapidement de la végétation sur un site, concurrencent les semis d'arbres, et les arbres ont du mal à établir des systèmes racinaires dans le remblai compacté. Par conséquent, la biodiversité souffre dans une région des États-Unis qui compte de nombreuses espèces endémiques . L'érosion augmente également, ce qui peut intensifier les inondations . Dans l'est des États-Unis, l'Appalachian Regional Reforestation Initiative s'efforce de promouvoir l'utilisation des arbres dans la remise en état des sites miniers.

Le dragage est une méthode d'exploitation minière sous la nappe phréatique. Elle est principalement associée à l'exploitation aurifère. Les petites dragues utilisent souvent l'aspiration pour faire remonter le matériau extrait du fond d'un plan d'eau. Les opérations de dragage à grande échelle ont souvent utilisé une drague flottante, un navire semblable à une barge qui récupère le matériau à travers un tapis roulant à l'avant, filtre le composant souhaité à bord et renvoie le matériau indésirable dans l'eau via un autre tapis roulant à l'arrière. Dans les vallées fluviales remplies de gravier avec des nappes phréatiques peu profondes, une drague flottante peut se frayer un chemin à travers les sédiments meubles dans un étang qu'elle a elle-même créé.

L'exploitation minière à haute paroi est une autre forme d'exploitation minière parfois utilisée pour récupérer du charbon supplémentaire adjacent à une zone exploitée à ciel ouvert. La méthode a évolué à partir de l'exploitation minière à la tarière, mais ne répond pas à la définition de l'exploitation minière à ciel ouvert, car elle n'implique pas l'enlèvement de morts-terrains pour exposer la veine de charbon. Le rapport final du CERB n° 2014-004 « Exploitation minière à haute paroi : méthodologie de conception, sécurité et adéquation » par Yi Luo la caractérise comme une « méthode d'exploitation du charbon semi-superficielle et semi-souterraine relativement nouvelle qui a évolué à partir de l'exploitation minière à la tarière ». Dans l'exploitation minière à haute paroi, la veine de charbon est pénétrée par un mineur continu propulsé par un mécanisme de transfert à poutre poussoir hydraulique (PTM). Un cycle typique comprend le puisard (lancement-poussée vers l'avant) et le cisaillement (élévation et abaissement de la flèche de la tête de coupe pour couper toute la hauteur de la veine de charbon). Au fur et à mesure que le cycle de récupération du charbon se poursuit, la tête de coupe est progressivement lancée dans la veine de charbon sur 19,72 pieds (6,01 m). Ensuite, le PTM insère automatiquement une poutre de poussée rectangulaire de 19,72 pieds (6,01 m) de long (segment de convoyeur à vis) dans la section centrale de la machine entre la tête motrice et la tête de coupe. Le système de poutre de poussée peut pénétrer près de 1 200 pieds (370 m) (prouvé en 2015 jusqu'à aujourd'hui) dans la veine de charbon. Un système d'exploitation minière à paroi haute breveté utilise des tarières enfermées à l'intérieur de la poutre de poussée qui empêchent le charbon extrait d'être contaminé par des débris rocheux pendant le processus de transport. À l'aide d'une imagerie vidéo et/ou d'un capteur à rayons gamma et/ou d'autres systèmes de géoradar comme un capteur de détection d'interface charbon-roche (CID), l'opérateur peut voir la projection vers l'avant de l'interface veine-roche et guider la progression du mineur continu. L'exploitation minière à haute paroi peut produire des milliers de tonnes de charbon dans des opérations en bandes de contour avec des bancs étroits, des zones déjà exploitées, des applications de mines en tranchées et des veines à fort pendage en utilisant un système de pompe à afflux d'eau contrôlé et/ou un système de ventilation de gaz (inerte).

La récupération avec la forme de creusement des tunnels utilisée par les mineurs à haute paroi est bien meilleure que les trous de forage ronds, mais la cartographie des zones qui ont été développées par un mineur à haute paroi n'est pas cartographiée aussi rigoureusement que les zones exploitées en profondeur. Très peu de sol est déplacé contrairement à l'enlèvement du sommet d'une montagne ; cependant, il est comparativement plus coûteux de posséder et d'exploiter un mineur à haute paroi.

La cartographie de l'affleurement, ainsi que les données des sondages et les échantillons prélevés lors de la fabrication des bancs, sont pris en compte pour projeter au mieux les panneaux que le mineur à haute paroi va découper. Les obstacles qui pourraient être potentiellement endommagés par l'affaissement et le contour naturel de la mine à haute paroi sont pris en compte, et un géomètre oriente le mineur à haute paroi sur une ligne (ligne de relevé théorique) essentiellement perpendiculaire à la haute paroi. les lignes parallèles représentent la coupe d'enfoncement dans la montagne (jusqu'à 1 200 pieds (370 m) de profondeur (enregistrements de 2015), sans actionnement de cap ou de direction corrective sur un azimut de navigation pendant l'exploitation minière entraîne la perte d'une partie de la veine de charbon et constitue un danger potentiel de coupe dans les piliers des enfoncements minés précédents en raison de la dérive horizontale (roulement) de la chaîne de modules de coupe-poutre-poutre. Récemment les mineurs à haute paroi ont pénétré plus de 1 200 pieds (370 m) (enregistrements en cours de 2015 dans la veine de charbon, et les modèles d'aujourd'hui sont capables d'aller plus loin, avec le support de la navigation gyroscopique et ne sont plus limités par la quantité de câble stockée sur la machine. La profondeur maximale serait déterminée par la contrainte d'une pénétration supplémentaire et la consommation d'énergie spécifique associée (torsion et tension dans la chaîne de transporteurs à vis), mais les transporteurs à vis optimisés d'aujourd'hui transportant des modes de réalisation (appelés poutres de poussée) avec développement de produit visuel et modélisation par éléments discrets (DEM) L'utilisation d'un logiciel de simulation de comportement d'écoulement montre que des pénétrations étendues intelligentes sont possibles, même sous des angles d'inclinaison prononcés de l'horizontale à plus de 30 degrés en profondeur. En cas d'exploitation minière à forte pente, la nouvelle expression de la méthode d'exploitation minière devrait être « exploitation minière directionnelle » (les technologies couramment utilisées comme synergie précieuse du forage directionnel et de l'exploitation minière directionnelle sont classées dans les techniques « de surface à veine » (SIS)), sèches ou humides, l'assèchement est développé ou le découpage et le dragage à travers des transporteurs à vis sont proactifs dans l'élaboration d'une feuille de route de la principale société mondiale d'ingénierie minière à haute paroi.

Historiquement, le déplacement des matériaux hors des mines à ciel ouvert s'effectuait à la main, par des véhicules tirés par des chevaux et/ou par des chemins de fer miniers.

Les pratiques actuelles tendent à utiliser des camions de transport sur des routes de transport conçues en fonction des caractéristiques de la mine.

Les gouvernements fédéraux ont imposé de nombreuses lois et réglementations que les sociétés minières doivent respecter strictement. Aux États-Unis, le Surface Mining Control and Reclamation Act de 1977 impose la remise en état des mines de charbon à ciel ouvert. La ​​remise en état des mines autres que celles de charbon est réglementée par les lois des États et locales, qui peuvent varier considérablement. Le National Environmental Policy Act (NEPA), le Resource Conservation and Recovery Act (RCRA), le Comprehensive Environmental Response, Compensation, and Liability Act (CERCLA) et de nombreuses autres lois traitent du sujet de l'exploitation minière à ciel ouvert. Dans certains cas, même avec une législation appropriée en place pour l'exploitation minière à ciel ouvert, certains impacts négatifs sur la santé humaine et l'environnement subsistent.

L'exploitation minière à ciel ouvert peut avoir un certain nombre d'effets sur l'environnement local. Les effets négatifs concernent la pollution du sol, de l'eau, de l'air et du bruit, ainsi que l'altération du paysage et divers autres effets négatifs. Cependant, les nouvelles technologies et une gestion appropriée peuvent faciliter le traitement adéquat de l'approvisionnement en eau local et restaurer l'écologie locale, ce qui contribue à reconstruire l'environnement.

Chaque type d’exploitation minière à ciel ouvert a son propre impact environnemental, comme indiqué ci-dessous.

Exploitation minière à ciel ouvert - Une fois les opérations terminées, les résidus sont replacés dans le trou et recouverts pour que le site ressemble au paysage d'avant l'exploitation minière. Ce processus implique l'élimination de toute la végétation au sol de la zone, ce qui est préjudiciable à l'environnement. De la terre végétale peut être placée sur les résidus et des arbres et d'autres végétaux peuvent être plantés. Une autre méthode de remise en état consiste à remplir le trou avec de l'eau pour créer un lac artificiel. Les gros amas de résidus laissés sur place peuvent contenir des métaux lourds qui peuvent lessiver des acides tels que le plomb et le cuivre et pénétrer dans les systèmes d'eau.

Exploitation minière à ciel ouvert - L'un des plus grands types de mines au monde et la taille de ces opérations laissent derrière elles d'énormes cicatrices sur le paysage, la destruction des habitats environnementaux et des coûts de nettoyage substantiels. Une mine à ciel ouvert peut produire une énorme quantité de roches stériles, des dolines peuvent se former sur la route, des inondations et des impacts négatifs similaires à ceux de l'exploitation à ciel ouvert.

Extraction minière par enlèvement de sommets de montagnes – Il s’agit d’enlever des sommets de montagnes entiers, dont les déchets rocheux sont utilisés pour aplanir les terres environnantes en remplissant les rivières et les vallées. Cette méthode est très destructrice car elle altère physiquement et de manière permanente le paysage et l’écosystème associé. Dans les Appalaches, dans des États comme le Kentucky et la Virginie, l’enlèvement de sommets de montagnes est une méthode d’exploitation minière courante où des forêts entières sont défrichées et la zone devient vulnérable à d’éventuels glissements de terrain, la restauration étant parfois trop difficile/coûteuse.

Dragage – Une forme d’exploitation minière de surface dont les impacts environnementaux se font principalement sentir sous l’eau. La méthode d’extraction de matériaux du fond marin ou de tout plan d’eau entraîne un risque nocif pour la vie marine. Dans l’ensemble, les effets sont bien moindres par rapport aux autres méthodes d’exploitation minière. L’afflux de sédiments peut ensevelir la flore et la faune, modifier le niveau de l’eau et altérer la teneur en oxygène. La pollution de l’eau et la pollution sonore sont une préoccupation qui doit être surveillée car la vie marine est très sensible et vulnérable aux changements drastiques et nocifs au sein de son écosystème.

Exploitation minière à haute paroi - L'impact environnemental est moindre que celui de l'extraction à ciel ouvert en raison de la plus petite surface externe présente, mais il existe toujours des effets secondaires négatifs. La pollution de l'air et du bruit due au dynamitage sont des effets environnementaux courants, ainsi que les grands amas de résidus, qui peuvent s'infiltrer dans les cours d'eau et de nombreux écosystèmes.

Le nettoyage, la restauration et l’élimination des dangers d’une mine à ciel ouvert autrefois opérationnelle nécessitent une somme d’argent importante et des travaux d’assainissement environnemental de grande envergure . Ces projets d’assainissement peuvent se poursuivre pendant des années après la fermeture de la mine.

Dans certains cas, les sociétés minières font faillite, laissant des mines abandonnées sans financement pour la réhabilitation. Dans d'autres cas, les sociétés minières ne sont pas disposées à payer pour la réhabilitation, ce qui signifie qu'il faut intenter un procès ou une action réglementaire pour contraindre les sociétés à engager des fonds pour la réhabilitation. Ces problèmes juridiques retardent souvent la réhabilitation et l'environnement s'en ressent. Aux États-Unis, lorsque l'entreprise n'existe plus ou n'est plus en mesure de nettoyer le site, des taxes spéciales sur les producteurs de déchets dangereux (c'est-à-dire le Superfund de l'Agence de protection de l'environnement ) peuvent être utilisées pour financer des projets de réhabilitation.