År 2010 fastnade människor överallt i historien om de 33 gruvarbetarna i Chile som var fångade 2 300 fot (700 meter) under jordens yta i en koppar- och guldgruva. Gruvarbetarna tillbringade mer än två månader där och fick mat, luft och brev från nära och kära genom borrkullar borrade till deras plats i ett skyddat arbetsrum. Samtidigt gick den större borrningen av ett utrymningsschakt långsamt framåt. Slutligen, på dag 69, lyfte räddningsmän ut var och en av gruvarbetarna levande.
Sagan påminde den icke-gruvbrytande världen om en vanligtvis osynlig sanning. Djupt under jordens yta ligger några av de mest skrämmande fabrikerna i världen:underjordiska gruvor.
Gruvdrift under jord är alternativet till gruvdrift på ytan. Ytgruvor, som dagbrott, gräver uppifrån och ner, en metod som kan bli ineffektiv på djup större än cirka 200 fot (60 meter) [källor:Illinois Coal Association, De Beers]. En underjordisk kolgruva kan köra 2 500 fot (750 meter) in i jorden och andra typer ännu djupare - urangruvor kan nå 6 500 fot, eller 2 kilometer. Men de djupen är extrema; mest topp (eller botten) ut på cirka 1 000 fot (300 meter) [källor:Times Wire, Illinois Coal Association].
Gruvplatser har förändrats mycket jämfört med bilderna vi har av 1800-talet när män med spadar drev kanariefåglar för att se till att luften under jorden inte var giftig. Moderna gruvor har omfattande ventilations- och vattendräneringssystem, högteknologiska kommunikationsnätverk och allt mer datoriserade maskiner som minskar antalet människor som krävs under jord.
Alla underjordiska gruvor har några viktiga komponenter gemensamt:ventilationsschakt för att rensa bort giftiga ångor från borrning och sprängning; flyktvägar; tillgång till schakt för att sänka arbetare och utrustning; malmtransporttunnlar; återvinningsschakt för att transportera utgrävd malm till ytan; och kommunikationssystem för att skicka information fram och tillbaka mellan ytan och djupen [källa:Hamrin].
Ingen gruva är den andra lik. Tekniktillämpningar och grundläggande beslut om design och gruvmetoder vilar på överväganden som typen av malmkropp som bryts, sammansättningen av omgivande berg, form och orientering av malmfyndigheten, geologiska egenskaper under jord och enkel ekonomi [källa:United Mine Workers of America ].
Och mycket tidigt i processen, bestämning av hård eller mjuk.
Innehåll
Det finns underjordiska gruvor med hårda berg och underjordiska gruvor med mjuka berg. Kolavlagringar lever till exempel i relativt mjuka sedimentära bergarter. Guldfyndigheter lever i magmatisk eller metamorf bergart, som är relativt hård, liksom många andra ädla metaller och värdefulla mineraler, inklusive diamanter, koppar, silver, nickel och zink [källa:Great Mining].
Även inom hårdrockskategorin varierar design och utvinningsmetoder, men nästan alla kretsar kring några grundläggande tekniker:
Rum och pelare – För relativt platta malmfyndigheter, med liten höjdförändring genomgående, borrar gruvarbetare en tillfartsramp till fyndigheten och tar bort malm i ett mönster av hål (rum) och takstöd (pelare). Rummen kan brytas ut med konventionella laddnings-och-sprängtekniker eller, mer vanligt nu, med en maskin som kallas en kontinuerlig gruvarbetare.
Den kontinuerliga gruvarbetaren borrar in i berget tills det bildar ett utgrävt rum, kanske 20 till 30 fot (6 till 9 meter), och lämnar en stenpelare på plats för att stödja "taket" [källa:United Mine Workers of America]. Maskinen rör sig genom malmen och skapar rum och pelare tills hela fyndigheten är täckt. En sista passage borrar genom pelarna för att återvinna malmen där, vilket gör att taken kan kollapsa bakom maskinen när den lämnar varje rum.
Klipp och fyll – För relativt smala malmfyndigheter borrar gruvarbetare en tillfartsramp i anslutning till malmfyndigheten, från ytan ner till fyndighetens lägsta punkt. En operatör driver sedan en borr genom malmen, vilket skapar en avdrift, eller ett horisontellt snitt, från ena sidan av fyndigheten till den andra.
I det hårdaste berget behövs inget takstöd; i mjukare berg kan bultar placeras i taket allt eftersom borren fortskrider. När avdriften är klar sprids återfyllning eller avfallsmaterial ut i den öppna avdriften, vilket skapar en plattform för nästa passage. Borren driver på toppen av denna återfyllning för att skära ytterligare en drift genom malmen. Detta fortsätter tills borren skär en drift över toppen av malmfyndigheten.
Denna metod kan också användas i bredare avlagringar, genom att borra två intilliggande tillfartsramper och skära av två intilliggande drivor, ofta kallade drift och fyllning.
Cut and filling är för hårt berg, eftersom det inte har de stödmekanismer som är inneboende i och centrala för en metod som rum och pelare. Tillvägagångssättet rum och pelare, å andra sidan, passerar lätt in i de mjukare sakerna – och de flesta kolgruvor.
Gruvdrift i bulk:Block CavingDen minst vanliga metoden inom gruvdrift, blockgrottning, sparas vanligtvis för låghaltig malm. Det går ut på att man borrar en malmbit allra längst ner i fyndigheten och sedan sprängs för att få taket att rasa. Gravitationen tar sedan över, eftersom malmen ovanför sprängplatsen spricker och kollapsar i följd när stödet dras tillbaka. Den kollapsade malmen dras ut gruvan för bearbetning [källa:Great Mining].
Kol, salt, uran, fosfat och oljeskiffer lever i mjuk sten och det finns två primära metoder för brytning av mjuk sten:longwall och rum och pelare [källa:Great Mining]. De flesta kolgruvor är äta med hjälp av rum-och-pelare tillvägagångssätt som beskrivits tidigare [källa:United Mine Workers of America]. Longwall gruvdrift exploderar dock i popularitet [källa:Great Mining].
Longwall gruvdrift är utomordentligt effektiv. I stället för att borra genom malmfyndigheten skär en långväggsmaskin tvärs över den och rakar av skivor som är upp till 182 meter långa. Dessa skivor faller direkt på en kontinuerligt rörlig transportör, som bär den till en transportschakt som lyfter den ur gruvan.
Vid långväggsbrytning är takstöden inbyggda i maskinen och sitter mellan toppen av långväggsgruvarbetaren och rummets tak. När maskinen går in i malmen, rör sig stöden med den, vilket gör att området bakom den kan kollapsa och fylla ut det utgrävda området.
Longwall-metoden kan återvinna upp till 90 procent av den tillgängliga malmen. Rum-och-pelare-metoden återhämtar sig vanligtvis cirka 50 procent [källa:Illinois Coal Association].
När malmen är relativt smal görs kortare snitt. Denna variant kallas shortwall mining.
Den gamla skolans teknik för sprängbrytning, som använder sprängämnen som TNT för att bryta upp malm, används fortfarande, men knappt - mindre än 5 procent av USA:s produktion [källa:Great Mining].
Underjordisk gruvdrift blir alltså allt effektivare. Det kräver mindre mänskligt arbete, vilket utsätter färre gruvarbetare i fara när de arbetar djupt under ytan. Ändå är underjordiska gruvor inte de säkraste platserna att vara på.
Miljöavgiften för gruvdrift under jord är betydande. Det inkluderar luftföroreningar, förändringar i vattenflödesmönster, kemikalie- och gasläckage i vattenförsörjning och mark, otillgängliga bränder i övergivna gruvor och dramatiska förändringar i marksammansättningen som kan göra området oanvändbart efter att gruvdriften är klar [källa:Saxena ].
Sedan är det den mänskliga avgiften. De flesta gruvolyckor får liten uppmärksamhet i media, särskilt de som involverar få offer eller som äger rum i utvecklingsländer. Under 2010 dog nästan 2 500 kinesiska gruvarbetare på jobbet, ingen av dem som tillskrivs "större olyckor" [källa:Yang].
Det året var ett fruktansvärt år för gruvdrift i allmänhet. I USA dödade en gruvkatastrof i West Virginia 29, samma antal som dog i en olycka i Nya Zeeland. I Chile räddades 33 gruvarbetare i den dramatiska incident som berättats tidigare, men ytterligare 45 dog i andra olyckor samma år.
Många olyckor inträffar när gruvstöden kollapsar på grund av jordskakningar. Explosioner utlöser också olyckor när ventilationssystem inte effektivt tar bort avgaser från gruvutrustning, koldamm och naturgasläckor under jord. Sprängning kan antända dessa gaser, vilket leder till dödsfall från både själva explosionerna och den efterföljande kollapsen av minstrukturer; en metangasexplosion dödade de 29 gruvarbetarna i West Virginia.
Långvariga hälsoproblem är också en allvarlig jobbrisk. Att ständigt andas in mineraldamm kan orsaka lungsjukdomar som pneumokonios eller den fruktade svarta lungan. Att andas in svetsrök, radon eller kvicksilver (finns ofta i gruvor) orsakar också luftvägssjukdomar. Hörselnedsättning från bullrig utrustning och ryggskador från att lyfta tunga laster är också vanliga [källa:Live Science].
De flesta länder har nu lagar och förordningar utformade för att hantera säkerhets- och miljöfrågor. Vissa kräver att gruvbolagen återställer det minerade området nära dess ursprungliga tillstånd. Andra insisterar på att gruvbolaget övervakar inspektioner regelbundet för att säkerställa att de är säkra.
Och nya gruvtekniker har också minskat dödssiffran. I USA såg gruvindustrin tusentals dödsfall i olyckor varje år i början av 1900-talet. Detta sjönk till ungefär hundra per år på 1990-talet och bara 35 år 2012 [källa:Mine Safety and Health Administration]. Kina hade 7 000 dödsfall i gruvdrift 2002 men 2 500 2010.
Även om säkerheten definitivt har ökat i utvecklade länder, har den fortfarande en lång väg kvar att gå i vissa utvecklingsländer. Vad vi vet är att värdefulla mineralfyndigheter inte kommer att gå till spillo. Här hoppas vi att vi får se en dag då underjordiska gruvor inte är några av de mest skrämmande fabrikerna på jorden. Var som helst.
Det är viktigt att veta att många av de säkerhetsförbättringar som jag noterade som förbättrade "moderna gruvor" främst gäller för gruvdrift i första världen. Kinas dödstal, som har sjunkit avsevärt de senaste åren, ligger kvar i tusental – långt över de tvåsiffriga som rapporterats i de flesta västerländska och utvecklade länder. På den socioekonomiska fronten samlade jag några saker från min forskning:att seriös säkerhet kräver seriös finansiering, och många utvecklingsländer har det helt enkelt inte; att oro för minsäkerhet verkar vara proportionellt relaterad till oro för mänskliga rättigheter; och att även de australiska underjordiska gruvarbetarna som tjänar sexsiffriga löner inte tjänar tillräckligt.
