Μεταλλευτική

Ορυχείο κίσσηρης (ελαφρόπετρας) στη νήσο Γυαλί κοντά στη Νίσυρο.

Μεταλλευτική είναι η ανθρώπινη δραστηριότητα της εξόρυξης μεταλλευμάτων, ορυκτών και πετρωμάτων για χρήση στην οικοδομή, την εξαγωγή μετάλλων και την παραγωγή αντικειμένων γενικότερα.

Ως επιστήμη, η μεταλλευτική αποτελεί τμήμα των επιστημών μηχανικού και συμπεριλαμβάνει τη μεταλλευτική έρευνα, την όρυξη και λειτουργία μεταλλείων, ορυχείων και λατομείων, και τέλος, το κλείσιμο των μεταλλευτικών/λατομικών χώρων μετά την εξάντληση των εκμεταλλεύσιμων αποθεμάτων. Ως επιστήμη, η μεταλλευτική συχνά αποκαλείται και μεταλλειολογία, μιας και οι μηχανικοί μεταλλείων αποκαλούνται συχνά «μεταλλειολόγοι μηχανικοί».
Ο όρος μεταλλεία (η), (θηλυκού γένους), χρησιμοποιείται ειδικότερα με τη σημασία της αναζήτησης μετάλλων, την ανόρυξη της γης και κατ΄ επέκταση την εκμετάλλευση μεταλλείου ή ορυχείου, ως συνώνυμο της μεταλλευτικής δραστηριότητας κυρίως στη νομική ορολογία. Πάντως, σύμφωνα με τον λατίνο φυσιοδίφη και ιστοριογράφο Πλίνιο τον Πρεσβύτερο, η λέξη μέταλλον επινοήθηκε από τους αρχαίους Έλληνες οι οποίοι παρατήρησαν ότι οι μεταλλοφόρες φλέβες που έβρισκαν ήταν κοντά η μία στην άλλη (μετ' ἄλλης).

Με τη γενικότερη έννοια, η μεταλλευτική συμπεριλαμβάνει και την εξόρυξη υγρών και αερίων υδρογονανθράκων (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, κ.λπ.). Όμως, εξαιτίας της ιδιαιτερότητας που παρουσιάζει η εξόρυξη φυσικών υδρογονανθράκων, ο τομέας αυτός αποτελεί ιδιαίτερο γνωστικό υποκλάδο και οι μηχανικοί που ασχολούνται μ' αυτό το αντικείμενο αποκαλούνται «μηχανικοί πετρελαίων».

Η μεταλλευτική είναι μία από τις αρχαιότερες ανθρώπινες οικονομικές δραστηριότητες και έχει παίξει πρωτεύοντα ρόλο στη μετάβαση του ανθρώπου από την πρωτόγονη κατάσταση στον σύγχρονο πολιτισμό. Ωστόσο, η μεταλλευτική έχει συνδεθεί επίσης και με πολλά μελανά σημεία στην ανθρώπινη ιστορία όπως η δουλεία, οι κατακτητικοί πόλεμοι, η αποικιοκρατία και πιο πρόσφατα η μόλυνση του περιβάλλοντος.

Στην Ελλάδα ο σπουδές Μεταλλευτικής πραγματοποιούνται στη Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών του ΕΜΠ , στη Σχολή Μηχανικών Ορυκτών Πόρων του Πολυτεχνείου Κρήτης και στο Τμήμα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας.

Ιστορία

Προϊστορικό μεταλλείο στην Ισπανία.

Η ιστορία της μεταλλευτικής ξεκινά ταυτόχρονα ή σχεδόν ταυτόχρονα με την ιστορία της γεωργίας. Από τη στιγμή που ο άνθρωπος χρειάστηκε εργαλεία, στράφηκε προς τη γη για να βρει τις κατάλληλες πέτρες που θα χρησιμοποιούσε είτε για μύτες στα βέλη του είτε για να αλέσει το σιτάρι.

Με την ανακάλυψη αυτοφυών μετάλλων, όπως ο χαλκός, ο χρυσός και ο άργυρος, ο άνθρωπος πέρασε από τη λίθινη εποχή στην εποχή των μετάλλων. Από το 5000 π.Χ. περίπου αρχίζει η Εποχή του Χαλκού και ακολουθεί η Εποχή του Σιδήρου (1500 π.Χ έως 1780 μ.Χ. περίπου), η Βιομηχανική Επανάσταση (ή «Εποχή του Χάλυβα»: 1780–1945) και η Πυρηνική Εποχή (1945 έως σήμερα).

Σύμφωνα με αρχαιολογικές και αρχαιομετρικές έρευνες, ο χαλκός, ο χρυσός, ο άργυρος και ο μόλυβδος είναι από τα πρώτα μέταλλα που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος. Ο πολύ μεγάλος αριθμός χρυσών, αργυρών, μολύβδινων και χάλκινων αντικειμένων που έχουν εντοπιστεί στα νεκροταφεία της αρχαϊκής, κλασικής και ελληνιστικής εποχής σε διάφορες περιοχές της Μακεδονίας και Θράκης, προϋποθέτει μια οργανωμένη και ανεπτυγμένη μεταλλευτική (αλλά και μεταλλουργική) δραστηριότητα.

Τα σημαντικότερα μεταλλευτικά κέντρα στην Ελλάδα κατά την αρχαιότητα δραστηριοποιήθηκαν στο Λαύριο, στη ΒΑ Χαλκιδική, στη Θάσο, στην οροσειρά της Λεκάνης ("Σκαπτή Ύλη"), στο όρος Παγγαίο και στη Σίφνο.

Πολλά σημαντικά σημεία στην ανθρώπινη ιστορία συνδέονται με την αναζήτηση ορυκτών ή την εύρεση νέων μεθόδων χρήσης αυτών των ορυκτών, από το ταξίδι του Μάρκο Πόλο στην Κίνα και την ανακάλυψη του Νέου Κόσμου τον 16ο αι., έως την εποίκηση της Αυστραλίας και τον Πυρετό του Χρυσού που έφερε χιλιάδες χρυσοθήρες στο Γιούκον του Καναδά.

Στα τέλη του 18ου και τις αρχές του 19ου αι., έκανε την εμφάνισή της η επιστήμη της γεωλογίας. Σχεδόν ταυτόχρονα εμφανίστηκαν και οι πρώτες σχολές μηχανικών μεταλλείων για να καλυφθούν οι ανάγκες της βιομηχανικής επανάστασης σε ειδικευμένους επιστήμονες: το 1716 η Σχολή Μεταλλείων στο Γιοακίμσταλ (Joachimsthal) της Βοημίας (Γιάχιμοφ της σημερινής Τσεχίας), το 1765 η Ακαδημία Μεταλλείων της Φραϊβέργης (Bergakademie Freiberg) στη Σαξονία, το 1777 η Ακαδημία Μεταλλείων της Ισπανίας (Academia de Minas, Almadén), το 1783 η Σχολή Μεταλλείων του Παρισιού (École des mines), το 1792 το Βασιλικό Κολέγιο Μεταλλευτικής της Πόλης του Μεξικού (Real Seminario de Minería), κ.ά.

Παιδιά-εργάτες και μουλάρια σε υπόγειο ανθρακωρυχείο των ΗΠΑ το 1908.

Κατά τον 20ό αι., η εκμετάλλευση ορυκτών πρώτων υλών πήρε τεράστιες διαστάσεις, χάρη στην ανακάλυψη της δυναμίτιδας (1866) και τη μηχανοποίηση της εξόρυξης, αλλά και εξαιτίας της δραματικής αύξησης της κατανάλωσης από τον άνθρωπο. Πολλές μεταλλευτικές επιχειρήσεις — κυρίως αμερικανικών και ευρωπαϊκών συμφερόντων — απέκτησαν μεγάλη οικονομική ισχύ και απλώθηκαν σε όλον τον κόσμο. Η στυγνή έως ληστρική εκμετάλλευση του ορυκτού πλούτου χωρών του Τρίτου Κόσμου από αυτές τις εταιρείες οδήγησε σε εκρηκτικές καταστάσεις με δραματικές συνέπειες. Τέτοιες καταστάσεις ήταν, για παράδειγμα, το ρατσιστικό καθεστώς απαρτχάιντ στη Νότια Αφρική, οι αδιάκοπες ταραχές στο Ζαΐρ (σημερινή Λαϊκή Δημοκρατία του Κονγκό) για τα μεταλλεία της Κατάνγκα, η δικτατορία στη Χιλή το 1973 μετά την εθνικοποίηση των χαλκορυχείων, και οι μεγάλες πετρελαϊκές κρίσεις στη δεκαετία του 1970 μετά την απότομη αύξηση των τιμών του αργού πετρελαίου από το καρτέλ του ΟΠΕΚ.

Η μεγάλη κατανάλωση πρώτων υλών οδήγησε επίσης σε εξάντληση πολλών αποθεμάτων. Τα μεταλλεύματα προς εκμετάλλευση άρχισαν να γίνονται ολοένα και πιο φτωχά. Ήδη ο ορίζοντας της πλήρους εξάντλησης των κοιτασμάτων πετρελαίου τοποθετείται γύρω στο 2100. Αναγκαστικά ο άνθρωπος στρέφεται προς την ανακύκλωση και τη χρήση λιγότερο ενεργοβόρων τεχνολογιών. Παρ' όλα αυτά, η μεταλλευτική θα εξακολουθήσει να παίζει πρωτεύοντα ρόλο στη ζωή του ανθρώπου, γιατί σχεδόν όλα τα ανθρώπινα δημιουργήματα προέρχονται από τη γη.

Μεταλλευτική ορολογία

Όπως όλες οι επιστήμες, έτσι και η μεταλλευτική έχει τη δική της ορολογία. Οι πιο κοινοί μεταλλευτικοί όροι είναι:

• Μεταλλείο ή ορυχείο (αγγλ., mine) — όρυγμα στη γη με σκοπό την ανάκτηση ορυκτών.
• Μεταλλωρύχος (αγγλ., miner) — ο εργαζόμενος στην εξόρυξη μεταλλευμάτων.
• Ορυκτό (αγγλ., mineral) — φυσικό ανόργανο στοιχείο ή ένωση με συγκεκριμένη δομή (συνήθως κρυσταλλική), συγκεκριμένη χημική σύσταση και συγκεκριμένες φυσικές ιδιότητες.
• Πέτρωμα (αγγλ., rock) — γεωλογικός σχηματισμός που αποτελείται από ένα ή περισσότερα ορυκτά.
• Κοίτασμα (αγγλ., deposit) — γεωλογικός σχηματισμός που περιέχει ορισμένα ορυκτά με οικονομικό ενδιαφέρον. Τα όρια ενός κοιτάσματος καθορίζονται με βάση την οριακή περιεκτικότητα (αγγλ., cut-off grade), δηλ. την ελάχιστη απαιτούμενη περιεκτικότητα σε κάποιο ορυκτό ή στοιχείο για να είναι μία μονάδα όγκου του κοιτάσματος οικονομικώς εκμεταλλεύσιμη.
• Μετάλλευμα (αγγλ., ore) — το υλικό που εξορύσσεται από ένα κοίτασμα.
• Στείρο (αγγλ., barren rock, waste) — το υλικό που εξορύσσεται μαζί με το μετάλλευμα, αλλά δεν περιέχει ορυκτά με οικονομικό ενδιαφέρον.
• Συμπύκνωμα (αγγλ., concentrate) — το υλικό με οικονομικό ενδιαφέρον που προκύπτει μετά από φυσική επεξεργασία του μεταλλεύματος (εμπλουτισμός).
• Απόρριμμα (αγγλ., reject, residue ή tailing) — το υλικό που διαχωρίζεται από το συμπύκνωμα και συχνά απορρίπτεται σε χώρους εναπόθεσης εφόσον δεν παρουσιάζει κανένα οικονομικό ενδιαφέρον.

Τα κοιτάσματα που περιέχουν ορυκτά κατάλληλα για εξαγωγή μετάλλων (π.χ., σίδηρος, χαλκός, χρυσός, κ.ά.) αποκαλούνται μεταλλεύματα ή μεταλλικά κοιτάσματα. Τα κοιτάσματα ορυκτών που δεν χρησιμεύουν για την παραγωγή μετάλλων (π.χ. καολίνης, ποζολάνη, μαγνησίτης κ.ά.) αποκαλούνται μη-μεταλλικά κοιτάσματα ή απλώς βιομηχανικά ορυκτά. Ιδιαίτερη κατηγορία αποτελούν τα ορυκτά καύσιμα ή ενεργειακά ορυκτά, όπως το πετρέλαιο, οι γαιάνθρακες, το φυσικό αέριο, κ.λπ., που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας.

Μεταλλευτική έρευνα

Ειδικό όχημα για σεισμική έρευνα γεωθερμικών πεδίων.

Η Μεταλλεία, μεταλλευτική έρευνα, ξεκινά με την αναζήτηση ενδιαφερόντων γεωλογικών σχηματισμών (πετρωμάτων) που πιθανώς περιέχουν κάποιο οικονομικά εκμεταλλεύσιμο ορυκτό (αγγλ., prospecting). Για πολλούς αιώνες, η αναζήτηση γίνονταν με απλή παρατήρηση — στο πεδίο ή στον γεωλογικό χάρτη — πετρωμάτων που μοιάζουν να είναι κοιτάσματα ή που μοιάζουν να κρύβουν κάποιο κοίτασμα. Σήμερα, η αναζήτηση γίνεται με σύγχρονες γεωφυσικές μεθόδους, δηλ. με την εξέταση ανωμαλιών σε φυσικές ιδιότητες γεωλογικών σωμάτων, όπως π.χ. παράξενες μεταβολές στο βαρυτικό πεδίο της γης, στο γεωμαγνητικό πεδίο της γης, στην ηλεκτρική αντίσταση των πετρωμάτων, στην ταχύτητα διάδοσης σεισμικών κυμάτων, κ.λπ. Η γεωφυσική έρευνα γίνεται με μέσα όπως αεροπλάνα, ελικόπτερα, ειδικά γεωτρύπανα, ελεγχόμενες εκρήξεις και σεισμογράφους. Η γεωφυσική έρευνα συμπληρώνεται από τη γεωχημική έρευνα κατά την οποία αναζητούνται ανωμαλίες στη συγκέντρωση και κατανομή ιχνοστοιχείων στα εδάφη και τα νερά.

Η μεταλλευτική έρευνα μεγαλώνει σε έκταση και ένταση όταν βρεθεί ένας ενδιαφέρον γεωλογικός σχηματισμός (αγγλ., exploration). Κατά τη φάση αυτή, γίνονται γεωτρήσεις για τη λήψη δειγμάτων και την αποτίμηση των αποθεμάτων. Οι γεωτρήσεις γίνονται με ειδικά γεωτρύπανα που είναι κατάλληλα για συγκεκριμένη κατηγορία κοιτασμάτων. Π.χ. άλλα γεωτρύπανα χρησιμοποιούνται για την έρευνα σε σκληρά πετρώματα και άλλα γεωτρύπανα χρησιμοποιούνται για την έρευνα σε προσχωματικά κοιτάσματα. Οι γεωτρήσεις γίνονται σε συγκεκριμένο χωρικό πλαίσιο έτσι ώστε η δειγματοληψία να είναι όσο το δυνατό πιο ομοιόμορφη. Δείγματα επίσης λαμβάνονται και με όρυξη αυλάκων, στοών, κ.λπ.

Τα δείγματα, που συχνά έχουν κυλινδρική μορφή και αποκαλούνται «καρότα», αναλύονται για να γίνει η εκτίμηση των αποθεμάτων του κοιτάσματος. Ειδικές μέθοδοι γεωστατιστικής επιτρέπουν την εκτίμηση της χωρικής κατανομής των αποθεμάτων. Ανάλογα με το στατιστικό σφάλμα της εκτίμησης, τα αποθέματα ταξινομούνται σε βέβαια, πιθανά, ενδεικτικά, κ.λπ. Με βάση τα εκτιμηθέντα αποθέματα, γίνεται μελέτη σκοπιμότητας, που περιλαμβάνει προκαταρκτική τεχνική ανάλυση για τον τρόπο και τον χρόνο της εξόρυξης, εκτίμηση της οικονομικής απόδοσης της εξόρυξης και μία πρώτη αποτίμηση του επιχειρηματικού κινδύνου.

Εκμετάλλευση

Η εκμετάλλευση αρχίζει με τη φάση της προσπέλασης. Κατά τη φάση αυτή διανοίγονται δρόμοι, στοές, κεκλιμένα («ράμπες») και φρέατα («πηγάδια») για να πλησιάσει ο μηχανικός εξοπλισμός και το προσωπικό το κοίτασμα. Ακολουθεί η φάση της ανάπτυξης, κατά την οποία δημιουργούνται ορύγματα (δρόμοι, στοές, κ.λπ.) γύρω και μέσα στο κοίτασμα έτσι ώστε να αρχίσει η απόληψη του κοιτάσματος.

Κατά τη φάση της παραγωγής αρχίζει η εξόρυξη του κοιτάσματος με μεθόδους κατάλληλες για τη γεωμετρία του κοιτάσματος, για τη σταθερότητα του κοιτάσματος και των περιβαλλόντων πετρωμάτων και για τον απαιτούμενο ρυθμό παραγωγής.

Με την εξάντληση των οικονομικά εκμεταλλεύσιμων αποθεμάτων, το μεταλλείο περνά στη φάση του κλεισίματος. Εφόσον η εξόρυξη είναι επικίνδυνη για τον άνθρωπο όταν δεν υπάρχουν εκεί ειδικευμένοι εργαζόμενοι, ο χώρος πρέπει να σφραγιστεί. Ταυτοχρόνως, λαμβάνεται μέριμνα για την αποκατάσταση του περιβάλλοντος και για την παρακολούθηση τυχόν εκπομπών (π.χ., σκόνη, ραδιενέργεια, απορροή όξινων υδάτων, κ.λπ.) μετά το κλείσιμο της εξόρυξης.

Από την περίοδο της προσπέλασης μέχρι το οριστικό κλείσιμο της εξόρυξης, ο μηχανικός μεταλλείων είναι υπεύθυνος για τον σχεδιασμό και την ευστάθεια των ορυγμάτων, τον προγραμματισμό της παραγωγής, τον φωτισμό, τον αερισμό, την άντληση νερών, καθώς και για την ασφάλεια και υγιεινή των εργαζομένων. Συνεπώς, η εργασία του μηχανικού μεταλλείων είναι πολυσύνθετη και απαιτεί γνώσεις εδαφομηχανικής, βραχομηχανικής, διοίκησης και προγραμματισμού, εργασιακής ασφάλειας και υγιεινής, κ.λπ.

Υπαίθρια ορυχεία και λατομεία

Σχηματική παράσταση επιφανειακής εκμετάλλευσης.

Στα υπαίθρια ορυχεία και λατομεία δύο παράγοντες παίζουν σημαντικό ρόλο:

• η σχέση αποκάλυψης, δηλ. η αναλογία εξόρυξης του υπερκείμενου στείρου προς το υποκείμενο μετάλλευμα (ρ), και
• η τελική γωνία των πρανών (φ).

Σε ένα οριζόντιο κοίτασμα με επίπεδο τοπογραφικό ανάγλυφο, ο λόγος ρ είναι σταθερός και δεν αλλάζει. Σε κεκλιμένα κοιτάσματα όμως, ο λόγος ρ αυξάνει συνεχώς με την πρόοδο της εκμετάλλευσης και συνεπώς πέρα από μια κρίσιμη τιμή, η εκμετάλλευση γίνεται οικονομικά ασύμφορη. Τότε ο μηχανικός μεταλλείων πρέπει να αποφασίσει εάν είναι πιο συμφέρουσα μια υπόγεια εκμετάλλευση.

Όταν η εκσκαφή φτάσει στα όρια της ιδιοκτησίας ή της άδειας εκμετάλλευσης, τότε το βάθος της εκσκαφής καθορίζεται από την τελική γωνία των πρανών φ. Η γωνία φ είναι η μέγιστη επιτρεπτή γωνία εκσκαφής με βάση την αντοχή των πετρωμάτων ή είναι η μέγιστη επιτρεπτή γωνία εκσκαφής σύμφωνα με τον νόμο.

Οι επιφανειακές εκμεταλλεύσεις σε σκληρά πετρώματα γίνονται με τη βοήθεια εκρηκτικών. Σε βαθμίδες ανοίγονται μικρά διατρήματα στα οποία τοποθετείται εκρηκτική ύλη. Ακολουθεί ανατίναξη. Το θρυμματισμένο μετάλλευμα φορτώνεται σε φορτηγά που το μεταφέρουν για περαιτέρω επεξεργασία (θραύση, λειοτρίβηση, εμπλουτισμό). Τα στείρα υπερκείμενα πετρώματα μεταφέρονται σε σωρούς απορριμμάτων.

Σε σχετικά μαλακά πετρώματα (π.χ. λιγνίτης), η εκμετάλλευση γίνεται και με ηλεκτροκίνητους καδοφόρους εκσκαφείς και ταινιοδρόμους, ή με γιγαντιαίους εκσκαφείς τύπου dragline, μηχανικά πτύα και φορτηγά οχήματα off-road μεγάλου ωφέλιμου φορτίου. Σε προσχωματικά (αλουβιακά) κοιτάσματα χρυσού, ιλμενίτη, κ.λπ., η εξόρυξη γίνεται με την εκτόξευση νερού υπό πολύ υψηλή πίεση και το υλικό συγκεντρώνεται από ειδικές πλατφόρμες (αγγλ., dredges). Γενικά, η επιλογή του μηχανικού εξοπλισμού εξαρτάται κυρίως από τη σκληρότητα των πετρωμάτων και του κοιτάσματος και από τον επιθυμητό ρυθμό παραγωγής.

Επιφανειακό λιγνιτωρυχείο με καδοφόρους εκσκαφείς στη Γερμανία. Στα αριστερά είναι το αδιατάρακτο κοίτασμα του λιγνίτη που εξορύσσεται και στα δεξιά είναι οι σωροί απόθεσης των στείρων.

Υπόγεια ορυχεία και μεταλλεία

Σχηματική παράσταση υπόγειας εκμετάλλευσης που λειτουργεί με κατακρήμνιση οροφής κάτω από εξοφλημένη επιφανειακή εκμετάλλευση.

Όπως στην περίπτωση των επιφανειακών εκμεταλλεύσεων, έτσι και στα υπόγεια μεταλλεία, η επιλογή της μεθόδου εκμετάλλευσης εξαρτάται από τη γεωμετρία, την αντοχή και τα άλλα φυσικά χαρακτηριστικά του κοιτάσματος και των περιβαλλόντων πετρωμάτων, καθώς και από τον απαιτούμενο ρυθμό παραγωγής.

Οι μέθοδοι υπογείων εκμεταλλεύσεων διακρίνονται σε μεθόδους με κενά, γομούμενα μέτωπα και κατακρημνιζόμενα μέτωπα. Οι μέθοδοι με κενά εφαρμόζονται εκεί που η απόληψη μεγάλου μέρους του κοιτάσματος δεν δημιουργεί πρόβλημα ευστάθειας στα περιβάλλοντα πετρώματα, καθώς αυτά χαρακτηρίζονται από καλά μηχανικά χαρακτηριστικά. Στις μεθόδους με κενά συγκαταλέγεται και η μέθοδος των θαλάμων και στύλων (αγγλ., room and pillar) που εφαρμόζεται στα υπόγεια ανθρακωρυχεία καθώς και στις υπόγειες εκμεταλλεύσεις βωξίτη στην Ελλάδα, όπου τα κοιτάσματα είναι μικρής κλίσης (σχεδόν οριζόντια) και μέτριου πάχους (2-10m).

Στοά προσπέλασης σε υπόγειο μεταλλείο μαγγανίου στη Γεωργία (πρώην ΕΣΣΔ).

Οι μέθοδοι των γομουμένων μετώπων εφαρμόζονται εκεί που απαιτείται το κενό που δημιουργείται από την απόσπαση του μεταλλεύματος να γεμίζεται με νέο υλικό ώστε να να σταθεροποιούνται τα περιβάλλοντα πετρώματα ή να επιτυγχάνεται η σχεδόν πλήρης απόληψη (αγγλ., recovery) (95-99%) του μεταλλεύματος. Το υλικό που γεμίζει το κενό μπορεί να είναι υλικό φτωχής ποιότητας από το ίδιο το κοίτασμα, ή φερτό υλικό (π.χ. απορρίμματα του εμπλουτισμού αναμεμειγμένα με ή χωρίς τσιμέντο), όπως συμβαίνει στη μέθοδο των εναλλασσόμενων κοπών και λιθογομώσεων (αγγλ., cut and fill stoping). Συνήθως οι μέθοδοι αυτές εφαρμόζονται σε κοιτάσματα μικρού έως μετρίου πάχους και μεγάλης κλίσης και μεταλλεύματα μεγάλης αξίας.

Οι μέθοδοι με κατακρημνιζόμενα μέτωπα εφαρμόζονται σε κοιτάσματα μεγάλου πάχους, μεγάλης κλίσης και μέτριας αντοχής. Μία τέτοια μέθοδος είναι η μέθοδος των υποορόφων με κατακρήμνιση οροφής (αγγλ., sub-level caving), η οποία εφαρμόζεται κυρίως σε μεταλλικά μεταλλεία όπως στα σιδηρομεταλλεύματα της Σουηδίας και στα μικτά θειούχα του Στρατωνίου. Παραλλαγή αυτής της μεθόδου είναι η μέθοδος της κατακρήμνισης πατώματος (αγγλ., block caving), που εφαρμόζεται σε πολύ παχιά κεκλιμένα ή κατακόρυφα κοιτάσματα χαμηλής περιεκτικότητας και όπου η υποχώρηση της επιφανείας του εδάφους δεν αποτελεί πρόβλημα, όπως π.χ. στην εξόρυξη κιμπερλίτη που περιέχει διαμάντια.

Μια μέθοδος που δανείζεται χαρακτηριστικά από τις μεθόδους λιθογόμωσης αλλά και κατακρήμνισης είναι η μέθοδος του συμπτυσσόμενου μετώπου (αγγλ., shrinkage stoping), σύμφωνα με την οποία το μετάλλευμα που εξορύσσεται συνήθως από την οροφή πέφτει και παραμένει για κάποιο διάστημα εντός του χώρου του μετώπου (γομώνει) για να υποστηρίζει το χώρο αλλά και να διευκολύνει τις εργασίες εξόρυξης, δημιουργώντας ένα νέο επίπεδο/δάπεδο εργασίας. Κατά τη διάρκεια των εργασιών γίνεται η αποκομιδή όγκου μεταλλεύματος που αντιστοιχεί στο επίπλησμα. Η πλήρης αποκομιδή του μεταλλεύματος από το μέτωπο γίνεται με το πέρας των εργασιών όρυξης.

Μηχανική εξόρυξη σε υπόγειο ανθρακωρυχείο με κινητή υδραυλική υποστήριξη.

Μία ειδική μέθοδος κατακρήμνισης οροφής είναι και η μηχανική εξόρυξη σε ευθύγραμμα επιμήκη μέτωπα με κινητή υδραυλική υποστήριξη (αγγλ., longwall mining). Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται στην εκμετάλλευση οριζοντίων έως ελαφρώς κεκλιμένων κοιτασμάτων γαιανθράκων μικρού ή μέτριου πάχους. Το κοίτασμα αποξέεται με κατάλληλο δίσκο που μετακινείται παράλληλα προς το μέτωπο της όρυξης, ο άνθρακας που πέφτει απομακρύνεται με ταινιόδρομο, ενώ η υδραυλική υποστήριξη μετακινείται αυτομάτως προς τα μπρος καθώς προχωρά το μέτωπο. Με τη μετακίνηση της υποστήριξης προς τα εμπρός, η οροφή στον εξοφλημένο χώρο κατακρημνίζεται.

Ατυχήματα στα μεταλλεία

Εξέλιξη των θανατηφόρων ατυχημάτων στον εξορυκτικό τομέα (1987-2013)

Για χιλιάδες χρόνια, τα μεταλλεία ήταν ένας από τους πλέον επικίνδυνους χώρους εργασίας. Στα αρχαία χρόνια, οι μεταλλωρύχοι ήταν κυρίως σκλάβοι. Στα μεσαιωνικά χρόνια, αλλά και κατά την περίοδο της βιομηχανικής επανάστασης στην Ευρώπη (18ος–19ος αι. μ.Χ.), οι συνθήκες εργασίας στα υπόγεια ανθρακωρυχεία ήταν εξαντλητικές, ενώ σε στενές στοές εργάζονταν ακόμα και παιδιά. Ακόμα και στα πρώτα χρόνια του 20ού αι., τα ορυχεία και τα μεταλλεία ήταν για τους φτωχούς, τους μετανάστες και τους πρώην καταδίκους που δεν μπορούσαν να βρουν αλλού εργασία.

Σήμερα, στον ανεπτυγμένο κόσμο, η κατάσταση αυτή έχει αλλάξει. Η ανάπτυξη της επιστήμης της μεταλλευτικής καθώς και η εκβιομηχάνιση της εξόρυξης έφεραν σημαντική βελτίωση στις συνθήκες εργασίας στις υπόγειες και υπαίθριες εκμεταλλεύσεις. Η ανάγκη προσέλκυσης νέων εργατών οδήγησε και σε σημαντική αύξηση των προσφερόμενων μισθών, με αποτέλεσμα τα μεταλλεία να πληρώνουν κατά κανόνα πολύ υψηλότερους μισθούς απ' ό,τι άλλοι εργασιακοί χώροι. Πολλές σημερινές εκμεταλλεύσεις στον ανεπτυγμένο κόσμο έχουν δείκτη ασφαλείας που θα τον ζήλευαν και άλλοι οικονομικοί κλάδοι.

Καπνός βγαίνει από φρέαρ ανθρακωρυχείου στο Φέρμινγκτον της Βιρτζίνιας των ΗΠΑ, μετά από έκρηξη μεθανίου στις 20 Νοεμβρίου του 1968. Το αποτέλεσμα της έκρηξης ήταν 78 νεκροί. Έναν χρόνο κατόπιν η αμερικανική κυβέρνηση έκανε πολύ πιο αυστηρή τη νομοθεσία για την ασφάλεια των ανθρακωρυχείων.

Ιδιαίτερα επικίνδυνα εξακολουθούν να παραμένουν τα υπόγεια ανθρακωρυχεία, καθώς η παρουσία μεθανίου σε υψηλή συγκέντρωση και η συσσώρευση σκόνης άνθρακα μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφικές εκρήξεις με πάρα πολλά θύματα. Η συσσώρευση άνθρακα (αλλά και άλλων υλικών) σε σωρούς με κατολισθητικά φαινόμενα έχει οδηγήσει σε ατυχήματα μεγάλης κλίμακας. Επίσης, στον αναπτυσσόμενο κόσμο η κατάσταση στα ορυχεία και στα μεταλλεία εξακολουθεί να είναι πολύ άσχημη. Στην Αμαζονία, στη Λαϊκή Δημοκρατία του Κογκό, κ.ά., νεαροί στριμώχνονται σε ανοιχτά και πλέον ανασφαλή ορύγματα για να ανακαλύψουν διαμάντια ή ψήγματα χρυσού που θα τους κάνουν πλούσιους. Στην Κίνα, εξακολουθούν να σκοτώνονται περισσότεροι από 3.000 ανθρακωρύχοι τον χρόνο, ενώ στη Νότια Αφρική, παρά τη σημαντική βελτίωση τα τελευταία χρόνια, εξακολουθούν να σκοτώνονται περισσότεροι από 200 μεταλλωρύχοι τον χρόνο.

Στην Ελλάδα, τα μέχρι τώρα αποτελέσματα από την πρακτική εφαρμογή της σχετικής Οδηγίας 92/104/ΕΟΚ, εκτιμώνται θετικά για το σύνολο των εξορυκτικών επιχειρήσεων, τόσο στον τομέα της ασφάλειας όσο και στον τομέα της υγείας. Στην Ελλάδα κάθε χρόνο συμβαίνουν 200-300 ατυχήματα στον εξορυκτικό τομέα, από τα οποία 5-10 περίπου είναι θανατηφόρα (ΜΟ τελευταίας 20ετίας:7). Τα πλέον συνήθη πορίσματα των εκθέσεων συμφωνούν ότι τα ατυχήματα προκαλούνται από (α) ανασφαλείς συνθήκες εργασίας (β) ανασφαλείς ενέργειες και σπανίως από (γ) «τυχαία» συμβάντα, αδύνατον να προβλεφθούν.

Μεταλλευτική και περιβάλλον

Ο ποταμός Ρίο Τίντο («Κόκκινος Ποταμός») της Ισπανίας κατεβάζει κόκκινο νερό. Το νερό του ποταμού περιέχει σίδηρο και τοξικά μέταλλα σε υψηλή συγκέντρωση εξαιτίας της απορροής όξινων νερών από μεταλλεία της περιοχής που χρονολογούνται από το 3000 π.Χ.

Η εκβιομηχάνιση και η μεγάλη ανάπτυξη των ορυχείων και των μεταλλείων κατά τον 19ο και κατά τον 20ό αι. προκάλεσε και σημαντική επέκταση των περιβαλλοντικών συνεπειών της μεταλλευτικής δραστηριότητας.

Τα υπαίθρια ορυχεία απέκτησαν γιγαντιαίες διαστάσεις και μαζί με αυτά γιγαντώθηκε και η απόρριψη στείρων, η απορροή όξινων και τοξικών νερών (συνέπεια της οξείδωσης και της φυσικής εκχύλισης κυρίως θειούχων ορυκτών), ο θόρυβος (κυρίως από τις ανατινάξεις, αλλά και από τα μηχανήματα), η σκόνη και, συχνά, η καταστροφή του φυσικού τοπίου. Το περιβαλλοντικό αποτύπωμα ενός λατομείου είναι δυνατόν να ελεγχθεί κι αυτό σχετίζεται με τον αποτελεσματικό σχεδιασμό, την ασφαλή λειτουργία, τη διαχείριση των εξορυκτικών αποβλήτων και την εφαρμογή σχεδίου για την αποκατάστασή του. 

Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις της εξόρυξης

Οι υπόγειες εκμεταλλεύσεις συχνά προκαλούν καθίζηση της επιφάνειας του εδάφους, ενώ δεν είναι σπάνιο και το φαινόμενο της απορροής όξινων νερών από ενεργά και εγκαταλελειμμένα υπόγεια μεταλλεία. Ειδικά, σε καιρούς οικονομικής ύφεσης, πολλές εκμεταλλεύσεις εγκαταλείφτηκαν στην τύχη τους αφήνοντας πίσω τους μόνον την καταστροφή. Χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιας καταστροφής είναι το χαλκωρυχείο Μπέρκλεϋ στη Μοντάνα των ΗΠΑ, το οποίο μετά την εγκατάλειψή του το 1982 μετατράπηκε σε μία γιγαντιαία λίμνη τοξικών νερών.

Τα τελευταία χρόνια, οι μεγάλες μεταλλευτικές επιχειρήσεις λαμβάνουν σοβαρά τις επιπτώσεις των δραστηριοτήτων τους στο περιβάλλον και στον άνθρωπο. Όμως σε πολλές περιοχές του Τρίτου Κόσμου, όπου δεν υπάρχει νόμος ή δεν εφαρμόζεται ο νόμος, η κατάσταση δεν έχει αλλάξει σημαντικά.

Η βιωσιμότητα και η βιώσιμη ανάπτυξη εξακολουθούν να είναι στο επίκεντρο της εξορυκτικής βιομηχανίας, με στόχο τη διασφάλιση ότι οι νέες μέθοδοι εξόρυξης θα συνοδεύονται πλέον από περιβαλλοντικά ασφαλείς διαδικασίες που βοηθούν να διατηρηθεί η ακεραιότητα της εκάστοτε μεταλλευτικής περιοχής αλλά και του τοπικού πληθυσμού της και να προσφέρει απτά κοινωνικά και επιχειρηματικά οφέλη. Η εξορυκτική βιομηχανία έχει την ευκαιρία και τις δυνατότητες να συμβάλει θετικά σε όλους τους στόχους για τη Βιώσιμη Ανάπτυξη (SDGs) που έχουν εγκρίνει τα 193 Κράτη Μέλη των Ηνωμένων Εθνών (ΟΗΕ) και περιλαμβάνονται στην "Ατζέντα για την Αειφόρο Ανάπτυξη του 2030".

Μολαταύτα, σήμερα οι πολίτες εμφορούνται από αρνητική προδιάθεση για τη μεταλλευτική εξαιτίας των περιβαλλοντικών επιπτώσεων αλλά και των αδυναμιών είτε των ελεγκτικών μηχανισμών της πολιτείας είτε των επιχειρήσεων να δεχθούν τα σημεία των καιρών και να εκσυγχρονισθούν δίνοντας έμφαση στη διαφάνεια, την κοινωνία και το περιβάλλον. Το σύνδρομο ΝΙΜΒΥ έχει ευρεία εφαρμογή στον συγκεκριμένο τομέα.

Η μεταλλευτική στην Ελλάδα

Μεταλλωρύχοι στα μεταλλεία σιδήρου της Σερίφου στα τέλη του 19ου αι.

Από την αρχαιότητα η μεταλλευτική και λατομική δραστηριότητα στα μεταλλεία (ορυχεία) και τα λατομεία είχαν πάντα σημαντική θέση στην οικονομική ζωή της Ελλάδας. Σήμερα οι πάσης φύσεως δραστηριότητες αυτές, είτε επιφανειακές. (λατομεία), είτε υπόγειες (ορυχεία), διέπονται από τον Μεταλλευτικό Κώδικα, αποτελώντας ιδιαίτερο είδος Δικαίου, το λεγόμενο Μεταλλευτικό Δίκαιο.

Η αρχαία Αθήνα χρησιμοποίησε τον άργυρο από τα μεταλλεία του Λαυρίου και τα μάρμαρα της Πεντέλης για να χτίσει τον Παρθενώνα. Παρομοίως και ο Μέγας Αλέξανδρος στηρίχθηκε στον χρυσό του Παγγαίου για να χρηματοδοτήσει την εκστρατεία του κατά των Περσών.

Στα νεότερα χρόνια, τα μεταλλεία του Λαυρίου αποτέλεσαν τον πρώτο βιομηχανικό χώρο της Ελλάδας. Η σμύριδα στη Νάξο, τα σιδηρομεταλλεύματα στη Σέριφο και στη Θάσο, τα αργυρομεταλλεύματα και η βαρυτίνη στη Μύκονο, ο λευκόλιθος στο Μαντούδι, και ο χρωμίτης και ο αμίαντος στην Κοζάνη αποτέλεσαν σημαντική πηγή εισοδημάτων για τη χώρα για πολλές δεκαετίες, αλλά και αφορμή σημαντικών κοινωνικών αλλαγών.

Το 1946 ιδρύθηκε η Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων–Μεταλλουργών στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο και το 1989 λειτούργησε και το Τμήμα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων στο Πολυτεχνείο Κρήτης. Σήμερα η Ελλάδα συγκαταλέγεται στους σημαντικούς Ευρωπαίους παραγωγούς βωξίτη, σιδηρονικελιούχων μεταλλευμάτων, μικτών θειούχων μεταλλευμάτων, λευκόλιθου, μπεντονίτη, ελαφρόπετρας (θηραϊκή γη), μαρμάρων και άλλων μεταλλικών και μη μεταλλικών (βιομηχανικών) ορυκτών. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι το 56% της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στην Ελλάδα προέρχεται από την καύση λιγνίτη, ο οποίος εξορύσσεται σε λιγνιτωρυχεία της Βορείου Ελλάδας και της Πελοποννήσου.

Μεταλλευτική περιήγηση-Γεωπάρκα

Το αλατωρυχείο Salina Turda της Ρουμανίας μετετράπη σε δημοφιλές τουριστικό αξιοθέατο

Μεταλλευτικό Πάρκο Φωκίδας (Vagonetto)

Η μεταλλευτική περιήγηση αποτελεί ένα είδος εναλλακτικού ή συμπληρωματικού βιώσιμου τουρισμού (όπως π.χ. ο οικοτουρισμός ή αγροτουρισμός), ένα περιβαλλοντικά υπεύθυνο «ταξίδι», που ενθαρρύνει τη διατήρηση της φύσης και της παράδοσης, έχει μικρές επιπτώσεις στο περιβάλλον και εμπλέκει θετικά τους τοπικούς πληθυσμούς και τη μεταλλευτική ιστορία του εκάστοτε τόπου .

Dalhalla, ένα παλιό λατομείο ασβεστολίθου έγινε θέατρο, στη Σουηδία

Στις περιοχές με παρόν αλλά και παρελθόν στη μεταλλευτική δραστηριότητα, όπου η μεταλλευτική κουλτούρα είναι ακόμη σε ορατή ή λανθάνουσα μορφή, η «μεταλλευτική περιήγηση» μπορεί να αποτελέσει ένα είδος «εναλλακτικού τουρισμού» σαν απάντηση στο καθιερωμένο πρότυπο του παθητικού μαζικού τουρισμού. Επίσης, γεωλογικές−γεωμορφολογικές δομές που συνιστούν φυσικούς σχηματισμούς, σημαντικούς μάρτυρες της γεωλογικής ιστορίας της γης, μπορούν να αναδειχθούν ως γεώτοποι και γεωπάρκα, Στον Ν.3937/2011 (ΦΕΚ Α 60) "Διατήρηση της βιοποικιλότητας και άλλες διατάξεις" έχουν συμπεριληφθεί ως προστατευόμενα τοπία οι γεώτοποι, δηλ. γεωλογικές δομές που αντιπροσωπεύουν τη μακρά εξέλιξη της γεωλογικής ιστορίας της γης ή δείχνουν σύγχρονες φυσικές, γεωλογικές διεργασίες που συνεχίζουν να εξελίσσονται στην επιφάνεια της Γης. Η γεωδιατήρηση, η γεωκληρονομιά, η ερμηνεία της γεωλογικής ιστορίας του κάθε τόπου, η σχέση της τον πολιτισμό, το περιβάλλον, τον τουρισμό και γενικότερα την ανάπτυξη, είναι μια αναπτυξιακή συνιστώσα που κερδίζει διαρκώς έδαφος στο Ευρωπαϊκό και παγκόσμιο γίγνεσθαι.

Σε Ευρωπαϊκό και παγκόσμιο επίπεδο πολλά καινοτόμα σχέδια έχουν υλοποιηθεί στην αποκατάσταση εγκαταλελειμμένων ορυχείων ή τη μετατροπή τους σε τουριστικά θέρετρα, αποδεικνύοντας ότι οι επιπτώσεις της εξόρυξης μπορούν να μετριαστούν ή -σε ορισμένες περιπτώσεις- και να αντιστραφούν έστω και εκ των υστέρων, αν υπάρχει η έμπνευση, η εφευρετικότητα, η διάθεση αλλά και η ανάληψη ευθύνης προς το όφελος των τοπικών κοινωνιών.

Στην Ελλάδα, οι περιοχές του Λαυρίου (μεταλλεία χρυσού-αργύρου), η περιοχή των παλαιών λατομείων του Διονύσου Αττικής, της Σερίφου (μεταλλεία σιδήρου και αιματηρά γεγονότα του 1916 στο Μεγάλο Λιβάδι Σερίφου), της Χαλκιδικής (μεικτά θειούχα, Μαντεμοχώρια), της Μήλου (ορυχεία βιομηχανικών ορυκτών, θειωρυχεία, κλπ), της Εύβοιας (Λάρκο, Μαντούδι, Κάρυστος), της Φωκίδας (βωξίτης, μεταλλευτικό πάρκο Φωκίδος), της Νάξου (σμύριδα, περιοχή Μουτσούνα, Κούροι Νάξου), της Θάσου (προϊστορικά λατομεία ώχρας) είναι ικανές να αποτελέσουν περιοχές μεταλλευτικής περιήγησης.

Και πολλές ακόμη περιοχές του Αιγαίου στη Μήλο, στη Λέσβο (Απολιθωμένο Δάσος), στη Νίσυρο, στην Κρήτη (Χανιά, Ν. Γαύδος), επίσης στην Ήπειρο (Βίκος-Αώος), στην Πελοπόννησο (πάρκο Χελμού – Βουραϊκού), στη Χαλκιδική, στα Γρεβενά κ.α., μπορούν να αποτελέσουν σημεία ανάδειξης της φυσικής γεωλογικής ομορφιάς, φυσικά μνημεία του τόπου αλλά και της ανθρωπότητας. Ηδη ορισμένες από αυτές έχουν συμπεριληφθεί στα Ευρωπαϊκό Δίκτυο Γεωπάρκων Αρχειοθετήθηκε 2014-12-24 στο Wayback Machine.:το Απολιθωμένο Δάσος Λέσβου (2000), το Φυσικό Πάρκο Ψηλορείτη (2001), το Εθνικό Πάρκο Χελμού – Βουραϊκού (2009), η περιοχή του Εθνικού Δρυμού Βίκου – Αώου (2010) και το Γεωπάρκο της Σητείας Κρήτης (2015) .

Βλ. επίσης

• Γεωλογία
• Μεταλλουργία
• Ορυκτό
• Μετάλλευμα
• Κατάλογος ορυκτών
• Τσουμέμπ
• Euromines: Regional Development, Mining & Touris
• Εκμετάλλευση Ορυκτού Πλούτου- Διαχρονικό Σύμβολο Πολιτιστικής Κληρονομιάς και Δυναμικός Πυλώνας Τουριστικής Ανάπτυξης
• Μεταλλευτικό Μουσείο Μήλου
• 7 Miloterranean GeoWalks: η κρυμμένη γεω-ιστορία της Μήλου!
• Η σημειολογία του Vagonetto; Αρχειοθετήθηκε 2016-03-04 στο Wayback Machine.
• Ελληνικά Γεωπάρκα
• Ημερίδα για τη Γεωποικιλότητα και Γεωπάρκο Λαυρεωτικής

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων–Μεταλλουργών.
• Πολυτεχνείο Κρήτης, Τμήμα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων.
• Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών (ΙΓΜΕ).
• Σύνδεσμος Μεταλλευτικών Επιχειρήσεων (ΣΜΕ).
• Μεταλλειολογικά–Μεταλλουργικά Χρονικά, επιστημονική έκδοση του Πανελληνίου Συλλόγου Μηχ. Μεταλλείων–Μεταλλουργών.
• Πύλη για τον Ελληνικό Ορυκτό Πλούτο.
• "Mining 101" (Mining Journal), εισαγωγή στη Μεταλλευτική από ένα από τα παλαιότερα περιοδικά του κλάδου (Αγγλικά).
• Society for Mining, Metallurgy and Exploration, USA (Αγγλικά).
• Bureau des recherches géologiques et minières, France (Γαλλικά) (Αγγλικά).
• GDMB Gesellschaft für Bergbau, Metallurgie, Rohstoff- und Umwelttechnik, Deutschland (Γερμανικά).