鉱体採掘の主な手順：鉱体の開発、準備、切断、採掘とはどういう意味ですか？
鉱体採掘は、複数のステップと綿密な計画を伴う、複雑で技術集約的な工学作業です。その目的は、地下の鉱物資源を効率的かつ安全に利用可能な鉱物製品に変換することです。この記事では、鉱体採掘における主要なステップ（鉱体開発、準備、切削、ストッピング）を詳細に分析し、それらの関連性を説明します。
I. 鉱体開発
まず、鉱体開発について説明しましょう。鉱体開発とは、地表から一連のトンネルを掘削し、鉱体と地表を繋ぎ、人員のアクセス、換気、輸送、排水、電力供給、空気供給、給水のためのシステムを構築することです。鉱体開発には2つの主要な機能があります。1つ目は、鉱体に到達し、鉱体と地表を繋ぐ一連の土木工事を確立することです。2つ目は、人員、輸送、排水、電力、空気供給、給水のための通路を含む、基本的な地下採掘システムを構築することです。
開発目標は3つの部分に分けられます。まず、採掘した鉱石と廃石を地下から地上へ輸送する必要があります。これは最も基本的な要件であり、地下の鉱石を地上へ引き上げることを目指しています。次に、地下での作業に適した作業環境を確保するために、廃水と汚染された大気を地上へ排出する必要があります。
3つ目の部分は開発トンネルです。これらのトンネルは、上記の開発目的、すなわち鉱体との接続を確立し、人員の移動、換気、輸送、排水、電力、空気、給水のためのシステムを構築するために掘削されます。この一連の誘導トンネルは開発ガイドと呼ばれます。では、開発トンネルには主に何が含まれるのでしょうか？例えば、立坑、横坑、立坑底ヤード、主鉱石シュート、充填立坑、そして水平輸送トンネルが含まれます。これらすべてを総称して開発ガイドと呼びます。
まとめ：
鉱体採掘の第一段階は鉱体開発です。鉱体開発では、地表から鉱体までトンネル網を構築し、人員、設備、資材の出入り、そして鉱石や廃石の輸送を確保します。開発工事は、トンネル掘削だけでなく、換気、排水、電力、空気、給水システムの建設も含み、その後の採掘作業の基盤を築きます。開発トンネルには、竪坑、横坑、竪坑底ヤード、主鉱石シュート、主坑道、水平輸送トンネルなど、様々な種類があり、これらを総じて開発誘導システムと呼びます。これらのトンネルを通して、新鮮な空気の供給や効率的な廃水の排出など、地下での適切な作業環境を確保しながら、鉱石を地表まで持ち上げることができます。
II. 鉱体の準備
準備とはどのような定義でしょうか。鉱体が開発されたら、重要なエリアを区切る必要があります。この部分は鉱体準備と呼ばれます。準備には 2 つの目的があります。1 つ目は、レベルをブロックに分割して独立したストッピング ユニットと見なし、鉱体内に作業員のアクセス、削岩、鉱石の引き出し、換気などのための条件を整えることです。前述の開発によって、鉱体を採掘するための基本条件が整うと考えられます。準備は、開発を基にして、鉱体をさらに独立したストッピング ユニットに分割し、これらのユニットに作業員がアクセスして換気するための条件を整えます。準備の作業も 2 つの主なカテゴリに分類されます。1 つ目は、レベルをブロックに分割して独立したストッピング ユニットと見なし、2 つ目は、作業員の通路、換気、削岩、接続部を含むストッピングのための条件を整えることです。
開発トンネルと比較して、準備トンネルとは何でしょうか？準備トンネルは、一連のトンネルを掘削することで準備作業を完了するための手段です。これらのトンネルは準備トンネルと呼ばれます。右図に示すように、準備トンネルの主な特徴は、人員・換気用リフトと接続トンネルです。これらは準備トンネルの特徴です。鉱業の経済指標を評価する際には、準備に関連する2つの指標、すなわち準備比率と準備作業比率が関係します。
準備比率とは、鉱区から採掘される鉱石1,000トンあたりに必要な準備・切土トンネルのメートル数を指します。一方、準備作業比率とは、鉱区内の準備・切土トンネルから採掘される鉱石量と、鉱区から採掘される鉱石総量との比率です。準備比率は、建設された準備・切土トンネルの長さを総採掘量で割って比率を算出するのに対し、準備作業比率は、準備・切土トンネルの掘削から採掘される鉱石が鉱区の総採掘量に占める割合を計算することで、この比率を精緻化します。
選鉱比率は、鉱区内の選鉱・掘削トンネルの長さのみを反映しており、トンネルの断面積や容積の影響は考慮されていません。一方、選鉱作業比率は、鉱脈内選鉱・掘削トンネルの割合のみを反映しており、鉱脈外選鉱・掘削トンネルの作業量は考慮されていません。これが両者の違いです。
まとめ：
鉱体の開発が完了すると、プロセスは鉱体の準備に移ります。この段階の目的は、開発された鉱体の詳細な計画を通じて、採掘エリアをさらに管理および採掘可能な小さな単位、つまりブロックに分割することです。準備作業には、トンネルの掘削だけでなく、ブロック内での作業員のアクセス、削岩、鉱石の引き出し、換気などに必要な条件の整備も含まれます。準備トンネル（財政トンネルとも呼ばれる）では、作業員と換気用の昇降機の配置、および接続トンネルを考慮して、後続の採掘作業に適した作業環境を整える必要があります。準備比率と準備作業比率は、準備効率を評価するための2つの重要な指標であり、それぞれトンネル建設の経済面とトンネル内で生産される鉱石の割合を測定し、準備戦略を最適化するための定量的な根拠を提供します。
3. 切断
3つ目は、採掘作業についてです。では、採掘とは一体何を指すのでしょうか？採掘作業とは、準備作業の上に、既に準備された地盤上に、大規模な鉱石採掘のための自由面と自由空間を作り出す作業です。この定義から、採掘作業は、採掘のための自由面と自由空間を作り出すことを目的としていることがわかります。採掘の目的は、これらの自由面と自由空間を生み出すことです。
切土工事は、主に切羽と自由空間の形成という2つの側面から構成されます。まず、切土トンネルを掘削することで、切羽と自由空間を形成します。さらに、切土トンネルをベースに、切羽をさらに拡張する工事を行い、切羽を塞ぐための自由空間を確保します。切土トンネルは、主にアンダーカットトンネル（アンダーカット坑道と横切）と切土起伏の2つの部分で構成されます。さらに切羽を拡張するために、アンダーカット、ファンネル、スロッティングなどの作業も必要となります。これらが切土工事の全ての内容です。開削、準備、そして掘削はすべて、切羽を塞ぐための準備です。
まとめ：
掘削は準備に続く工程であり、大規模なストッピングに必要な自由面と空間を確保することを目的としています。この工程では、鉱石の発破と緩めのための空間を確保するために、アンダーカットトンネルやカッティングレイズなどの特定のトンネルを掘削します。掘削トンネルの設計では、鉱石の物理的特性、鉱体構造、そして採掘技術を考慮し、ストッピング作業を効率的に実施する必要があります。さらに、アンダーカット、ファンネル加工、スロッティングなどの作業によって自由空間をさらに拡大し、ストッピング作業を円滑にします。
IV. 停止
ストーピングとは、採掘が完了した後に大規模な採掘作業を行うプロセスを指します。一般的に、大規模な採掘作業はストーピングと呼ばれ、鉱石破砕、鉱石ハンドリング、地圧管理の3つの主要なステップに分けられます。まず、鉱石破砕の定義について説明します。鉱石破砕とは、採掘空間を自由面として利用し、削岩と発破を行うことを意味します。鉱石破砕は、鉱体の産状、採掘方法、および使用する削岩設備に基づいて、浅孔破砕、中深孔破砕、深孔破砕、チャンバー発破の4つのカテゴリに分類されます。
鉱石のハンドリングとは、発破された鉱石を鉱石ブロック内で運搬坑道まで移動させ、鉱山車に積み込む作業を指します。ハンドリングは鉱山内でのみ行われ、鉱石を運搬坑道まで移動させることを意味します。一方、運搬は運搬坑道から地表まで鉱石を持ち上げることを指します。
鉱石のハンドリングには、重力ハンドリングと機械ハンドリングの2つの主要な方法があります。重力ハンドリングでは、主に通常のファンネルドローイングを用いて重力移動を行います。機械ハンドリングでは、電動レーキ、ローダー、スクレーパー、トラック、ベルトコンベアなどの機器を用いてハンドリングを支援します。
鉱石輸送方法を選択する際には、採掘方法と鉱体の状態を考慮する必要があります。例えば、急傾斜の鉱体は重力ハンドリングに適しており、緩傾斜またはほぼ水平の鉱体は機械ハンドリングに適しています。
3つ目は、地圧管理です。地圧とは、鉱石の採掘後に地下に採掘跡（採掘跡）が形成され、時間の経過とともに上盤・下盤の柱状岩盤や周囲の岩盤が変形、破壊、崩壊する現象を指します。地圧管理とは、周囲の岩盤の変形、破壊、崩壊を防止または抑制するために必要な作業です。地圧による悪影響を排除し、生産安全を確保することを含み、総称して地圧管理作業と呼ばれます。
現在の地盤圧管理方法を基にすると、第一に保持柱を用いて掘割堤を支えて管理する方法、第二に周囲の岩盤を崩落させて管理する方法、そして最後に掘割堤を埋め戻し材で埋め戻して管理する方法の3つに分けられます。
まとめ：
ストッピングは鉱体採掘の中核段階であり、鉱石破砕、鉱石ハンドリング、そして地圧管理という3つの主要なステップから構成されます。鉱石破砕は、掘削空間における岩盤掘削と発破によって行われ、鉱体の状況に基づいて適切な掘削深度と掘削方法が選定されます。鉱石ハンドリングは、発破された鉱石を輸送トンネルまで移動させ、輸送のために積み込みを行う作業です。重力式と機械式を使い分け、鉱体の傾斜などの要因に基づいて方法を選択します。地圧管理は採掘の安全性を確保する上で重要であり、採掘坑道の変形、破損、崩壊を防止・制御するための対策を講じることで、安定した採掘作業を継続する必要があります。
V. ステップ間の関係
鉱体採掘における4つのステップは、時間と空間において密接に関連しており、順次展開することで相互に支え合いながら段階的に進行する一連の作業を形成します。開発は準備のための基盤を整備し、準備は採掘区域を改良し、掘削はストッピングのための条件を整え、そして最終的にストッピングによって鉱石の採掘が達成されます。各ステップの実施においては、後続の作業のニーズを考慮し、「開発を主導とするバランスの取れた採掘と開発」という鉱業原則を体現する必要があります。
6. 結論
要約すると、鉱体採掘は複数の連続的かつ相互に依存する段階から構成される体系的な工学プロセスであり、各段階の成功は事前の準備と綿密な計画にかかっています。技術の進歩と持続可能な開発の要求に伴い、現代の鉱業は環境保護、安全性、そして経済効率のバランスをますます重視するようになっています。採掘効率の向上と環境への影響の低減を目指し、常に新しい技術の探求と適用が行われています。将来的には、鉱体採掘はよりインテリジェントで環境に配慮したものとなり、より高度な管理へと進化していくでしょう。
