部屋と柱の採掘

ルーム・アンド・ピラー採掘法、またはピラー・アンド・ストール採掘法は、採掘された鉱石を水平面に沿って採掘し、水平方向に並んだ部屋と柱を形成する採掘システムです。この採掘システムでは、鉱石の「部屋」を掘り出す一方で、手つかずの「柱」と呼ばれる部分を残して天井（表土）を支えます。柱のサイズ、形状、位置の計算は複雑な作業であり、現在も活発に研究が進められています。[ 1 ]この技術は通常、特定の地層に続く鉱床など、比較的平坦な鉱床に用いられます。他の地下採掘技術と比較して、ルーム・アンド・ピラー採掘法は比較的単純で、機械化が容易であり、地表陥没のリスクを軽減できます。[ 2 ]しかし、鉱石の一部を柱の中に残す必要があるため、回収率と収益は低下します。 [ 1 ]ルーム・アンド・ピラー採掘法は最も初期に使用された方法の一つですが、[ 3 ]必要な労働力は大幅に減少しました。

部屋と柱のシステムは、石炭、石膏、[ 4 ]鉄、[ 5 ]石灰岩、[ 6 ]ウラン[ 7 ]鉱石、特にマントまたはブランケット鉱床、石および骨材、タルク、ソーダ灰、カリ[ 8 ]の採掘に使用されます。チェコ共和国[ 2 ]からカナダ[ 9 ] 、中国[ 10 ]、米国まで世界中で使用されています。[ 4 ]

プロセス

ステージ1：探索と開発

室型鉱山と柱型鉱山の開発計画は、他の採掘方法とほぼ同じ手順で進められ、[ 11 ]鉱山の所有権を確立することから始まります。次に、鉱山の地質を分析する必要があります。これは、鉱山の寿命、生産要件、開発・維持コストなどの要因を決定するためです。[ 11 ]

次に、換気、電力、鉱石の運搬などの要素をコスト分析で考慮して、鉱山のレイアウトが決定されます。[ 4 ] [ 11 ]通常、部屋と柱で採掘される鉱床は均質ではないため、鉱山のレイアウトは非常に注意深くマッピングする必要があります。[ 11 ]部屋と柱のサイズと形状を一定に保つことが望ましいですが、計画の欠如と鉱床の特性のために、この公式から外れている鉱山もあります。[ 4 ]鉱山のレイアウトには、鉱山内の部屋と柱のサイズが含まれますが、入口の数と種類、天井の高さ、換気、および切断順序などの要素も含まれます。[ 11 ]

鉱山のレイアウト

部屋と柱鉱山の一般的なレイアウト

部屋型鉱山と柱型鉱山は、断層などの地質学的特徴により規則的なパターンを変更しなければならない場合を除き、格子状に開発されます。柱のサイズは計算によって決定されます。採掘対象物の上下の材料の耐荷重性と採掘物の容量によって、柱のサイズが決まります。[ 11 ]

鉱山の配置がランダムな場合、換気計画が困難になり、柱が小さすぎると倒壊するリスクがあります。炭鉱では、柱の倒壊はスクイーズと呼ばれます。天井が圧迫されて柱が押しつぶされるためです。1本の柱が倒壊すると、隣接する柱への荷重が増加し、結果として柱の倒壊が連鎖的に発生します。このような連鎖反応は、たとえゆっくりと広がったとしても、一度始まると止めるのが非常に困難です。[ 12 ]これを防ぐため、鉱山は複数のエリア、つまりパネルに分割されています。[ 11 ]パネル間を隔てるのは、バリアピラーと呼ばれる柱です。バリアピラーは「パネル」ピラーよりもはるかに大きく、パネルの大部分を支え、パネルピラーが倒壊した場合でも鉱山の進行性崩壊を防ぐことができる大きさになっています。[ 11 ]

ステージ2：採掘

伝統的に、採掘は3つの段階から成ります。まず、鉱床を「アンダーカット」します。これは、鉱石の底に沿って可能な限り深く溝を掘り込む作業です。このアンダーカットにより、後の段階で扱いやすい岩石の山を作ることができます。次に、対象部分を掘削し、発破します。これにより、鉱石の山が形成され、積み込みと鉱山からの搬出が行われます。これが採掘プロセスの最終段階です。[ 11 ]より近代的な採掘室と柱状の採掘では、より「連続的な」方法が採用されており、機械を用いて岩石の削り取りと地表への移動を同時に行います。[ 13 ]

採掘済みの地域に廃棄された尾鉱を積み込む埋め戻し（ backfill ） [ 10 ]などの他のプロセスも使用できますが、必須ではありません。後退採掘（下記参照）は、このようなプロセスの一例です。

後退採掘

後退採掘は、多くの場合、ルームアンドピラー採掘の最終段階です。この方法で鉱床が枯渇すると、最初に残されたピラーは除去、つまり「引き抜かれ」、鉱山の入口に向かって後退します。ピラーが除去された後、採掘エリアの背後にある天井（または背面）が崩壊します。崩落地盤の支柱応力によって残りのピラーに高い応力がかかるため、作業員へのリスクを軽減するために、ピラーの除去は非常に正確な順序で行われなければなりません。

後退採掘は特に危険な採掘方法です。鉱山安全衛生局（MSHA）によると、ピラー回収採掘は石炭採掘産業全体のわずか10%を占めるに過ぎないにもかかわらず、アメリカの炭鉱における天井や壁の破損による死亡事故の25%は歴史的にピラー回収採掘によるものでした。[ 14 ]後退採掘は地盤沈下が許容されない地域では実施できず、収益性が低下します。[ 14 ]

場合によっては、後退採掘は使用されず、地下空間は代わりに気候制御された倉庫やオフィススペースとして再利用されることがあります。[ 15 ] [ 16 ]

ステージ3：メンテナンスと修復

多くの部屋型鉱山や柱型鉱山は100年もの間放置されています。[ 5 ]適切なメンテナンスが行われないと、地盤沈下の危険性が大幅に高まりますが、[ 5 ]メンテナンスは頻繁に行われるわけではありません。[ 7 ]

歴史

1850年のメリーランド州の炭鉱

部屋柱採掘は最も古い採掘方法の一つです。初期の部屋柱採掘は、柱の大きさが経験的に決定され、採掘の進行方向が都合の良い方向に向くなど、ほぼランダムに開発されました。[ 17 ]

部屋と柱を使った採掘は、ヨーロッパでは13世紀初頭から行われており[ 18 ]、アメリカ合衆国では18世紀後半から行われています。アメリカ合衆国では現在も行われていますが[ 13 ]、ヨーロッパの一部では採掘が減速、あるいは完全に停止しています[ 18 ] 。

アメリカ合衆国の石炭採掘は、当初ははるかに多くの労働力で行われていたものの、ほぼ常に部屋と柱のレイアウトで操業されてきた。[ 11 ]

石膏の部屋と柱の採掘は1892年からアイオワ州で行われていたが、回収率の低さと、より実用的、安全で費用対効果の高い露天掘りを可能にする技術の開発により、1927年に段階的に廃止された。 [ 4 ]より最近では、アイオワ州メディアポリス近郊の米国ジプサム・スペリー鉱山が1961年に開業した。この部屋と柱の採掘は地表から620フィート（190メートル）下にあり、一辺37フィート（11メートル）の四角い柱が厚さ約10フィート（3.0メートル）の石膏層に同じ幅の部屋を区切っている。[ 19 ]

多くの塩鉱山は、部屋と柱の配置を採用しています。オンタリオ州ゴドリッチにある世界最大の塩鉱山、シフト塩鉱山は1959年に開設されました。この鉱山は、地下533メートル（1,749フィート）の深さ、厚さ30メートル（98フィート）の塩層を採掘しており、その大部分はヒューロン湖の底にあります。[ 20 ]オハイオ州クリーブランドのエリー湖の底1,700フィート（520メートル）の深さにあるカーギル塩鉱山も同様の鉱山です。[ 21 ]

現代の使用

現代のルームマイニングとピラーマイニングは、ほとんど行われていません。これは、地盤沈下に伴う鉱夫への危険性、機械化が進んだ他の採掘方法の増加、露天掘りのコスト低下など、多くの要因によるものです。

利点

ルーム・アンド・ピラー採掘は、鉱床の深度に特に依存しません。特に深度が深い場合、表土の除去量が大幅に少ないため、露天採掘に比べてルーム・アンド・ピラー採掘の方が費用対効果が高い場合があります。[ 10 ]そのため、現在、ルーム・アンド・ピラー採掘は主に高品位だが小規模で深部の鉱床で使用されています。

デメリット

回収率が40％と低い場合もあるため[ 4 ] 、部屋採掘と柱状採掘は、長壁採掘や露天採掘などの多くの近代的で機械化された採掘方法と収益性の点で競争できません。

廃坑は崩落しやすい傾向があります。遠隔地では、崩落は野生生物にとって危険となる可能性があります[ 22 ]。また、廃坑の地盤沈下は、上部および近隣のインフラに危険をもたらす可能性があります[ 5 ] 。 [ 18 ]屋根を支える柱の上には、かなりの量の石炭が残っています。

参照

参考文献

注記

  1. ^ a b Kim, Jong-Gwan; Ali, Mahrous AM; Yang, Hyung-Sik (2018-10-27). 「安全な部屋と柱を用いた採掘法のための柱配置の堅牢な設計」.地質工学. 37 (3): 1931– 1942. doi : 10.1007/s10706-018-0734-1 . ISSN  1573-1529 .
  2. ^ a b Hudeček, V.; Šancer, J.; Zubíček, V.; Golaso​​wski, J. (2017年1月). 「チェコ共和国OKD社におけるルーム＆ピラー採掘法の導入経験」. Journal of Mining Science . 53 (1): 99– 108. doi : 10.1134/s1062739117011908 . hdl : 10084/124488 . ISSN 1062-7391 . 
  3. ^ Croyle, Floyd D.; Kohler, Jeffrey L.; Bise, Christopher J. (1987年11月). 「地下炭鉱における最大需要と需要要因」. IEEE Transactions on Industry Applications . IA-23 (6): 1105– 1111. doi : 10.1109/tia.1987.4505039 . ISSN 0093-9994 . 
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  5. ^ a b c d Grgic, Dragan; Homand, Francoise; Hoxha, Dashnor (2003年10月). 「フランス・ロレーヌ地方の鉄鉱山の崩壊を理解するための短期・長期レオロジーモデル」. Computers and Geotechnics . 30 (7): 557– 570. doi : 10.1016/S0266-352X(03)00074-0 .
  6. ^石鉱山の柱と屋根のスパン設計、CDC
  7. ^ a bポール、マイケル、他「廃炉から20年後の地下ウラン鉱山における浸水と水管理」IMWA会議論文集、2013年。
  8. ^ハンス・ハムリン (1986).地下採掘方法と応用ガイド. ストックホルム、スウェーデン: アトラスコプコ.
  9. ^ 「主要な鉱山とプロジェクト | Lanigan鉱山」 . miningdataonline.com . 2025年4月9日閲覧。
  10. ^ a b c周南; 李孟; 張継雄; 高睿 (2016年11月29日). 「空間採掘と柱状採掘による地盤災害を防止するための道路埋め戻し工法：中国・長興炭鉱における事例研究」 .自然災害と地球システム科学. 16 (12): 2473– 2484. doi : 10.5194/nhess-16-2473-2016 . ISSN 1684-9981 . 
  11. ^ a b c d e f g h i jビセ、クリストファー・J.現代アメリカの石炭採掘：方法と応用ISBN 9780873353953. OCLC  900441678 .
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  13. ^ a b Sunrise Coal LLC. 「ルーム・アンド・ピラー採掘：現代の石炭採掘の最高峰」Sunrise Coal LLC .
  14. ^ a b Singh, Rajendra; Mandal, PK; Singh, AK; Kumar, Rakesh; Sinha, Amalendu (2011年5月). 「深部炭層における石炭柱採掘：インドの炭田を中心として」. International Journal of Coal Geology . 86 ( 2–3 ): 276– 288. doi : 10.1016/j.coal.2011.03.003 . ISSN 0166-5162 . 
  15. ^ 「スプリングフィールド・アンダーグラウンド」 。 2019年5月23日閲覧。
  16. ^ 「ルイビル・アンダーグラウンド」 。 2019年5月23日閲覧。
  17. ^ CM Young、「イリノイ州の状況を特に考慮した瀝青炭の抽出率」、イリノイ大学工学実験ステーション紀要第100号、130ページ。
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  19. ^ダニー・デイビス、「USGの真実」、 2010年1月28日～2月11日にメディアポリス・ニュースに3部構成で掲載され、ウェブ上で1つの文書としてアーカイブされています。
  20. ^エイミー・パタキ、リチャード・ラウテンス、「塩の源：ヒューロン湖の鉱山での一日」、トロント・スター、2014年8月15日（金）。
  21. ^ローラ・ジョンソン、「カーギル塩鉱山：エリー湖の地下にあるもう一つの世界」、ロック・ザ・レイク、2017 年 12 月 1 日。部屋と柱の配置は、写真 3/17 に示されている鉱山地図で最もよくわかります。
  22. ^ Sun, He; Zhang, Qin; Zhao, Chaoying; Yang, Chengsheng; Sun, Qifa; Chen, Weiran (2017). 「中国遼河下流平原南部における地盤沈下モニタリング：マルチトラックPS-InSAR技術による」 .環境リモートセンシング. 188 : 73– 84. doi : 10.1016/j.rse.2016.10.037 . ISSN 0034-4257 . 
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