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鉱山工学とは、地中から鉱物を採掘する技術です。鉱物処理、探査、掘削、地質学、冶金学、地盤工学、測量など、多くの関連分野と結びついています。鉱山技師は、鉱物資源の探査・発見から、実現可能性調査、鉱山設計、計画策定、生産・操業、そして鉱山閉鎖に至るまで、鉱山操業のあらゆる段階を管理することができます。
先史時代から現在に至るまで、鉱業は人類の存続において重要な役割を果たしてきました。文明の始まり以来、人々は石や陶器、そして後には地表または地表近くで見つかる金属を使用してきました。これらは初期の道具や武器の製造に使用されました。たとえば、フランス北部やイングランド南部で見つかった高品質のフリントは、火を起こしたり岩を砕いたりするのに使用されました。 [ 1 ]フリント鉱山は、石の鉱脈に沿って地下に坑道やギャラリーが掘られた白亜質の地域で見つかっています。考古学的記録に残る最古の鉱山は、エスワティニの「ライオン洞窟」です。放射性炭素年代測定によると約43,000年前のこの遺跡では、旧石器時代の人々が鉄を含む鉱物である赤鉄鉱を採掘し、それを粉砕して赤い顔料である黄土を製造していました。[ 2 ] [ 3 ]
古代ローマ人は鉱山工学の革新者でした。彼らは、水路を使って鉱山の坑口まで大量の水を運び、水力採掘を行うなど、大規模な採掘方法を開発しました。露出した岩盤は、火で加熱し、その後水流で冷却するという火入れによって攻撃されました。熱衝撃によって岩盤に亀裂が入り、岩盤を取り除けるようになりました。一部の鉱山では、ローマ人は逆オーバーショット水車などの水力機械を利用しました。これらはスペインのリオ・ティント銅鉱山で広く使用され、16個の水車がペアで配置され、約80フィート（24メートル）の高さまで水を汲み上げていました。[ 4 ]
黒色火薬は、 1627年にハンガリー王国（現在のスロバキア）のバンスカー・シュティアヴニツァで初めて鉱業に使用されました。[ 5 ] これにより、岩や土を爆破して鉱脈を緩めて露出させることが可能になり、火をつけるよりもはるかに速く採掘が進みました。産業革命では、改良された爆薬や蒸気動力のポンプ、リフト、ドリルなど、鉱業技術がさらに進歩しました。
認定鉱山技師になるには、大学または専門学校の学位が必要です。必要な資格は、鉱山工学の工学士（B.Eng.またはBE）、理学士（B.Sc.またはBS）、技術学士（B.Tech.）、または応用科学学士（BASc.）です。国や管轄区域によっては、鉱山技師の免許を取得するために、工学修士（M.Eng.）、理学修士（M.Sc.またはMS）、または応用科学修士（MASc.）の学位が必要となる場合があります。
他の分野、主に工学分野（機械工学、土木工学、電気工学、地理情報工学、環境工学など）や科学分野（地質学、地球物理学、物理学、地理情報学、地球科学、数学など）から来た鉱山技術者もおり、通常は別の定量的な学部課程を修了した後、鉱山工学の修士号（M.Eng、MS、M.Sc.、MASc.など）を取得します。
鉱山工学の基礎科目は通常、以下のものを含む。
米国では、約14の大学が鉱業および鉱物工学の理学士号（BS）を提供しています。評価の高い大学には、ウェストバージニア大学、サウスダコタ鉱山技術大学、バージニア工科大学、ケンタッキー大学、アリゾナ大学、 モンタナ工科大学、コロラド鉱山大学などがあります。[ 6 ]これらの大学のほとんどは、修士号（MS）と博士号（Ph.D.）を提供しています。
カナダには、鉱山工学またはそれに相当する学部課程が 19 あります。[ 7 ]マギル大学工学部では、鉱山工学の学部課程 (B.Sc.、B.Eng.) と大学院課程 (M.Sc.、Ph.D.) の両方を提供しています。[ 8 ] [ 9 ]また、バンクーバーのブリティッシュコロンビア大学では、鉱山工学の応用科学学士( BASc.) [ 10 ]と、鉱山工学の大学院課程 (MASc. または M.Eng および Ph.D.) を提供しています。[ 11 ]
ヨーロッパでは、ほとんどのプログラムがボローニャ・プロセス後に統合され（学士課程と修士課程が1つに統合され）、修了までに5年かかります。ポルトガルでは、ポルト大学が鉱山および地質環境工学の修士課程を提供しています[ 12 ]。スペインでは、マドリード工科大学が鉱山技術、鉱山操業、燃料および爆薬、冶金学のトラックを備えた鉱山工学の学位を提供しています[ 13 ] 。英国では、カンボーン鉱山学校が鉱山工学およびその他の鉱山関連分野の工学士および工学修士の学位を幅広く提供しています。これはエクセター大学を通じて行われます。[ 14 ]ルーマニアでは、ペトロシャニ大学（以前はペトロシャニ鉱山研究所、まれにペトロシャニ石炭研究所として知られていた）が、鉱山工学、鉱山測量、または地下鉱山建設の学位を提供する唯一の大学であるが、ジウ渓谷炭鉱の閉鎖後、これらの学位はほとんどの高校卒業生にとって関心のないものとなった。[ 15 ]
南アフリカでは、プレトリア大学が4年制の工学士（鉱山工学のB.Eng）課程に加え、岩盤工学や数値モデリング、爆薬工学、換気工学、地下採掘方法、鉱山設計などの様々な専門分野の大学院課程を提供しているほか[ 16 ] 、ウィットウォーターズランド大学が4年制の理学士（工学）（鉱山工学のB.Sc.(Eng.)）課程[ 17 ]に加え、鉱山工学の大学院課程（工学修士および博士）を提供している[ 18 ] 。
鉱山技師の中には、哲学博士（Ph.D.、DPhil）、工学博士（D.Eng.、Eng.D.）などの博士課程に進学する者もいる。これらの課程は、重要な独創的な研究要素を含み、通常は学術界への入り口とみなされている。
ロシア連邦では、全連邦管区の85の大学が鉱物資源分野の専門家を育成しています。36の大学は固体鉱物の採掘と加工（鉱業）の専門家を育成しています。49の大学は液体および気体鉱物（石油とガス）の採掘、一次処理、輸送の専門家を育成しています。37の大学は地質探査（応用地質学、地質探査）の専門家を育成しています。鉱物資源分野の専門家を育成している大学のうち、7校は連邦大学、13校はロシアの国立研究大学です。[ 19 ]ロシアの大学における鉱物資源分野の人材育成は現在、以下の主要な専門分野（専門家学位）で行われています。「応用地質学」（鉱山技師資格、5年間の訓練）、「地質探査」（鉱山技師資格、5年間の訓練）、「鉱業」（鉱山技師資格、5.5年間の訓練）鉱山技師の資格取得のための「鉱業または石油・ガス生産における物理的プロセス」（5.5年間の研修）、「石油・ガス工学および技術」（5.5年間の研修）など。大学は、研修の方向性および専門分野における高等教育の主要な専門教育プログラムを、そのプロファイル（プログラム名）を形成することによって開発および実施します。例えば、「鉱業」という専門分野の枠組みの中で、大学はしばしば「露天掘り」、「鉱床の地下採掘」、「測量」、「鉱物選鉱」、「鉱山機械」、「技術安全と鉱山救助」、「鉱山と地下建設」、「発破作業」、「鉱業の電化」などの古典的なプログラム名に固執しています。過去10年間、さまざまな要因の影響を受けて、「鉱業と地質情報システム」、「鉱業生態学」などの新しいプログラム名が登場し始めました。このように、大学は専門家向けの新しいトレーニングプログラムを自由に作成することで、将来を見据え、鉱山技師の新しい職業を予測しようとすることができます。専門家の学位取得後、すぐに大学院（博士課程に相当、4年間のトレーニング）に入学することができます。[ 19 ]
他の種類のエンジニアと同様に、鉱山技師は他の職種に比べて比較的高い給与を得ています。また、鉱山技師の就職市場は安定しており、求人はほぼ常に豊富にあります。
雇用増加
一般的な傾向として、鉱山技師の給与は世界中で上昇しています。情報源によって異なりますが、この仕事は2～5％の成長が見込まれており、これはほとんどの仕事よりも緩やかです。[ 20 ] [ 21 ]平均成長率14％と比較すると仕事の増加は小さいものの、鉱業には依然として多くの求人があります。これは、卒業生の数が比較的少なく、労働力から退職する人が絶えず流入しているためです。
雇用の安定性
鉱山工学は、他のキャリアパスに比べて非常に高い雇用安定性を誇ります。多くの産業が機能するために採掘された材料を必要とするため、鉱業は常に需要があります。しかし、今後10年以内に多くの人が業界から退職することによる労働力不足が懸念されています。[ 22 ]現在予測されているこの分野への従業員の参入数では、退職する従業員を補充し、業界の成長に伴う新規従業員の需要を満たすには十分ではありません。[ 22 ]
給料
鉱山技師の給与は世界的に上昇しており、米国、カナダ、オーストラリアの技師が相対的に最も高い収入を得ている。[ 21 ]鉱山技師は最も高給な技師グループの一つであり、ほとんどのチャートでトップ10に入るのが一般的である。これは、鉱山技師のサブセットである石油工学が石油に対する高い市場需要のため特に収益性が高いことに部分的に起因している。[ 23 ] [ 24 ]
鉱山操業には多額の設備投資が必要となるため、通常、鉱山操業が採算に見合うかどうかを評価するために、様々な事前調査活動が実施される。
鉱物探査とは、鉱物の位置を特定し、その濃度（品位）と量（トン数）を評価して、採掘に適した鉱石かどうかを判断するプロセスです。鉱物探査は、鉱物探鉱よりもはるかに集中的で組織的、かつ専門的な作業であり、地質学者や測量士などの専門家を起用して、採掘事業の可能性に関する必要な事前調査を行うなど、外部の探査サービスを利用することがよくあります。鉱物探査と埋蔵量の推定によって、収益性の条件を判断し、必要な採掘形態と種類を決定することができます。
鉱物の発見は、鉱物地図、学術的な地質報告書、または政府の地質報告書の調査から行うことができます。その他の情報源には、鉱区の分析や地元の口コミなどがあります。鉱物調査には通常、堆積物、土壌、掘削コアのサンプリングと分析が含まれます。土壌のサンプリングと分析は、最も一般的な鉱物探査ツールの 1 つです。[ 26 ] [ 27 ]その他の一般的なツールには、衛星および航空調査、または磁気探査マップやガンマ線スペクトルマップを含む航空地球物理探査があります。[ 28 ]鉱物探査が公有地で行われない限り、土地の所有者は探査プロセスで重要な役割を果たす可能性があり、鉱床の最初の発見者となる可能性があります。[ 29 ]
有望な鉱物が発見された後、鉱山地質学者と技術者は鉱石の特性を決定します。これには、サンプルの組成を決定するための鉱石の化学分析が含まれる場合があります。鉱物の特性が特定されたら、次のステップは鉱石の量を決定することです。これには、鉱床の範囲と鉱石の純度を決定することが含まれます。[ 30 ]地質学者は、鉱床または鉱脈の境界を見つけるために追加のコアサンプルを掘削し、存在する有価物質の量を推定します。
鉱物の特定と埋蔵量が合理的に決定されたら、次のステップは鉱床の採掘の実現可能性を判断することです。鉱床発見直後に行われる予備調査では、鉱物の需給、一定量の鉱物を採掘するために必要な鉱石の移動量、操業に伴うコスト分析など、市場状況が調査されます。この予備調査によって、採掘プロジェクトが収益性のあるものになる可能性が判断されます。もしそうであれば、鉱床のより詳細な分析が行われます。鉱床の全容が判明し、技術者による調査が完了した後、実現可能性調査では、初期投資費用、採掘方法、操業コスト、投資回収までの推定期間、総収入と純利益率、土地の再販価格、埋蔵量の全寿命、口座の総額、将来のプロジェクトへの投資、および土地所有者との契約が検討されます。さらに、環境への影響、埋め立て、起こりうる法的影響、およびすべての政府許可についても考慮されます。[ 31 ] [ 32 ]これらの分析手順により、鉱山会社とその投資家が鉱物の採掘を進めるべきかどうか、あるいはプロジェクトを中止すべきかどうかが決定されます。鉱山会社は、自ら開発するのではなく、埋蔵量の権利を第三者に売却することを決定する場合があります。あるいは、市場状況が好転するまで、採掘を進めるという決定を無期限に延期することもできます。
既存の鉱山で働く鉱山技師は、操業改善、鉱物探査の推進、鉱山内のどこに設備や人員を追加するかを決定することによる操業の資本化などを担当することがあります。また、監督・管理職や設備・鉱物販売員として働くこともあります。さらに、鉱山技師は、エンジニアリングや操業業務に加え、環境・安全衛生管理者や設計技師として働くこともあります。
鉱業においては、鉱物の種類、地質、資源の産地によって、さまざまな採掘方法が必要となる。鉱物の硬度、鉱物の層状構造、そしてその鉱物へのアクセスといった特性が、採掘方法を決定する要因となる。
一般的に、採掘は地表または地下で行われます。また、同じ鉱床内で地表採掘と地下採掘が同時に行われる場合もあります。採掘活動は、鉱物を採取するために用いられる方法によって異なります。
露天掘りは、世界の鉱物生産量の90%を占めています。露天掘りは、地表近くの地層から鉱物を採掘する採掘方法です。鉱石の採掘は、自然のままの土地から物質を取り除くことによって行われます。露天掘りは、土地の特性、形状、地形、地質構造を変化させることがよくあります。
露天掘りとは、切削、劈開、破砕などの機械を用いて鉱物を採掘・掘削する採石方法です。破砕を容易にするために、通常は爆薬が使用されます。石灰岩、砂、砂利、粘板岩などの硬い岩石は、一般的に段状に採掘されます。
機械式ショベル、履帯式ブルドーザー、フロントエンドローダーを用いて、粘土やリン酸塩などの軟質鉱物を露天掘りで採掘する。比較的滑らかな石炭層もこの方法で採掘できる。
砂鉱採掘では、浚渫採掘によって湖、川、小川、さらには海の底から鉱物を採取することもできます。さらに、地表から鉱床に溶解剤を使用して鉱石を汲み上げ、ポンプで鉱石を回収する原位置採掘も可能です。汲み上げられた物質は、その後、さらなる処理のために浸出処理されます。水圧採掘は、水ジェットを使用して表土または鉱石自体を洗い流すために使用されます。[ 33 ]
鉱業における健康と安全への法的関心は19世紀後半に始まり、ほとんどの鉱山環境に一般的な安全基準が適用されるようになりました。それ以来、具体的かつ詳細な鉱山安全規則を設けることが世界中で広く行われるようになりました。これは、鉱山現場での作業は労働者にとって多くの危険を伴うため、安全基準を設けることで職場での事故の可能性を最小限に抑えることができるからです。
鉱山技師は鉱山の従業員として、業務においてこれらの安全規定を遵守しなければなりません。鉱山安全技師は鉱山技師の一種で、特にこれらの安全規定の策定と実施を担当します。彼らは鉱山事故の記録と分析を行い、可能な限り同じ過ちが二度と繰り返されないように努めます。
米国議会は、1977年の連邦鉱山安全衛生法（鉱夫法として知られる）の可決により、米国労働省の下に鉱山安全衛生局（MSHA）を設立した。この法律は、鉱夫に違反を報告したことに対する報復を受けない権利を与え、石炭鉱山と金属鉱山および非金属鉱山の規制を統合し、MSHAに報告された違反を審査するための独立した連邦鉱山安全衛生審査委員会を設立した。[ 35 ]
連邦規則集第30条（CFR § 30）に規定されているこの法律は、稼働中の鉱山で働くすべての鉱夫を対象としています。鉱山技師が稼働中の鉱山で働く場合、鉱山技師は、鉱山で働く他の労働者と同様に、同じ権利、違反、義務的な健康および安全規則、義務的な訓練の対象となります。鉱山技師は、法的に「鉱夫」として識別されることがあります。[ 36 ]
この法律は鉱山労働者の権利を定めている。鉱山労働者はいつでも危険な状況を報告し、検査を要求することができる。鉱山労働者は、検査、検査前会議、検査後会議に参加する鉱山労働者代表を選出することができる。鉱山労働者および鉱山労働者代表は、すべての検査および調査の時間に対して報酬を受け取る。[ 37 ]
インドの鉱業の大部分は、1952年の鉱山法と1955年の鉱山規則によって規制されています。[ 38 ] これらの規則は、すべての鉱山が従わなければならないすべての操業、健康、安全基準を概説しています。2017年の石炭鉱山規則などの一部のサブセクションは、鉱業のよりニッチなサブセクションの慣行を概説するために作成されました。これらの規則の執行は、連邦労働雇用省（MOL&E）の鉱山安全総局（DGMS）によって管理されています。これらの概要は法律であるため、罰金、採掘許可の取り消し、懲役などの法的結果も伴う可能性があります。[ 39 ]鉱山技師は、これらの規則が個々のレベルで遵守されるように緊密に協力しています。
1952年鉱山法は、鉱山の操業に関する適切な手順を定め、健康と安全に関する基準を施行しています。その一例として、労働者に週6日以上の労働を禁じるため、労働者に義務的な休息日を設けることが挙げられます。また、安全基準の一例として、すべての鉱山に備え付けられるべき救急箱に適切な救急用品を揃えることが義務付けられています。
この法律は、鉱山での事故における健康と安全を記録する慣行の開始も記録している。これらの事故が記録され始めて以来、炭鉱での事故の数は一貫して減少している。[ 40 ]現在報告されている主なカテゴリーは、死亡事故と重大事故であり、事故の種類や原因による分類はない。鉱山技師はこれらの事故の報告に取り組み、将来の事故の発生を防ぐための規制の作成を目指している。
この法律は、インドの鉱山における健康と安全に関する規制の法的構造と影響を明確にするものです。従業員から提出される報告書や、鉱山で保管すべき書類についても規定しています。これには、医療記録、検査書類、鉱業許可証などが含まれます。
この法律では、鉱山で働くすべての従業員に与えられるべき福祉と給付についても概説されています。これには、従業員が500人を超えるすべての鉱山に福祉管理スタッフが必要であることも含まれます。[ 41 ]鉱山技師もこれらの給付を受けます。
オーストラリアにおける鉱山の検査と安全に関する法制は、1920年の南オーストラリア州の鉱山および作業場検査法に遡り、1900年代初頭にまで遡ることができます。また、1999年頃から他の州や準州全体で法制化が大幅に増加し、現在まで続いています。[ 42 ]
オーストラリアのほとんどの州と準州も、職場の健康と安全を詳細に規定したほぼ統一された法規であるWHSに従っています。オーストラリアの鉱山のWHS（労働安全衛生）は中央政府ではなく州と準州によって監督されているため、各州または準州の法規には若干の相違がある場合があります。[ 42 ]さらに、多くの州と準州は、鉱山に特化した追加の規制を法律で施行しています。
オーストラリアの鉱山技師は、他の国と同様に、事故を綿密に監視し、事故報告書を作成する。オーストラリアは世界第3位の石炭埋蔵量を誇る国であるため、炭鉱や炭鉱関連の災害に特化した鉱山技師の大きなグループが存在する。（6）
[ 42 ]
鉱物採掘工程から発生する廃棄物や非経済的な物質は、鉱山周辺の汚染の主な原因である。採掘活動は、その性質上、鉱物が存在する自然環境を乱す。したがって、鉱山技術者は、鉱物製品の生産と加工だけでなく、採掘区域の変化によって生じる、採掘中および採掘後の環境への被害軽減にも配慮する必要がある。
この記事には、CC BY 4.0ライセンスの下で利用可能なPetrov, VLによるテキストが含まれています。