地下の硬岩採掘

地下硬岩採掘とは、金、銀、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、スズ、鉛などの金属を含む「硬い」鉱物を採掘するために使用されるさまざまな地下採掘技術を指します。^[1]また、ダイヤモンドやルビーなどの宝石の鉱石を採掘するのと同じ技術も含まれます。軟岩採掘とは、塩、石炭、オイルサンドなどの柔らかい鉱物を採掘することを指します。

地下の鉱石にアクセスするには、斜坑（ランプ）、傾斜した垂直の立坑、または横坑を経由します。

• 斜坑は、鉱床の側面または周囲を巡る螺旋状のトンネルです。斜坑はボックス カットから始まり、これが地表への入り口となります。表土の量と岩盤の質によっては、安全のために亜鉛メッキ鋼製の 暗渠が必要になる場合があります。また、露天掘りの鉱山の壁から暗渠が始まる場合もあります。
• 立坑は、鉱床に隣接して掘られた垂直の掘削穴です。トラックで地表まで運搬するのが経済的でない鉱床に対して立坑が掘られます。深いところでは、立坑運搬の方がトラック運搬より経済的で、鉱山には傾斜路と斜路の両方がある場合があります。
• 横坑は、丘や山の側面を水平に掘削する場所です。横坑は、傾斜路や坑道を必要としない、水平またはほぼ水平の鉱床に使用されます。

傾斜坑道は、鉱石が採掘作業を支えるのに十分な採掘可能な品位であるが、剥土比が露天掘り採掘法を支えるには大きすぎる場合に、露天掘り鉱山の高い壁の側面から始まることが多い。また、地下の作業場からの緊急時の安全アクセスや、作業場への大型機器の移動手段として建設され、維持されることも多い。

鉱床にアクセスするために、斜坑または立坑から水平方向にレベルを掘削します。次に、レベルに対して垂直（またはほぼ垂直）に鉱石まで採掘 口を掘削します。

地下採掘には、開発採掘と生産採掘という 2 つの主要な段階があります。

開発採掘は、鉱床にアクセスするために、ほぼ完全に（価値のない）廃岩を掘削することから成ります。開発採掘には、以前に爆破された材料（丸い岩盤）の除去、スケーリング（作業員や機器を損傷から保護するために、天井や側壁からぶら下がっている不安定な岩板の除去）、ショットクリートなどを使用した支持または補強の設置、岩盤の掘削、爆薬の装填、爆薬の爆破の 6 つのステップがあります。採掘を開始するには、まず下る道を作る必要があります。この道は、上記のように「傾斜」と定義されます。傾斜を開始する前に、発電施設、掘削の配置、排水、換気、および岩盤の撤去施設の事前計画が必要です。^[2]

生産採掘はさらに、ロングホールとショートホールの 2 つの方法に分けられます。ショートホール採掘は開発採掘に似ていますが、鉱石で行われる点が異なります。ロングホール採掘にはいくつかの異なる方法があります。通常、ロングホール採掘では、地表下の異なる高さ (15 メートルから 30 メートル離れている) で鉱石内に 2 つの掘削が必要です。2 つの掘削の間に穴が掘られ、爆薬が詰められます。穴は爆破され、鉱石は底部の掘削から取り除かれます。

地下の硬岩採掘において最も重要な側面の 1 つは換気です。換気は、掘削や発破作業 (シリカ粉塵、NOx など)、ディーゼル機器 (ディーゼル微粒子、一酸化炭素など) から発生する有害なガスや粉塵を除去したり、岩から自然に発生するガス (ラドン ガスなど) から保護するための主な方法です。換気は、作業員の地下温度を管理するためにも使用されます。深くて高温の鉱山では、換気を使用して作業場を冷却しますが、非常に寒い場所では、空気は鉱山に入る前に氷点よりわずかに高い温度に加熱されます。換気口は通常、地表から作業場へ換気を伝達するために使用され、緊急時の避難経路として使用するために改造することができます。地下の硬岩鉱山の主な熱源は、処女岩の温度、機械、自動圧縮、および亀裂水です。その他の小さな要因としては、人体の熱と発破があります。

掘削した開口部の安定性を維持するために、何らかの支持手段が必要です。この支持には、ローカル支持とエリア支持の 2 つの形式があります。

大規模な地盤崩壊を防ぐために、エリアグラウンドサポートが使用されます。背面（天井）と壁に穴を開け、長い鋼棒（またはロックボルト）を設置して地面を固定します。ロックボルトには、母岩との噛み合わせ方によって3つのカテゴリがあります。^[3] これらは次のとおりです。

• ポイントアンカーボルト（または拡張シェルボルト）は、一般的なタイプのエリアグラウンドサポートです。ポイントアンカーボルトは、直径20mm〜25mm、長さ1m〜4mの金属棒です（サイズは鉱山のエンジニアリング部門によって決定されます）。ボルトの端には拡張シェルがあり、穴に挿入されます。ボルトが設置ドリルで締め付けられると、拡張シェルが拡張し、ボルトが締め付けられて岩を固定します。機械式ボルトはグラウトされていないため、腐食によって寿命が短くなるため、一時的なサポートと見なされます。^[3]

• 樹脂グラウト鉄筋は、ポイントアンカーボルトでは提供できないサポートが必要なエリアで使用されます。使用される鉄筋はポイントアンカーボルトと同サイズですが、拡張シェルはありません。鉄筋用の穴が開けられたら、ポリエステル樹脂のカートリッジを穴に設置します。鉄筋ボルトは樹脂の後に取り付けられ、設置ドリルによって回転します。これにより樹脂カートリッジが開き、混合されます。樹脂が硬化すると、ドリルの回転により岩を固定している鉄筋ボルトが締め付けられます。樹脂グラウト鉄筋は、寿命が20～30年の永久的な地盤サポートと見なされています。^[3]
• ケーブルボルトは、垂壁や大規模な掘削現場の周囲にある大きな岩石の塊を固定するために使用されます。ケーブルボルトは標準的な岩石ボルトや鉄筋よりもはるかに大きく、通常は6〜25メートルの長さです。ケーブルボルトはセメントグラウトで充填されます。^[3]

• 摩擦安定剤（一般 名称はスプリットセット）は、機械式ボルトやグラウトボルトよりもはるかに簡単に設置できます。ボルトは、ボルトよりも直径の小さいドリル穴に打ち込まれます。壁面のボルトの圧力により岩が固定されます。摩擦安定剤は、グラウトされていないと、水による腐食や錆の影響を受けやすくなります。グラウトされると、摩擦は3～4倍に増加します。^[3]
• スウェレックスは摩擦安定剤に似ていますが、ボルトの直径が穴の直径よりも小さい点が異なります。高圧水がボルトに注入され、ボルトの直径が拡張されて岩石が固定されます。摩擦安定剤と同様に、スウェレックスは腐食や錆に対して十分に保護されていません。^[3]

小さな岩が背面やリブから落下するのを防ぐために、局所的な地盤支持が使用されます。すべての掘削に局所的な地盤支持が必要なわけではありません。

• 溶接金網は、10 cm x 10 cm (4 インチ) の開口部を持つ金属スクリーンです。メッシュは、摩擦安定ボルト、ポイント アンカー ボルト、または樹脂グラウト鉄筋を使用して背面と壁に固定されます。
• ショットクリートは繊維強化吹付コンクリートで、背面とリブをコーティングして小さな岩が落ちるのを防ぎます。ショットクリートの厚さは 50 mm ～ 100 mm です。
• ラテックス膜は、吹付けコンクリートと同様に、裏面やリブに少量ずつ吹き付けることができます。

この方法を使用すると、空隙を埋めずに採掘坑道から岩石を採掘するように採掘が計画されます。これにより、すべての鉱石が除去された後、壁の岩石が採掘坑道に陥没します。その後、坑道はアクセスできないように封鎖されます。

大きな塊状の鉱体を深いところで採掘する場合、または鉱石柱を残すことが不経済な場合、開いた採掘場は埋め戻し材で埋められます。埋め戻し材は、セメントと岩石の混合物、セメントと砂の混合物、またはセメントと尾鉱の混合物です。この方法は、埋め戻された採掘場が隣接する採掘場を支え、経済資源を完全に採掘できるため、人気があります。

採掘方法は、採掘する鉱体の大きさ、形状、方向、種類によって決まります。鉱体は、ウィットウォーターズランドの金鉱山のように細い鉱脈の場合もあれば、南オーストラリアのオリンピックダム鉱山やニューサウスウェールズのカディアリッジウェイ鉱山のように大きな鉱脈の場合もあります。鉱体の幅や大きさは、鉱石の品位と分布によって決まります。鉱体の傾斜も採掘方法に影響します。たとえば、狭い水平の鉱脈の鉱体は、間柱式または長壁式で採掘されますが、垂直の狭い鉱脈の鉱体は、オープンストッピングまたはカットアンドフィル方式で採掘されます。鉱石の強度と周囲の岩石についてもさらに考慮する必要があります。強固な自立岩石に含まれる鉱体はオープンストーピング法で採掘できますが、貧弱な岩石に含まれる鉱体は、鉱石が除去されるにつれて空隙が継続的に埋められるカットアンドフィル法で採掘する必要がある場合があります。

• カットアンドフィル採掘は、急傾斜または不規則な鉱石帯で使用される短孔採掘法であり、特に上盤により長孔法の使用が制限される場合に使用されます。鉱石は水平またはわずかに傾斜したスライスで採掘され、その後、廃石、砂、または尾鉱で埋められます。どちらの充填オプションでも、マトリックスに凝集力を加えるためにバインダーでセメント化するか、セメント化せずにそのままにすることができます。カットアンドフィル採掘は高価ですが選択的な方法であり、鉱石の損失と希釈が少ないという利点があります。^[4]
• ドリフトアンドフィルはカットアンドフィルに似ていますが、ドリフト法では採掘できないほど広い鉱石地帯で使用される点が異なります。この場合、最初のドリフトが鉱石内に形成され、固められた埋め立てによって埋め戻されます。2 番目のドリフトは最初のドリフトに隣接して掘られます。これは鉱石地帯が全幅まで採掘されるまで続けられ、その時点で最初のカットの上から 2 番目のカットが開始されます。
• シュリンケージ ストッピングは、急傾斜の鉱体に適した短孔採掘法です。この方法は、発破後に砕けた鉱石を採掘場に残し、周囲の岩石を支え、作業のプラットフォームとして使用する点を除けば、カット アンド フィル採掘法に似ています。採掘場から取り出される鉱石は、次のスライスを掘削および発破するのに必要な量だけです。すべての鉱石が発破されると、採掘場は空になります。この方法は選択性が高く、希釈度が低いものの、採掘が完了するまで鉱石のほとんどが採掘場に残るため、資本投資の回収が遅れます。 ^[4]
• VRM / VCR : 垂直後退採掘 (VRM) は垂直クレーター後退 (VCR) とも呼ばれ、オープンストッピング、ボトムアップ採掘を使用して、深さ約 50 メートルの垂直ゾーン^{[要説明]に鉱山を分割する方法です。インザホール (ITH) [5] [要説明]}ドリルを使用して、上から鉱体に垂直に長い穴を掘り、次に鉱体の水平スライスをアンダーカットに爆破します。爆破された鉱石は段階的に回収されます。この回収は、開発されたセクションの下部から行われます。鉱石の最後の洗浄は、遠隔操作の LHD マシンによって行われます。VCR 採掘では、一次ストープと二次ストープのシステムがよく使用され、最初の段階で一次ストープが採掘され、次にセメント充填材で埋め戻されて、後続のストープの爆破の壁面サポートが提供されます。充填材が固まった後、事前に計画された順序でサイドチャンバーが採掘されます。^[6]

^[7]

• ブロックケービングは、砕けやすい巨大な急傾斜鉱体（通常は低品位）の採掘に使用されます。鉱体の下に運搬用の通路を備えたアンダーカットが掘られ、運搬レベルの上部とアンダーカットの底の間に「ドローベル」が掘削されます。ドローベルは、砕けやすい岩が落ちる場所として機能します。鉱体はアンダーカットの上で掘削および発破され、鉱石は運搬用の通路から除去されます。鉱体の砕けやすさにより、最初の発破より上の鉱石は崩れてドローベルに落ちます。鉱石がドローベルから取り除かれると、鉱体が崩れ、安定した鉱石の流れが提供されます。^[4]崩壊が停止し、ドローベルからの鉱石の除去が続くと、大きな空洞が形成され、突然の大規模な崩壊や鉱山全体で壊滅的な突風が発生する可能性があります。 ^{[8] [より正確な情報源が必要]陥没が続くと、}コロラド州のクライマックスモリブデン鉱山やヘンダーソンモリブデン鉱山のように、地表が陥没して表面が窪むことがあります。このような形状は、鉱山労働者が「グローリーホール」という言葉を当てはめるいくつかの形状のうちの1つです。

容易に陥没しない鉱体は、水圧破砕、発破、またはその両方の組み合わせによって前処理されることがあります。水圧破砕は、石炭の長壁パネル上の強固な天岩の前処理や、石炭鉱山と硬岩鉱山の両方での陥没の誘発に 利用されてきました。

• ルーム アンド ピラー : ルーム アンド ピラー採掘は、通常、平坦または緩やかに傾斜した層状鉱石体で行われます。ルームが採掘されている間、ピラーは規則的なパターンで所定の位置に残されます。多くのルーム アンド ピラー採掘では、採掘口から最も遠い地点からピラーが取り外され、天井が崩壊して採掘口が埋まるようになっています。これにより、ピラーに残る鉱石が少なくなり、回収率が向上します。
• 地下洞窟探検^[9]
• レイズケービング ：これは、局所的な応力が高い深度にある高角度の鉱体のために設計された方法です。レイズケービングでは、鉱体の傾斜に平行なスロットを設置することで岩盤の応力が緩和されます。 ^{[10]これは、}スウェーデン北部のLKABが開発中の新しい方法です。 ^[11]

粗鉱石の除去にゴムタイヤ式の機械を使用する鉱山では、中央連結式車両を使用して鉱石（または「泥」）を採掘場から除去（「泥出し」または「泥沼に」）します。これらの車両は「ボガー」またはLHD（ロード、ホール、ダンプ マシン）と呼ばれます。これらの機器はディーゼル エンジンまたは電気モーターを使用して動作し、ロープロファイルのフロント エンド ローダーに似ています。電気駆動のLHD は、リールで伸縮可能な柔軟なトレーリング ケーブルを使用します。 ^[12]

浅い鉱山では、鉱石はトラックに積まれて地表まで運ばれます。深い鉱山では、鉱石は鉱石パス（垂直またはほぼ垂直の掘削）に積まれて集積レベルまで落下します。集積レベルでは、ジョークラッシャーまたはコーンクラッシャー、あるいはロックブレーカーによって一次破砕されることがあります。その後、鉱石はベルトコンベア、トラック、または場合によっては列車で立坑まで運ばれ、バケットまたはスキップで地表まで吊り上げられ、地表のヘッドフレームの下の容器に空けられて製錬所まで運ばれます。

場合によっては、地下の一次破砕機が傾斜コンベア ベルトに鉱石を供給し、傾斜シャフトを介して鉱石を直接地表に送ります。鉱石は鉱石通路に送り込まれ、採掘機器は地表からの傾斜路を介して鉱体にアクセスします。

• 世界で最も深い鉱山は、南アフリカのウィットウォーターズランド地域にあるムポネン金鉱山とタウトナ金鉱山（ウェスタン・ディープ・レベルズ）で、現在3,900メートル（12,800フィート）を超える深さで採掘が行われている。^[13]
• アジアで最も深い休止中の鉱山は、インドのカルナタカ州にあるコラールです。2001 年に閉鎖された主坑道は、深さ 10,560 フィート (3,220 メートル) に達しました。この地域は、気温が最高 45 °C (113 °F) に達する、硬岩採掘にとって最も過酷な条件の場所でもあります。しかし、大規模な冷凍プラントが使用され、気温を約 28 °C (82 °F) まで下げています。
  
• 北米で最も深い休止中の硬岩鉱山は、カリフォルニア州グラスバレーにあるエンパイア鉱山です。1956 年に閉鎖された主立坑は、傾斜深度 11,007 フィート (3,355 メートル) に達しました。すべての立坑を合わせた長さは 367 マイル (591 キロメートル) です。
• 北米で最も深い現役の硬岩鉱山は、カナダのオンタリオ州ティミンズにあるキッド鉱山で、亜鉛と銅を採掘している。最大深度9,889フィート（3,014メートル）のこの鉱山は、世界で最も深い卑金属鉱山であり、地表標高が低いため、鉱山の底は地球上で最も深い非海洋地点である。^{[14] [15]}
• ラロンドのペンナ立坑（第3立坑）は、西半球で最も深い単一リフト立坑であると考えられている。新しい第4立坑は、深さ2,840メートル（9,320フィート）で底に達する。ラロンド鉱山の拡張は、2016年6月に深さ3,008メートル（9,869フィート）で完了し、これは世界で最も深いロングホールオープンストープである。^[16]
• ユーラシアとアジアで最も深い現役鉱山は、タルナフにあるノルニッケルのスカリスティ鉱山です。2018年9月には地表下2,056メートル（6,745フィート）の深さに達しました。^[17]
• ヨーロッパで最も深い鉱山はチェコ共和国のプリブラムにあるウラン鉱山の第16坑道で、深さは1,838メートル（6,030フィート）である。^[18]
• オーストラリアで最も深い硬岩鉱山は、クイーンズランド州マウント・アイザにある、海抜 1,800 メートル (5,900 フィート) の銅・亜鉛 ・鉛鉱山です。 ^[要出典]
• 世界で最も深いプラチナ・パラジウム鉱山は南アフリカのメレンスキー礁にあり、資源量は2億300万トロイオンスで、現在は水深約2,200メートル（7,200フィート）まで採掘されている。^[要出典]
• 最も深い掘削孔は、ロシアのムルマンスク州にあるコラ超深度掘削孔です。水深12,262メートル（40,230フィート）で、地球上で最も深い人工極点です。

• アディット
• 金採掘
• 鉱業
• ピンゲ
• シャフト採掘
• 1872年鉱業法
• 停止

• ブラウン、ロナルド C.ハードロック鉱山労働者：インターマウンテン西部、1860-1920。（2000）^{[ ISBN 不明]}
• de la Vergne、Jack。ハードロック鉱山労働者ハンドブック。(2003) テンピ/ノースベイ: McIntosh Engineering。ISBN 0-9687006-1-6。 
• McElfish Jr.、James M. Hard Rock Mining: State Approaches to Environmental Protection . (1996) ^{[ ISBN 不明]}
• ワイマン、マーク。ハードロック・エピック：西部の鉱夫と産業革命、1860-1910年。（1989年）^{[ ISBN欠落]}