ハイウォールマイニングシステムにおける ピラーの安定性評価に関する検討

岩盤・開発機械システム工学研究室　４年　山口　春輔

1.　はじめに 　ハイウォールマイニングシステムとは、露天掘り石炭鉱山において徐々に採掘深度が増大し、経済的な剥土比を越えるような場合、または地形的に露天採掘による採炭が困難な場合、残壁(ハイウォール)に適用される採炭システムであり、露天採掘から坑内採掘に至る中間的な採掘システムとして位置づけられている。 　ハイウォールマイニングの採炭機としては、オーガーやコンティニュアスマイナ等が用いられており、また最先端の種々の技術やシステムの導入が図られ、その結果高い生産性と安全性をあげている。しかしながら、採掘空洞とハイウォールの安定性を確保するために採掘空洞間に一定幅のピラーを残す必要があることから、適切なピラーの安定性評価は、安全な採掘作業の確保はもちろんのこと、石炭回収率の向上という点においても非常に重要である。 　そこで本研究では、ハイウォールマイニングシステムにおいて最適なピラー設計を行うための基礎的な知見を得るために、採掘空洞の形状およびピラー幅の、ピラー強度に及ぼす影響について室内模型実験および数値解析により種々検討した。

2.　室内模型実験および数値解析 　ハイウォールマイニングシステムにおける、採掘空洞の形状（矩形・円形）とピラー幅を変化させた時のピラー強度に及ぼす影響について検討するため、まず室内模型実験を行った。 　室内模型実験では、重量比　石膏：砂：水=1:1:1の割合で作製した模擬岩盤（図１参照）を用いて載荷試験を行い、破壊強度及び破壊挙動について検討した。次に、室内模型実験の結果を検証するために、非線形2次元有限要素解析コードPhase2を用いて数値解析を行った。

3.　結果および考察 　図3に実験結果の一例として、採掘空洞が矩形と円形の場合のピラー強度とピラー幅の関係を示す。 　この結果から、採掘空洞が矩形および円形の場合ともピラー幅が大きくなるにつれてピラー強度の増大が認められる。 　さらに、ピラー幅が同じ場合、円形の方が矩形に比べ大きいピラー強度が得られていることがわかる。 　このことから、採掘空洞が円形の場合には、矩形の場合に比べ一孔あたりの石炭回収率は低くなるものの、ピラー強度を適切に評価できればピラー間隔を小さく設定することで石炭実収率の改善が可能となることを示唆している。

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