JPH05195685A - トンネル掘削機により地下の鉱床に作業を行なうための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この方法は、採鉱が、鉱床の放射性および／
あるいは毒性により、および／あるいは地質学的条件に
より困難な地下鉱床に作業をするために意図されたもの
である。 【構成】 鉱床のすべてあるいは一部を閉じ込める防水
の格間が、水圧バインダを注入することによって、およ
び／あるいは凍らせることによって構築され、必要であ
れば、鉱床から水が抜かれる。鉱床は、トンネル掘削機
を用いて第１のトンネルを直接掘削することにより端か
ら端まで貫通される。トンネル掘削機は、鉱床を貫通し
た後、この第１のトンネルに隣接するトンネル等が直接
掘削される。もしも、鉱床に放射性の、危険な、あるい
は有毒な物質が含まれている場合には、この採鉱された
材料がカットされパルプ状に小さく変えられた後、水圧
搬送により排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンあたりの採集コス
トが２次的な重要性を持つような環境の下で、地下鉱床
に作業をするための方法および装置に関する。本発明の
特に重要な応用は、特に放射能あるいは毒性に加えて地
質学的な問題が存在するときに、従来の採鉱抽出技術の
実施を可能とするにはあまりに有毒あるいは放射性の鉱
石または物質の採鉱を行なうことにある。

【０００２】

【従来の技術】特に代表的な例として、採掘現場で常に
人員を必要とする従来の方法が禁止されるような放射能
レベルであるが、（メートル）トンあたりの産出量が１
００ｋｇあるいはそれ以上であることによって釣り合い
が取れるために、トンあたりの高い採集コストが禁じら
れないような場所における、非常に高品位なウラニウム
鉱床への作業によって述べることができる。

【０００３】この種の問題は、かなり大きな商業的価値
をもつ物質が非常に高い濃度で含まれている比較的厚い
鉱床を持っているが、特に難しい地質学的条件、たとえ
ば、強化されていない地中において高い静岩圧あるいは
静水圧の下にあるようなときに生じる。

【０００４】本発明の他の応用として、たとえ前記物質
に商業的価値がなくても、これらを完全に除去する必要
はないような安全な条件の下で、汚染除去および／ある
いは貯蔵のための危険な物質を除去することにより述べ
ることもできる。このような状況は、たとえば、核施設
から地下が汚染されることにより起こり得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、鉱床の放射能あるいは毒性および／あるいは地
質学的条件によりその採鉱が難しく、また、この鉱床の
商業的価値および／あるいはその採鉱の絶対的必要性が
採鉱トンあたりの作業コストを２次的な重要性とするよ
うな地下鉱床に作業をするための方法を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】この目的のた
めに、本発明は、特に、水圧バインダを射出することに
より、あるいは凍らせることにより、できれば水を抜き
取ることによって鉱床の全部あるいは一部を閉じ込める
防水の格間を構成する工程と、トンネル掘削機を用いて
第１のトンネルを直接掘削することにより鉱床を端から
端まで貫通し横切る工程と、前記鉱床を貫通した後、ト
ンネル掘削機を逆転させ、前記第１のトンネルに隣接す
るトンネル等を直接掘削する工程と、もしも、鉱床に放
射性の、危険な、あるいは有毒な物質が含まれている場
合には、この採鉱された材料をカットしてパルプ状に小
さく変え、水圧搬送により除去する工程を有する方法を
提供するものである。

【０００７】もし、地盤に陥没のおそれがある場合に
は、ライニング要素によりトンネル掘削機の背後に直ち
にこの坑道に覆工を施すことができる。トンネルが完成
したなら、地盤のスラストをなくすために直ちに埋め戻
してもよい。

【０００８】作業中に遭遇する種々の困難さによって
は、この方法はより大きな、あるいは、より小さな程度
に複雑となるであろう。遭遇した困難さが、水の激しい
侵入を生じるようなほとんど地質学的なもの（高い静岩
圧あるいは静水圧）であるとき、この問題は、シールに
よって内部接続されたライニング要素の形のバリアを構
築することによって解決することができる。上記手段
は、これら自身で放射性物質による多くの問題を減少さ
せるために充分である。外部に発生源がある場合のガン
マ線放射は、コンクリートのライニング要素およびトン
ネル掘削機のスカートにより吸収される。ラドンの侵入
は、トンネル内部の圧力を上昇させることによって減少
させることができる。スラリーとしての水圧搬送は、採
鉱された物質からのガンマ線放射に対して保護するシー
ルド内に埋め込まれたダクト内でなされることができ
る。

【０００９】トンネル掘削機が本発明の方法を実施する
ために用いられる条件は、最も異常であり、一見して非
経済的に見える。トンネル掘削機は、非常に長く連続的
な坑道を掘るように設計されている。反対に、本発明の
方法は、各トンネルが掘られた後、長い不活性な期間を
暗に意味している。しかしながら、採鉱物質の商業的価
値あるいは前記物質を除去する絶対的必要性から採鉱が
なされなければならないとき、この考えは２次的とな
る。安くても、上述の環境下で適用することができる公
知の解決法がないからである。

【００１０】本発明は、また、掘削機形のポイントカッ
タを伸縮自在の操縦できるアーム上に有し、少なくとも
３っつの長手方向の長さ部分に分離することができ、破
砕機を有するトンネル掘削機と、カットされた材料をパ
ルプ状にし、これを水圧搬送ダクトに供給するためのポ
ンプと、トンネルを覆工するためのライニング要素を取
り付けるための装置とを有する地下の鉱床作業を行なう
ための装置を提供する。

【００１１】高い放射性の鉱石を採鉱するとき、トンネ
ル掘削機は放射線の強度を減少させるに充分な厚さのス
カートを有している。トンネル掘削機は鉱床を貫通した
後、垂直軸の回りに１８０度回転し、あるいは、これを
分解し再度組み立てることによりチャンバ内を戻ること
ができるようになっている。この場合、それぞれ約１２
０度の部分に分離することができるように構成されてい
る。

【００１２】

【実施例】本発明は、図面とともに、非制限的な例示に
より与えられた下記実施例の記載を読むことによりより
良く理解されるであろう。以下に記載される方法は、特
に、固められていない岩石中に長く伸びた薄層の形で存
在する、すなわち、非常に高い静水圧および静岩圧の下
にある非常に高品位のウラン鉱石の地下鉱床に作業をす
るために使用することができる。このような特性を持つ
鉱床の例として、カナダのサスカチワンにあるシガーレ
イク鉱床を挙げることができる。これは、トンあたり１
００ｋｇの低品質、すなわち、非常に低率で、たとえ
ば、１日に約２００トンの作業をすることができるもの
である。周囲の岩は豊富な水が流入する固められていな
い砂岩である。作業は、約８０バールの静岩圧の下で、
かつ、約４５バールの静水圧の下で行わなければならな
い。この鉱床は細長い形をしており、約１００メーター
の幅である。

【００１３】鉱床を採鉱する前に、最初になすべきこと
は、鉱床の長手方向の一部の周囲に防水の格間を形成す
ることである。この格間は、凍らせることにより、ある
いはセメントグラウチングを射出することにより固めら
れた岩によって構成される壁を有しており、それぞれの
格間は鉱床に可能な限り密着して（実際には、数メータ
ーの距離離れて）とり囲んでいる。

【００１４】これは、まず、従来の構造基盤を形成し鉱
床に接近できるようにすることによってなされる。シガ
ーレイクでは、この鉱床は４５０メーターの深さにあ
る。接近および換気用の穴が掘削され、電源供給、換
気、採鉱等の設備が取り付けられる。その後、水平な坑
道が水平な構造基盤坑道となるように掘られ、鉱床への
接近を図る。この構造基盤坑道は、鉱床の長手方向に伸
びる少なくとも２つの坑道１２を含み、これらの端部は
ほぼ平行となっている。これらは、鉱床の上部よりも高
いあるいは低いレベルとすることができる。少なくとも
一つの他の坑道１４が鉱床より数メーター深い位置に形
成される。

【００１５】その後、二本の平行なクロスカット１６が
地盤の性質によって決まるがほぼ１０メーターのオーダ
ーの距離だけ離れて坑道１４から掘削される。垂直な穴
１８が各種坑道１２，１４およびクロスカット１６から
開けられ、凍った束を受け入れ、また、できれば、セメ
ントグラウチングを射出するためのランスを受け入れ
る。クロスカット１６から開けられ鉱床を貫通する垂直
な穴は、常にフリージングのために用いられる。

【００１６】これらの動作および二本のクロスカットか
らのフリージングがなされれば、鉱床スライスを取り囲
む格間が形成されたことが分かる。図２に、その輪郭が
Ｃで示されているこの格間は、その中央部分が凍ってい
ないために水を排出することができる。この部分から採
鉱が実施される。

【００１７】格間内部は同じ連続動作を繰り返すことに
より採鉱される。坑道１２からスタートして、２本の傾
斜の付いた接近路２０が、凍った岩を貫通して反転チャ
ンバ２２への接近を得ることができる。この反転チャン
バ２２（図２）は、放射能のレベルが人間の活動にとっ
て受容できるように、鉱石自身から充分な距離に形成さ
れる。下記のようなトンネル掘削機は鉱床基部の上部の
すぐ近くに位置する反転チャンバ２２の一つの内部で組
み立てられる。その後、このトンネル掘削機は、他の反
転チャンバに向って伸びている坑道１２に関し、平行あ
るいは斜めの方向に動作させられる。それは、内容の乏
しい壁および鉱床を貫通し、反対の反転チャンバ２２に
到達する。このチャンバ内で、最も摩耗あるいは壊れ易
い部品等を取り替えることによって、チェックし整備す
ることができる。その後、傾斜を坑道１２に向って戻
る。前記第１のトンネルは埋め戻される。新しい傾斜接
近路が、前の反転チャンバのすぐ近くに隣接する位置に
ある一つの反転チャンバに向って形成される。前記傾斜
接近路および前のチャンバは、たとえば、新しい傾斜接
近路を形成するために採鉱された材料を用いて埋め戻さ
れる。このトンネル掘削機は、その後、前進し第２のト
ンネルを掘削する。

【００１８】ベースレベルＢ（図３）で、所定長さの連
続したトンネルのすべてが掘削され、その後、埋め戻さ
れると、より高いレベルの鉱床を連続的に処理するため
に、より低い勾配に傾斜した接近路が形成される。前に
なされた防水の格間内に閉じ込められることにより、水
の侵入による問題は回避される。トンネル掘削機の進行
とともにライニングセグメントを用いて覆工するように
し、このセグメントの連続するリング間にシールを設
け、また、トンネル掘削機自身を防水とすることによ
り、フリージングの効果が高められ、圧力の下での水の
激しい侵入を受けるような非常に深くもろい地盤でも作
業を行なうことができる。

【００１９】このように第１の格間が処理されている間
に、次の格間が、できれば坑道１２および１４を延長
し、クロスカット１６を掘削し、新しい格間を構築する
ためにフリージングおよび／あるいは射出することによ
り準備される。

【００２０】鉱石を実際に得ることに関する方法につい
ては、さらに詳細に記述される。用いられるトンネル掘
削機は図４に示される一般的な構造を持つことができ
る。すなわち、組み立てあるいは分解するのに適するよ
うに３っつの長手方向長さ部分２８，３０，３２を有す
る。これらの長さ部分の各々は、輸送の際に分解できな
い要素のサイズおよび重量を減少するために、複数の角
区分、たとえば３っつの区分に分解されるように設計さ
れる。同じ理由から、小さな直径、たとえば約４メータ
ーの直径のスカートを持つコンパクトなトンネル掘削機
が一般に使用されるであろう。この３っつの長さ部分の
各々は、比較的短く、たとえば、約１．５０メーターの
長さを有する。

【００２１】前面長さ部分はスカートを含んでおり、ア
クチュエータあるいはジャック３４により指示され得る
アセンブリを構成している。このアセンブリは、観察窓
が設けられた防水の隔壁によってその後端で閉じられて
いる。（この隔壁は、択一的に中央の長さ部分３０に属
することができる。）この長さ部分２８は、端部に長さ
部分２８から突出し動作する切削円盤（カッティングデ
ィスク）を持つ伸縮自在の掘削機３６により例示されて
いるようなポイントアクションカッタを有している。こ
の掘削機は、塊を数センチメーターのサイズに小さくす
ることができる塊破砕装置と結び付いており、また、必
要なら、圧力の下で水を射出する装置を設けることもで
きる。このような方法でカットされた鉱石は、以下に記
述するように、コンベヤに乗せるに充分小さなサイズの
破片にして搬送される。

【００２２】前面長さ部分２８は、伸縮自在のアーム３
６が引っ込められた後、切削装置を切刃面から分離する
のに好適な除去可能なダイアフラム４１を受け入れるよ
うに都合良く設計され、これによって機械的介入をする
ことができる。このダイアフラムは、この長さ部分の上
端に設けられた安全キャップ４０に接続することができ
る。

【００２３】中央の長さ部分３０は推進器を構成してい
る。その結果、これは、スカート内部に、すでに置かれ
ているライニングセグメントに対して支えるように設計
されているプランジャ４４をそれぞれ持つリング上の油
圧式アクチュエータ４２（たとえば、２４のアクチュエ
ータ）を有している。この長さ部分は、また、鉱石を運
び、傾斜した採集スクリュー４６による例示にあるよう
なコンベヤを有している。このスクリューは破砕機４８
に破片を運び上げ、パルプ状にしてこれらを搬送するこ
とができるように充分小さなサイズまで細かくする。循
環給送ミキサポンプ５０は破砕された鉱石を引き受け、
これを逆止弁を介して搬送ダクトに接続するチューブ５
４の入口に押し込む。この中央の長さ部分３０は、ま
た、アクチュエータ、ポンプ掘削機、そして、できれば
搬送スクリュー、破砕機、ポンプを駆動するために必要
な圧力の液体を供給する油圧ユニット５６を有する。

【００２４】後長さ部分３２は、ごく新しく取り付けら
れたライニングセグメント内をスライドすることがで
き、シールを施すためのシーリングスカート５８を有し
ている。これは、また、従来の構造でもよいため記載し
ていないが、ライニングセグメントを取り付けるための
架設機を有することもできる。

【００２５】示されている実施例において、架設機は、
プランジャー４４が引っ込められた後、連続したライニ
ングセグメント６２を取り付けるように設計されてい
る。このセグメントは、トンネル掘削機が進行する際、
リング状ライニングセグメントに固定された梁により運
ばれるタックル６４によって搬送される。セグメントは
図５に示されるやり方で整列させることができる。すな
わち、５つの実際のセグメント１〜５、キー６８、およ
び２つの反対のキー７０とが設けられ得る。

【００２６】このタックルは、フローリングの長さ部７
２を取り付けるように設計されており、フローリングの
それぞれの長さはライニングセグメントと同じ長さに軸
方向に伸び、平らな床を提供し通路を規定するようにな
っている。この通路の一つは、鉱石を搬送しチューブ５
４に接続する伸縮自在のチューブ７６に接続し得るダク
ト７４を受け入れることができる。他の通路７８は種々
の用途のため、たとえばケーブルを受け入れるために用
いられることができる。

【００２７】採鉱される鉱石の性質によっては、厳格さ
を変える付加的な用心をとる必要がある。特に、水シー
ルが同一リングにおけるライニングセグメント間、ライ
ニングセグメントの連続するリング間、および最終リン
グとスカート５８間に挿入され得る。これにより、流入
を回避し、ウラニウム鉱山において覆工されたトンネル
が水に溶けたラドンによって侵されることから回避す
る。第２のシール、たとえば鉛のシートが周囲の岩から
のガンマ線の放射を吸収するように設けられる。これに
より、どんな場合にも直接の伝達はない。射出孔８は取
り付けられたライニングセグメントを貫通して設けるこ
とができる。

【００２８】エアーロックを内容の乏しい岩内の坑道へ
の入口に都合よく設けることができる。これは、坑道内
の圧力を高め、鉱石からのラドンの侵入を妨げることを
可能とする。

【００２９】トンネル掘削機の進行の制御は、アクシデ
ントが起きない限り、トンネル内に人が存在することを
必要としない。ビデオカメラが中央長さ部分に設けら
れ、これにより切刃面を写すことができる。人手による
制御は反転チャンバ内に残すことができる。人員の存在
は、セグメントの長さに等しい長さだけそれぞれ進行し
た後、ライニングセグメントを取り付けるためにのみ必
要である。この段階は１時間以下の時間しかとらない。
これは、人がすでに取り付けられたリング状ライニング
セグメントにより、および、トンネル掘削機のスチール
製スカートにより保護されている間に行われる。約３０
ｃｍの厚さを有するライニングセグメントであれば、充
分な保護が得られる。フローリング７２内に含まれるス
チールダクトは、チューブ４２，４４およびダクト７４
に沿って、水により運ばれるパルプ状の鉱石からの放射
線に対して保護を与える。

【００３０】トンネル掘削機のそれぞれの通過は短い期
間行われるため、トンネル掘削機が反転チャンバを占め
ているときになされる維持管理は故障の危険を低くす
る。それにもかかわらず、必要な場合には、前面の仕切
られた室にあるダイアフラムをすばやく、機械的に取り
付けることができ、中央長さ部分に残っている作業者に
よりモニターすることができる。その後、ダイアフラム
は、前面長さ部分に含まれている仕切られた室を切刃面
から分離させる。装備から汚染が除去され、仕切られた
室に含まれているラドンがポンプで出された後に、操作
者は仕切られた室に設けられたシールされたドアを通し
て前記仕切られた室に入ることができ、必要な動作を行
うことができる。

【００３１】鉱石から離れるとき、トンネル掘削機は反
転チャンバに到達する前に岩の内容の乏しい部分を貫通
する。内容の乏しい岩を貫通する切削は、前面の構造お
よびトンネル掘削機のスカートを清浄にする。このよう
な清浄化は水を用いる汚染の除去と関連させることがで
きる。

【００３２】一度、トンネル掘削機が反転チャンバに到
達すると、これは１８０度回転し、反対方向に新しいト
ンネルを開ける。反転チャンバ内にターンテーブルを設
けることにより、簡単にこれをターンさせることができ
る。反転は、トンネル掘削機の長さ部分を分解し、逆の
条件にこれらを再度組み立てることによってなすことも
できる。たとえば、ダイアモンド保持リングを用いたポ
イントカッタを有する直径４メーターのトンネル掘削機
は、数種類の地盤において０．２０ｍ／時の前進スピー
ドで、容易に、１時間あたり１０トン切削することがで
きる。フローリングの長さは２．５メータの幅であり、
１５０ｍｍの直径を持つ搬送ダクトを受け入れ得るよう
になっている。

【００３３】円形トンネルの積み重ねは、そこで鉱床の
約９％を残すだろう。しかしながら、実際には、切削装
置がトンネル掘削機より大きな領域にわたって掃いてい
き、このような余分な切削は、ほぼ完全に鉱床に対し充
分作業することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上に記載したように、本発明によれ
ば、鉱床の放射能あるいは毒性および／あるいは地質学
的条件によりその採鉱が難しく、また、この鉱床の商業
的価値および／あるいはその採鉱の絶対的必要性が採鉱
トンあたりの作業コストを２次的な重要性とするような
地下鉱床に作業をするための方法および装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 採鉱の前に、鉱床の一部を準備する動作を示
す理論的斜視図である。

【図２】 鉱床を貫通して掘られた第１の水平方向のト
ンネルを示す略断面図である。

【図３】 図２と同様のものであり、掘削され覆工され
作業中に埋め戻された並列のトンネルを示す。

【図４】 本発明の一実施例を構成するトンネル掘削機
の主要部品を示す略縦断面図である。

【図５】 本発明の方法の一実施例におけるトンネル掘
削機の背後の覆工されたトンネルを示す断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削機により地下の鉱床に作業
   を行なうための方法において、 トンネル掘削機を用いて第１のトンネルを直接掘削する
   ことにより鉱床を端から端まで貫通し横切る工程と、 前記鉱床を貫通した後、トンネル掘削機を逆転させ、前
   記第１のトンネルに隣接するトンネル等を直接掘削する
   工程と、 もしも、鉱床に放射性の、危険な、あるいは有毒な物質
   が含まれている場合には、この採鉱された材料をカット
   してパルプ状に小さく変え、水圧搬送により除去する工
   程とを有することを特徴とする地下の鉱床に作業を行な
   うための方法。
2. 【請求項２】 掘削機形のポイントカッタを伸縮自在の
   操縦できるアーム上に有し、少なくとも３個の長手方向
   の長さ部（２８，３０，３２）に分離することができ、
   クラッシャ（４８）を有するトンネル掘削機と、カット
   された材料をパルプ状にし、これを水圧搬送ダクト（４
   ２，４４，７４）に供給するためのポンプと、トンネル
   覆工用ライニング要素（６２）を取り付けるための装置
   とを有することを特徴とする地下の鉱床に作業を行なう
   ための装置。