石材採掘の包括ガイド：定義、適地、技術

この記事では以下について説明します：1. 採掘の定義 2. 石材採掘適地 3. 重要な考慮事項 4. 方法。

採掘の定義：

天然岩盤から石材を採取するプロセスを採掘と呼びます。「採石場」という用語は、天然岩石の露出面を示すために使用されます。こうして得られた石材は、さまざまな工学目的で使用されます。

鉱山と採石場の違いに注意すべきです。鉱山の場合、作業は地下深くで行われます。採石場の場合、作業は地上の露天状態で行われます。

石材採掘適地：

石材採石場の適地選定は、以下の側面を慎重に検討した上で行うべきです：

(i) 工具、動力、材料、労働力の可用性（採石場の容易かつ効率的な運営のため）；
(ii) 廃棄物捨て場の確保と健康被害回避；
(iii) 道路、鉄道、海岸からの距離と輸送施設への近接性；
(iv) 採石場ピットの排水；
(v) 年間を通じて十分な量の清潔な水が容易に入手可能か；
(vi) 採掘の経済性；
(vii) 採石場からの石材運搬・搬送の容易さ；
(viii) 発破採掘の場合、近隣に恒久構造物がないこと；
(ix) 現場の地質データ（岩盤形成）；
(x) 採石場から得られる石材の品質；
(xi) 採石場から得られる石材の見込み量；
(xii) 試掘結果；等。

採石場開始前の重要な考慮事項：

実際に採石場を開始する前に、以下の重要な考慮事項に注意深く対応する必要があります：

(i) 岩盤表面の調査：

露出した岩盤表面を慎重に調査。亀裂と裂け目の有無を確認。石材が容易に割れる面を見つけ出し、採掘作業を迅速かつ経済的にする。

(ii) レイアウト：

採掘作業に関わる各段階の完全なレイアウトを準備する必要があります。不適切な計画は採石場の失敗を招きます。

(iii) 人員と機械：

採石場で雇用される人員と機械の間で適切な調整を図り、最大の利点を得るべきです。

(iv) 表層の除去：

採石場表面の表土と軟岩を除去。表層から得られる材料は建設工事に不適のため廃棄。密な岩盤は、岩石の風化特性に依存する深さで利用可能。

(v) 構造的安定性：

採石場の側面の構造的安定性を損なわずに石材を除去すべきです。適切な予防措置を講じないと、深刻な崩落や地滑りが起こり、災害的結果を招く可能性があります。

石材採掘方法：

以下の3つの採掘方法があります：

(i) 手工具による採掘
(ii) チャンネリングマシンによる採掘
(iii) 発破による採掘。

各採掘方法を簡単に説明します。

(i) 手工具による採掘：

手工具による採掘には以下の3つの異なる方法があります：

(a) 掘削・掘削
(b) 加熱
(c) くさび割り。

(a) 掘削・掘削：

この方法では、ツルハシ、ハンマー、ショベル、ノミなどの適切な器具で石材を単に掘削します。この方法は、軟らかい石材が大小のブロックとして存在する場合に有用です。

(b) 加熱：

この方法では、岩盤表面を加熱します。通常、薪を置くか燃料を積み上げ、数時間安定して燃やします。不均一膨張により、岩盤上層が分離します。鈍い破裂音で示されます。分離した岩盤部分を、ツルハシ、バールなどで除去。

この方法は、比較的規則的な形状の小ブロックを採石場から取り出す場合に有用。浅い深さの水平層からなる岩盤構造の場合に適しています。この方法で、積み石造りに必要なかなり矩形のブロックを得ることが可能です。

(c) くさび割り：

この方法では、岩盤表面に亀裂や裂け目がある場合、図2-2および図2-3に示すような鋼製くさびまたはポイントを、ハンマーでこれらの亀裂に打ち込みます。石材ブロックをずらし、適切な器具で除去。

天然亀裂がない場合、人工亀裂を形成する必要があります。岩盤表面に沿って一直線に穴を掘ります。穴径約12mm。連続穴間距離約100〜150mm。穴深さ約200〜250mm。これらの穴にプラグとフェザーを図2-4のように配置。

プラグは円錐形鋼製くさび。フェザーは上端がわずかに曲がった平らな鋼製くさび。プラグをフェザーの間に配置し、すべてのプラグをハンマーで同時に打ち込み。巨大な圧力により穴のラインに沿って亀裂が発生。石材が比較的硬い場合、空気圧ドリルを用いてプラグ・フェザー用の穴を準備することがあります。

岩石が比較的軟らかい場合、木製プラグのみを使用することもあります。穴に配置し、水に浸した状態を保ちます。木製プラグが膨張・拡大すると巨大な力が発生し、穴のラインに沿って岩石が割れます。

くさび割りは、比較的軟らかい高価な層状岩石（ラテライト、大理石、石灰岩、砂岩等）に採用されます。可能な限り発破よりもくさび割りが好まれます。

(ii) チャンネリングマシンによる採掘：

この方法では、蒸気、圧縮空気、電気で駆動されるチャンネリングマシンを使用し、岩盤塊に垂直または斜めの溝やチャンネルを作ります。これらのマシンは、長さ約24m、幅約50〜75mm、深さ約2.40〜3.70mの溝を急速に作ります。

プロセスは以下のステップで構成されます：

(a) 採取対象の石材ブロックの周囲にチャンネルを切削。
(b) ブロック下部に水平孔を穿孔。
(c) くさびを孔に打ち込み、ブロックを岩床から分離。
大理石、石灰岩、その他軟らかい砂岩の場合、この石材分離プロセスがほぼ必ず採用されます。この方法により、岩盤から非常に大きな石材ブロックを分離することが可能です。

(iii) 発破による採掘：

この方法では、爆薬を使用して岩石を小さな石材ピースに変換します。発破による石材採掘の主目的は、岩石の大塊を緩めることであり、無用な非常に小さなピースに粉砕することではありません。

この方法は、亀裂や裂け目のない硬い石材の採掘に採用されます。発破で得られる石材は通常小さく、鉄道バラスト、骨材、コンクリート用、道路舗装材等に使用されます。発破プロセスは石材採掘において重要です。