九州大学学術情報リポジトリ

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

厚層炭層を対象とした露天掘り残壁からの坑内掘り 炭鉱開発における採掘システムおよびその設計に関 する研究

ネイ, ザー リン

https://doi.org/10.15017/1441219

出版情報：Kyushu University, 2013, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：

権利関係：Fulltext available.

（様式 2)

氏 名 ： ネ イ ザ ー リ ン

論文題名 :  MINING SYSTEM AND DESIGN FOR DEVELOPMENT OF UNDERGROUND  COAL MINE FROM OPEN‑CUT HIGHWALL FOR THICK COAL SEAM 

（厚層炭層を対象とした露天掘り残壁からの坑内掘り炭鉱開発における採掘シ ステムおよびその設計に関する研究）

区 分 ： 甲

論 文 内 容 の 要

The s u r f a c e  m i n i n g  method i s   g e n e r a l l y  c o n s i d e r e d  t o   b e  more a d v a n t a g e o u s  t h a n  t h e  u n d e r g r o u n d   m e t h o d ,   e s p e c i a l l y   i n   r e c o v e r y ,   g r a d e   c o n t r o l ,   p r o d u c t i o n   c a p a c i t y ,   e c o n o m i c s ,   f l e x i b i l i t y ,   s a f e t y   a n d   w o r k i n g  e n v i r o n m e n t s .  T h e r e f o r e ,  t h e  s u r f a c e  m i n i n g  method i s   common i n  m 吋 o rc o a l  p r o d u c i n g  c o u n t r i e s .   Most o f  c o a l  i s   p r o d u c e d  f r o m  o p e n ‑ c u t  m i n e s  i n  S o u t h e a s t  A s i a n  c o u n t r i e s .  However, t h e  c o n d i t i o n s  o f  t h e i r   s u r f a c e  m i n e s  a r e  w o r s e n i n g  e a c h  y e a r :  t h e  s t r i p p i n g  r a t i o  i s   i n c r e a s i n g ,  a p p r o a c h i n g  e c o n o m i c  r a t i o ,  t h e   r e g u l a t i o n  o f  e n v i r o n m e n t a l  p r o t e c t i o n ,  a n d  p o o r  i n f r a s t r u c t u r e  f o r  c o a l  f r o m  i n l a n d  m i n i n g  a r e a s .  To meet  t h e  demand f o r  c o a l  i n   S o u t h e a s t  A s i a n  c o u n t r i e s  and t h e  r e s t  o f  t h e  w o r l d ,  u n d e r g r o u n d  m i n e s  h a v e  t o  b e   d e v e l o p e d  i n  t h e  n e a r  f u t u r e .  Under t h e s e  c i r c u m s t a n c e s ,  t h e  d e v e l o p m e n t  o f  new c o a l  m i n e s  f r o m  o p e n ‑ c u t   h i g h w a l l s  a r e  b e i n g  p l a n n e d  i n  s e v e r a l  m i n e s  i n  S o u t h e a s t  A s i a n  c o u n t r i e s  i n c l u d i n g  T h a i l a n d ,  I n d o n e s i a ,  e t c .   M o r e o v e r ,  some o f  t h e  S o u t h e a s t  A s i a n  m i n e s  h a v e  t h i c k  c o a l  s e a m s .  However, i f  t h e  c o n v e n t i o n a l  m i n i n g   s y s t e m s  a n d  d e s i g n s  i n t r o d u c e d  i n  US, A u s t r a l i a  a n d  E u r o p e a n  c o u n t r i e s  a r e  a p p l i e d ,  s e v e r a l  g e o t e c h n i c a l   i s s u e s  c a n  b e  e x p e c t e d  d u e  t o  t h e  m i n e s '  weak g e o l o g i c a l  c o n d i t i o n s .  From t h e s e  b a c k g r o u n d s ,  a  m i n i n g   s y s t e m  a n d  d e s i g n  f o r  d e v e l o p m e n t  o f  u n d e r g r o u n d  c o a l  m i n e s  f r o m  o p e n ‑ c u t  h i g h w a l l s  e s p e c i a l l y  i n  t h i c k   c o a l  s e a m s  h a v e  b e e n  p r o p o s e d  i n  t h i s  s t u d y ,  c o n s i s t i n g  o f  s i x  c h a p t e r s  a s  f o l l o w s :  

C h a p t e r  1  i n t r o d u c e s  t h e  b a c k g r o u n d  o f  t h i s  r e s e a r c h ,  g e o t e c h n i c a l  i s s u e s  a n d  m i n i n g  t e c h n o l o g y  r e l a t e d   t o  t h i s  r e s e a r c h  t o p i c  a n d  a n  i n v o l v e d  o u t l i n e  o f  t h e  d i s s e r t a t i o n .  

C h a p t e r  2 d e s c r i b e s   t h e   r e s e a r c h   s i t e   c o n d i t i o n s   o f  t h i s   s t u d y   i n   Mae

f o hM i n e ,   T h a i l a n d   a n d   i n t r o d u c e s  t h e  m u l t i ‑ s l i c i n g  m i n i n g  method w i t h  a  s t o w i n g  s y s t e m  f o r  t h i c k  c o a l   s e a m s .  M o r e o v e r ,  t h e   c o n c e P . t s  o f  p u n c h  m i n i n g  s y s t e m  a n d  h i g h w a l l   minin~ o n e s  a r e  a l s o  d i s c u s s e d  f o r  t h e i r  a p p l i c a b i l i t y  o f   t r a n s i t i o n  a r e a  f r o m  open p i t  t o  u n d e r g r o u n d  m i n e s  i n  t h i s  c h a p t e r .  

C h a p t e r  3  d e s c r i b e s  t h e  miming method a n d  t h e  mine d e s i g n  i n  t h e  t r a n s i t i o n  a r e a  f o r  t h i c k  c o a l  s e a m s .  

When t h e  u n d e r g r o u n d  mine i s   d e s i g n e d  a n d  d e v e l o p e d  f r o m  o p e n ‑ c u t  h i g h w a l l ,  s p e c i a l  a t t e n t i o n  must b e  

p a i d  f o r  t h e  e f f e c t  o f  t h e  m i n i n g  o p e r a t i o n  on t h e  s t a b i l i t y  o f  t h e  h i g h w a l l .  I n  o r d e r  t o  make t h e  c r i t e r i a  f o r  

t h e  a p p l i c a b i l i t y  a n d   t h e  d e s i g n  o f  t h e  s i n g l e  t o  m u l t i ‑ s l i c e  e x t r a c t i o n  method i n  t h e

a n s i t i o na r e a  f r o m  

o p e n  p i t  t o  u n d e r g r o u n d  m i n e s  f o r  d i f f e r e n t  p i t  d e p t h s  a n d  t h i c k n e s s e s  o f  c o a l  s e a m s  u n d e r  s t r o n g  a n d  weak 

g e o l o g i c a l  c o n d i t i o n s  by means o f  FLAC 3 D .  H e r e ,  t h e  a p p l i c a t i o n  o f  l o n g w a l l / s h o r t w a l l  m i n i n g  method i s  

c o n s i d e r e d  t h e  e x t r a c t i o n  method d u e  t o  t h e i r  s a f e t y  a n d  h i g h  p r o d u c t i v i t y .  The d e s i g n s  o f  t h e  b o u n d a r y  

p i l l a r s ,  i n t e r ‑ p a n e l  p i l l a r s  a n d  p a n e l s  a r e  i n v e s t i g a t e d  a n d  d i s c u s s e d  i n  t h i s  c h a p t e r .  From t h e  r e s u l t s  o f  t h e  

s i n g l e ‑ s l i c e  e x t r a c t i o n  method w i t h  a  3  m m i n i n g  h e i g h t ,  i t   i s   f o u n d  t h a t  t h e  c o n v e n t i o n a l  l o n g w a l l  m i n i n g  

method c a n  b e  a p p l i c a b l e  i n  t h e  t r a n s i t i o n  a r e a  f r o m  open p i t  t o  u n d e r g r o u n d  mine u n d e r  weak g e o l o g i c a l  

c o n d i t i o n s .  H o w e v e r ,  t h e  r e s u l t s   r e p r e s e n t  t h a t  t h e  d e e p e r  t h e  p i t   d e p t h  i s ,   t h e  more s t r e s s   c o n c e n t r a t e s  

a r o u n d  t h e  t o e  o f  t h e  s l o p e .   I t   c a n  b e  s a i d  t h a t  a  p a n e l  w i d t h  o f  3 0 0  m a n d  a  b o u n d a r y  p i l l a r  w i d t h  o f  1 0 0  m 

a r e  a p p r o p r i a t e  i n  a l l  t h e  p i t  d e p t h s  o f  200 m ,  300 m a n d  400 m i n  s t r o n g  g e o l o g i c a l  c o n d i t i o n s .  On t h e  o t h e r  

h a n d ,  a  b o u n d a r y  p i l l a r  w i d t h  o f  1 5 0  mis r e q u i r e d  i n  a  400 m d e e p  p i t ,   a l t h o u g h  a  p i l l a r  w i d t h  o f  1 0 0  mis 

a p p r o p r i a t e  i n   2 0 0  m a n d  3 0 0  m d e e p  p i t s  u n d e r  weak g e o l o g i c a l  c o n d i t i o n s .  F o r  t h e  e x t r a c t i o n  o f  1 0   m 

t h i c k  c o a l  seam by u s i n g  t h e  t w o ‑ s l i c e  l o n g w a l l  m i n i n g  method w i t h  a  3  m h e i g h t  f o r  e a c h  s l i c e  a n d  3 m 

t h i c k n e s s   o f  c o a l   seam l e f t   b e t w e e n  s l i c e s ,   t h e   s l o p e   s t a b i l i t y   p r o b l e m  i s   n o t   e x p e c t e d  u n d e r  s t r o n g  

g e o l o g i c a l  c o n d i t i o n s ,  e v e n  i f  t h e  p a n e l  w i d t h  o f  300 m i s   a p p l i e d .  A b o u n d a r y  p i l l a r  w i d t h  o f  1 0 0  m i s  

s u f f i c i e n t  f o r  a l l  t h e  m i n i n g  d e p t h  c o n d i t i o n s .  On  t h e  o t h e r  h a n d ,  t h e  s l o p e  i n s t a b i l i t y  a n d  many g e o t e c h n i c a l  

i s s u e s  i n c l u d i n g  s l o p e  f a i l u r e s ,  l a r g e  g r o u n d  s u b s i d e n c e  a n d  l a r g e  f a i l u r e s  a r o u n d  t h e  p a n e l  a n d  p i l l a r  a r e   o c c u r r e d  u n d e r  weak g e o l o g i c a l  c o n d i t i o n s  when a  p a n e l  w i d t h  300 m i s   a p p l i e d .  However, i t   i s   f o u n d  t h a t  a  p a n e l  w i d t h  o f  1 0 0  mis a p p r o p r i a t e  i n  200 m a n d  300 m d e e p  p i t s .  The b o u n d a r y  p i l l a r  w i d t h s  f o r  t h e  200 m  a n d  300 m d e e p  p i t s  a r e  1 0 0  m a n d  200 m, r e s p e c t i v e l y .  I n  t h e  400 m d e e p  p i t ,  h o w e v e r ,  w i t h  a  b o u n d a r y   p i l l a r  w i d t h  o f  200 m ,  t h e  p a n e l  w i d t h  s h o u l d  b e  s m a l l ,  a b o u t  6 0  m ,  a n d  a n  i n t e r ‑ p a n e l  p i l l a r  w i d t h  o f  1 0 0  m  i s   r e q u i r e d  i n  o r d e r  t o  m a i n t a i n  t h e  s t a b i l i t y  a r o u n d  t h e  t r a n s i t i o n  a r e a  f r o m  open p i t  t o  u n d e r g r o u n d  m i n e .  I n   o r d e r  t o  i n c r e a s e  t h e  c o a l  r e c o v e r y  a n d  improvement o f  s t a b i l i t y  o f  s l o p e ,  a p p l i c a t i o n  o f  t h e  l o n g w a l l  m i n i n g   method i n  c o 吋 u n c t i o nw i t h  s t o w i n g  i s   p r o p o s e d  a n d  d i s c u s s e d  i n  t h i s  c h a p t e r .   I t   c a n  b e  f o u n d  t h a t  s t o w i n g  i s   q u i t e  e f f e c t i v e  t o  r e d u c e  t h e  s u b s i d e n c e  a t  t h e  h i g h w a l l  a s  w e l l  a s  t h e  f a i l u r e s  a r o u n d  t h e  p a n e l  a n d   ~illars

a n d  t o  maximize t h e  c o a l  r e c o v e r y .  I n  a d d i t i o n ,  t h e  i m m e d i a t e  p a n e l ‑ b y ‑ p a n e l  s t o w i n g  i s   more e f f e c t i v e  i n   c o m p a r i s o n  t o  s l i c e ‑ b y ‑ s l i c e  s t o w i n g .  No o b v i o u s  o p e r a t i o n a l  p r o b l e m s  d u e  t o  s u b s i d e n c e  a n d  s t r a t a  c o n t r o l   a t  t h e  u n d e r g r o u n d  mine a r e  e x p e c t e d  i n  a l l  t h e  p i t  d e p t h s  when s t o w i n g  i s   a p p l i e d .  A p a n e l  w i d t h  o f  1 0 0  m  c a n  b e  d e s i g n e d  f o r  a l l  t h e  p i t  d e p t h s  a n d  t h e  b o u n d a r y  p i l l a r  w i d t h s  f o r  300 m a n d  400 m d e e p  p i t s  a r e  1 0 0   m a n d  200 m ,  r e s p e c t i v e l y .  

C h a p t e r  4  d i s c u s s e s  a p p l i c a b i l i t y  a n d  a  s u i t a b l e  d e s i g n  o f  t h e  m i n i n g  method p r o p o s e d  i n  C h a p t e r  3  f o r   t h e  t r a n s i t i o n   a r e a  a t   Mae Moh Mine which h a s  t h e  a n  u l t r a ‑ t h i c k  c o a l  seam u n d e r  a  weak g e o l o g i c a l   c o n d i t i o n .   A c c o r d i n g  t o  t h e  r e s u l t s  o b t a i n e d  f r o m  t h e  n u m e r i c a l  s i m u l a t i o n s ,  t h e  o v e r a l l  c o n d i t i o n  o f  t h e   o p e n ‑ c u t  h i g h w a l l  i s   e x p e c t e d  t o  b e  i n  s t a b l e  c o n d i t i o n .  H o w e v e r ,  many p r o b l e m s  would b e  e x p e c t e d  d u e  t o   s l o p e  f a i l u r e s   a n d  s u b s i d e n c e  d u r i n g  u n d e r g r o u n d  m i n i n g  e v e n  i n   t h e   s i n g l e  p a s s  o p e r a t i o n .   Mining i n   c o 吋 u n c t i o nw i t h  s t o w i n g  i s   q u i t e  e f f e c t i v e  t o  c o n t r o l  s u r f a c e  s u b s i d e n c e .  However, i n  Mae Moh M i n e ,  s i n c e   t h e  c o a l  seams a r e  t o o  weak a n d  t h e  o p e n ‑ c u t  h i g h w a l l  a r e  v e r y  l a r g e ,  t h e  l o n g w a l l  m i n i n g  method m i g h t  n o t   b e  f e a s i b l e  a t  t h e  t r a n s i t i o n  a r e a  f r o m  t h e  open p i t  t o  t h e  u n d e r g r o u n d  m i n e ,  e v e n  i f  t h e  s t o w i n g  i s   a p p l i e d .   L a r g e  s l o p e  f a i l u r e s  o c c u r  e v e n  t h o u g h  a  s u b s i d e n c e  o f  a b o u t  5  cm i s   o b s e r v e d  a t  t h e  s l o p e .  A c c o r d i n g  t o  t h e   r e s u l t s ,  i t   i s   f o u n d  t h a t  a  s h o r t  w a l l  w i t h  t h e  l e n g t h  o f  3 0  m a n d  i m m e d i a t e  s t o w i n g  a f t e r  p a n e l  e x t r a c t i o n  i s   more a p p r o p r i a t e  i n  t h e  t r a n s i t i o n  a r e a  from t h e  open p i t  t o  t h e  u n d e r g r o u n d  mine i n  o r d e r  t o   c o n t r o l  t h e   s l o p e  f a i l u r e s ,  a s  w e l l  a s  s u b s i d e n c e ,  i n  Mae Moh  M i n e .   I t   was a l s o  f o u n d  t h a t  a  b o u n d a r y  p i l l a r  w i d t h  o f  200  m i s   a p p r o p r i a t e ,  a n d  t h e  t w o ‑ s l i c e  e x t r a c t i o n  c a n  s a f e l y  b e  a p p l i e d  i n  t h e  t r a n s i t i o n  a r e a  i n  c o n j u n c t i o n  w i t h   s t o w i n g  m e t h o d .  

C h a p t e r  5  d i s c u s s e s  a n d  p r o p o s e s  a n  a l t e r n a t i v e  method o f  m i n i n g  i n  c o 吋 u n c t i o nw i t h  s t o w i n g  f o r  t h e   weak a n d  e x t r a ‑ t h i c k  c o a l  seam a t   t h e  d e e p  s i t e  f a r  f r o m  t h e  o p e n ‑ c u t  h i g h w a l l  a t   Mae Moh M i n e .  I n  t h i s   c h a p t e r ,  a p p l i c a t i o n  o f  t h e  l o n g w a l l  method a n d  t h e  b o r d

a n d ‑ p i l l a rm e t h o d ,  i n  c o 吋 u n c t i o nw i t h  s t o w i n g ,  f o r   m i n i n g  t h e  weak a n d  e x t r a ‑ t h i c k  c o a l  seam a t  t h e  d e e p  s i t e  f a r  from t h e  o p e n ‑ c u t  h i g h w a l l  i s   i n v e s t i g a t e d  a n d   d i s c u s s e d .   A c c o r d i n g  t o   t h e   r e s u l t s   o f  a  s e r i e s   o f  n u m e r i c a l  a n a l y s e s ,   i t   c a n  b e  f o u n d  t h a t   m u l t i ‑ s l i c e   l o n g w a l l  m i n i n g  method w i t h  t e m p o r a r y  s u p p o r t s  a n d  a  s t o w i n g  s y s t e m ,  a s  w e l l  a s  b o r d

a n d ‑ p i l l a rm i n i n g   method w i t h  a n  a l t e r n a t i v e  method f o r  t h e  c u t t i n g  a n d  s t o w i n g  s y s t e m ,  c a n  b e  employed f o r  t h e  weak a n d   e x t r a ‑ t h i c k  c o a l  s e a m .  T h e s e  a r e  e f f e c t i v e  methods f o r  c o n t r o l  g r o u n d  d i s t u r b a n c e  a n d  s u b s i d e n c e  i n  o r d e r  t o   i m p r o v e  mine s a f e t y  a n d  t o  maximize c o a l  r e c o v e r y .  

C h a p t e r  6  c o n c l u d e s  t h e  r e s u l t s  o f  t h i s  s

d y .