奔別立坑 探検: 北の細道 奔別立坑

奔別立坑で制御技術の結晶に触れる




北海道三笠市

   立坑とは地下深部の鉱物を効率よく採掘するために掘った垂直のトンネルで、
鉱石・人員・材料などの運搬、送電ケーブルや配水管の敷設、通気などを目的とする。
坑底と地上の連絡には立坑上部に 「巻上櫓」まきあげやぐら=エレベーターのようにつるべ式のカゴを用いて人員や石炭の運搬を行う を設置し、 「ケージ」(=鳥かご)人やトロッコを載せる1〜4階建ての箱「スキップ」石炭/ズリを運搬する箱と呼ばれる
箱をワイヤーロープで吊り下げ、それを昇降させて人員や鉱車(トロッコ)、石炭などを運搬する。

巻上櫓遠景 立坑遠景 炭鉱模式図 模式図

昭和30年代に入った奔別炭鉱奔別坑弥生坑の二つの坑口によって操業してきた。
主要坑道は「奔別斜坑」マイナス340m/深さ1,500m「中央九番斜坑」マイナス480m/深さ1,500mそして 「弥生坑」マイナス175m/深さ1,000m「東斜坑」マイナス340m/深さ1,000m など斜坑中心であり、
坑道延長は50qに及び、「切羽」最深部の採掘現場先端は マイナス175〜340mの深部に及んでいた。

奔別・弥生両坑はその坑口間距離わずか2q、同じ幾春別炭層を下部・上部から採掘している状況にあり、
年間平均出炭34万tから試算すると推定炭量はあと4〜5年の寿命と推察されていた。

ところが坑口から1,200mの深部には5,000万t、奔別側に434万t、弥生側に391万tの、
合計5,825万tの眠る炭層が確認されていた。
これらを従来の斜坑で採掘するとなると、二段斜坑の開坑の必要性また、坑道延長が長くなることでの、
通気抵抗負荷の増加に伴い保安通気上に問題が発生する。
更に坑道の維持管理、運搬経路の複雑さから出炭の円滑化を欠くばかりか、
保全・保安の問題が予測され、現状での深部採炭は断念を余儀なくされた。


立坑の建設気運が高まったのはこれらの時代を背景としてのことで、
奔別/弥生坑の統合、深部開発、運搬系統の合理化、保有坑道の短縮(1/5に)を目的とし、
通気保安上の問題も解消され、立坑が完成すれば機械採炭を採用した増産も図ることが可能となる。

また、現場への往復に1時間以上かかっていたものが、立坑によれば10〜15分に短縮される。
特にスキップによる石炭の巻き上げは、20〜30分であったものが、
1〜2分に短縮されることとなる。

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立坑の位置は奔別坑の現有坑外設備をできるだけ利用することが望ましく、
立坑の坑口設備に必要な敷地を十分取りうること、
及び地質的に安定した個所などの諸条件を満たす必要があった。

一般に地下の石炭採掘部分は後に空洞となり、たとえズリ等を充填しても、
地圧により圧縮、せん断方向にずれが生じ、坑外に及んだ影響として地表に沈下が発生する。
この影響が及ぶ角度を破断角と呼び、おおよそ空洞から70°の範囲で地盤沈下が発生する。
立坑の位置を決定する際、この破断角は重要なファクターであり、
弥生区域は隣接する新幌内坑の破断角の影響を受けて立坑の設置はできない。
そこで破断角の影響を受けない、住友奔別礦球場(通称奔別グランド)に設置が決定した。

奔別坑の再起をかけた深部開発の中心的役割を持つ立坑開削に着手したのは、
昭和31年1月18日、総工費21億円(現在での価値200憶円)をかけ、昭和35年9月、6年という短期間の工期で完成に至った。
「二重巻交互築壁法」内巻厚さ45p、圧縮強度450s、外巻厚さ25p、 強度100sのコンクリートブロック二重巻構造 による内径6.4m、深さ750m、櫓の高さ50.52m、櫓総重量450tという巨大なものだった。


断面図

昭和34年出炭実績66万tに対して、昭和35年81万t、昭和38年には110万tの出炭計画を遂行するための、
櫓の巻上方式の特徴としてはこれまでの単ロープ式に代わり、
日本初の2本ロープ式(両掛ケーペ式二本策巻上方式)を採用、
主電動機1,540kw(ケージ側)2,700kw(スキップ側)という当時、日本最大の減速装置付き巻上機を使用したことにある。
仮組中櫓 広島造船所にて仮組 建設中櫓 建設中 完成櫓 完成姿

最大の特徴、そして謎としてはケージ側(左)とスキップ側(右)でメーカー、そして制御が違う事、
これについては別途解説するが、異なる理由については不明の域を出ない。
塔上の円盤 (「ヘッドシーブ」無動力滑車) については左右同型であるが、 「二本策式」(左)吊上げロープ2本式 のためそれぞれ2枚一組で通常は固定されている。
しかし二本索のロープのどちらかに異常があって、片側ロープを緩める場合や、
ロープがスリップした場合にラジアル方向にそれぞれの円盤をずらす場合がある。
写真のケージ側(左側)のヘッドシープの枝が多く見えるのは、
閉山後の事故や何らかの原因により、ロープに荷重が掛かりずれたのかもしれない。

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写真提供は fall_125様

高度経済成長期の時代背景からみても、国内企業に重点を置くことは必然であったはずだ。
そこで、「ケージ」(左)人やトロッコを載せる1〜4階建ての箱側はすべてを 国産(富士電機 )としたものの、
戦前とは異なる巨大で深度を誇る立坑であった奔別坑は、当初、規格等も含めイギリスからの掘削設備による建設を予定する。
しかしながら工期の問題により、ドイツ(フェルシャハト社)の技術提供を受けることとなり、
その結果、「スキップ」(右)石炭/ズリを運搬する箱側については、
容量10t、速度12m/sec、運搬能力400t/hという世界最高水準のスペックを満たすために、
国内企業(安川電機製作所)による外国製の機材(ブラウン・ボベリ社【Brown, Boveri】スイス)での統一という結果になった。

巻上室の面積についてもスキップ側とゲージ側では若干の違いがみられ、
建設当初から海外機器の導入が予定されていたようだ。

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立坑創業前の出炭量は月産6万t台であったが、完成直後の昭和36年には8万tを超え、
開坑以来の最高出炭記録をマークし、ようやく新鋭立坑設備の本領発揮と相成った。
一方、弥生地区の一部では採掘終了し、奔別地区の顕著な増産と弥生地区の減産が対照的な状況となった。

立坑創業後の増産割合としては、道内大手炭鉱が8%/年であったのに対し、
奔別坑は15%/年とエネルギー革命を乗り切るための大幅な増産であった。
ただ、従業員一人当たりの固定資産(機械・設備・建物)で比較すると、
奔別坑は170万円、大手各社は70万円とその2.4倍にもなる。
この労働装備率が他社より高いことは、設備の近代化を意味するが、
それは最新鋭の設備の能力を十分に発揮させ、更なる増産を強いられることを意味する。

「第四次石炭政策答申」石炭鉱業の再建を図りつつ、 助成をもってしても維持再建が困難な場合は勇断をもってなだらかに閉山・縮小を行う が発表された昭和43年は、深部開発がさらに進む状況となった。
深部での採炭が進むにつれ、保安や通気の問題が散発し、
立坑から一番遠い採炭現場までの距離は6qにも及んだ。
その間に20か所以上の採掘「切羽」最深部の採掘現場先端が点在し、その間の軌道敷設長は70qにも達した。
これは幾春別駅から手稲駅までの距離に匹敵する。

その後も出炭不振は続き、昭和46年には住友三山と呼ばれる、奔別・赤平・歌志内に対し、
三山分離合理化案が遂行され、その後閉山を迎える。
立坑に関しては、わずか11年の運用である。

今回はこの立坑櫓の歴史的経緯、左右の仕様・制御の違いを紐解き、
何がどうすごいのか、散在する各機器はどういった目的のものなのか、
この辺りを解明したいと思う。

立坑全景立坑全景
写真提供 shikibrand_様 hirade様

今回、以下各社様 のご厚意により
著作物の引用転載許諾等頂きましたことを含めて、この場を借りてお礼申し上げます。

富士電機 株式会社御中
出典

著作物:富士時報
著者名:高橋 正昭
タイトル: 住友石炭鉱業・奔別立坑ケーペ巻上機
富士時報:Vol.12,  p. 809-817
発行年:1960年
引用転載箇所: 「第1図」〜「第20図」

株式会社 安川電機御中
出典

著作物:技報 安川電機
タイトル:立坑巻上機特集(第25巻 第94号昭和36年6月)
タイトル:立坑巻制御装置(第18巻 第66号昭和29年7月)
タイトル:1600KWワードレオナード電機品(第27巻 第102号昭和38年4月)
   


※なお、現在、立坑内部は大変危険なため立入禁止となっています。

@立坑櫓 その構造と制御…全体の概論です。

A立坑櫓メインへ…立坑中央部の紹介です。
B(左)ケージ側…の紹介です。
C(右)スキップ側…の紹介です。



prayfor3104@立坑櫓 その構造と制御 prayfor3104A立坑櫓メインへ

prayfor3104B(左)ケージ側 prayfor3104C(右)スキップ側





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