1

酸性坑廃水

2資源開発

Aso-Group.jp

http://ruya.blog.so-net.ne.jp/

石炭

原油金属

天然ガス

the Gazette Review

Guardian News and Media Limited or its affiliated companies

坑内掘鉱山露天掘り鉱山 海洋底開発

wikibooks Phys.org 2003 - 2015, Science X network NGAGE

31. 森林伐採 2. 掘削・採掘

3. リハビリテーション前

Aureus Mining Inc. Gunnar Conrad 2013.

ABC rural

露点掘り鉱山の開発

4. リハビリテーション後

4 露天掘り鉱山の環境に与える影響

樹木の伐採・除去－森林破壊

表土の除去－浸食

地下水／河川水の酸性水化と汚染

採炭

選炭－汚染水

土地の復旧（リハビリテーション／リクラメーション）

閉山／維持管理

5 リハビリテーション／リクラメーション

○採掘跡地の改修

リハビリテーション:改修跡地を積極的に利用する目的で行う。

リクラメーション:採掘前の元の状態に回復する目的で行う。

○鉱山開発前の段階から検討される。

6リハビリテーション／リクラメーションにおける考慮事項1) 鉱山開発前の状態

2) 気候

3) 地形

4) 水文学

5) 表土

6) 剥土（選択的掘削）

7) 石炭採掘方法

8) 住民意識

7 リハビリテーション／リクラメーション計画

1) 採掘終了後の土地の回復と利用

2) 土地利用、水質管理のためのボタ、表土・剥土の選択的取り扱い（酸性水の発生）

3) 適切な土地利用と排水管理、浸食制御を考慮した景観設計

4) 緑化技術・・・浸食制御

8 樹木の伐採・除去

9 表土除去

10 発破準備のための穿孔作業

11 埋め戻し

12 石炭の採掘（トラック&ショベル）

13 石炭の採掘（BWE）

14採掘跡での自然発火

15 採掘跡のハイウォールの浸食

16採掘箇所での仮設池

17地下水の流入

18 スレーキング現象

19 採掘跡池でのメタンガス湧出

20 埋め戻し箇所での滑り破壊

21 表土被覆

22土 作 り

腐 葉 土

23 苗 床

ハイドロジェット（水、肥料、草の種を吹き付ける）

24 苗 床

25 埋め戻し箇所緑化

26 埋め戻し箇所の水管理

27 リハビリテーション終了（２年後）

28 リハビリテーション終了（７年後）

29 モニタリング

衛星画像、GISを使ったモニタリングシステム

採掘に伴う地山の動き

埋め戻し箇所の地山の動き

地下水の汚染・流動

河川水の汚染

緑化モニタリング

30 沈殿池

31 沈殿池でのpH／電導度計測

32 沈殿池での小魚の群れ(pH3.3)

33 沈殿池

34 周辺河川の汚濁

35 酸性水中和対策（石灰粉）

36 採掘箇所での酸性水化(pH2.3)

37 緑化区域での浸食

38KPC炭鉱での鉱山水モニタリング結果

39

インドネシアの石炭生産量と消費量推移

インドネシアの石炭生産は、国内および世界の石炭需要の高まりとともに、今後、増大することが予想される。

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

インドネシアの石炭生産、

輸出、使用量

(Mt)

Production

Export

Domestic日本の石炭輸入の

20%を占める。

(Merry Project.)

インドネシア

1,000 km

40

インドネシア30%

豪州27%

ロシア11%

米国6%

コロンビア6%

南アフリカ6%

オランダ3% その他

11%

インドネシアの石炭開発

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

インドネシアの石炭生産量

と消費量

(M

ton

)

生産量

消費量

(IEA Coal Information 2011, 2012, 2015より引用)

2014年における各国の石炭輸出量

世界有数の石炭輸出国であるインドネシア

日本の石炭輸入量のおよそ20%を占める。

(IEA Coal Information 2012より引用)

41

環境へ悪影響

を及ぼす

Acid Mine Drainage (AMD)

FeS2 + 15/4O2 + 7/2H2O

Fe(OH)3 + 2SO42- + 4H+

鉱山操業

FeS2

O2

H2O

AMD

SO42-

H+

(Matsumoto et al., 2016)

42

周辺環境および生態系へ悪影響

FeS2 + 15/4O2 + 7/2H2O

Fe(OH)3 + 2SO42- + 4H+

Acid Mine Drainage (AMD)

As3+

Cr3+

Mn2+

インドネシアにおけるAMD問題

43

周辺環境および生態系へ悪影響

FeS2 + 7/2O2 + H2O

= Fe2+ + 2SO42- + 2H+

酸性坑廃水Acid Mine Drainage (AMD)

インドネシアにおけるAMD問題

As (III)

Fe (III)

Al (III)

44酸性坑廃水；Acid Mine Drainage (AMD)

FeS2 + 15/4O2 + 7/2H2O

Fe(OH)3 + 2SO42- + 4H+

環境汚染

Waste Rocks

FeS2

As3+ SO42-

Fe3+

45 酸性坑廃水 (Acid Mine Drainage: AMD)

FeS2 + 7/2O2 + H2O = Fe2+ + 2SO42- + 2H+

Fe2+ + 1/4O2 + H+ = Fe3+ + 1/2H2O

FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O = 15Fe2+ + 2SO42- + 16H+

Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+

インドネシアの露天掘り石炭鉱山の様子 インドネシアにおける酸性坑廃水の発生

46 Active Passive

複雑なメカニズム

高コスト

継続的な取り組み

労力（少）

低コスト 容易

AMDの対策方法

人工透過壁

Cover System

人工湿地

石灰石添加

化学中和剤添加

Cover System

47覆土工法

低コスト

覆土工法の適用に問題点

(M. O’Kane and B. Ayres, 2012)

廃石の隔離

インドネシアの石炭鉱山において

施工が容易

(Kusuma et al., 2009)

硫化鉱物

廃石堆積場のイメージ図

現場環境

が異なる。

48

覆土工法

10m

覆土工法の基本モデル インドネシアの石炭鉱山における

覆土工法モデル

NAG (Net Acid Generation) タイプ別埋め戻し法

地化学試験（NAG試験）によって酸性水を発生する廃石（Potentially Acid Forming ：PAF）とその他の廃石（Non Acid Forming：NAF）に分類することによりダンピングサイトに埋め戻しAMDを抑制する。

NAFが不足している現場においては適切な埋め戻しが困難である。

49

化学分析

岩石の埋め戻し

コア試料採取

貯鉱

採掘

緑化

岩石の分類

堆積場の建設再緑化

Cover層の構築

50

現場の状況

堆積場

湿地

1

4

6

7

8

3

5

2

PAF

AMD

SO42-: 578 ppm

SO42-: 860 ppm

50 cm 深度より浅場所に埋め戻されたPAF

覆土層の崩壊

50cm Topsoil

PAF

pH: 3.6100 m 5 cm

50 cm

51

湿地

1

4

6

7

8

3

5

2

植物の枯死

多様な植生

578 ppm

860 ppm

7321 ppm

SO42-: 264 ppm

堆積場

1031 ppm

861 ppm

709 ppm

堆積場の植生

100 m

52

地下浅い場所にPAFを埋め戻したり、堆積場に植物を植栽した結果、酸性水により植物が枯死

リハビリテーション後の植栽した植物の枯死(Shishido et al., 2012)

堆積場に植栽したため

PAFの上に植栽したため

再緑化について十分検討する必要がある。

(S.J. Riley et al., 1995)

53

pH: 4.24

EC: 2.3 mS/cm

結晶化した

黄銅鉱

PAF層にできた水

みちから酸性水が

発生

下盤に大量のPAF層

が露出

54

結晶化した黄

銅鉱

スレーキング

PAF層NAF層

pH: 4.27pH: 7.61

シルト質

砂岩のPAF

55

粘土のPAF

乾燥後の

スレーキング

AMD発生

貝の化石

56

1. 覆土材となる岩石の不足

Bukit Asam石炭鉱山

2. 堆積場における覆土層の崩壊

3. 覆土層上部の植物の枯死

植物の酸分解, 植物生育試験

岩石試料分析 （XRD, XRF, ABA試験NAG試験, 酸段階抽出 等)

廃水質分析 (ICP-AES, IC, pH等水質測定)

現場試験 (透水試験, 地中酸素モニタリング粒度分析, せん断試験 等)

インドネシアの石炭鉱山における問題点の抽出

国内最大級の国営露天掘り石炭鉱山

スマトラ島南東部に位置する。

水質調査の様子 透水試験の様子

57１．廃石の分類

２．廃石堆積場の建設

３．廃石堆積場の再緑化

覆土工法が関与する工程

：地化学的観点

：物理的観点

：農学的観点

覆土工法施工時の諸課題の抽出

新規覆土工法の概念設計

目的

複数の分野を横断し、新規の覆土工法を提案 = 世界で初めての例

58

Cover System

I. 発生源の隔離

II. 酸素および水の遮断

III. 土壌流出の制御

IV. 表層流水の制御

V. 緑化に適した環境の構築(Mend, 2012)

“Store-and-release”

“Waster-shedding” and/or “barrier”

“Capillary break” etc

Cover Systemの概略図

Cover Systemの種類

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-25 0 25 50 75

NA

G p

H

NAPP (kgH2SO4/t)

PAF

Uncertain

Uncertain

NAF

廃石の地化学特性による分類

Acid Base Accounting (ABA) 試験

NAPP： 廃石の有する酸生成能力と中和能力のバランスから求められる酸性水発生能力を定量化した値

定義式：NAPP = AP-ANC

AP：硫黄含有量から算出される酸生成能力の値ANC：滴定により算出される中和力の値

NAG pH： 廃石をH2O2で完全酸化させた際のpHであり、廃石の有する潜在的な酸性水発生能力

60

地化学特性

測定地点 pHORP

(mV)

SO42-

(ppm)

全Fe

(ppm)

A地区上流 6.12 278 649 0.16

下流 7.55 190 3811 1.10

B地区上流 3.29 432 1536 0.40

下流 3.76 405 873 0.16

降雨水 5.55 308 3 0.80

各地点における水質分析結果

A地区における酸性水発生状況 B地区における酸性水発生状況

61

新規の廃石分類法

1. 覆土材となる岩石の不足

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40

pH

通水回数

A

B

C

D

E

F

0

20

40

60

80

100

A B C D E F

岩石中の硫黄の存在形態

(%)

岩石試料

MS

MSO4

カラム通水試験

PHREEQC

（長期水質予測）

岩石試料水質変化

長期予測岩石中の硫黄の存在形態と水質変化の関係を把握

岩石中の硫黄の形態別存在量

新規の廃石分類法の提案

MSO4

MS

62

堆積場の崩壊メカニズムの解明廃石の埋め戻し手順を提案

2. 堆積場における覆土層の崩壊

Smectite

⇒ Kaolinite

風化試験

安定性評価

化学変化

乾燥過程後の岩石表面における微細亀裂の様子

左図: 化学風化、右図: 物理風化

酸性条件下における鉱物変化

覆土層崩壊メカニズムの解明およびその対策

1

2

3

4

5

6

7

0 1 2 3 4

pH

経過時間 (week)

A

B

C

D

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60 70 80

ヤング率

(kN

/m2)

圧密荷重 (kgf)

0 1

2 4

SEM画像

岩石の風化＋圧密特性の低下

week

63

堆積場の評価指標を提案

S=0% S=0.5% S=1.5%

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 0.5 1.5 3 5 7.5 10 15 20背丈長

(mm

)S (wt%)

week0 week1

week4 week8

week12 week16

week19

3. 覆土層上部の植物の枯死 生育試験

緑化エリア植物の枯死

2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

0

20

60

80

NAG pH

深度

(cm

)

緑化エリア

植物枯死エリア

植物枯死の原因解明

植生調査

堆積場の植物生育基盤としての評価

堆積場の緑化状況

NAG pHをパラメータとした評価

64

資源の開発と酸性坑廃水は、鉱山の閉山と関係している。

アメリカ

南アフリカ

65

アメリカの酸性坑廃水問題

閉山に伴い酸性坑廃水が発生

USA TODAY

Gold King Mine

1923年に閉山

コロラド・ニューメキシコ・ユタ

Pennsylvania

ペンシルベニア

1900s年代に多くの鉱山が閉山.

66

http://www.samreinders.com/ http://earthlife.org.za/

http://earthlife.org.za/

AMDによる環境汚染

West Rand Area Witwatersrand

南アフリカの酸性坑廃水

鉱山採掘に起因して発生している。

67

日本の酸性坑廃水発生場所

●所有者が分かる鉱山

●所有者の分からない鉱山

人工湿地

N

500 km

本倉鉱山

幌別鉱山

✓ 金属イオン濃度

✓金属の種類

検討項目:

✓ 発生水の量

68

本倉鉱山

Sapporo

本倉 Information:

✓所有者なし

✓ 1967年閉山

✓ Cu, Pb, Zn

1982年に対策開始

2013年に人工湿地の設置

✓発生源: ダンピングサイト、坑道(0.2 m3/min)

札幌

N

100 km

石灰の添加

69(ppm) pH Total-Fe As Pb

100 m 坑道 5.2 8.78 0.070 0.15

70 m 坑道 6.3 9.45 0.156 0.09

ﾀﾞﾝﾋﾟﾝｸﾞｻｲﾄ A 4.0 0.51 <0.005 1.32

ﾀﾞﾝﾋﾟﾝｸﾞｻｲﾄ B 6.0 2.15 <0.005 0.06

規制値 5.8 - 8.6 10.00 0.10 0.10

水質

山

沈殿池

100m・50m・ﾀﾞﾝﾋﾟﾝｸﾞｻｲﾄA

ﾀﾞﾝﾋﾟﾝｸﾞｻｲﾄB人工湿地

町

鉱山

石灰の添加

川r

一般的な流れ

水量が増加した場合

人工湿地

70

現場の状況

酸性水

人工湿地 人工湿地の植栽植物

人工湿地からあふれた水

71

幌別硫黄鉱山

札幌

幌別硫黄鉱山

概況

✓所有者不明

✓ 1971年閉山

✓硫黄鉱山

1974年から中和対策

✓発生源：坑道 (3.8 m3/min)

中和プラント

N

100 km

72(ppm) pH Total-Fe As Pb

排水 1.9 336 7.88 0.16

中和後の水 7.4 0.47 0.018 0.01

規制値 5.8 - 8.6 10.00 0.10 0.10

水質

川

中和プラント

山

200m

2,000m

坑道

坑内掘硫黄鉱山の断面

73

産業廃棄物

スラリー

中和プラント

坑道

74

中和過程

川

スラリー

産業廃棄物

シックナー

セパレーター

酸性水

中和プラント

No.1-6 No.7-9

X 3

X 3

Ca(OH)2CaCO3

水量のコントロール

75 三池炭鉱では・・・

坑内掘でも岩盤掘進を必要とするので、必然的にボタがでた。 他の炭鉱と異なり、海岸の埋め立てにしようしていた。

三川港の浚渫で、浚渫泥土の貯泥場の建設の際、酸性坑廃水は発生（漁師さんの苦情により発覚）

地中連続壁遮水壁構築による酸性水の流出を防止

対象現場 有明海臨海部埋立地の汚染された地下水流出を遮断する連続壁

最も護岸に近接した箇所はパラペット先端から連続壁までの距離が11m 一部区間では護岸の根石（基礎捨石）の採掘が必要 根石は旧・三池炭鉱の岩盤掘進により算出された砂岩（一軸圧縮強度70～96MPa、最大重量0.5t）

試掘状況

土質柱状図及び遮水壁断面図

施工現場位置図

対象現場 有明海臨海部埋立地の汚染された地下水流出を遮断する連続壁

大牟田AMD発生源遮水壁構築の様子

79

Thank you for

your kind attention.