世界の鉱山軌道 — 狭軌から自動 rail haulage へ
1 1. 鉱山軌道の役割 — 鉱車だけではない
鉱山軌道を「レールの上を鉱車が走るもの」と捉えると、その現代的な機能を見落とす。 大規模鉱山における軌道運搬（rail haulage）は、採掘した鉱石を破砕機へ流し込むための material handling system の一区間である。 それは独立した鉄道ではなく、鉱石フローの一工程として設計される。 実際、世界最大級の地下銅金鉱山である Grasberg Block Cave（GBC、インドネシア・パプア）の rail haulage は、複数の鉱石投下口（chute gallery）から坑内破砕機へ生産鉱石を運ぶ「自動列車鉱石運搬システム（automated train ore haulage system for transporting production ore from multiple chute galleries to the underground crushers）」として設計されている。(1)
この系を分解すると、シュート積込（chute loading）→ 底開き鉱車（bottom-dump ore car）→ 列車制御 → 排出ステーション（unloading station）→ 破砕機 → スキップ巻上（skip hoist）という連鎖になる。 鉱車・シュート・排出ステーション・軌道設計を一体で供給する専業メーカーも存在する。 カナダの Nordic Minesteel Technologies（NMT）がその代表で、鉱山軌道が「車両」ではなく「鉱石フローの設備系」として調達される実態を示している。(2)
日本語の鉱業用語でも、坑内運搬は工程概念として整理されてきた。 それは機関車運搬・ベルトコンベヤ・斜坑巻上などを含む上位概念である。(3) ここでは、鉄道軌道一般（軌間・信号・閉塞などの鉄道工学）に共通する部分と、鉱山に固有の部分とを区別しながら扱う。 シュート積込・オアパス・スキップ巻上、そして大型 hard-rock mine 用の底開き鉱車といった鉱山固有の要素を中心に置き、鉄道工学一般の話題はその参照点に位置づける。
1.1 図1 鉱山軌道の material handling system
2 2. 狭軌坑内軌道とその担い手
鉱山軌道の伝統的な形態は、狭軌（narrow gauge）に小型機関車が牽引するトロッコ列車である。 坑内では断面を小さく抑えるほど掘削量と支保コストが下がる。 そのため 600 mm・750 mm・891 mm といった狭い軌間が長く使われてきた。 英コーンウォールの錫鉱山では 1 ft 6 in（457 mm）の鉱山ゲージが標準として用いられ、世界遺産 Cornwall and West Devon Mining Landscape にもその痕跡が残る (4)。
機関車の動力選定には、運搬距離と出力に応じた経験則がある。 給電方式は、架線集電・蓄電池・両者の併用に大別される。 架線集電のトロリー機関車（trolley locomotive）は、出力 200 kW 超・運搬距離 5 km 超といった基幹運搬に向く。 一方、蓄電池式のバッテリー機関車（battery electric locomotive、いわゆる BEV: Battery Electric Vehicle の鉄道版）は、切羽近傍の集鉱や無架線区間に向く。 鉱山坑内では安全性向上のため、旧来のバッテリー機関車から自動制御対応の機種へ更新する傾向がある。
この狭軌・蓄電池の系譜は、現代でも消えていない。 カナダ・サドベリーの Onaping Depth（Glencore）では、NMT 製の容量 5.8 m³ 底開き鉱車を 14 両連ねた列車が稼働している。 これはリチウム電池駆動の半自律 rail haulage で、現役の地下鉱山に導入されている。(5) つまり「狭軌＋蓄電池」は古い技術ではない。 電動化（electrification）と自律化を取り込みながら、切羽に近い領域で更新され続けている。
3 3. 大規模 hard-rock mine の rail haulage
軌道運搬がダンプトラックに対して決定的な優位を持つのは、超大量・連続搬送の領域である。 高能力の hard-rock mine（銅・金・鉄）では、1 日あたり 20,000〜160,000 トンという tonnage を rail で運ぶ域に達する。 この規模では truck 運搬は経済的に成立しにくい。(6)
その到達点を一次資料で具体的に示すのが Grasberg Block Cave である。 GBC では標準軌（standard gauge）1,435 mm の直線軌道に AS60 鋼レールを敷設し、曲線部は最大 10 mm の軌間拡大を見込んで 1,445 mm とする。(1) 列車編成は、容量 20 m³ の底開き鉱車 11 両を 40 トンの無人電気機関車が牽引する構成である。 1 編成あたり約 300 トンの鉱石を積載する。(1) 鉱石投下口は鉱山の全寿命で 117 か所が設置される計画である。 2020 年 6 月時点では、そのうち 26 か所が稼働していた。(1) 軌道総延長は約 23 km に及ぶ。 主運搬レベル（haulage level）は標高 2,760 m、採掘レベルの 70 m 下に置かれている。(1)
搬送能力の設計値は 130,000〜160,000 tpd（トン毎日）に達する。 ただし 2020 年 6 月時点の実績は平均 32,000 tpd、ピーク日で 40,000 tpd であった。(1) このとき設備の物理稼働率は 97%、利用率は 75% に達している。(1)
ここで重要なのは、rail haulage が大量自然崩落採掘法と組で論じられる点である。 ブロックケービング（block caving）や分層崩落法（sub-level caving）が、その代表的な採掘方式にあたる。 大量に崩落させて連続的に取り出す採掘方式は、連続大量搬送に適した軌道運搬を要請する。 つまり、採掘方式の大型化が rail haulage の大型化を駆動している。
4 4. 自動列車制御 — INTERFLO 150 と GoA
大規模鉱山の rail haulage が無人化できたのは、鉄道信号技術を地下鉱山へ移植したからである。 その中核が、無線式列車制御 CBTC（Communications-Based Train Control）の移動閉塞（moving block）方式である。 移動閉塞は固定閉塞ではなく列車間隔を動的に詰める方式であり、高密度運転を可能にする。
Grasberg では Bombardier（現 Alstom）の INTERFLO 150 を採用している。 自動列車防護（ATP）を含む運行管理、受動バリス（passive balise）による位置検知、無線 LAN による通信を組み合わせている。 これによりシュート積込のみを遠隔操作（remote）とし、行先選定・走行・排出を完全自動化している。(1)
INTERFLO 150 は鉱山自動列車制御の事実上の標準になりつつある。 製品解説によれば、同システムは 1999 年にチリの El Teniente 鉱山で初めて採用された。 Kiruna では 57 台の転てつ機（point machine）と 180 個のバリスを含む構成で導入されている。(7) ただしメーカー系資料の宣伝的記述は、そのまま中立的事実として扱わず、構成数や採用年といった検証可能な情報に限って参照する。
自動化の水準を比較するための共通軸も整備されている。 業界団体 Global Mining Guidelines Group（GMG）が定義した自動化レベル（Levels of Autonomy、GoA）がそれである。 GMG の自律システム実装ガイドライン第 2 版（2024 年 8 月、初版 2019 年）は、完全手動の Level 0 から完全自動の Level 5 までの 6 段階を業界標準として定義した。(8) シュート積込のみ遠隔・他は無人という Kiruna や Grasberg の自動列車は、この軸でみると無人運転に相当する高い自動化水準にある。
5 5. truck・conveyor との住み分け
軌道運搬は万能ではなく、ダンプトラックとベルトコンベヤとの三者で役割分担される。 距離・tonnage・柔軟性の三軸で選定するのが基本である。 地下 haulage system の選定を評価ツール化した査読研究も存在する。(9) 教育機関の体系的整理でも、mine truck／haul truck と rail（train）はそれぞれ別の適用領域として解説される。(10)
おおまかな住み分けは次のようになる。 rail は固定経路の大量幹線輸送に向く。 truck は採掘点が移動する柔軟・短距離輸送に向く。 conveyor は連続超大量輸送に向く。 二次的に流通する比較値では、地下で truck を使うと rail 比でコストが約 45% 高くなり、conveyor は資本費（capex）を約 70%・運用費（opex）を約 44% 削減しうるとされる。 ただしこれは前提条件に依存する理論値である。(11)
日本の文脈は、この住み分けを別の角度から照らす。 国内の現役鉱山（石灰石採掘など）はベルトコンベヤ主体である。 そのため、海外大型鉱山のような大規模 rail haulage は現存しない。 大林組の連続ベルトコンベヤシステムの例では、トンネル区間でダンプトラック運搬に対し CO₂ を約 30% 削減できるとされ、連続搬送の優位が示されている。(12) かつて鉱石をトロッコで運んだ釜石鉱山のような事例は、現在は保存・見学運用における軌道の代替であり、現役の大規模鉱石運搬の代表例ではない。 日本では、海外の大型鉱山と保存遺産とを対比する形で鉱山軌道を語ることになる。
6 6. 現代鉱山の比較 — Grasberg・Kiruna・El Teniente
世界の大規模 rail haulage を横断比較すると、いずれも標準軌（1,435 mm）と INTERFLO 150 系の自動列車制御へ収斂しつつあることが見えてくる。 特に LKAB Kiruna 鉱山（スウェーデン）の標準軌自動鉄道は、2024 年に開業として報じられた。(13) この Kiruna については、2024 年時点の諸元が学会資料 ACG F-04 で精緻に記述されており、同一論文内で Grasberg と逐語比較できる。 ACG F-04 は Kiruna の 2024 年の rail haulage を次のように記述する。
25 kilometers of track … 9 locomotives, each with 108 tonnes, 900 kW of power and supplied with overhead and side catenary as well as batteries (triple-mode power supply) … 163 17 m³ bottom dumping cars … Train consists of 1 locomotive with 21 cars … 39 loading chutes … 4 unloading stations … Daily production: up to 110,000 tonnes (14)
ここで初期段階の調査値を整理しておく必要がある。 Kiruna は初期段階（2014 年）には軌道延長 12 km・7 編成という構成だった。 しかし 2024 年現在は 25 km・9 機関車へと拡張されている。(14) 初期の数値で現在を語らないよう、年次を併記して扱う（2014 年の標準軌化そのものの工程詳細は第3部で扱う）。
標準軌を採用する技術的理由も、同論文が明示している。 ACG F-04 は、Grasberg Block Cave が「過大な列車重量と生産を避けるための 1,435 mm の標準軌（normal gauge of 1435 mm to avoid excessive train weights and production）」を採る、と述べる。(14) 狭軌のまま大量搬送を追うと、軸重・列車重量が過大になる。 その結果、軌道・車両に無理が生じる。 標準軌化は、spillage（こぼれ）低減や標準軌部品の調達コスト低減ともあわせて、大型 hard-rock mine の合理的選択になっている。
3 鉱山の主要諸元を比較表にまとめる。 なお El Teniente（Codelco、チリ）の機関車重量・列車重量は業界誌 E&MJ の記事によるもので、Codelco・Schalke 公式の一次資料は得られていないため、二次資料による値として扱う。(15)
| 項目 | Grasberg GBC（インドネシア） | LKAB Kiruna（スウェーデン、2024） | El Teniente（チリ、二次資料による） |
|---|---|---|---|
| 採掘方式 | ブロックケービング | 分層崩落法（sub-level caving） | パネル／ブロックケービング |
| 軌間 | 標準軌 1,435 mm（曲線 1,445 mm） | 標準軌 1,435 mm | 標準軌系（公式一次は未取得） |
| 機関車 | 40 t 無人電気機関車 | 108 t・900 kW・三電源（架線＋側方架線＋電池） | Schalke 製 130 t 機関車 |
| 列車編成 | 底開き鉱車 11 両 20 m³／約 300 t 積載 | 1 機関車＋鉱車 21 両 17 m³ | 約 2,400 t 列車 |
| 列車制御 | INTERFLO 150（CBTC・無人） | 無人自動運転（57 転てつ機・180 バリス） | INTERFLO 150（1999 初採用・自律試験） |
| 搬送量 | 設計 130,000〜160,000 tpd | 最大 110,000 t/日 | 銅鉱石 137,000 t/日超 |
出典の階層は鉱山ごとに異なる。 Grasberg は MassMin2020 の一次資料(1)、Kiruna は ACG F-04 の一次資料による。(14) El Teniente は業界誌 E&MJ および International Mining の二次資料によるため、機関車・列車重量の数値は一次として扱わない。(16) ACG F-04 は運用コストの試算も示している。 プロジェクトにより rail OPEX が 1 トンあたり €0.21（1.6 km・10 分）から €0.18（44 km・67 分）といった水準であることを報告している。(14)
これらの諸元はトン表記が原典で metric ton（tonne）を指すため、short ton との混同を避けて読む必要がある。 表からは、軌間・自動列車制御・機関車の三点で、大型 hard-rock mine が共通の解へ収束していることが読み取れる。 狭軌・小型機関車から標準軌・無人列車へという流れが、銅・鉄・金という鉱種を越えて共通している。 LKAB Kiruna の標準軌化と自動運転の工程詳細は第3部「Kiruna 1,435 mm 標準軌鉱山鉄道」で掘り下げる。 Sewell から El Teniente へと続く company town と現代自動鉱山の連続性は、第4部「UNESCO 鉱山産業遺産」で扱う。 鉱山軌道は、狭軌のトロッコ列車から標準軌の無人列車へと連続的に発展してきた、現代鉱山機械の最前線の一つである。