JP2002146851A

JP2002146851A - 採水機

Info

Publication number: JP2002146851A
Application number: JP2000350037A
Authority: JP
Inventors: Morihide Matayoshi; 盛秀又吉; Yasunori Umahara; 保典馬原; Masanao Kaneuchi; 昌直金内; Akihiko Yahagi; 章彦矢作; Shunichi Kiwada; 俊一亀和田; Shinichi Okamoto; 伸一岡本; Ryuichi Kameda; 龍一亀田; Susumu Kubodera; 将窪寺; Hiroaki Konuma; 宏明小沼; Masami Sasamoto; 正実笹本
Original assignee: YOSHIZAWA GIKEN KEISOKU KK
Current assignee: YOSHIZAWA GIKEN KEISOKU KK
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】パッカーの作動流体が漏れ出しても成分を変
えること無く地下水を採取する。【解決手段】ボーリング坑２に吊り下げられて地下水
３を地上４まで押し上げるポンプ５と、ポンプ５の上方
および下方に設けられると共に膨張によりボーリング坑
２を密閉するパッカー６，７とを備える採水機１におい
て、パッカー６，７は地下水３により膨張される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地上からボーリン
グ坑に吊り下げて該ボーリング坑内の地下水を採取する
採水機に関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば
深さ５００ｍ程度の深いボーリング坑から地下水を採取
するのに適した採水機に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のボーリング坑から地下水を採取
するためには、例えば地下水の水面付近までポンプを降
ろして、該ポンプにより案内管を通して地下水を地上ま
で押し上げるようにしている。しかし、この方法ではボ
ーリング坑内の濁った坑内水（混濁水）を押し上げ続け
てしまうので、透水層から得られる純粋な地下水を採取
することは困難である。このため、ポンプの上方および
下方にボーリング坑を塞ぐパッカーを設けて、各パッカ
ーの間で密閉空間（以後、「パッカー空間」と呼ぶ）を
形成するようにし、そのパッカー空間の混濁水を全て押
し上げた後は純粋な地下水を連続的に採取することがで
きるようにしている。

【０００３】各パッカーは、例えばゴムチューブ製で、
その内部に水や空気等の流体を押し込んで加圧すること
により膨張させてボーリング坑を塞ぐことができるもの
としている。このパッカーの膨張のための作動流体は地
上から送るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た地下水の採水方法では、パッカーの膨張を地上から送
る作動流体により行っているので、万一パッカーが破損
等して作動流体が漏れ出すと地下水に混ざってしまい採
取した地下水の成分が変わってしまう。これにより、地
下水の水質測定や^１４Ｃを利用した年代測定等の精度が
低下してしまう。

【０００５】また、地下水を一旦地上に押し出してから
採取するので、地下の原位置にあるときの水圧のままで
採取することができない。このため、地下水中の希ガス
の濃度が変わってしまい当該希ガスを利用する年代測定
の精度が良くない。

【０００６】そこで、本発明は、パッカーの作動流体が
漏れ出しても成分を変えること無く地下水を採取できる
採水機を提供することを目的とする。また、本発明は、
地下水を原位置の水圧のままで採取できる採水機を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、ボーリング坑に吊り下げら
れて地下水を地上まで押し上げるポンプと、ポンプの上
方および下方に設けられると共に膨張によりボーリング
坑を密閉するパッカーとを備える採水機において、パッ
カーは地下水により膨張されるようにしている。したが
って、パッカーを膨張させる作動流体が漏れ出しても、
周りの地下水の成分を変化させることが無い。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、ボーリング
坑に吊り下げられて地下水を地上まで押し上げるポンプ
と、該ポンプから地上まで地下水を案内する案内管と、
ポンプの上方および下方に設けられると共に膨張により
ボーリング坑を密閉するパッカーとを備える採水機にお
いて、ポンプと案内管との間に地下水を流通させると共
に該地下水を密封可能な採水管を備えるようにしてい
る。

【０００９】したがって、ポンプにより地下水を押し上
げるのを停止して、採水機をそのまま地上に引き上げて
採水管を密封することができるので、地下水の原位置で
の水圧を維持したままで採取することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。本発明の
採水機１は、ボーリング坑２に吊り下げられて地下水３
を地上４まで押し上げるポンプ５と、ポンプ５の上方お
よび下方に設けられたパッカー６，７とを備えている。
そして、各パッカー６，７は地下水３により膨張されて
ボーリング坑２を密閉するものとしている。このため、
パッカー６，７を膨張させる作動流体である地下水３が
漏れ出しても周りの地下水３の成分を変化させることが
無く、地下水３の水質測定や^１４Ｃを利用した年代測定
等の精度を高めることができる。

【００１１】また、この採水機１には、ポンプ５から地
上４まで地下水３を案内する案内管８が設けられてい
る。ポンプ５と案内管８との間には、地下水３を流通さ
せると共に該地下水３を密封可能な採水管９を備えてい
る。このため、ポンプ５により地下水３を押し上げるの
を停止して、採水機１をそのまま地上４に引き上げて採
水管９を密封することができるので、地下水３の原位置
での水圧を維持したままで採取することができる。よっ
て、地下水３中の希ガスの濃度が採取によって変わらな
いので、この希ガスを利用する年代測定の精度を高める
ことができる。

【００１２】各パッカー６，７は、図３に示すようにゴ
ムチューブ製で、例えば外径６６〜１００ｍｍの範囲で
膨張・収縮可能なものとしている。各パッカー６，７に
はパッカー６，７を膨張および収縮させるパッカー調整
機構１０が設けられている。なお、各パッカー６，７お
よび各パッカー調整機構１０は、上下とも同様の構造で
あるので、ここでは上側のパッカー６を代表して図示し
て説明する。

【００１３】パッカー調整機構１０は筒状のケーシング
１１に内蔵されている。そして、パッカー６およびパッ
カー調整機構１０を一つのユニットとして扱えるように
している。パッカー調整機構１０は、坑内の地下水３を
パッカー６内に取り込んで加圧する加圧機構１２と、パ
ッカー６内の地下水３を坑内に逃がす逃がし機構１３と
を備えている。

【００１４】加圧機構１２は、ケーシング１１内に設け
られてフィルタ１４を介して坑内に連通する緩衝室１５
と、ケーシング１１内で緩衝室１５の外側に設けられた
ピストン１６及びシリンダ１７と、シリンダ１７からパ
ッカー６内に連通する排出管１８と、パッカー６からシ
リンダ１７への逆流を防止する逆止弁１９と、シリンダ
１７から緩衝室１５に連通する吸引管２０と、シリンダ
１７から緩衝室１５への逆流を防止する逆止弁２１と、
ピストン１６の裏側空間２２から緩衝室１５に連通する
連通管２３と、ピストン１６を摺動させるモータ２４
と、ピストン１６の位置を検出する位置センサ２５とを
備えている。位置センサ２５としては、吸入端センサ２
５ａと、排出端センサ２５ｂと、開放センサ２５ｃとを
備えている。また、逆止弁１９，２１としては、例えば
ボールと該ボールを押圧する圧縮コイルばねとを備えた
ものとしている。

【００１５】パッカー６を膨張させるときは、モータ２
４を正転逆転してピストン１６を往復動させる。ピスト
ンロッド２６をシリンダ１７から引き出すと、緩衝室１
５から吸引管２０を通して地下水３がシリンダ１７に吸
引される。このとき、排出管１８には逆止弁１９がある
のでパッカー６内の水はシリンダ１７に吸引されない。
また、ピストン１６の裏側空間２２は連通管２３により
緩衝室１５に連通しているので、ピストン１６は裏側か
ら緩衝室１５の水圧で支持されており、ピストン１６の
摺動をモータ２４の最小限の力で行うことができる。こ
こで、緩衝室１５には坑内から地下水３が吸入される。
緩衝室１５にはフィルタ１４が設けられているので、坑
内の地下水３に混ざっている砂利などは除かれてシリン
ダ１７に供給される。なお、図中符号２７は、パッカー
６の水圧を測定する圧力計である。

【００１６】ピストンロッド２６を引き出して吸入端セ
ンサ２５ａで検知されるとモータ２４が停止されて逆転
する。これにより、ピストンロッド２６がシリンダ１７
に押し込まれて、シリンダ１７から排出管１８を通して
地下水３がパッカー６に供給される。このとき、吸引管
２０には逆止弁２１があるのでシリンダ１７内の水が緩
衝室１５に逆流することはない。ピストンロッド２６を
押し込んで排出端センサ２５ｂで検知されるとモータ２
４が停止されて逆転する。このようにピストン１６の摺
動を繰り返すことにより、緩衝室１５の地下水３がパッ
カー６内に加圧されながら供給される。

【００１７】逃がし機構１３は、パッカー６内から緩衝
室１５に連通する逃がし管２８と、緩衝室１５からパッ
カー６への逆流を防止する逆止弁２９と、ピストン１６
と連動して摺動して逆止弁２９を開放可能な開放ピン３
０とを備えている。よって、パッカー６を収縮させると
きは、モータ２４を駆動してピストンロッド２６が排出
端センサ２５ｂによって検出されても更に押し込ませ
る。これにより、連動する開放ピン３０が逃がし管２８
の逆止弁２９を開放して、パッカー６の収縮力によりパ
ッカー６内の水が緩衝室１５に逃がされる。また、ピス
トンロッド２６が開放センサ２５ｃに検知されるとモー
タ２４が停止される。

【００１８】一方、坑内の地下水３を地上４まで押し上
げるポンプ５は、図４に示すように、筒状のケーシング
３１に内蔵されており一つのユニットとして扱えるよう
にしている。ポンプ５は、ケーシング３１内に設けられ
てフィルタ３２を介して坑内に連通する緩衝室３３と、
ケーシング３１内で緩衝室３３の外側に設けられたピス
トン３４及びシリンダ３５と、シリンダ３５から採水管
９に連通する排出管３６と、採水管９からシリンダ３５
への逆流を防止する逆止弁３７と、シリンダ３５から緩
衝室３３に連通する吸引管３８と、シリンダ３５から緩
衝室３３への逆流を防止する逆止弁３９と、ピストン３
４の裏側空間４０から緩衝室３３に連通する連通管４１
と、ピストン３４を摺動させるモータ４２とを備えてい
る。モータ４２の回転は歯車機構によりピストン３４の
往復動に変換される。

【００１９】地下水３を押し上げるときは、モータ４２
を駆動してピストン３４を往復動させる。ピストンロッ
ド４３をシリンダ３５から引き出すと、緩衝室３３から
吸引管３８を通して地下水３がシリンダ３５に吸引され
る。このとき、排出管３６には逆止弁３７があるので採
水管９の水はシリンダ３５に吸引されない。また、ピス
トン３４の裏側空間４０は連通管４１により緩衝室３３
に連通しているので、ピストン３４は裏側から緩衝室３
３の水圧で支持されており、ピストン３４の摺動を最小
限の力で行うことができる。ここで、緩衝室３３には坑
内から地下水３が吸入される。緩衝室３３にはフィルタ
３２が設けられているので、坑内の地下水３に混ざって
いる砂利などは除かれてシリンダ３５に供給される。な
お、図中符号４４は、緩衝室３３の水圧を測定する圧力
計である。

【００２０】また、ピストンロッド４３をシリンダ３５
に押し込むと、シリンダ３５から排出管３６を通して地
下水３が採水管９に送られる。このとき、吸引管３８に
は逆止弁３９があるのでシリンダ３５内の水が緩衝室３
３に逆流することはない。このようにピストン３４の摺
動を繰り返すことにより、緩衝室３３の地下水３が採水
管９に加圧されながら供給されて案内管８を経て地上４
まで送られる。このポンプ５の吐出量としては、例えば
最大６０ｍｌ／ｍｉｎとする。

【００２１】本実施形態の採水機１では、上側のパッカ
ー６とポンプ５との間に採水管９が設けられている。採
水管９は、同じ長さの銅管４５を３本直列に連結して形
成されている。各銅管４５の両端部には該銅管４５を密
封するバルブ４６が設けられている。これらのバルブ４
６のうちで最も上のものは地上４から開閉制御可能にな
っている。

【００２２】採水管９の下端部は、中継管４７を介して
ポンプ５の排出管３６に連結されている。また、採水管
９の上端部は上側のパッカー６を貫通する貫通管４８に
連結されている。

【００２３】さらに、下側のパッカー７の下側と、上側
のパッカー６の上側には、採水機１をボーリング坑２内
の中心に位置させるセンタライザー４８，４９が設けら
れている。各センタライザー４８，４９は単独のユニッ
トとして形成されている。そして、上側のパッカー６を
貫通する貫通管４８は、上側のセンタライザー４８を貫
通する貫通管（図示せず）に連結される。この上側のセ
ンタライザー４８を貫通する貫通管は採水機１の最上部
で案内管８に連結される。

【００２４】案内管８は、外径６ｍｍ、内径４ｍｍ、長
さ６００ｍのナイロン製のチューブとしている。また、
案内管８に沿って、地上４と採水機１との間で電気信号
を送信する通信ケーブルが設けられている。この通信ケ
ーブルによって、ポンプ５を制御したり水圧を計測した
りパッカー６，７を開閉することができる。そして、案
内管８および通信ケーブルは、外径１４ｍｍのＰＶＣ製
の外チューブに収容されている（以下、案内管８とは外
チューブを含めた意味とする）。この案内管８により採
水機１が吊り下げられて支持される。案内管８は地上４
のウインチ５１により巻き取り可能に取り付けられてい
る。案内管８には深度のマーキングが付されており、採
水機１の深さを確認することができる。

【００２５】案内管８のウインチ５１側の端部には、案
内管８を塞ぐバルブ（図示せず）が設けられている。ま
た、ボーリング坑２の上部には坑壁に沿った円筒形状の
ケーシング５０が設けられている。ケーシング５０の上
部には、案内管８を吊るすプーリ５２を支持する櫓５３
が形成されている。このプーリ５２はロードセル付きの
ものとしている。

【００２６】上述した採水機１によりボーリング坑２内
から地下水３を採取する手順を以下に説明する。

【００２７】ボーリング坑２の形成後に、ケーシング５
０と櫓５３及びプーリ５２を設けると共にウインチ５１
を配置する。下側のセンタライザー４９およびパッカー
７を組み立てて坑内に降ろす。そして、下側のパッカー
７にポンプ５を接続して坑内に降ろす。さらに、ポンプ
５に採水管９、上側のパッカー６、上側のセンタライザ
ー４８を順に接続して坑内に降ろしていく。上側のセン
タライザー４８に案内管８を接続して、約５００ｍの深
さまで採水機１を降ろす。

【００２８】そして、採水機１が深さ約５００ｍに達す
ると、下側のパッカー７の水圧は例えば５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ^２（約４．９ＭＰａ）を示す。このとき、ポンプ５の
緩衝室３３での水圧は例えば４９ｋｇｆ／ｃｍ^２（約
４．８ＭＰａ）を示す。また、上側のパッカー６の水圧
は例えば４５ｋｇｆ／ｃｍ^２（約４．４ＭＰａ）を示
す。

【００２９】さらに、各パッカー調整機構１０を作動さ
せて各パッカー６，７を膨張させる。このとき、各パッ
カー６，７が坑壁に密着する前の状態では、各パッカー
６，７の膨張によるその内部の水圧上昇はゴムの収縮圧
力のみとなる。しかし、膨張が進行して各パッカー６，
７が坑壁に密着した後は、ゴムの膨張が妨げられるので
急激に圧力が上昇する。このようにパッカー６，７内の
水圧が急に増大することを検出することにより、パッカ
ー６，７が坑壁に密着したことを検出することができ
る。なお、パッカー６，７が坑壁に密着したときは、各
パッカー６，７は膨張前よりも０．５〜１ｋｇｆ／ｃｍ
^２（約４９〜９８ｋＰａ）程度高圧になる。

【００３０】各パッカー６，７によりボーリング坑２を
塞いでからポンプ５を作動させる。これにより、各パッ
カー６，７の間に形成されるパッカー空間５５の地下水
３を地上４に押し上げることができる。押し上げた地下
水３は、地上４にて例えばＰＨ、溶存酸素（ＤＯ）、電
気伝導度（ＥＣ）、酸化還元電位（ＯＲＰ）が計測され
る。

【００３１】この地下水３は最初は濁った混濁水である
が、ポンプ５の作動を続けて全ての混濁水を押し上げて
しまうことにより、パッカー空間５５に露出する透水層
５４から得られる純粋な地下水３のみが押し上げられる
ようになる。この混濁水から地下水３への入れ替わり
は、地上４での上述の各計測により確認することができ
る。

【００３２】地下水３のみが採取されるようになってか
ら地上４で採水を行う。ここで採取された地下水３は、
地下水３の水質測定や^１４Ｃを利用した年代測定等に利
用することができる。

【００３３】地上４で十分な量の採水が行われたら、ポ
ンプ５を停止させる。また、ポンプ５の停止と前後して
採水管９の最上部のバルブ４６を地上４から閉じる。こ
れにより、ポンプ５と採水管９とが密封されると共にポ
ンプ５は停止しているので、採水管９の内部に原位置の
水圧を維持したままで地下水３を閉じ込めることができ
る。

【００３４】さらに、各パッカー調整機構１０により各
パッカー６，７の密封を開放して収縮させる。この状態
でウインチ５１の巻上げを行って、採水機１を引き上げ
る。採水機１が地上４に達してから採水管９の全てのバ
ルブ４６を閉じて採水管９を３本の銅管４５に分離す
る。さらに、各銅管４５のバルブ４６より僅かに内側部
分を専用クランプで大きな力で挟み込んで締め付ける。
これにより、各銅管４５のバルブ４６よりも内側の両端
部を圧着封印する。各銅管４５には原位置の水圧のまま
で地下水３が封入されている。よって、この地下水３
を、それに含有する希ガスを利用した年代測定に利用す
ることができる。

【００３５】ところで、パッカー空間５５に透水層５４
が露出していない場合にポンプ５を作動させると混濁水
を全て押し上げるときにポンプ５の緩衝室３３の水圧が
透水層５４がある場合に比べて負圧になる。そこで、例
えば当該水圧が−２ｋｇｆ／ｃｍ^２（約−１９６ｋＰ
ａ）を下回るときにポンプ５を自動停止するように設定
しておく。これにより、坑内が過度に負圧に成ることを
防止できるので、坑壁の崩壊を防止することができる。

【００３６】本実施形態の採水機１によれば、ポンプ５
と各パッカー６，７と採水管９とセンタライザー４８，
４９とが別々のユニットになっており分離可能なので、
移動や設置を容易に行うことができる。

【００３７】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば本実施形態では採水管９として３本の直列
に接続した銅管４５を使用しているが、これには限られ
ず並列に接続したり、あるいは１本や２本など、他の本
数でも良い。

【００３８】また、上述した実施形態では採水管９の最
上部のバルブ４６を地上４から制御可能にしているが、
これには限られず当該バルブ４６をポンプ５に連動させ
てポンプ５が停止すると当該バルブ４６が閉じるように
しても良い。この場合、地上４で十分な量の採水を行っ
てポンプ５を停止させた後、採水管９の最上部のバルブ
４６が自動的に閉じて採水管９に原位置の水圧で地下水
３を閉じ込めることができる。

【００３９】あるいは、採水管９の最上部のバルブ４６
は採水機１の引き上げ後に手動でのみ閉じることができ
るようにすると共に、採水管９と貫通管４８との間に貫
通管４８から採水管９への逆流を防止する逆止弁を設け
るようにしても良い。この場合、地上４で十分な量の採
水を行ってポンプ５を停止させた後、地上４から手動ポ
ンプ等を用いて貫通管４８側から高圧を加えて逆止弁を
閉じるようにする。そして、ウインチ５１のバルブを閉
じて案内管８を封鎖して、採水機１を引き上げる。これ
により、採水管９に原位置の水圧で地下水３を閉じ込め
ることができる。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の採水機によれば、パッカーは地下水により膨張
されるので、パッカーを膨張させる作動流体が漏れ出し
ても、周りの地下水の成分を変化させることが無い。こ
のため、地下水の水質測定や^１ ^４Ｃを利用した年代測定
等の精度を高めることができる。

【００４１】また、請求項２記載の採水機によれば、ポ
ンプにより地下水を押し上げるのを停止して、採水機を
そのまま地上に引き上げて採水管を密封することができ
るので、地下水の原位置での水圧を維持したままで採取
することができる。このため、地下水中の希ガスの濃度
が採取によって変わらないので、この希ガスを利用する
年代測定の精度を高めることができる。しかも、地下水
の運搬を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の採水機の使用状態を示す縦断面側面図
である。

【図２】採水機を示す側面図である。

【図３】採水機のパッカー及びパッカー調整機構を示す
中央縦断面側面図である。

【図４】採水機のポンプを示す中央縦断面側面図であ
る。

【符号の説明】

１採水機２ボーリング坑３地下水４地上５ポンプ６上側のパッカー７下側のパッカー８案内管９採水管

フロントページの続き (72)発明者金内昌直北海道札幌市東区北24条東17丁目１番12号株式会社レアックス内 (72)発明者矢作章彦北海道恵庭市恵み野東３丁目９番３号矢作設計事務所内 (72)発明者亀和田俊一北海道札幌市東区北24条東17丁目１番12号株式会社レアックス内 (72)発明者岡本伸一千葉県柏市増尾７丁目12番６号吉沢技研計測株式会社内 (72)発明者亀田龍一千葉県柏市増尾７丁目12番６号吉沢技研計測株式会社内 (72)発明者窪寺将千葉県柏市増尾７丁目12番６号吉沢技研計測株式会社内 (72)発明者小沼宏明千葉県柏市増尾７丁目12番６号吉沢技研計測株式会社内 (72)発明者笹本正実北海道札幌市東区北24条東17丁目１番12号株式会社レアックス内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボーリング坑に吊り下げられて地下水を
地上まで押し上げるポンプと、前記ポンプの上方および
下方に設けられると共に膨張により前記ボーリング坑を
密閉するパッカーとを備える採水機において、前記パッ
カーは前記地下水により膨張されることを特徴とする採
水機。
【請求項２】ボーリング坑に吊り下げられて地下水を
地上まで押し上げるポンプと、該ポンプから地上まで前
記地下水を案内する案内管と、前記ポンプの上方および
下方に設けられると共に膨張により前記ボーリング坑を
密閉するパッカーとを備える採水機において、前記ポン
プと前記案内管との間に前記地下水を流通させると共に
該地下水を密封可能な採水管を備えることを特徴とする
採水機。