JP2005227083A - Core sample machining system and core sample machining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地質調査や水文特性調査、環境汚染調査、地化学試験調査、地下微生物調査用に採取した無酸素状態のコア試料から、無酸素雰囲気中で室内試験供試体を調製するシステムに関するものである。 The present invention relates to a system for preparing an indoor test specimen in an oxygen-free atmosphere from an oxygen-free core sample collected for a geological survey, a hydrological property survey, an environmental pollution survey, a geochemical test survey, or an underground microbial survey. It is.
原子力施設の立地・設計における環境安全事前評価用のコア試料としては、酸素汚染のないものを採取し、供試体を調製する必要がある。また、一般環境調査においても、地下水汚染の原因とされるクローム、砒素、マンガン等は、酸化によって化合物(イオン)の形・溶解度・地中移行速度等が異なってしまうため、酸素存在下において採取されたコア試料では、高精度な環境調査を行うことができないので、酸素汚染のないものを採取し、供試体を調製する必要がある。さらに地下微生物調査においては、嫌気性・好気性の別を問わず、試料採取に伴う地下環境中の酸素濃度あるいは有機物濃度に対する撹乱を避けなければ、高精度の試料採取・環境調査を行うことができない。 As a core sample for environmental safety prior assessment in the location and design of nuclear facilities, it is necessary to prepare samples without oxygen contamination and to prepare specimens. Also, in general environmental surveys, chromium, arsenic, manganese, etc., which are the cause of groundwater contamination, are collected in the presence of oxygen because the form (solubility), migration rate, etc. of compounds (ions) differ due to oxidation. Since it is not possible to conduct a highly accurate environmental survey on the core sample, it is necessary to collect a sample free from oxygen contamination and prepare a specimen. Furthermore, in underground microbiological surveys, regardless of whether anaerobic or aerobic, it is possible to conduct high-accuracy sampling / environmental surveys unless the disturbance of oxygen or organic matter in the underground environment associated with sampling is avoided. Can not.
このため、試料に対する還元剤の添加や水素添加によって還元的雰囲気を再現しようという努力は、無益であるばかりか、試験・調査に対して有害である。このため、酸素汚染のないものを採取し、さらに空気に触れないよう留意して供試体を所定形状に調製する必要がある。 For this reason, an effort to reproduce the reducing atmosphere by adding a reducing agent or hydrogenation to the sample is not only useless, but also harmful to testing and investigation. For this reason, it is necessary to collect samples free from oxygen contamination and to prepare specimens in a predetermined shape taking care not to touch the air.
そこで、従来技術では、コア試料を微酸素環境下においてボーリングにより採取するため、昇温脱気システムや、不活性ガスを吹き込んだ水を掘削水として使用することが考えられてきた。即ち、このシステムは、水を加熱して密封チャンバ内に供給し、密封チャンバの上部に位置する気層から気体を強制脱気することにより、一定の温度で一定量の液体に溶解する気体の量はその気体の圧力(分圧)に比例するというヘンリーの原則を利用して、水に溶存する酸素を気相に追い出して無酸素水を作成し、この無酸素水をビット付きのロッド内へ圧送してコア試料周辺を微酸素環境にするというものである。 Therefore, in the prior art, in order to collect a core sample by boring in a slightly oxygen environment, it has been considered to use a temperature-expelling degassing system or water in which an inert gas is blown as drilling water. That is, this system heats and supplies water into the sealed chamber, and forcibly degass the gas from the gas layer located at the top of the sealed chamber, thereby allowing the gas dissolved in a certain amount of liquid at a certain temperature. Using Henry's principle that the amount is proportional to the pressure (partial pressure) of the gas, oxygen dissolved in water is expelled into the gas phase to create oxygen-free water, and this oxygen-free water is placed in a rod with a bit. To the surroundings of the core sample to make a slight oxygen environment.
このような方法では、水温をある程度高めに上昇させないと、水中に溶存している酸素を十分に取り除くことができず、しかも100℃においてすら酸素は水に対する溶解度から、常温に比較して1/3量に低減するに留まっている。しかもこれを実現するためには、大量の水を、高めの水温になるように加熱するのに大量のエネルギーを必要とするため、コスト高になってしまう。 In such a method, unless the water temperature is raised to a certain extent, the oxygen dissolved in the water cannot be removed sufficiently, and even at 100 ° C., the oxygen is 1 / compared with the normal temperature because of its solubility in water. It has only been reduced to 3 quantities. In addition, in order to realize this, a large amount of energy is required to heat a large amount of water to a higher water temperature, resulting in an increase in cost.
また密封チャンバ内から温水を下流側に送水ポンプで送る際に、送水ポンプの上流側で気泡を生じがちであるため、キャビテーションの問題が生じる。従って、これを防止するために送水ポンプを密封チャンバに対して相対的に低い位置に設置しなければならず、そのためにボーリングシステム全体の設備設置にも追加の費用と時間がかかるという問題がある。 Further, when hot water is sent from the sealed chamber to the downstream side by the water pump, bubbles tend to be generated on the upstream side of the water pump, which causes a problem of cavitation. Therefore, in order to prevent this, the water pump has to be installed at a relatively low position with respect to the sealed chamber, so that there is a problem that additional cost and time are required for installation of the entire boring system. .
さらに、従来技術では、採取されたコア試料について、室内試験における供試体形状の制約から、無酸素水中で必要容積に相当する試料長に切断し、さらにこれを難透気性袋中で粉砕・収納し、これを真空容器中に収納し(収納操作中の水及び空気を手早く脱気)、不活性ガスを注入するという方法がとられていた。このように試料調製の重要部分が、水中操作を主体としていたため、地下における環境を保持したまま、試験に適切な任意の形状に加工した供試体として精密加工し、保存・輸送することは困難であった。 Furthermore, in the conventional technology, the collected core sample is cut into a sample length corresponding to the required volume in oxygen-free water due to the restriction of the shape of the specimen in the laboratory test, and further pulverized and stored in a non-breathable bag. However, a method has been adopted in which this is stored in a vacuum container (water and air during storage operation are quickly degassed) and an inert gas is injected. In this way, because the important part of sample preparation is mainly underwater operation, it is difficult to precisely process, store and transport the specimen as an arbitrary shape suitable for testing while maintaining the underground environment. Met.
また、既存の放射性物質取扱用グローブ容器や微生物取扱用グローブ容器では、通常厳密な負圧管理が行われ、規制上、この負圧管理を破って新たに切断機を搬入することや、冷媒の連続導入・排出により負圧管理が破られる恐れがある使用法や、負圧管理の一要素であるグローブを傷つける恐れのある刃物や回転切断機を使用する作業の実施、グローブ容器内のコア切断に伴う切削粉塵が他の業務に対する悪影響を考慮すると、種々の難問題があった。従って、既存あるいは新規の放射性物質取扱用グローブ容器や微生物取扱用グローブ容器では、経費的、安全確保審査、許認可期間等の理由から、地質調査を主目的とするコア試料を供試体に加工するための刃物や回転切断機・回転研磨による加工・調製を含む工程の実施は、検討の対象になることは有り得なかつた。 In addition, existing glove containers for handling radioactive substances and microorganisms are usually subject to strict negative pressure control. For regulatory reasons, it is necessary to break this negative pressure control and bring in a new cutting machine, Usage that may break negative pressure management due to continuous introduction and discharge, implementation of operations using blades and rotary cutting machines that may damage the glove, which is one element of negative pressure management, core cutting in glove containers Considering the adverse effects of cutting dust on the other operations, there were various difficulties. Therefore, in existing or new radioactive material handling glove containers and microorganism handling glove containers, core samples mainly for geological surveys are processed into specimens for reasons such as cost, safety review, and licensing period. The implementation of processes including cutting and cutting tools, rotary cutting machines, and processing / preparation by rotary polishing was not an object of consideration.
さらに、従来技術のブローブ容器では、大型であり、負圧管理する等の制約から、これを可搬型にすること等は、夢想だにされなかった。
また、未半固結堆積土、半固結堆積土、軟岩から採取されたコア試料や、コア試料を精密加工した供試体は、地上では、地下における盤圧が除去されるために、短期または長期間で力学的特性が変化する恐れがあり、また、地上保管や輸送に当たっては、乾燥や振動のために、これが一層加速されることとなっていた。
Furthermore, the conventional probe container is large, and due to restrictions such as negative pressure management, making it portable is not a dream.
In addition, core samples collected from unsemi-consolidated sedimentary soil, semi-consolidated sedimentary soil, soft rocks, and specimens that have been precision-processed from the core sample are removed on the ground for short-term or The mechanical properties may change over a long period of time, and in ground storage and transportation, this has been further accelerated due to drying and vibration.
そこで本発明は、上記従来技術において、無酸素状態でコア試料の採取・加工法や、既存グローブ容器の欠点である無酸素状態の中断を防止することが可能な可搬型無酸素コア試料加工システム及びその加工方法の提供を目的とする。 Therefore, the present invention provides a portable oxygen-free core sample processing system that can prevent the interruption of an oxygen-free state, which is a drawback of the existing glove container, in the above-described prior art. And providing a processing method thereof.
上記課題を解決するため、請求項1記載のコア試料加工システム1の発明によれば、コア試料Aを無酸素状態で加圧保存する保存容器(三次元加圧ユニット)31と、前記保存容器31が着脱自在に接続でき、前記コア試料Aを加工するために収容する可搬型の加工容器3と、前記加工容器3内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部5と、前記加工容器3内で前記コア試料Aを加工する加工装置と、前記加工装置の冷媒となる無酸素液と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, according to the invention of the core
請求項2記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記加工装置は、前記コア試料Aを固定する固定装置19a,19bと、前記固定装置19a,19bに固定された前記コア試料Aを切断する切断装置21と、前記加工装置の冷媒となる無酸素液と、を備えることを特徴とする。また、請求項3記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記加工装置は、前記コア試料Aを前記切断装置21に移動する移動台(自走式移動台)15を備えることを特徴とする。
According to the invention of the core sample processing system according to claim 2, the processing device cuts the core sample A fixed to the
請求項4記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記加工装置20は、前記切断装置25によって前記コア試料から切断された供試体(ディスク状試料)Bを研磨する研磨装置(研磨用ダイヤモンドテーブル)25を備えることを特徴とする。請求項5記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記加工容器3内をその周囲より高い圧力に不活性ガスで微加圧(+10mmHg程度)する加圧装置(不活性ガス流入口)5を備えることを特徴とする。
According to the invention of the core sample processing system according to claim 4, the
請求項6記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記加工容器3の内外の圧力差が所定値に達したら動作して、前記加工容器3内の不活性ガスを外部に放出する逆止弁を備えることを特徴とする。請求項7記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記保存容器31と前記加工容器3とは気密に接続され、両容器間を無酸素状態で前記コア試料Aが移動可能であることを特徴とする。
According to the core sample processing system of the sixth aspect of the present invention, when the pressure difference between the inside and outside of the processing container 3 reaches a predetermined value, the check is performed to release the inert gas in the processing container 3 to the outside. A valve is provided. According to the invention of the core sample processing system according to
請求項8記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記加工容器3内で前記コア試料Aから加工された供試体Bを、前記保存容器31に移動する移動装置(落下用開口部、スライドシャッター18)を備えることを特徴とする。
According to the invention of the core sample processing system according to
請求項9記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記移動装置18は、前記加工装置20によって前記コア試料Aから加工された供試体Bを前記保存容器31内に落下させる落下用開口部と、前記コア試料が落下するまで前記移動台に保持するスライドシャッター18とを含むことを特徴とする。
According to the invention of the core sample processing system according to
請求項10記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記切断装置21と、前記研磨装置25との機能を兼用する切断研磨装置20を備えることを特徴とする。請求項11記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記コア試料A又は前記供試体Bの加工時の過熱を防止するために、無酸素冷媒により前記コア試料Aを冷却する無酸素冷却機構24を備えることを特徴とする。
According to the invention of the core sample processing system of the tenth aspect, the cutting and
請求項12記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記無酸素冷媒は、無酸素水、液化アルゴン、液化フッ化炭素化合物の少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする。請求項13記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記不活性ガスは、窒素またはアルゴンであることを特徴とする。請求項14記載のコア試料加工システムの発明によれば、前記加工容器3内部で操作するすための気密性手袋9…を備えることを特徴とする。
The core sample processing system according to claim 12 is characterized in that the oxygen-free refrigerant includes at least one of oxygen-free water, liquefied argon, and liquefied fluorocarbon compound. According to the invention of the core sample processing system according to
請求項15記載のコア試料加工方法の発明によれば、コア試料Aを加圧無酸素状態で保存する第1保存工程と、前記無酸素状態を維持しつつ前記コア試料Aを加工工程へ移送する移送工程と、前記移送工程で移送された前記コア試料Aを取り出して無酸素状態で切断及び/又は研磨する前記加工工程と、前記加工工程に不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程と、前記加工工程で前記コア試料Aから加工された供試体Bを加圧無酸素状態で保存する第2保存工程とを備えることを特徴とする。
According to the invention of the core sample processing method according to
本発明のコア試料加工システム及びコア試料加工方法によれば、既存の無酸素状態におけるコア試料の採取・加工法や、既存グローブ容器の欠点であるコア試料の搬入、搬出における無酸素状態の中断、あるいは保存中の地下盤圧の解除を防止することができる。さらに無酸素状態のコア試料を大気中酸素から遮断した状態を保持しつつ、無酸素環境中で加工直前・直後まで地下応力を保持した状態で、無酸素試料を切断・研磨加工すると共に、これを保存容器に収納して保存容器内で地下応力を復元した状態、即ち、地下の還元的環境を保持しつつ保存・輸送が可能となる。従って、岩盤・土質力学試験や、水文学的試験、地化学的試験、地下生物試験用の高品質供試体を調製することができる。 According to the core sample processing system and the core sample processing method of the present invention, an interruption of an oxygen-free state in the core sample collection and processing method in the existing oxygen-free state and the core sample loading and unloading which is a drawback of the existing glove container Or, it is possible to prevent the release of the underground pressure during storage. In addition, while maintaining the state where the oxygen-free core sample is shielded from atmospheric oxygen, the oxygen-free sample is cut and polished in an oxygen-free environment with the underground stress maintained immediately before and immediately after processing. Can be stored and transported while the underground stress is restored in the storage container, that is, while maintaining the reducing environment in the basement. Therefore, it is possible to prepare high-quality specimens for bedrock / soil mechanics tests, hydrological tests, geochemical tests, and underground biological tests.
以下、本発明の可搬型無酸素コア試料加工システム(Portable Airless Core Processing System)、及び可搬型無酸素コア試料保存装置に関する実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明において無酸素とは、実質的にコア試料や供試体の酸化の影響を無視できる程度に酸素を除去した状態を意味する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments relating to a portable anaerobic core sample processing system (Portable Airless Core Processing System) and a portable anaerobic core sample storage device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present invention, oxygen-free means a state in which oxygen is removed to such an extent that the influence of oxidation of the core sample and the specimen can be ignored.
図1は、本発明の可搬型無酸素試料加工システムの前提となるコア採取ボーリングシステムの概略図である。コア採取ボーリングシステムは、大きく分けて掘削機103と、無酸素作業部105と無酸素水生成装置107とから構成される。なお、無酸素作業室については、本願出願人による特願2003−124780号、無酸素水生成装置については、本願出願人による特願2003−124781号として、それぞれ特許出願されている。
FIG. 1 is a schematic view of a core collection boring system which is a premise of the portable anoxic sample processing system of the present invention. The core collection boring system is roughly composed of an
図1を用いて、コア採取ボーリングシステムの概略を説明する。掘削機103はロッド114を回転し、ロッド114の下端に設けられた掘削用ビットによってコア試料を採取する。掘削機103には無酸素水生成装置107から供給される無酸素水が供給されており、無酸素状態で、コア試料の採取が可能となっている。また、掘削機103の地表面付近には貯水槽133が設けられ、貯水槽133には無酸素水生成装置107が供給する無酸素水が満たされている。貯水槽133内には無酸素作業部105が形成されており、無酸素作業部105は、ロッド114の先端で採取されたコア試料を移動して、無酸素状態のままで処理するものである。
An outline of the core boring system will be described with reference to FIG. The
無酸素水生成装置107は、供給水に窒素等の不活性ガスを混合して酸素を拡散させた後、気体成分を除去することにより、酸素を除去した無酸素水を生成するものである。以下、無酸素水生成装置107の構成を説明する。地下水等の供給水151は、窒素ボンベ157から供給される窒素ガスと、第1スタティックミキサ145で混合される。混合された供給水と窒素ガスとは、第1サイクロン気液分離器143で分離され、無酸素水が得られる。さらに、この無酸素水は、第2スタティックミキサ145aに送られ、窒素ボンベ157aから供給される窒素ガスと混合される。第2スタティックミキサ145aで混合された無酸素水と窒素ガスとは、第2サイクロン気液分離器143aで分離され、さらに酸素濃度が低下した無酸素水が得られる。この無酸素水は掘削機103や、無酸素作業部105に供給される。
The oxygen-
本発明の可搬型無酸素試料加工システム1を、図2に示して説明する。可搬型無酸素試料加工システム1は、加工容器3と三次元加圧ユニット31とから構成されており、無酸素作業部105に設置されている。加工容器3は可搬型無酸素試料加工システムを可搬とするために、作業者が持ち運び可能な0.5m3程度以下の箱体とすることができ、望ましくは0.1m3程度の箱体とするものである。また、加工容器3の左側面下部には、不活性ガス流入口5が設けられている。不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンを用いることができる。図示しないが、不活性ガス流入口5には酸素濃度計が設置されており、酸素濃度の検出が可能となっている。
A portable oxygen-free
また、不活性ガス流出口7は、不活性ガス流入口5から離して、加工容器3の右側面上部に設けられている。また、不活性ガス流出口7には、図示しないが逆止弁が配置されており、当該逆止弁により、加工容器3の外部から酸素等の流入を阻止すると共に、加工容器3の内部から外部への排気を許容する。なお、加工容器3内は、不活性ガスが流されており、大気圧より若干高い圧力、例えば、加工容器3の周囲の雰囲気圧に対して、10mmHg程度の微加圧状態となっている。
Further, the
さらに、加工容器3の上面には、その内部の機器を外部から操作するために、気密性のゴム手袋9が設けられている。ゴム手袋9は加工容器3上面に設けた左右の取付け口11を介して加工容器3に取り付けられる。また、加工容器3の側面にも、取付け口11が複数設けられており、それぞれにゴム手袋9を取付可能となっている。ゴム手袋9が取り付けられていない状態で、取付け口11は蓋によって密閉されている。取付け口11には手が入る程度の開口があり、作業者は、取付け口11の開口からゴム手袋9に手を入れて加工容器3内部で作業を行う。
Further, an
また、加工容器3の側面には、アクリル樹脂やガラス等の透明材料による左右の覗き窓13が設けられており、作業者は覗き窓13から加工容器3の内部を見ながら作業を行うことができる。なお、加工容器3全体を透明材料で作成することも可能である。
In addition, left and
加工容器3の底面上には、掘削された柱状のコア試料Aの加工移動に用いる自走式移動台15が設置されている。自走式移動台15には、当該移動台15を移動させる移動台駆動装置17が接続されている。自走式移動台15は、移動台駆動装置17によって加工容器3の底面上で図2の左右に移動可能となる。
On the bottom surface of the processing container 3, a self-propelled moving table 15 used for processing and moving the excavated columnar core sample A is installed. The self-propelled moving table 15 is connected to a moving
さらに、自走式移動台15の下面と、加工容器3の底面との間には、後述の加工済のディスク状試料B(供試体)を加工容器3から三次元加圧ユニット31に移動するためのスライドシャッター18が配置されている。スライドシャッター18は閉じられた状態で、自走式移動台15と一体となって移動する。
Furthermore, between the lower surface of the self-propelled moving table 15 and the bottom surface of the processing container 3, a processed disk-shaped sample B (specimen) to be described later is moved from the processing container 3 to the three-
なお、自走式移動台15には試料落下用開口15aが形成されており、この開口15aからはスライドシャッター18の開閉面が露出している。シャッター18の開閉面の直下に位置する加工容器3の底面には、落下用開口が形成されており、落下用開口に三次元加圧ユニット31が接続される。
The self-propelled movable table 15 has a
また、スライドシャッター18には、開閉用のシャッター摘み18aが設けられており、作業者がシャッター摘み18aを操作することにより、スライドシャッター18が開き、ディスク状試料Bが加工容器3の底面の落下用開口に接続された三次元加圧ユニット31の三次元加圧セル33内に落下する。
The
コア試料Aは、図1に示したように、無酸素水が満たされた状態で掘削機103下端のビットによって掘削され、三次元加圧ユニット31に収容される。三次元加圧ユニット31は懸吊機構のワイヤで吊り上げられ、無酸素作業部105に移送される。無酸素作業部105内で、三次元加圧ユニット31は加工容器3に接続される。コア試料Aは、加工容器3に接続された三次元加圧ユニット31から加工容器3内に取り出される。この様に、コア試料Aは無酸素状態で掘削され、直ちに加工容器3に収容される。
As shown in FIG. 1, the core sample A is excavated by the bit at the lower end of the
加工容器3内で、コア試料Aは自走式移動台15の開口15aから露出するスライドシャッター18上に載置される。この状態で、コア試料Aは上固定具19aでその上端部が固定され、下固定具19bでその下端部が固定される。下固定具19bには移動台15と平行にスリット19cが形成されている。
In the processing container 3, the core sample A is placed on the
加工容器3内には、回転切削機と回転研磨機の互換的機能を有する精密加工用の回転切削研磨機20が設置されている。この回転切削研磨機20は、無酸素環境中でコア試料Aの切断加工(図2)と、研磨加工(図3)を行うものである。
In the processing container 3, a rotary
回転切削研磨機20は、回転切断用のダイヤモンドブレード21と、ダイヤモンドブレード21を回転するために加工容器3底面から立設される回転軸22と、回転軸22を回転するためのモータ等の回転軸駆動装置23とから構成される。コア試料Aの側面には、回転切削研磨機20が位置しており、コア試料Aは、自走式移動台15上で、ダイヤモンドブレード21に向かって移動し、水平回転するダイヤモンドブレード21はスリット19cに沿ってコア試料Aをディスク状にスライスする。
The rotary cutting and polishing
また、ダイヤモンドブレード21がコア試料Aに接触して切断する部分には、無酸素冷却機構24によって、無酸素冷媒が吹き付けられ冷却される。なお、無酸素冷却機構24は、無酸素水、液化アルゴン、揮発性液化フッ化炭素化合物(例えば低温液状フロン)の少なくとも何れか一つを、無酸素液状冷媒として供給するものである。
In addition, the oxygen-
また、自走式移動台15、スライドシャッター18、上固定具19a、下固定具19bは、それぞれ図示しないレール等によって、図2の左右に移動可能となっており、コア試料Aを上固定具19a及び下固定具19bによって自走式移動台15及びスライドシャッター18に固定した状態で、これらが一体となってダイヤモンドブレード21に向かって水平移動して、コア試料Aはダイヤモンドブレード21によってスライスされて、ディスク状試料Bとなる。また、加工容器3の左側面下部には、加工容器3内に各種機器を出し入れするための開口が形成されており、この開口は出入用蓋29によって開閉可能となっている。
In addition, the self-propelled moving
図3により、ディスク状試料Bの研磨加工に用いる各部の説明を行う。ディスク状試料Bの研磨工程では、作業者は回転切削研磨機20の回転軸22からダイヤモンドブレード21を取り外して、研磨用ダイヤモンドテーブル25に交換する。
With reference to FIG. 3, each part used for polishing the disk-shaped sample B will be described. In the polishing process of the disk-shaped sample B, the operator removes the
これによって、自走式移動台15の側面には、研磨用ダイヤモンドテーブル25が配置される。なお、研磨用ダイヤモンドテーブル25の上面には、ディスク状試料Bを研磨するための工業用ダイヤモンド粒子が付着されている。研磨用ダイヤモンドテーブル25は、回転軸22を介して駆動装置23によって水平に回転される。
Thus, the polishing diamond table 25 is disposed on the side surface of the self-propelled movable table 15. Note that industrial diamond particles for polishing the disk-shaped sample B are attached to the upper surface of the polishing diamond table 25. The polishing diamond table 25 is rotated horizontally by the driving
ディスク状試料把持具27は、切断されたディスク状試料Bの上部側面を把持して、ディスク状試料Bの下面を、研磨用ダイヤモンドテーブル25の研磨面に接触させることにより、ディスク状試料Bの切断面を研磨することができる。なお、ディスク状試料把持具27は、図1のコア試料Aの切断時には、切断の邪魔にならない位置に移動している。
The disk-shaped
また、ディスク状試料Bの研磨時に、過熱を防止するため、研磨用ダイヤモンドテーブル25の研磨面と、ディスク状試料Bの下面との間に、無酸素冷却機構24によって、無酸素水等の無酸素冷媒が吹付けられる。無酸素冷却機構24の吹出口は、その位置を変更可能となっているため、切断時と研磨時の両方に適用することができる。
In addition, in order to prevent overheating when the disk-shaped sample B is polished, an oxygen-
また、加工容器3底面の落下用開口には、三次元加圧ユニット31が着脱自在に接続されている。加工容器3の落下用開口部を介して、三次元加圧ユニット31の内部空間と加工容器3の内部空間とが接続される。
A three-
次に、本発明の三次元加圧ユニット31の構成について、図4乃至図6を用いて説明する。三次元加圧ユニット31は、三次元加圧セル33(図4)、外容器35(図5)、及び、受動的可撓性シャッター37(図6)から構成されている。三次元加圧セル33は、外容器35内に収容されるものであり、図4に示すように、三次元加圧セル33の円筒部33aには、縦方向にディスク状試料Bが積み重ねて保存される。なお、図4には、ディスク状試料Bを三次元加圧セル33内に収容した状態を示したが、掘削された直後のコア試料Aも三次元加圧セル33内に収容される。また、三次元加圧セル33の円筒部33aの上面には、上面蓋33bが設けられ、円筒部33aの下面には、下面蓋33cが設けられている。
Next, the configuration of the three-
ディスク状試料Bは高圧状態の地層から掘削されたコア試料Aから加工された供試体であり、掘削後に地下圧力がなくなると、変形して力学的特性が変化する。そこで、この力学的特性の変化を抑制するために、コア試料Aの切断研磨加工後ただちに、ディスク状試料Bを三次元加圧セル33に収容して、加圧される。また、下面蓋33c側には、不活性ガスで加圧された無酸素水を三次元加圧セル33内に供給する無酸素水供給管34と、無酸素水供給管34からの無酸素水の供給を制御する供給管弁34aとが設けられ、上面蓋33b側には、不活性ガスを三次元加圧セル33内から排出する無酸素水排出管36と、無酸素水排出管36からの無酸素水の排出を制御する排出管弁36aとが設けられている。従って、三次元加圧セル33内に収容されるコア試料A、又は、ディスク状試料Bは加圧された無酸素水で満たされる。
The disk-shaped sample B is a specimen processed from the core sample A excavated from a high-pressure formation, and when the underground pressure disappears after excavation, it deforms and changes its mechanical characteristics. Therefore, in order to suppress the change in the mechanical characteristics, immediately after the cutting and polishing of the core sample A, the disk-shaped sample B is accommodated in the three-
図5に示すように、外容器35は、上述の三次元加圧セル33を収容する有底筒状の容器であり、耐圧製を確保するために金属製が好ましい。また、三次元加圧セル33の上端開口には、円状の受動的可撓性シャッター37が着脱自在に装着されている。
As shown in FIG. 5, the
受動的可撓性シャッター37は、その上面を図6に示すように、複数のゴム製の舌片37aから構成されており、舌片37aの基端は、受動的可撓性シャッター37の周縁部37bに固定され、互いに一部分が重なるように配置されている。この受動的可撓性シャッター37に対して、上からディスク状試料Bが落下すると、ディスク状試料Bの重量により受動的可撓性シャッター37が下方に変形して、ディスク状試料Bが落下し、三次元加圧保存セル31の三次元加圧セル33内に収容される。なお、ディスク状試料Bの受け入れ時には、予め作業者によって、上面蓋33bは加工容器3内からの操作により取り外されている。また、ディスク状試料Bの落下後には、弾性力によって舌片が元の形状に復帰することにより、受動的可撓性シャッター37が閉鎖された状態に戻る。
The upper surface of the passive
外容器35上端の加工容器3底面への接続部38には、雄ネジが形成されており、加工容器3底面に形成された落下用開口内面に形成された雌ネジと気密状態で螺合する。このように、三次元加圧ユニット31の加工容器3への取付はねじ込み式であり、三次元加圧ユニット31の取付け操作における不活性ガス擾乱を避けることができる。さらに、三次元加圧セル33は三次元加圧ユニット31内で無酸素水雰囲気下に置かれるため、無酸素で地下応力が復元された状態で、コア試料Aやディスク状試料Bの保存、輸送が可能となる。
A male screw is formed in the
次に、コア試料Aの掘削からディスク状試料Bへの加工及び保管までの工程を説明する。図1の掘削機103の先端ビットで掘削された柱状のコア試料Aは、直ちに三次元加圧ユニット31に収容して保存される(第1保存工程)。コア試料Aの入った三次元加圧ユニット31及び外容器35内は無酸素水に満たされ(無酸素液供給工程)、外容器35に収容される三次元加圧セル33内で、コア試料Aは無酸素雰囲気下で15乃至20気圧に加圧されることにより、無酸素雰囲気を高度に維持しつつ、コア試料Aに加わっていた地下応力が復元される(加圧工程)。コア試料Aを収容した三次元加圧ユニット31は、懸吊機構によって吊り上げられて、貯水槽133の無酸素作業部105に移送される(移送工程)。無酸素作業部105に配置された加工容器3に、コア試料Aを収容した三次元加圧ユニット31が装着され、三次元加圧ユニット31からコア試料Aが加工容器3内に取り出される。
Next, steps from the excavation of the core sample A to the processing and storage of the disk-shaped sample B will be described. The columnar core sample A excavated by the tip bit of the
無酸素状態の加工容器3内で、コア試料Aは回転切削研磨機20のダイヤモンドブレード21によって切断されて、ディスク状試料B(供試体)に加工される(加工工程)。さらに、無酸素環境中で、ディスク状試料Bの切断面は、回転切削研磨機20の研磨用ダイヤモンドテーブル25によって研磨される(加工工程)。なお、コア試料Aのディスク状試料Bへの加工時には、不活性ガスが供給されて加工容器3内は無酸素雰囲気が維持されている(不活性ガス供給工程)。その後、研磨されたディスク状試料Bは、大気中の酸素に触れることなく、加工容器3の底部の落下用開口から三次元加圧ユニット31に落下して、再び三次元加圧ユニット31内に保存される(第2保存工程)。
In the oxygen-free processing container 3, the core sample A is cut by the
さらに三次元加圧ユニット31内で、不活性ガス雰囲気下で、ディスク状試料Bは無酸素水で加圧されて地下応力が復元し、また、その周囲が無酸素水によって覆われるため(第2保存工程)、地下の還元的環境を保持した状態で保存・輸送が可能となる。これによって、力学的・水文学的・地化学試験用に適する高品質供試体を調製することができる。
Furthermore, in the three-
A コア試料
B ディスク状試料
1 可搬型無酸素試料加工システム
3 加工ボックス
5 不活性ガス流入口
7 不活性ガス流出口
9 ゴム手袋
11 取付け口
13 覗き窓
15 自走式移動台
15a 試料落下用開口
17 移動台駆動装置
18 スライドシャッター
18a シャッター摘み
19a 上固定具
19b 下固定具
19c スリット
20 回転切削研磨機
21 ダイヤモンドブレード
22 回転軸
23 回転軸駆動装置
24 無酸素冷却機構
25 研磨用ダイヤモンドテーブル
31 三次元加圧ユニット
33 三次元加圧セル
33b 上面蓋
33c 下面蓋
34 無酸素水供給管
34a 供給管弁
35 外容器
36 無酸素水排出管
34a 排出管弁
37 受動的自動シャッター
103 掘削機
105 無酸素作業部
107 無酸素水生成装置
114 ロッド
133 貯水槽
143 第1サイクロン気液分離器
143a 第2サイクロン気液分離器
145 第1スタティックミキサ
145a 第2スタティックミキサ
151 供給水
157 窒素ボンベ
157a 窒素ボンベ
A Core sample B Disk-shaped
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