JP2006336227A - 採掘装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水底下の地中に埋蔵されている資源の採掘において、気象条件の影響を受けることなく、陸上から遠方の資源を少ない動力で採掘することができ、また、船舶を用いることなく、資源を陸上に搬送することができる採掘装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 採掘装置１であって、基端部１０ａが陸上Ａに載置され、先端部１０ｂが海底Ｂに載置されるパイプライン１０（外管）と、パイプライン１０内に挿通されており、先端部に駆動装置が取り付けられている掘削手段２０とを備え、パイプライン１０の先端開口部から突出させた掘削手段２０の先端部によって、海底Ｂ下の地中Ｃを掘削可能であり、パイプライン内に取り込まれた地中Ｃのハイドレート（資源）が、パイプライン１０内を通じて陸上Ａに移送されるように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水底下の地中に埋蔵されている資源を採掘するための採掘装置に関する。

海底下の地中に埋蔵されているメタンハイドレートを採掘する方法としては、海底に載置した回収装置から掘削手段を地中に掘進させ、この掘削手段を地中のメタンハイドレートまで到達させることにより、掘削穴を通じてメタンハイドレートを回収装置に取り込み、この回収装置からパイプラインを通じてメタンハイドレートを海上構造物に移送した後に、運搬船によって陸上に搬送する採掘方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１９３７８７号公報（段落０００７〜０００８、図１）

しかしながら、前記従来の採掘方法では、海上構造物が波や風の影響を受け易く、台風等の気象条件では、採掘作業を中断することになってしまうという問題がある。
また、海上構造物から陸上にメタンハイドレートを搬送するときに、運搬船を用いる必要があるため、搬送作業が煩雑になってしまうという問題がある。

なお、陸上で地中に掘削手段を設置し、この掘削手段を水平方向に掘進させることにより、水底下の地中に埋蔵されている資源に到達させて、地中の資源を採掘する方法があるが、掘削手段を長距離に渡って掘進させるためには、多大な動力が必要となるため、陸上から遠方の資源を採掘することが困難であり、採掘可能な資源が限定されてしまうという問題がある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、水底下の地中に埋蔵されている資源の採掘において、気象条件の影響を受けることなく、陸上から遠方の資源を少ない動力で採掘することができ、また、搬送手段として船舶を用いることなく、資源を陸上に搬送することができる採掘装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の採掘装置では、基端部が陸上に載置され、先端部が水底に載置される外管と、外管内に挿通されており、先端部に駆動装置が取り付けられている掘削手段とを備え、外管の先端開口部から突出させた掘削手段の先端部によって、水底下の地中を掘削可能であり、外管の先端開口部から外管内に取り込まれた地中の資源が、外管内を通じて陸上に移送されるように構成されている。

ここで、地中の資源とは、メタンハイドレート、天然ガス、原油等であり、特に限定されるものではない。

このように、本発明の採掘装置では、陸上から水底に渡って外管を載置し、この外管内に挿通させた掘削手段によって、水底下の地中を掘削することができるため、水上に装置を設置する必要がなくなる。これにより、気象条件の影響を受けることなく、水底下の地中を掘削して、地中の資源を採掘することができる。
また、水底下の地中に埋蔵されていた資源は、外管内を通じて陸上に移送することができるため、搬送手段として船舶を用いることなく、資源を陸上に搬送することができ、搬送効率を向上させることができる。
さらに、外管の先端開口部から突出させた掘削手段の先端部によって掘削するように構成されており、掘削手段の先端部に駆動装置が取り付けられている。これにより、駆動装置とカッタ等の切削工具とが近くなっているため、駆動装置のトルクを効果的に切削工具に伝達することができ、掘削効率を向上させることができる。
また、埋蔵されている資源の近傍に外管の先端部を配置することにより、掘削手段の掘削距離が短くなり、掘削量が少なくなるため、陸上から遠方に埋蔵されている資源であっても、少ない動力で採掘することができる。

前記した採掘装置において、外管内には複数の内挿管が挿通されており、各内挿管内には掘削手段が各々挿通されていることが望ましい。

このように、外管内に複数の内挿管を挿通させ、各内挿管内に掘削手段を各々挿通することにより、各掘削手段は内挿管によって外管内で位置決めされるため、複数の掘削手段を近接させて配置することができ、外管内のスペースを有効に利用することができる。そして、複数の掘削手段を用いることにより、掘削効率を向上させることができる。

前記した採掘装置において、掘削手段は、外管に支持されているガイド部材の傾動に伴って屈曲することにより、掘進方向が変化するように構成されていることが望ましい。

このように、外管に支持されているガイド部材の傾動に伴って、掘削手段を屈曲させて掘進方向を変化させることにより、水底下の地中に埋蔵されている資源に向けて正確に掘進させることができるため、掘削精度を向上させることができる。
なお、ガイド部材は、外管に直接取り付けられている必要はなく、内挿管を外管内に挿通させた構成では、ガイド部材を内挿管に取り付け、この内挿管を介してガイド部材が外管に支持されているように構成してもよい。

本発明の採掘装置では、陸上から水底に渡って外管を載置し、この外管内に掘削手段を挿通させることにより、気象条件の影響を受けることなく、掘削手段によって水底下の地中を掘削して、地中の資源を採掘することができるため、作業効率を向上させることができる。
また、埋蔵されていた資源は、外管内を通じて陸上に移送することができるため、船舶を用いることなく、資源を陸上に搬送することができ、搬送効率を向上させることができる。
さらに、掘削手段の先端部には駆動装置が取り付けられており、駆動装置と切削工具とが近くなっているため、駆動装置のトルクを効果的に切削工具に伝達することができ、掘削効率を向上させることができる。
また、埋蔵されている資源の近傍に外管の先端部を配置することにより、掘削手段の掘削距離が短くなり、掘削量が少なくなるため、陸上から遠方に埋蔵されている資源であっても、少ない動力で採掘することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の採掘装置を示した側面図である。図２は、本実施形態の採掘装置の先端部を示した側断面図である。図３は、本実施形態の採掘装置の中間部を示した軸断面図である。
本実施形態では、海底下の地中に埋蔵されているメタンハイドレートを採掘するための採掘装置を例として説明する。

採掘装置１は、図１に示すように、基端部１０ａが陸上Ａに載置され、先端部１０ｂが海底Ｂに載置されているパイプライン１０（特許請求の範囲における「外管」）と、このパイプライン１０内に挿通されている複数の掘削手段２０・・・とを備えている。

パイプライン１０は、図２および図３に示すように、円筒状の鋼管であり、海底Ｂに載置したときに、その水圧に耐えることができる強度を備えており、５本の内挿管３０・・・が挿通されている。
内挿管３０は、パイプライン１０と軸方向の長さが一致している円筒状の鋼管であり、５本の内挿管３０・・・がパイプライン１０の軸断面における円周線上に配置されており、隣り合う内挿管３０，３０の外面が接触した状態となっている。

掘削手段２０は、図２および図３に示すように、内挿管３０内に挿通されているケーシング２１と、ケーシング２１の先端部２１ａに取り付けられている駆動モータ２２と、駆動モータ２２の出力軸２２ａに取り付けられているカッタ２３とから構成され、駆動モータ２２およびカッタ２３は、内挿管３０の先端開口部３０ａおよびパイプライン１０の先端開口部１０ｃから突出している。
このように、掘削手段２０を内挿管３０内に挿通させることにより、パイプライン１０内で、内挿管３０によって掘削手段２０が位置決めされるため、複数の掘削手段２０・・・を近接させてパイプライン１０内に配置することができ、パイプライン１０内のスペースを有効に利用することができる。

ケーシング２１は、可撓性を有する円筒状の樹脂管であり、軸方向において複数に分割されており、ケーシング２１の後端部に対して、樹脂管を継ぎ足すことにより延長可能となっている。ケーシング２１の材質としては、例えば、ポリエチレン樹脂を用いることができるが、可撓性を有し、掘削時の応力に耐えることができるものであれば、その材質は限定されるものではない。

また、ケーシング２１の外面と内挿管３０の内面との隙間には、ケーシング２１を内挿管３０内で軸方向に移動させたときの摩擦抵抗を低減する摩擦低減材４０が設けられている。この摩擦低減材４０は、フッ素樹脂等の滑らかな表面を有する部材であり、ケーシング２１の周囲の四方に４体づつ設けられており、この４体１組の摩擦低減材４０・・・が、内挿管３０の軸方向に所定間隔ごとに設けられている。
さらに、内挿管３０の先端開口部３０ａでは、ケーシング２１の外面と内挿管３０の内面との隙間がシール部材３０ｂによって閉塞されており、内挿管３０内への資源や海水の流入が防止されている。

駆動モータ２２には、ケーシング２１の先端部２１ａの軸線方向に突出している出力軸２２ａが設けられており、その出力軸２２ａの先端部には、地中Ｃ（図１参照）を掘削可能なカッタ２３が取り付けられている。
なお、本実施形態では、電動式の駆動モータ２２を用いており、ケーシング２１内に挿通させた電源ケーブル２４によって駆動モータ２２に電力を供給しているが、油圧式の駆動モータを用いてもよく、この構成では、ケーシング２１内に油圧ホースを挿通させることにより、駆動モータに作動油を供給することができる。

カッタ２３は、地中Ｃ（図１参照）を掘削する掘削面２３ａが形成されている円盤状の切削工具であり、掘削面２３ａには、複数のビット２３ｂ・・・が取り付けられている。そして、カッタ２３全体が駆動モータ２２の出力軸２２ａの回転に伴って回転することにより、掘削面２３ａによって地中Ｃ（図１参照）を掘削可能となっている。

内挿管３０の先端開口部３０ａの下部には、上下左右に傾動自在な板状のガイド部材５０が設けられている。このガイド部材５０は、内挿管３０内に設けられた油圧ポンプ（図示せず）によって傾動するように構成されており、この油圧ポンプは電源ケーブル２４からの電力で駆動する電動モータ（図示せず）によって作動するように構成されている。
なお、ガイド部材５０は、陸上Ａ（図１参照）からの有線または無線による遠隔操作によって傾動させることができる。また、ガイド部材５０に取り付けられている各種センサからの信号によって、その傾動角度を陸上Ａで把握することができる。

また、ガイド部材５０は、ケーシング２１を軸方向に移動自在な状態で支持しており、ケーシング２１がガイド部材５０の傾動に伴って屈曲するように構成されている。具体的な構成としては、例えば、ケーシング２１の下部に形成された軸方向の凹溝（図示せず）に、ガイド部材５０の上面に形成された凸部（図示せず）をスライド可能に係合した構成があるが、特に限定されるものではない。

このように構成された掘削手段２０では、ガイド部材５０を傾動させ、この傾動に伴ってケーシング２１を内挿管３０の先端開口部３０ａで屈曲させることにより、ケーシング２１の先端部２１ａに設けられているカッタ２３の掘削面２３ａを所定の方向に向けることができる。すなわち、ガイド部材５０を傾動させることにより、掘削手段２０の掘進方向を変化させることができる。

なお、ガイド部材５０はケーシング２１を軸方向に移動自在な状態で支持しており、ケーシング２１は可撓性を有しているため、ケーシング２１の後端部に樹脂管を継ぎ足して、ケーシング２１全体を先端側に押し出すことにより、ケーシング２１は内挿管３０の先端開口部３０ａで屈曲しながら、外管１０の先端開口部１０ｃから所定の掘進方向に向かって進むことになる。

次に、本実施形態の採掘装置１を用いて、海底Ｂ下の地中Ｃに埋蔵されているメタンハイドレートＨを採掘する場合について、図１から図３を参照して説明する。

まず、パイプライン１０の基端部１０ａを陸上Ａに載置するとともに、パイプライン１０の先端部１０ｂをメタンハイドレートＨの埋蔵位置の上方となる海底Ｂに載置する。

このように陸上Ａから海底Ｂに渡って載置されたパイプライン１０の基端部１０ａ側から、パイプライン１０内の各内挿管３０・・・内に掘削手段２０を各々挿通する。そして、ケーシング２１の後端部に樹脂管を順次に継ぎ足すことにより、内挿管３０の先端開口部３０ａおよびパイプライン１０の先端開口部１０ｃから駆動モータ２２およびカッタ２３を突出させる。

また、各内挿管３０・・・のガイド部材５０を傾動させて、ケーシング２１を内挿管３０の先端開口部３０ａで屈曲させることにより、各掘削手段２０・・・の掘進方向を地中ＣのメタンハイドレートＨに向けて正確に定める。

続いて、各掘削手段２０・・・の駆動モータ２２を駆動させ、カッタ２３を回転させた状態で、ケーシング２１を先端側に押し出すことにより、パイプライン１０の先端開口部１０ｃから各掘削手段２０・・・を掘進方向に進めて、海底Ｂ下の地中Ｃの掘削を開始する。
このとき、本実施形態の採掘装置１では、５基の掘削手段２０・・・が近接して設けられているため、地中Ｃを効率良く掘削することができる。
また、ケーシング２１の先端部２１ａには、カッタ２３を有する駆動モータ２２が取り付けられているため、駆動モータ２２のトルクをカッタ２３に対して効果的に伝達して掘削することができる。
さらに、メタンハイドレートＨの埋蔵位置の近傍にパイプライン１０の先端部１０ｂが配置されており、メタンハイドレートＨまでの掘削距離が短く、掘削量が少なくなっているため、陸上Ａから遠方に埋蔵されているメタンハイドレートＨを採掘する場合であっても、少ない動力で採掘することができる。

そして、各掘削手段２０・・・のカッタ２３がメタンハイドレートＨに到達すると、掘削穴を通じて海底Ｂに噴出したメタンハイドレートＨが、海水と共にパイプライン１０内に取り込まれ、パイプライン１０内を通じて陸上Ａに移送される。これにより、船舶を用いることなく、メタンハイドレートＨを陸上Ａに搬送することができるため、メタンハイドレートＨの搬送効率を向上させることができる。

このように、本実施形態の採掘装置１では、陸上Ａから海底Ｂに渡ってパイプライン１０を載置し、このパイプライン１０内に各掘削手段２０・・・を挿通させることにより、海上に装置を設置する必要がなくなるため、気象条件の影響を受けることなく、海底Ｂ下の地中Ｃを掘削して、地中ＣのメタンハイドレートＨを採掘することができ、作業効率を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、図１に示すように、パイプライン１０の先端部１０ｂを、地中ＣのメタンハイドレートＨの上方となる海底Ｂに載置しているが、メタンハイドレートＨよりも深い場所に埋蔵されている原油等を採掘する場合には、パイプライン１０の先端部１０ｂを海底Ｂ下の地中Ｃに進入させることにより、各掘削手段２０・・・の掘進距離を短くするとともに、掘削量を少なくすることができる。

また、本実施形態では、図３に示すように、パイプライン１０内に５基の掘削手段２０・・・を設けているが、地中Ｃを効率良く掘削することができるのであれば、その台数は限定されるものではない。なお、パイプライン１０内に設けられた掘削手段２０が少ない場合には、隣り合う掘削手段２０，２０の干渉を防ぐ必要がないため、内挿管３０を設けなくてもよい。

本実施形態の採掘装置を示した側面図である。 本実施形態の採掘装置の先端部を示した側断面図である。 本実施形態の採掘装置の中間部を示した軸断面図である。

符号の説明

１ 採掘装置
１０ パイプライン
２０ 掘削手段
２２ 駆動モータ
２３ カッタ
３０ 内挿管
５０ ガイド部材
Ｈ メタンハイドレート

Claims (3)

1. 基端部が陸上に載置され、先端部が水底に載置される外管と、
   前記外管内に挿通されており、先端部に駆動装置が取り付けられている掘削手段と、を備え、
   前記外管の先端開口部から突出させた前記掘削手段の先端部によって、前記水底下の地中を掘削可能であり、
   前記外管の先端開口部から前記外管内に取り込まれた前記地中の資源が、前記外管内を通じて前記陸上に移送されるように構成されていることを特徴とする採掘装置。
2. 前記外管内には複数の内挿管が挿通されており、
   前記各内挿管内には、前記掘削手段が各々挿通されていることを特徴とする請求項１に記載の採掘装置。
3. 前記掘削手段は、前記外管に支持されているガイド部材の傾動に伴って屈曲することにより、掘進方向が変化するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の採掘装置。

Images