JP2014020034A

JP2014020034A - 坑井の割れ目の閉塞装置とその閉塞方法

Info

Publication number: JP2014020034A
Application number: JP2012157307A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Oshima; 和夫大島; Kazutoshi Sugiyama; 和稔杉山; Teruo Omori; 輝男大森
Original assignee: Mitsubishi Materials Techno Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Techno Corp
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: JP5705801B2

Abstract

【課題】坑井掘削中の逸水や湧水の原因となる割れ目を確実に閉塞するとともに、閉塞作業を短期間で行う閉塞装置と閉塞方法を提供する。
【解決手段】閉塞装置は、地盤に掘削された坑井７内に上昇下降可能に挿入される電極ケース１と、電極ケース１に取り付けられ、坑井７の坑壁７１の割れ目７２Ａ〜７２Ｄに先端側の一部が挿入可能で髭状の複数の正電極端子部材４１〜４７と、電極ケース１に設けられた負電極端子部材２とからなる。直流電源５により、正電極端子部材４１〜４７と負電極端子部材２との間に所定の電圧の直流電流を通電すると、正電極端子部材４１〜４７は、坑井７内の流体の流れにのって先端側の一部が割れ目７２Ａ〜７２Ｄに流入し、正電極端子部材４１〜４７の表面に粘土溶解水中の粘土鉱物の粒子８が凝集して割れ目を閉塞する。
【選択図】図３

Description

本発明は、坑井掘削中に遭遇する地層中の割れ目の閉塞装置とその閉塞方法に関する。さらに詳しくは、坑壁の割れ目を確実に閉塞して坑井の逸水や湧水を防止するための坑井の割れ目の閉塞装置とその閉塞方法に関する。

温泉井、水井戸、地熱井等の地下流体を利用する坑井では、ポンプを使用したり湧出によって、地下流体を採取して利用している。これらの地下流体は、地層中の割れ目の中に存在し、この地下流体と掘削流体との圧力差で逸水や湧水が発生する。例えば、温泉井において、浅部の低温の割れ目である逸水層や湧水層を閉塞し、深部の高温の割れ目を活かして温泉を揚水しているケースで、予め閉塞した浅部の低温の割れ目が何らかの理由で再び開き、温泉井戸内に低温地下流体が流れ込むと、温泉の温度が低下する。地熱井の場合も同様なトラブルが発生するケースがある。掘削中に必要としない割れ目（井戸の目的としない地下流体の逸水層）に遭遇した場合は、この割れ目を閉塞し、掘削流体が正常に循環するように回復させる必要がある。しかし、割れ目の形態が種々有り、割れ目を閉塞するためには、非常に時間が掛かる場合もあり、掘削コスト上昇の要因になっていた。

すなわち、井戸の目的を考慮して、有用ではない浅部の割れ目を閉塞し、深部の有用な割れ目にある高温の地下流体を利用している。温泉や地熱井のように、温度の高い地下流体を採取して利用している中で、一度閉塞した、有用でない（有害な）浅部の割れ目が開いて、井戸の目的に障害のある低温の地下流体が井戸内に流れ込むと、井戸のトラブルが発生する。地盤掘削中には、地中の割れ目に遭遇し、逸水や湧水が発生し、この割目を閉塞するために時間が掛かり、掘削コストが上昇するケースも多々認められ、合理的で、簡単で、確実な割れ目の閉塞技術が要求されている。

従来、逸水が生じると、ＬＣＭ（ロスト・サーキュレーション・マテリアル）やセメンチングなどという手法を繰り返し行うことで対応している。例えば、セメント自体に逸水防止機能を付与させ、セメントのスラリーを割れ目に浸透、充填させて逸水を防止する逸水防止方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この特許文献１の逸水防止方法では、激しい逸水に遭遇すると、逸水を防止することが困難になるおそれがあった。

一方、本出願人は、掘削された坑井に発生した障害を取り除くために不透水層を造成するための不透水層の造成装置に関する技術を提案している（特許文献２参照）。この技術では、坑井の深さ方向に所定距離離間してコイル状の正電極と負電極を形成し、割れ目の有る深さ位置に正電極を挿入し、直流電源から正電極と負電極との間に直流電流を通電しながら、ベントナイト溶解水を坑井内に供給して、正電極の周囲にベントナイト粒子を凝集させて割れ目を閉塞している。

さらに、ベントナイトなどの粘土を懸濁した泥水を充満させながら掘削孔を形成し、泥水をセメント混合物と置換して順次地中に連続壁造成する遮蔽壁の造成方法に関する技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。この技術では、坑井の深さ方向に長い立体網目状の正電極と棒状の負電極を対向して配置し、坑井内に正電極を挿入し、直流電源から正電極と負電極との間に直流電流を通電しながら、ベントナイト溶解水を坑井内に供給して、正電極の周囲にベントナイト粒子を凝集させて止水膜層を形成した後、坑井内にセメント混合物を注入してベントナイト溶解水と置換し、セメント混合物の硬化によってパネル状壁体を構築している。

特開平６−４２２８１号公報特許第４１０４５８０号公報特公平６−１７５７４号公報

しかしながら、前述した特許文献２の不透水層の造成装置は、障害が発生した深さ位置に不透水層を造成するものであって、障害の原因となる割れ目を直接的に閉塞するものではない。さらに、特許文献３の技術は、遮水壁の造成方法に関するものであり、地熱井、温泉井などの坑井の内壁に、正極部材、負極部材を設置する必要があり、掘削深さが深い地熱井、温泉井などの坑井に適用することは困難である。

本発明の目的は、逸水や湧水の原因となる割れ目を確実に閉塞するとともに、閉塞作業を短期間で行うことを可能にした坑井の割れ目の閉塞装置とその閉塞方法を提供することにある。

本発明は、前記した課題を解決するために、つぎのような手段をとっている。
本発明１の坑井の割れ目の閉塞装置は、地盤に掘削された坑井内に上昇下降可能に挿入される電極ケースと、前記電極ケースに取り付けられ、前記坑井の坑壁の割れ目に先端側の一部が挿入可能な複数の正電極端子部材と、前記電極ケースに設けられた少なくとも一個の負電極端子部材と、前記正電極端子部材と前記負電極端子部材との間に所定の電圧の直流電流を通電するための直流電源と、前記坑井内に注入される粘土鉱物を含む粘土溶解水とからなり、前記正電極端子部材は、前記坑井内の流体の流れにのって先端側の一部が前記割れ目に流入するものであり、前記直流電源は、前記割れ目に流入した前記正電極端子部材と前記負電極端子部材との間に直流電流を通電するものであり、前記粘土溶解水は、前記直流電流が通電されたとき、前記正電極端子部材の表面に前記粘土鉱物の粒子が凝集して前記割れ目を閉塞するものであることを特徴とする。

本発明２の坑井の割れ目の閉塞装置は、本発明１において、前記正電極端子部材は、前記電極ケースに接続されている側の部位が、所定の長さ、電気的絶縁部材で被覆されているものであることを特徴とする。

本発明３の坑井の割れ目の閉塞装置は、本発明１又は２において、前記正電極端子部材は、銅線、アルミニウム線、及び導電性の炭素繊維から選択される一つ以上の材料製のものであることを特徴とする。

本発明４の坑井の割れ目の閉塞装置は、本発明１から本発明３のいずれかにおいて、前記粘土鉱物がベントナイトであることを特徴とする。

本発明５の坑井の割れ目の閉塞方法は、地盤に掘削された坑井内に上昇下降可能に挿入される電極ケースと、前記電極ケースに取り付けられ、前記坑井の坑壁の割れ目に先端側の一部が挿入可能な複数の正電極端子部材と、前記電極ケースに設けられた少なくとも一個の負電極端子部材と、前記正電極端子部材と負電極端子部材との間に所定の電圧の直流電流を通電するための直流電源と、前記坑井内に注入される粘土鉱物を含む粘土溶解水とからなる坑井の割れ目の閉塞装置における閉塞方法であって、前記坑井の前記割れ目の上方まで前記電極ケースを下降させ、前記坑井内の流体の流れにのせて前記正電極端子部材の先端を前記割れ目に流入させ、前記直流電源から前記正電極端子部材と前記負電極端子部材との間に直流電流を通電し、前記正電極端子部材の表面に前記粘土鉱物の粒子を凝集させて前記割れ目を閉塞することを特徴とする。

本発明の坑井の割れ目の閉塞装置とその閉塞方法は、坑井内の流体の流れにのせて、正電極端子部材の先端側の一部を割れ目に挿入可能になり、作業が容易である。また、割れ目に正極端子部材を流入させた状態で、直流電流を通電させ、粘土鉱物の粒子を凝集させるため、割れ目を確実に閉塞することができ、閉塞作業を短期間で、確実に行うことが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施の形態の坑井の割れ目の閉塞装置を坑井内に挿入した状態を模式的に示した説明図である。図２は、坑井内に清水或いはベントナイト溶解水を注入して、正電極端子部材を割れ目に流入させた状態を模式的に示した説明図である。図３は、直流電源から正電極端子部材と負電極端子部材との間に直流電流を通電し、正電極端子部材の表面にベントナイト粒子を凝集させた状態を模式的に示した説明図である。図４は、本発明の第２の実施の形態の坑井の割れ目の閉塞装置を模式的に示した説明図であり、第１の実施の形態の図３の状態に相当する図である。

以下、本発明の坑井の割れ目の閉塞装置とその閉塞方法の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の坑井の割れ目の閉塞装置を坑井内に挿入した状態を模式的に示した説明図、図２は坑井内に清水或いはベントナイト溶解水を注入して、正電極端子部材を割れ目に流入させた状態を模式的に示した説明図、図３は直流電源から正電極端子部材と負電極端子部材との間に直流電流を通電し、正電極端子部材の表面にベントナイト粒子を凝集させた状態を模式的に示した説明図である。

図１に示すように、絶縁材で形成された密閉箱状の電極ケース１の外周１１には、薄板状の銅板、アルミニム板等で形成された負電極端子部材２が設けられている。電極ケース１の内部の下端近傍には、端子台３が固定され、端子台３には複数本（例えば、この形態では７本）の正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７の上端（基端）が接続されている。正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７は、柔軟で細長い糸状の導電性の材料で形成され、先端が電極ケース１の下端１２から突出して下方に垂れ下がっている。正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７の材料としては、銅線、アルミニウム線、導電性の炭素繊維等のうちの一つ、または複数を組み合わせて使用するのが好ましい。例えば、強度の大きい炭素繊維と伝導性の高い銅線をより合わせてもよい。

地上には、電池、バッテリー等の直流電源５が配置されている。正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７の端子台３は、直流電源５の＋極側とリード線（電線）５１で接続されている。負電極端子部材２は、直流電源５の−極側とリード線（電線）５２で接続されている。

図１に示すように、電極ケース１はワイヤ６に吊設されている。地盤Ｇに坑井７を掘削した後、昇降手段（図示せず）のフックにワイヤ６で吊り下げ、坑井７の坑壁７１の割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄの上方まで電極ケース１を下降させる。すなわち、正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７は、坑井７内に位置している。次に、図２に示すように、坑井７内に清水或いは粘土鉱物を含む粘土溶解水を注入しながら、電極ケース１を下降させる。粘土鉱物を含む粘土溶解水としては、ベントナイト溶解水が好ましい。ベントナイト溶解水を注入すると、矢印に示すように、割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄにベントナイト溶解水が流入する。正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７は柔軟で細長い糸状の材料で形成されているため、ベントナイト溶解水、水等流体の流れに乗って、正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７のうちのいくつかが、割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄに各々、あるいは複数本流入する。なお、正電極端子部材は図面では４１〜４７の７本を示しているが、実際の装置では多数取り付けてあり、実際は、割れ目の中には数本の正電極端子部材が流入するものと想定している。

図２は、正電極端子部材４１が割れ目７２Ａに、正電極端子部材４２が割れ目７２Ｂに、正電極端子部材４７が割れ目７２Ｃに、正電極端子部材４６が割れ目７２Ｄに、各々、１本ずつ、先端側の一部が流入した状態を示している。なお、一つの割れ目に複数本の正電極端子部材が流入してもよい。次に、図３に示すように、直流電源５から正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７と負電極端子部材２との間に直流電流を通電する。すると、正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７の表面にベントナイト粒子８が凝集するため、割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄを確実に閉塞することができる。また、正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７の表面にベントナイト粒子８を凝集させるだけで割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄを確実に閉塞することができるため、閉塞作業を短期間で行うことが可能となる。

坑井７内にベントナイト溶解水の代わりに水を注入し、水（流体）の流れに乗せて、正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７を、割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄに流入させるようにしてもよい。先に水を注入した場合には、直流電流を通電する時に、坑井７内にベントナイト溶解水を注入する。このような方法にしても、正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７の表面にベントナイト粒子８が凝集するため、割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄを確実に閉塞することができる。

次に、ベントナイト粒子が凝集して割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄを閉塞した後、昇降手段を操作して、ワイヤ６を吊り上げ、電極ケース１を坑井７内から地上に取り出す。割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄに流入した正電極端子部材４１、４２、４６、４７は、先端側が割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄに凝集されており、電極ケース１が吊り上げられる時の引っ張り力によって、正電極端子部材４１、４２、４６、４７の途中、又は、端子台３との接続部で切断され、割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ側に残る場合も想定されるが、正電極端子部材４１、４２、４６、４７が切断されて、割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ側に残っても支障はない。さらに異なる深さ位置に他の割れ目が発生している場合には、新しい正電極端子部材が取り付けられた電極ケース１のワイヤ６を昇降手段に吊り下げ、図１から図３とは異なる深さの坑壁７１に発生した別の割れ目の上方まで電極ケース１を下降させる。

すると、坑井７内の清水或いはベントナイト溶解水（流体）の流れに乗って、新しい正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７のうちのいくつかが、別の割れ目に流入する。次に、直流電源５から新しい正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７と負電極端子部材２との間に直流電流を通電する。すると、正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７の表面にベントナイト粒子８が凝集するため、別の割れ目を確実に閉塞することができる。この作業工程を繰り返すことによって、逸水の原因となる全ての割れ目の割れ目を閉塞して、逸水を防止することができる。

〔坑井の割れ目の閉塞装置の第２の実施の形態〕
図４は、本発明の第２の実施の形態の坑井の割れ目の閉塞装置を示す断面図であり、第１の実施の形態の図３相当図である。第２の実施の形態の坑井の割れ目の閉塞装置は、正電極端子部材の端子台への接続側（基端側）を絶縁材で被覆した形態である。

図４に示すように、第２の実施の形態では、正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７の端子台３への接続側（基端側）が合成樹脂等の絶縁材４８で被覆され、先端側は露出している。従って、直流電源５から正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７と負電極端子部材２との間に直流電流を通電した時、正電極端子部材４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７の基端側にはベントナイト粒子８が凝集しない。その結果、割れ目７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄを閉塞するのに役立つ箇所以外のベントナイト粒子８の凝集を少なくできるため、好ましい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはない。本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。例えば、前述した実施の形態では、正電極端子部材は糸状の材料で形成されているが、幅が広く厚さが極めて薄い帯状の材料で形成してもよい。また、前述した実施の形態では、ワイヤに吊り下げられた電極ケースに正電極端子部材、負電極端子部材が取り付けられているが、ワイヤと正電極端子部材、負電極端子部材が一緒になった特殊な検層用ケーブルを利用してもよい。

さらに、直流電源５の代わりにバッテリーを使用することも可能である。すなわち、電池を収納したバッテリーケース（図示せず）を電極ケース１の中に収納し、地上から引いた制御線によるＯＮ／ＯＦＦ制御で、坑井７内の電極に直流電流を流す方法である。このようにすれば、地上から坑井７内の電極までの長さが長くなった場合でも、必要な直流電源の電圧を確保することが容易となるため、好ましい。

１…電極ケース
１１…外周
１２…下端
２…負電極端子部材
３…端子台
４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７…正電極端子部材
４８…絶縁材
５…直流電源
５１、５２…電線
６…ワイヤ
７…坑井
７１…坑壁
７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ…割れ目
８…ベントナイト粒子
Ｇ…地盤

Claims

地盤に掘削された坑井内に上昇下降可能に挿入される電極ケース（１）と、
前記電極ケースに取り付けられ、前記坑井の坑壁の割れ目に先端側の一部が挿入可能な複数の正電極端子部材（４１〜４７）と、
前記電極ケースに設けられた少なくとも一個の負電極端子部材（２）と、
前記正電極端子部材と前記負電極端子部材との間に所定の電圧の直流電流を通電するための直流電源（５）と、
前記坑井内に注入される粘土鉱物を含む粘土溶解水とからなり、
前記正電極端子部材は、前記坑井内の流体の流れにのって先端側の一部が前記割れ目に流入するものであり、
前記直流電源は、前記割れ目に流入した前記正電極端子部材と前記負電極端子部材との間に直流電流を通電するものであり、
前記粘土溶解水は、前記直流電流が通電されたとき、前記正電極端子部材の表面に前記粘土鉱物の粒子が凝集して前記割れ目を閉塞するものである
ことを特徴とする坑井の割れ目の閉塞装置。
請求項１に記載の坑井の割れ目の閉塞装置において、
前記正電極端子部材は、前記電極ケースに接続されている側の部位が、所定の長さ、電気的絶縁部材で被覆されているものである
ことを特徴とする坑井の割れ目の閉塞装置。
請求項１又は２に記載の坑井の割れ目の閉塞装置において、
前記正電極端子部材は、銅線、アルミニウム線、及び導電性の炭素繊維から選択される一つ以上の材料製のものである
ことを特徴とする坑井の割れ目の閉塞装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の坑井の割れ目の閉塞装置において、
前記粘土鉱物は、ベントナイトである
ことを特徴とする坑井の割れ目の閉塞装置。
地盤に掘削された坑井内に上昇下降可能に挿入される電極ケースと、
前記電極ケースに取り付けられ、前記坑井の坑壁の割れ目に先端側の一部が挿入可能な複数の正電極端子部材と、
前記電極ケースに設けられた少なくとも一個の負電極端子部材と、
前記正電極端子部材と負電極端子部材との間に所定の電圧の直流電流を通電するための直流電源と、
前記坑井内に注入される粘土鉱物を含む粘土溶解水とからなる坑井の割れ目の閉塞装置における閉塞方法であって、
前記坑井の前記割れ目の上方まで前記電極ケースを下降させ、
前記坑井内の流体の流れにのせて前記正電極端子部材の先端を前記割れ目に流入させ、
前記直流電源から前記正電極端子部材と前記負電極端子部材との間に直流電流を通電し、前記正電極端子部材の表面に前記粘土鉱物の粒子を凝集させて前記割れ目を閉塞する
ことを特徴とする坑井の割れ目の閉塞方法。