JP2018091130A - 水中採掘デバイスおよび採掘方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤物質を水中で効率的に採掘できる、水中採掘デバイスおよび水底上で地盤物質を採掘する方法を提供すること。
【解決手段】水中採掘デバイス１０は、水底上に配置される沈水可能な作業台１２と、水底から地盤物質を掘削するための掘削手段３０と、掘削手段３０を調節し、水底内へ導入するための調節手段１３と、掘削手段３０から離れた所に、掘削された地盤物質を搬送するための搬送管路１８とを有する。搬送容器５０のための受容部４０が作業台１２上に設計され、搬送容器５０は、受容部４０内に解放可能に支持され、保持され、搬送管路１８は搬送容器５０内へ通じている。搬送管路１８を通って掘削された地盤物質が送られ、搬送容器５０内に受容される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分による、水底上へ配置され得る潜水可能な作業台と、水底から地盤物質（ｇｒｏｕｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ）を掘削するための掘削手段と、掘削手段を調節し、水底内へ導入するための調節手段と、掘削手段から離れた所に掘削された地盤物質を搬送するための搬送管路とを有する水中採掘デバイスに関する。

本発明は、請求項１４の前提部による、水中採掘デバイスを用いて水底上で地盤物質を採掘する方法にさらに関し、この水中採掘デバイスは水底上へ下降させられ、掘削手段が調節手段により水底内へ導入され、そうすることで地盤物質が掘削され、掘削された地盤物質は搬送管路により、離れた所に搬送される。

欧州特許出願公開第２５６２３４６（Ａ１）号から、下降可能な作業台を備えた水中穿孔装置が取り上げられることが可能である。水底にボーリング孔を作り出すために、ドリル駆動部により駆動され得る穿孔工具が作業台上に配置されている。この穿孔デバイスは水中で基礎要素を製造するのに役立つ。孔の作出しの間に生じるドリル削出物は上方へ案内され、出口開口部を介して周囲の水域内へ放出され、そこでそれらは離れた所に搬送され、水域の流れにより撒き散らされる。

国際公開第２０１５／１７８８５４号（Ａ１）および国際公開第２０１５／１７８８５３号（Ａ１）から、水中採掘システムが取り上げられることが可能である。このシステムでは、いくつかの可動採掘ユニットが使用されており、採掘された地盤物質が、この可動採掘ユニットから、採掘ユニットと補給艦との間の水中に配置されている浮動容器へ案内される。

欧州特許出願公開第２５６２３４６号明細書 国際公開第２０１５／１７８８５４号 国際公開第２０１５／１７８８５３号

本発明は、用いると地盤物質が水中で特に効率的な方法で採掘され得る、水中採掘デバイスおよび水底上で地盤物質を採掘する方法を提供する目的に基づく。

本発明によれば、本目的は、請求項１の特徴を有する水中採掘デバイスおよび請求項１４の特徴を有する、水域の水底上で地盤物質を採掘する方法により達成される。本発明の好適な実施形態が各従属請求項において述べられている。

本発明による水中採掘デバイスは、作業台上に搬送容器のための受容部が設計されていること、この搬送容器が受容部内に解放可能に支持され、保持されていること、搬送管路が搬送容器内へ通じていることを特徴とし、掘削された地盤物質が搬送容器内に受容され得る。

本発明の基本的着想が、採掘された地盤物質が直接作業台上に受容され、一次的に保管されることにある。したがって、採掘された地盤物質は、周辺環境へまたは作業台から遠隔に配置された受容用容器へ移送されない。採掘された地盤物質を受容し、保管することにより、その搬送が容易であることが判明する。

本発明の別の態様が、採掘された地盤物質が、水中採掘デバイスの作業台上に解放可能に支持されている搬送容器内に受容されることにある。所定の充填水準に達すると、搬送容器は作業台から解放され、除去位置または排出位置へ移送され得る。その後、空の搬送容器が作業台上に戻され得る。このようにして、採掘された地盤物質が受容され、好ましくは、確実な方法で、環境に大きな負担をかけることなく、水面に向かって搬送され得る。

基本的に、掘削手段は穿孔装置または任意の他の適切な掘削手段とすることができる。本発明の実施形態によれば、掘削手段が、略水平の回転軸線を中心として回転駆動される少なくとも１つの掘削ホイールを有する掘削機であることが特に好適である。この掘削機は、回転駆動される２つの掘削ホイール対を有することが好ましい。選好により、掘削ホイール対は、掘削された地盤物質を対をなす２つのホイールの間の中央部の方へ搬送するようにそれらが駆動され、そこから、それは吸引ポンプにより掘削溝から外へ搬送される。掘削機は、実質的に、既知の地中連続壁掘削機と構造が同様であり得る。

本発明の別の実施形態が、調節手段が案内装置であって、この案内装置に沿って掘削手段が鉛直に調節可能に案内される案内装置を有することにある。詳細には、調節手段は、１つまたはいくつかの案内路を有する柱とすることができる。選好により、また、案内装置は骨組みまたは管状構造とすることができ、その中で、掘削手段は鉛直に移動可能に案内される。

掘削機の沈降が基本的に重力に因り起こり得る。本発明による水中採掘デバイスの好適な実施形態の変形例においては、さらに、掘削手段を上昇および／または下降させるための前進手段を、調節手段が有する。このようにして、前進力または再設定力が選択的に付与され得る。

前進手段が少なくとも１つの位置調整シリンダ（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）または巻上げ機を有することは特に有利である。位置調整シリンダが、上昇および／またはやはり下降させるための液圧シリンダであることが好ましい。同様に、また、前進および上昇は、対応する偏向手段を備えた１つまたはいくつかの巻上げロープを有する巻上げ装置により実現される。

本発明の特に目的にかなった実施形態が、搬送容器のための受容部がその上端部に設けられている案内装置が案内骨組みとして設計されているという点において、実現される。案内骨組みは、掘削手段が中で鉛直に移動可能に案内される内側自由空間を有する管様設計であり得る。搬送容器は案内骨組みの上側に据え置かれ、配置され得る。

これに関連して、受容部がじょうご形調心（ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ）部分を有すること、および搬送容器は、その下面に、受容部の調心部分内への搬送容器の挿入に適合するように設計されている円錐形挿入部分を有することが特に有利である。受容部はじょうご形であり、搬送容器の下面上の相応に適合する円錐形挿入部分が、下降により容易に受容され、調心されることを可能にする。搬送容器を受容すると、採掘された地盤物質の中で給送する搬送管路への接続状態が、同時に構築され得る。

本発明の特に有利な実施形態が、搬送容器のための受容部に、搬送管路の第１の連結要素が設けられていること、および搬送容器の下面に、第１の連結要素に接続されて管路接続を構築することができる第２の連結要素が配置されていることにある。また、２つの連結要素は相応に適合するじょうご形円錐形の設計とし、接続状態の構築を容易にすることができる。このようにして、採掘された地盤物質は下方から搬送管路を介して搬送容器内へ供給され得る。

本発明の好適なさらなる改良が、第２の連結手段から、上方向に搬送容器を貫通して、出口まで延在している立上がり管が搬送容器の内部に配置されていることにあり、この立上がり管を通して、搬送された掘削された地盤物質が上方から搬送容器内へ供給される。したがって、搬送容器内の立上がり管により、採掘された地盤物質は、最初に前記の容器を通過して流れ、搬送容器の上側に送出されるだけである。通常は周囲の水と混合している採掘された地盤物質をこのように供給することにより、搬送容器の内部で沈殿過程が起こり得る。固体地盤物質は搬送容器の底部領域上に沈殿することができ、一方、相応に浄化された水は、搬送容器の上側に再度浮上し得る。結果として、実際の有効積載量としての、掘削された地盤物質での搬送容器の充填は改善される。

本発明のさらなる改良によれば、作業台からの、搬送容器の特に環境に優しい分離が、停止弁が第１の連結手段および／または第２の連結手段上に配置されているという点において、搬送容器の充填のために停止弁が開かれるという点において、搬送容器が受容部から除去された場合に停止弁が閉じられるという点において実現される。停止弁（単数または複数）は適切な制御により作動される。また、この弁は、搬送容器が取り付けられた場合にそれが自動的に開かれ、搬送容器が取り外された場合にそれが自動的に閉じられるように、機械構成部品を備えた自動弁として設計され得る。

本発明の実施形態の変形例によれば、受容された搬送容器をその位置に係止し、固定する係止手段が受容部に配置されていることが、さらに有利である。これは、より強い流れの場合にも、搬送容器がその位置に留まることを確実にする。さらに、また、搬送容器は、このようにして、水中採掘デバイスの移送に使用され得る。このため、搬送容器は、昇降手段、より詳細には昇降ロープに接続されることが好ましい。搬送容器は、昇降ロープにより、排出位置、詳細には水上乗り物、特に船舶へ移動させられ得る。搬送容器が作業台にしっかりと係止された場合、水中採掘デバイスは、その全体が昇降手段により搬送容器と共に移送され得る。

選好により、掘削された地盤物質を掘削手段から搬送容器まで搬送するために、ポンプ手段が設けられている。このポンプ手段は、掘削手段内に統合され得るか、または別個の構成要素として作業台上に配置され得る。

水底上での水中採掘デバイスの正確な据付けのために、調節可能な支持脚が、水底上で作業台を調整するために作業台に設けられていることが目的にかなっている。この支持脚には、互いの高さの不一致を補償するために、位置調整シリンダまたは他の位置調整手段を設けることが可能である。このようにして、また、作業台は不整地上で水平に調整されることが可能である。選好により、計３つの支持脚が、それらが作業台の周囲に沿って分配されるように配置されている。

本発明による方法は、掘削された地盤物質が、水中採掘デバイスの受容部上に解放可能に支持されている搬送容器へ搬送されること、および充填水準に達すると、充填された搬送容器が受容部から解放され、離れた所に移送されることを特徴とする。

本発明による方法は、前述の水中採掘デバイスを使用して実施され得ることが好ましい。前述されている利点はそれにより実現され得る。

本発明による方法の好適な実施形態の変形例においては、搬送容器が水中採掘デバイスの上側に解放可能に固定され、昇降手段が搬送容器の上側に係合し、および水中採掘デバイスの移送のために、搬送容器が受容部内に係止される。したがって、昇降手段は、前記搬送容器が水中採掘デバイスから係合を解かれ、解放された場合、搬送容器を用いた地盤物質の別個の移送に役立つ。搬送容器が作業台上の受容部内に係止された場合、水中採掘デバイスは、その全体が昇降手段により搬送され、移動させられ得る。

本発明は、図面に概略的に示されている好適な実施形態により、以下にさらに説明されるであろう。

本発明による水中採掘デバイスの側面図である。 水中採掘デバイスのための搬送容器の拡大側面図である。 水中採掘デバイス内の、搬送容器の受容部の拡大詳細図である。

本発明に従った、図１による水中採掘デバイス１０において、昇降装置により、水上乗り物、詳細には船舶から水底に、計３つの鉛直に調節可能な支持脚２８により配置され得る、棒材を用いた骨組み構造の作業台１２が設けられている。作業台１２は、支持脚２８により水平配置に調整されることが可能である。

柱様の案内骨組み１４が作業台１２上に配置されており、調節手段１３を形成している。掘削手段３０が、案内骨組み１４より内側の範囲に、鉛直案内装置１６に沿って鉛直に調節可能に支持されている。掘削手段３０は掘削機、より詳細には下方に位置する２対の掘削ホイール３２を備えた地中連続壁掘削機として設計されている。この掘削ホイール３２は水平回転軸線を中心として回転駆動され、その場合、掘削ホイール３２は、それらが地盤物質を掘削し、これを２対の掘削ホイール３２間の中央領域内へ運ぶように回転する。

掘削手段３０の鉛直方向の調節のために、側方位置調整シリンダ２２を備えた前進手段２０が設けられている。位置調整シリンダ２２により、掘削手段３０は段階的に上昇または下降させられ得る。そうすることで、掘削手段３０は、案内骨組み１４内で鉛直案内装置１６に沿って、細長い案内枠により案内される。掘削手段３０が案内骨組み１４の内部で常に案内されるように、掘削手段３０の調節経路は案内骨組み１４の高さに制限され得る。あるいは、また、掘削手段３０は、その全体が案内骨組み１４から外に移動させられることが可能であり、その場合には、掘削手段３０の細長い案内枠に沿って、さらなる案内が達成される。

掘削ホイール３２により掘削された地盤物質は、中心搬送管路１８を介して、ポンプ手段２４により上方向に、案内骨組み１４の上側にある受容部４０内に支持されている搬送容器５０へ搬送される。

受容部４０はじょうご形調心部分４２を有し、搬送容器５０の下端部を調心された形で受容する。さらに、様々なユニットおよび動作手段を備えた駆動モジュール２６が、作業台１２上に解放可能に配置されている。駆動モジュール２６は、供給ライン（詳細には図示せず）を介して、水上の補給艦に接続されている。供給ラインにより、また、水中採掘デバイス１０の対応する制御が達成され得る。

本発明による水中採掘デバイス１０用の搬送容器５０は、図２により詳細に示されている。搬送容器５０は実質的に円筒形の基体５２を有し、その下端部に、その後に係止用棚状突起５５が続く円錐形挿入部分５４が設けられている。中空の搬送容器５０の内部に、立上がり管５８が、下面５３から上方へ、円筒形基体５２の上端部を越えて延在している。掘削された地盤物質は、水中採掘デバイス１０の搬送管路１８から、下面５３上で搬送容器５０内の立上がり管５８へ移送され、立上がり管５８は、上方領域内で、搬送容器５０の内部へ向かう弓形の屈曲により方向を変えられている。掘削された地盤物質が、吸引された水と共に、上方から搬送容器５０内へ供給されるように、この屈曲は円筒形基体５２の上方領域内へ通じている。このようにして、掘削された地盤物質の固定成分は搬送容器５０の下方領域内に沈殿することができ、一方、液体が搬送容器５０の上側に浮上し得る。

固定要素５７が搬送容器５０の上側にさらに配置されており、そこには、図示されていない昇降手段、詳細にはクレーンロープのフックが固定されている。

図３により詳細に示されている通り、搬送容器５０は、係止手段７０により、案内骨組み１４の受容部４０上に解放可能に固定されている。図３の図から、搬送容器５０の円錐形挿入部分５４が受容部４０のじょうご形調心部分４２に適合するように設計されていることが分かる。挿入された位置では、楔形保持要素７２が、図示されていない位置調整シリンダにより作動される作動機構７４により、解放位置から図３に示されている係止位置へ移動させられ得る。係止位置では、径方向内側に移動した保持要素７２が、搬送容器５０の円筒形端部上の、より大きな寸法の係止用棚状突起５５の後ろ側に係合する。係止位置では、水中採掘デバイス１０が、次いで、搬送容器５０と共に上方へ引っ張られ得るように、搬送容器５０は案内骨組み１４に、したがって作業台１２にしっかりと接続されている。

図３から、また、搬送管路１８と搬送容器５０との間の接続が概略で理解され得る。搬送管路１８の上端部上に、搬送容器５０上のじょうご形の第２の連結要素５６内に嵌合して係合する第１の連結要素４６が設計されている。第１の連結要素４６と第２の連結要素５６との間の連結位置では、搬送管路１８と搬送容器５０の内部の立上がり管５８との間に管路接続が構築されている。概略的に示されている停止弁６０により、搬送容器５０が受容部４０から分離された場合、第１の連結要素４６の開口部と第２の連結要素５６の開口部とは閉じられている。選好により、停止弁６０は、搬送容器５０の取付けまたは解放の間に、機械的に作動させられる。

本発明による水中採掘デバイス１０は、水底上で地盤物質を掘削するために、詳細には試料を採取するためにまたは地表近くの天然資源を採掘するために、提供されている。

１０ 水中採掘デバイス、１２ 骨組み構造の作業台、１３ 調節手段、１４ 柱様の案内骨組み、１６ 鉛直案内装置、１８ 中心搬送管路、２０ 前進手段、２２ 側方位置調整シリンダ、２４ ポンプ手段、２６ 駆動モジュール、２８ 鉛直に調節可能な支持脚、３０ 掘削手段、３２ 掘削ホイール、４０ 受容部、４２ じょうご形調心部分、４６ 第１の連結要素、５０ 搬送容器、５２ 円筒形の基体、５３ 下面、５４ 円錐形挿入部分、５５ 係止用棚状突起、５６ 第２の連結要素、５７ 固定要素、５８ 立上がり管、６０ 停止弁、７０ 係止手段、７２ 楔形保持要素、７４ 作動機構。

Claims (15)

1. 水底上へ配置され得る沈水可能な作業台と、
   前記水底から地盤物質を掘削するための掘削手段と、
   前記掘削手段を調節し、前記水底内へ導入するための調節手段と、
   前記掘削手段から離れた所に、掘削された地盤物質を搬送するための搬送管路と、
   を有する水中採掘デバイスであって、
   搬送容器のための受容部が前記作業台上に設計されており、
   前記搬送容器は前記受容部内に解放可能に支持され、保持され、
   前記搬送管路は前記搬送容器内へ通じており、前記掘削された地盤物質が前記搬送容器内に受容され得る、
   水中採掘デバイス。
2. 請求項１に記載の水中採掘デバイスであって、前記掘削手段は、略水平の回転軸線を中心として回転駆動される少なくとも１つの掘削ホイールを有する掘削機である、水中採掘デバイス。
3. 請求項１に記載の水中採掘デバイスであって、前記調節手段は、案内装置であって、当該案内手段に沿って前記掘削手段が鉛直に調節可能に案内される案内装置を有する、水中採掘デバイス。
4. 請求項１に記載の水中採掘デバイスであって、前記調節手段は、前記掘削手段を上昇および／または下降させるための前進手段を有する、水中採掘デバイス。
5. 請求項４に記載の水中採掘デバイスであって、前記前進手段は少なくとも１つの位置調整シリンダまたは巻上げ機を有する、水中採掘デバイス。
6. 請求項３に記載の水中採掘デバイスであって、前記案内装置は案内骨組みとして設計されており、その上端部に、前記搬送容器のための前記受容部が設けられている、水中採掘デバイス。
7. 請求項１に記載の水中採掘デバイスであって、
   前記受容部はじょうご形の調心部分を有し、
   前記搬送容器は、その下面上に、前記受容部の前記調心部分内への前記搬送容器の挿入に適合するように設計されている円錐形の挿入部分を有する、
   水中採掘デバイス。
8. 請求項１に記載の水中採掘デバイスであって、
   前記搬送管路の第１の連結要素が前記搬送容器のための前記受容部上に設けられており、
   管路の接続状態を構築するために、前記第１の連結要素に接続され得る第２の連結要素が前記搬送容器の下面上に配置されている、
   水中採掘デバイス。
9. 請求項８に記載の水中採掘デバイスであって、前記搬送容器の内部に、前記第２の連結手段から、前記搬送容器を上方向に貫通して、出口まで延在している立上がり管が配置されており、当該立ち上がり管を通して前記搬送された掘削された地盤物質が上方から前記搬送容器内へ供給される、水中採掘デバイス。
10. 請求項１に記載の水中採掘デバイスであって、
    停止弁が前記第１の連結手段および／または前記第２の連結手段に配置されており、
    前記搬送容器の充填のために前記停止弁は開かれ、前記搬送容器が前記受容部から除去された場合に前記停止弁は閉じられる、
    水中採掘デバイス。
11. 請求項１に記載の水中採掘デバイスであって、受容された搬送容器をその位置に係止し固定する係止手段が前記受容部（４０）上に配置されている、水中採掘デバイス。
12. 請求項１に記載の水中採掘デバイスであって、前記掘削された地盤物質を前記掘削手段から前記搬送容器へ搬送するために、ポンプ手段が設けられている、水中採掘デバイス。
13. 請求項１に記載の水中採掘デバイスであって、前記水底上で前記作業台を調整するために、調節可能な支持脚が前記作業台上に設けられている、水中採掘デバイス。
14. 水中採掘デバイス、特に請求項１に記載の水中掘削デバイスを用いて、水底上で地盤物質を採掘する方法であって、
    前記水中採掘デバイスは前記水底上に下降させられ、
    掘削手段が調節手段により前記水底内へ導入され、そうすることで前記地盤物質が掘削され、
    前記掘削された地盤物質は搬送管路により、離れた所に搬送される、
    方法において、
    前記掘削された地盤物質は、前記水中採掘デバイスの受容部上に解放可能に支持されている搬送容器へ搬送され、
    充填水準に達すると、前記充填された搬送容器は前記受容部から解放され、離れた所に移送される、
    方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記搬送容器は前記水中採掘デバイスの上側に解放可能に固定されており、
    昇降手段が前記搬送容器の上側に係合し、前記水中採掘デバイスの前記移送のために、前記搬送容器は前記受容部内に係止される、
    方法。

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