JP2018172891A - 海中採鉱基地 - Google Patents

Abstract

【課題】海山の表面に堆積する軟弱な地盤や、海底鉱床の傾斜や起伏に対応できる海中採鉱基地を提供する。【解決手段】この海中採鉱基地２０は、海底鉱床ＯＤからレアアース泥を採泥する採泥装置３０と、採泥装置３０が装備されるとともにＸ方向およびＹ方向のすくなくとも一方に自走可能なプラットフォーム２１とを備える。採泥装置３０は、海底鉱床ＯＤに向けて高圧の海水を噴射してレアアース泥を解泥する噴射管路と、噴射管路に併設されて解泥されたレアアース泥を海水とともに吸引する吸引管路とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、海底鉱物を採掘する技術に関する。

近年、各種産業機器を製造する上で必要不可欠な金属であり存在量が少ない有用金属の価格が高騰している。有用金属は産業上必要不可欠なものであるが、可採量が少ないだけでなく、産出国が限られているため地政学的リスクが存在している。そこで、海底鉱物の中でも、海底下に存在する有用金属含有鉱物が注目されている。
海底鉱物中には、現在地上で採掘されている鉱物と比較して、高濃度で有用金属が存在していることが各種調査で明らかにされている。そこで、近年、様々な機関で試掘調査が行なわれ、また、海底鉱物の採鉱方法や採鉱システムも種々提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１には、海底鉱物の採鉱システムが開示されている。同文献記載の採鉱システムは、海底鉱床の表面を研削可能な研削ツールを有する海底移動装置を備える。海底移動装置は、海面側の供給源から電力および制御信号を受けて海底を移動しつつ、開放型の研削ツールにより海底鉱床の表面を研削する。研削によって生産された研削物は、分級手段によって所定のサイズを超えないように分級され、分級された研削物が海上まで運搬される。

特開２０１３−５２８７２６号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、クローラ型の掘削機は、海底の起伏に応じた操作が煩雑で、自動化が困難であるという問題がある。また、海底鉱床は、海山の傾斜角が大きく、海山の表面に堆積する軟弱な地盤、特に、レアアース泥を採鉱する場合には、クローラでの走行に支障があるという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、海山の表面に堆積する軟弱な地盤や、海底鉱床の傾斜や起伏に対応でき、レアアース泥の採泥に好適な海中採鉱基地を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る海中採鉱基地は、海底鉱床からレアアース泥を採泥する採泥装置と、該採泥装置が装備され海中に配置されて且つ海底に立設されるプラットフォームと、を備え、前記採泥装置は、前記海底鉱床に向けて高圧の海水を噴射してレアアース泥を解泥する噴射管路と、該噴射管路に併設されて前記解泥されたレアアース泥を海水とともに吸引する吸引管路とを有し、前記プラットフォームは、複数の支持脚を有し、各支持脚は、垂直方向への移動機構を介してＺ方向に個別に相対的スライド移動が可能に構成されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る海中採鉱基地によれば、海底に立設されるプラットフォームは、採泥装置が装備されるとともに複数の支持脚を有し、各支持脚は、垂直方向への移動機構を介してＺ方向に個別に相対的スライド移動が可能に構成されているので、海山の表面に堆積する軟弱な地盤や、海底鉱床の傾斜や起伏に対応することができる。
そして、採泥装置は、海底鉱床に向けて高圧の海水を噴射してレアアース泥を解泥する噴射管路と、噴射管路に併設されて解泥されたレアアース泥を海水とともに吸引する吸引管路とを有するので、レアアース泥の採泥に好適な海中採鉱基地を提供できる。

また、上記課題を解決するために、本発明の他の一態様に係る海中採鉱基地は、海底鉱床からレアアース泥を採泥する採泥装置と、該採泥装置が装備され海中に配置されて且つ海底に立設されるとともに水平面で互いに直交するＸ方向およびＹ方向の少なくとも一方に自ら移動可能なプラットフォームと、を備え、前記採泥装置は、前記海底鉱床に向けて高圧の海水を噴射してレアアース泥を解泥する噴射管路と、該噴射管路に併設されて前記解泥されたレアアース泥を海水とともに吸引する吸引管路とを有することを特徴とする。

本発明の他の一態様に係る海中採鉱基地によれば、海底に立設されるプラットフォームは、海底鉱物採鉱装置が装備されるとともに、Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一方に自ら移動可能なので、海底鉱床の傾斜や起伏に対応することができる。
そして、採泥装置は、海底鉱床に向けて高圧の海水を噴射してレアアース泥を解泥する噴射管路と、噴射管路に併設されて解泥されたレアアース泥を海水とともに吸引する吸引管路とを有するので、レアアース泥の採泥に好適な海中採鉱基地を提供できる。

ここで、本発明の他の一態様に係る海中採鉱基地において、前記プラットフォームは、上部プラットフォーム、下部プラットフォーム、および、これら上下のプラットフォームの間に配置される中間フレームを有し、前記中間フレームと前記上部プラットフォームとは、水平方向への移動機構を介して一の方向に相対的スライド移動が可能に構成されるとともに、前記中間フレームと前記下部プラットフォームとは、水平方向への移動機構を介して前記一の方向と直交する他の方向に相対的スライド移動が可能に構成され、前記上下のプラットフォームそれぞれは、複数の支持脚を有し、各支持脚は、垂直方向への移動機構を介してＺ方向に個別に相対的スライド移動が可能に構成されていることは好ましい。このような構成であれば、海底鉱床の傾斜や起伏に対応する上で好適である。

上述のように、本発明によれば、海山の表面に堆積する軟弱な地盤や、海底鉱床の傾斜や起伏に対応でき、レアアース泥の採泥に好適である。

本発明の一態様に係る海底鉱物の採掘システムの全体構成の一実施形態を説明する模式図である。 図１の採掘システムの海中採鉱基地の模式的説明図であり、同図(ａ)は平面視、(ｂ)は一の海中採鉱基地の正面視（但し、海底鉱床の部分は断面のイメージ（以下正面視にて同様））をそれぞれ模式的に示している。 図２の海中採鉱基地の第一実施形態を説明する模式的斜視図である。 海中採鉱基地に装備される採泥装置を説明する模式的正面図である。 図４の採泥装置の要部説明図であり、同図（ａ）は軸線を含む縦断面を示し、（ｂ）は図４でのＺ−Ｚ断面を示している。 図１の採掘システムによる海底鉱物の採掘方法の説明図であり、同図(ａ)は一の海中採鉱基地の正面視、(ｂ)は海底鉱床の一の区画の平面視をそれぞれ模式的に示している。 採泥装置の変形例を説明する図（（ａ）〜（ｆ））である。 本発明の一態様に係る海中採鉱基地の第二実施形態の模式的平面図（(ａ)〜(ｃ)）である。 本発明の一態様に係る海中採鉱基地の第三実施形態を説明する模式的斜視図である。 第三実施形態の海中採鉱基地のプラットフォームの模式的平面図である。 第三実施形態の海中採鉱基地のプラットフォームの模式的正面図である。 第三実施形態の海中採鉱基地の中間フレームの模式的平面図である。 第三実施形態の海中採鉱基地の支持脚の横断面図である。 図１０のＲ部断面図である。 図１２のＳ部断面図である。 図１２のＰ部断面図である。 図１２のＱ部断面図である。 第三実施形態の海中採鉱基地と海底鉱床との相対寸法の一例のイメージを示す図である。 本発明の採掘システムでの海中採鉱基地の着底方法の一実施形態を説明する図（（ａ）、（ｂ））である。 本発明の採掘システムでの海中採鉱基地の着底方法の一実施形態を説明する図（（ａ）〜（ｄ））である。 第三実施形態の海中採鉱基地により海底鉱床を採鉱する手順を説明する図である。 図２１の採泥手順における、海中採鉱基地のプラットフォームの歩行動作（着底準備姿勢から採鉱開始姿勢への移行動作）を説明する図である。 第三実施形態の海中採鉱基地の歩行動作を説明する斜視図（（ａ）〜（ｄ））である。 図２３（ａ）の拡大図である。 図２３（ｂ）の拡大図である。 図２３（ｃ）の拡大図である。 図２３（ｄ）の拡大図である。 図２１の採泥手順における、海中採鉱基地のプラットフォームの歩行動作を説明する図（（ａ）〜（ｃ））である。 図２１の採泥手順における、海中採鉱基地のプラットフォームの歩行動作を説明する図（（ａ）〜（ｆ））である。 図２１の採泥手順における、海中採鉱基地のプラットフォームの歩行動作を説明する図（（ａ）〜（ｃ））である。 図２１の採泥手順における、海中採鉱基地のプラットフォームの歩行動作を説明する図（（ａ）〜（ｃ））である。 本発明の採掘システムで用いる架設配置用母船の一実施形態を説明する図であり同図（ａ）はその平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。本実施形態は、海山の表面に堆積する軟弱な地盤上で泥質堆積物に向けて高圧の海水を噴射してレアアース泥を解泥および吸引によって採鉱する採鉱ステーションを用いる採掘システムの例である。
なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

まず、本実施形態の採掘システムの全体構成について説明する。
この採掘システムは、図１に示すように、海上採鉱基地として海上ＳＬに配置される採鉱母船１と、海底ＳＢに配置される採鉱ステーション２０および揚泥ユニット４とを有する。この採掘システムでは、複数の採鉱ステーション２０を海中採鉱基地とする。各採鉱ステーション２０には複数の採泥装置３０が装備されている。

各採泥装置３０は、海底にレアアース（希土類）泥が堆積する海底鉱床ＯＤに対し、高圧の海水を噴射してレアアース泥を解泥するとともに、解泥されたレアアース泥を海水とともに吸引により採泥可能に構成されている。そして、この採掘システムは、各採泥装置３０で採泥されたスラリー状のレアアース泥を、吸込管５を介して海中の揚泥ユニット４に移送し、揚泥ユニット４は、揚泥管６を介して採鉱母船１に揚泥するように構成されている。なお、本明細書において、「解泥」とは、海底鉱床の泥質堆積物に向けて高圧の海水を噴射してレアアース泥を解きほぐすことをいう。

詳しくは、本実施形態の例では、採鉱母船１、架設配置用母船２および運搬船３が目的とする海域の海上ＳＬに停泊される。架設配置用母船２は、揚泥ユニット４および複数の採鉱ステーション２０を運搬するとともに、これらを海底ＳＢに架設配置するための架設配置用の母船である。
架設配置用母船２には、揚泥ユニット４および採鉱ステーション２０を、海底ＳＢに架設配置するためのクレーン等の作業機１１が装備されている。架設配置用母船２は、海底鉱床ＯＤの所定の位置まで採鉱ステーション２０を搬送し、作業機１１のワイヤ１１ｗで採鉱ステーション２０を垂下して海底ＳＢに立設する。また、同様にして、架設配置用母船２は、海底ＳＢの適切な位置に揚泥ユニット４を配置する。

採鉱母船１には、発電機１２および貯蔵器１３、並びに不図示の管理コンピュータが搭載されている。貯蔵器１３は換装可能に船上に載置されている。管理コンピュータおよび発電機１２は、アンビリカルケーブル８を介して海底ＳＢに配置された採鉱ステーション２０および揚泥ユニット４に接続され、採鉱ステーション２０および採泥装置３０、並びに揚泥ユニット４の作動に必要な電力や制御信号を供給可能になっている。

揚泥ユニット４は、揚泥用ポンプ２５と、サイクロン装置を有する分級器２７とを備える。分級器２７は、その吐出側が、揚泥ユニット４の内部で揚泥用ポンプ２５の吸い込み側に接続される。分級器２７の吸入側は、吸込管５を介して採鉱ステーション２０と接続される。吸込管５内には海水が満たされる。分級器２７には、排出管７の一端が接続され、排出管７の他端が、分級で不要とされたレアアース泥の戻し置き場まで配管される。なお、吸込管５、揚泥管６および排出管７にはフレキシブル管を用いている。

揚泥用ポンプ２５は、上記揚泥管６を介して採鉱母船１と接続される。揚泥管６は、採鉱ステーション２０で採掘したスラリー状のレアアース泥を採鉱母船１まで揚泥するためのフレキシブル性を有する円筒状管路である。揚泥管６内には海水が満たされる。揚泥管６の上部は、海上ＳＬの採鉱母船１まで到達し、採鉱母船１の船底を介して貯蔵器１３に接続される。貯蔵器１３は、揚泥管６から揚泥用ポンプ２５で揚泥されたスラリー状のレアアース泥を貯蔵する。運搬船３は、貯蔵器１３を採鉱母船１と換装して、採鉱母船１に揚泥されたレアアース泥ケーキを必要な場所に移送する。

次に、上記採鉱ステーション２０について詳しく説明する。
図２に示すように、採鉱ステーション２０は、プラットフォームとなる矩形枠体状のベースフレーム２１を有する。ベースフレーム２１は、枠体の四隅が複数（この例では４脚）の支持脚２６で支持されている。各支持脚２６は、ジャッキ機構４９を介してベースフレーム２１に固定されている。

ジャッキ機構４９は、不図示のモータ、減速機構およびラック・ピニオン機構を有する。ラックは支持脚２６の軸方向に沿って形成されている。ジャッキ機構４９は、モータで減速機構を介してラック・ピニオン機構を駆動することにより、支持脚２６を上下方向（Ｚ方向）にスライド移動可能に且つその移動位置の保持が可能になっている。なお、ジャッキ機構４９の駆動用のモータとしては、流体圧による駆動（例えば油圧駆動）であっても、電力による駆動（例えば電磁式モータ）であってもよい（以下、他の駆動用のモータにおいて同様）。

この例では、ベースフレーム２１には、図３に示すように、Ｘ方向に沿って二つの移動フレーム４３が張り渡されている。移動フレーム４３は、例えばトラス構造を有する。各移動フレーム４３の両端は、Ｙ方向用移動機構４４を介してベースフレーム２１にそれぞれ支持される。Ｙ方向用移動機構４４は、不図示のモータ、減速機構およびラック・ピニオン機構を有し、モータで減速機構を介してラック・ピニオン機構を駆動することにより、移動フレーム４３をベースフレーム２１沿ってＹ方向にスライド移動可能になっている。

各移動フレーム４３には、ガイドシェル４８が縦に配置されている。ガイドシェル４８は、採泥装置３０のＺ方向の送り機構を構成している。ガイドシェル４８は、Ｘ方向用移動機構５２を介して移動フレーム４３に支持されている。Ｘ方向用移動機構５２は、不図示のモータ、減速機構およびラック・ピニオン機構を有し、モータで減速機構を介してラック・ピニオン機構を駆動することにより、ガイドシェル４８を移動フレーム４３沿ってＸ方向にスライド移動可能になっている。

さらに、ベースフレーム２１には、基地制御ユニット４５および吸込チャンバ５１が設けられている。基地制御ユニット４５には、上記アンビリカルケーブル８が接続されている。基地制御ユニット４５には、採鉱ステーション２０および採泥装置３０を駆動するために、以下不図示の、供給ポンプと、供給ポンプを駆動するモータと、採鉱ステーション２０全体の作動を制御する制御部とが内蔵されている。

これにより、各採鉱ステーション２０は、採鉱母船１からアンビリカルケーブル８を介して必要な電力や制御信号の供給を基地制御ユニット４５に受ける。基地制御ユニット４５は、採鉱母船１側の管理コンピュータの指令に基づいて、各ジャッキ機構４９の駆動により、採鉱ステーション２０の姿勢を制御するコントローラとして機能する。

さらに、各採鉱ステーション２０は、管理コンピュータの管理下、基地制御ユニット４５によるＸ方向用移動機構５２およびＹ方向用移動機構４４の駆動により、ガイドシェル４８をＸ方向およびＹ方向に移動するとともに、ポンプの駆動により取水した海水を高圧の海水として採泥装置３０に供給可能になっている。

次に、採鉱ステーション２０に装備された採泥装置３０について詳しく説明する。
図４に示すように、ガイドシェル４８には、スライダ４６を介して採泥装置３０が装備されている。ガイドシェル４８の上部には、ガイドシェル４８に沿ってスライダ４６をＺ方向にスライド移動させるスライド移動機構４７が設けられている。スライド移動機構４７は、不図示のモータ、減速機構およびラック・ピニオン機構を有し、モータで減速機構を介してラック・ピニオン機構を駆動することにより、ガイドシェル４８に沿ってスライダ４６をＺ方向にスライド移動可能になっている。

採泥装置３０は、スライダ４６に装着されるハウジング部７１を有する。ハウジング部７１の上部は、供給管９を介して上記基地制御ユニット４５のポンプに接続される。また、ハウジング部７１の側面には、採泥装置３０の稼働により解泥されたスラリー状のレアアース泥を吸入するための吸込管５の一端が接続される。吸込管５の他端は、上記吸込チャンバ５１を介して分級器２７に接続される。

次に、上記採泥装置３０の解泥・吸引部の構成についてより詳しく説明する。
この採泥装置３０の解泥・吸引部は、図４に一部を破断して示すように、円管状の内筒３１と、内筒３１を囲繞して同軸に設けられた円管状の外筒３２とを有する二重管構造を備えている。内筒３１と外筒３２とは、軸方向に離隔した複数箇所にて複数のリブ３３によって相互に連結されている。二重管構造の基端部は、上記ハウジング部７１の下部に連結され、二重管構造全体が垂下状態でハウジング部７１に支持されている。

図５に拡大図示するように、本実施形態の採泥装置３０では、内筒３１の先端面と外筒３２の先端面とは面一になっている。内筒３１の内部は、噴射管路ＤＬを構成し、また、内筒３１と外筒３２とは、相互の間に軸方向に沿って画成された円環状の通路によって吸引管路ＫＬを構成している。なお、内筒３１と外筒３２とは、同図（ｂ）に示すように、軸方向に離隔した複数箇所にて、周方向に離隔して等配された複数のリブ３３によって相互に連結され、複数のリブ３３が、吸引管路ＫＬでの吸引機能を妨げないように配置されている。

噴射管路ＤＬの上流側は、上記ハウジング部７１の供給管９に接続されている。供給管９は、採鉱ステーション２０の基地制御ユニット４５に設けられたポンプの吐出側に接続される。さらに、吸引管路ＫＬの上端は、ハウジング部７１の側部に接続された吸込管５に連通しており、上記揚泥用ポンプ２５が、吸込管５を介して吸引管路ＫＬに接続されている。これにより、解泥されたスラリー状のレアアース泥を吸引管路ＫＬの先端から吸引し、海上の採鉱母船１に揚泥可能になっている。

なお、同図において符号Ｄで示す矢印は、上記基地制御ユニット４５のポンプから供給された高圧の海水が、供給管９を介して噴射管路ＤＬの先端から海底鉱床の泥質堆積物に向けて噴射されるイメージを示している。また、同図において符号Ｋで示す矢印は、解泥されたスラリー状のレアアース泥を、吸引管路ＫＬの先端から海水とともに吸引するイメージを示している。

次に、上述の採掘システムによって、海底鉱床ＯＤからレアアース泥を揚泥する手順、並びにこの海底鉱物の採掘システム並びに採泥装置３０によるレアアース泥の採掘方法の作用・効果について説明する。
まず、図１に示したように、採鉱母船１、および架設配置用母船２を目的とする海域の海上ＳＬに停泊する。次いで、架設配置用母船２に設置されているクレーン等の作業機１１を用い、採鉱ステーション２０および揚泥ユニット４を海中に降ろし、これらの機材が図１に示す配置となるように海底ＳＢの適切な位置に設置する。これらの機材の設置前または設置後に、吸込管５、揚泥管６および排出管７、並びにアンビリカルケーブル８等の必要な配管および配線を行い、各配管内には海水を満たす。

本実施形態において、採鉱ステーション２０を海底鉱床ＯＤに配置する際は、海底ＳＢの凹凸形状に応じ、ベースフレーム２１の姿勢が水平になるように、ベースフレーム２１四隅の支持脚２６をジャッキ機構４９により上下にスライド移動させておく。各機材の設置後、採鉱母船１からアンビリカルケーブル８を介して基地制御ユニット４５および揚泥ユニット４に必要な電力や制御信号を供給し、採鉱ステーション２０および採泥装置３０並びに揚泥ユニット４を駆動し、解泥されたレアアース泥を海水とともに吸引する。

ここで、採鉱ステーション２０のベースフレーム２１に設けられたポンプから供給される高圧の海水は、図５において、採泥装置３０の内筒３１内の噴射管路ＤＬから海底鉱床ＯＤに向けて噴射される。これにより、レアアースを含む泥質堆積物は、噴射された高圧の海水の衝突圧によって解きほぐされる（解泥工程）。
そして、解泥と同時に揚泥用ポンプ２５が駆動されることにより、吸込管５を介して接続されている吸引管路ＫＬの先端に負圧を生じさせ、これにより、解泥されたスラリー状のレアアース泥が吸引管路ＫＬの先端から吸引される（吸引工程）。また、これと同時に、ガイドシェル４８に設けられた送り機構４７による採泥装置３０の給進駆動がなされるため、解泥および採泥で形成された竪穴ＶＨ内に採泥装置３０の二重管構造の部分を侵入させることができる。

そのため、この採泥装置３０によれば、極めて簡素な構成によって、海底鉱床ＯＤから解泥されたスラリー状のレアアース泥の採泥を継続することができる。そして、この採泥装置３０によれば、竪穴ＶＨ内に二重管構造の内筒３１と外筒３２が存在しているので、竪穴ＶＨの開口側を塞いだ状態のままレアアース泥を解泥しつつ採泥を進めることができる。したがって、解泥されたスラリー状のレアアース泥が海水中に舞い上がって飛散し、海中に流出することが防止または抑制される。そのため、海水の懸濁が防止または抑制される。

次いで、吸込管５で吸入されたスラリー状のレアアース泥は分級器２７に移送される。分級器２７は、鉱物粒子の比重差によって遠心力により所望の鉱物とそうでない不要な鉱物とを分離する。分級で不要とされたレアアース泥は、図１に示すように、分級器２７に接続された排出管７を介して海底の戻し置き場に導かれる。
一方、分離されたスラリー状のレアアース泥のうち、所望の比重のレアアース泥は、揚泥用ポンプ２５に送られ、揚泥管６を介して採鉱母船１の貯蔵器１３に揚泥される。採鉱母船１では、貯蔵器１３に貯蔵するときに、スラリー状のレアアース泥を海水と分離し、レアアース泥ケーキが貯蔵器１３内部に貯蔵される。

各採鉱ステーション２０は、採泥装置３０それぞれの最大採鉱深度まで採泥したら採泥装置３０を後退した後に、採泥装置３０をＸ−Ｙ平面で移動して、図６(ｂ)に示すように、Ｘ−Ｙ平面全体を走査するように順次に採泥を行う。Ｘ−Ｙ平面での移動および移動後の採泥は、本実施形態のように、コンピュータ（上記管理コンピュータ、および基地制御ユニット４５等）により自動的に行ってもよいし、各採鉱ステーション２０の状況をオペレータが海上の採鉱母船１から監視しつつ、オペレータの手動操作によって行ってもよい。

特に、この採泥装置３０を備える採鉱ステーション２０、および、海底鉱物の採掘システム並びにこれらの設備を用いた揚泥方法によれば、各採鉱ステーション２０は、複数の支持脚２６を有し、各支持脚２６は、垂直方向への移動機構であるジャッキ機構４９を介してＺ方向に個別に相対的スライド移動が可能なので、海底鉱床の傾斜や起伏に対応することができる。そして、オペレータがカメラ等によって監視しつつ手動操作を行う場合、海水中へのレアアース泥の飛散が防止または抑制されているため、採泥作業の効率を向上させる上で好適である。また、採泥装置３０が極めて簡素な構成なので、深海のような過酷な環境下であっても、故障のおそれが低く信頼性の高い採泥装置を提供できる。

このように、本実施形態の採泥装置３０を備える採鉱ステーション２０、および、海底鉱物の採掘システム並びにこれらの設備を用いた揚泥方法によれば、海山の表面に堆積する軟弱な地盤や、海底鉱床の傾斜や起伏に対応可能である。さらに、スラリー状のレアアース泥を竪穴ＶＨ内にある吸引管路ＫＬで吸い込むので、レアアース泥が海水中に舞い上がって飛散してしまうことが防止または抑制される。また、本実施形態の採掘システムは、採泥装置３０で採掘されたスラリー状のレアアース泥を竪穴ＶＨ内部から吸引管路ＫＬを介して吸込管５に直接導入するので、揚泥時の海水中への飛散も防止または抑制することができる。よって、レアアース泥の採泥に好適である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
例えば、上記実施形態では、海上採鉱基地として採鉱母船１を例に説明したが、これに限定されず、海上揚泥基地として機能すれば、例えば海上に建設されたプラットフォームなどであってもよい。また、例えば上記実施形態では、スラリー状のレアアース泥を、採鉱母船１内に設けられた貯蔵器１３まで運搬する例で説明したが、これに限定されず、海上の近傍や海面下（例えば船底近くに貯蔵器を設ける）で揚泥もしくは貯蔵、または分級を行ってもよい。

また、例えば上記実施形態では、有底穴の一例として竪穴ＶＨを解泥および採泥で形成する例で説明したが、本発明に係る有底穴は、その軸線の向きが垂直方向に限定されない。つまり、本発明は、解泥および採泥により有底穴を形成して、その有底穴の内部でレアアース泥をスラリーとし、そのスラリーを有底穴から吸引して回収可能であればよい。よって、本発明に係る有底穴は、その軸線を水平とする横穴であってもよいし、また、軸線が斜めであってもよい。

また、例えば上記実施形態では、揚泥ユニット４が分級器２７を有し、この分級器２７により海中でスラリー状のレアアース泥を分級する例を示したが、これに限定されず、本発明に係る採掘装置によれば、解泥したレアアース泥がスラリー状になるので、スラリー状のレアアース泥を分級することなしに揚泥してもよい。

また、例えば上記実施形態では、採鉱ステーション２０は、複数台を用いて広範囲を同時に採泥する例を示したが、勿論、一台のみを稼働することができる。また、採鉱ステーション２０が装備する採泥装置３０についても、細径用のものから大径用のものまで、種々の採泥装置３０を用いることができる。また、採泥装置３０の噴射管路ＤＬと吸引管路ＫＬの構成も上記実施形態に限定されず、種々の態様とすることができる。

例えば上記実施形態では、採泥装置３０は、内筒３１と外筒３２とを有する二重管ロッドによって解泥・吸引部を構成する例を説明したが、これに限定されず、泥質堆積物に向けて高圧の海水を噴射してレアアース泥を解泥し吸引によって採鉱可能な構成であれば、例えば図７に示すように、種々の態様を採用することができる。

具体的には、上記実施形態では、二重管ロッドの内筒３１と外筒３２の先端を面一にする例を説明したが、これに限らず、図７（ａ）に示すように、外筒３２の先端よりも内筒３１の先端を泥質堆積物側に向けて張り出すように設けてもよい。またその逆に、同図（ｂ）に示すように、内筒３１の先端よりも外筒３２の先端を泥質堆積物側に向けて張り出すように設けてもよい。
また、内筒３１と外筒３２の管形状も円筒形状に限定されず、また、拡径する部分や縮径する部分を設けてもよい。例えば、同図（ｃ）に示すように、外筒３２の先端に、泥質堆積物側に向けて拡径する拡径部３２Ｗを設けることができる。

また、解泥・吸引部の管路構成は、全長に亘って二重管ロッドとする構成に限らず、例えば同図（ｄ）に示すように、外筒３２に替えて、いわゆるフートパッド型の吸引筒３２としてもよい。つまり、同図に示す例では、噴射筒３１の先端周囲を囲繞するように、フートパッド型の吸引筒３２が鉱床側に向けて押圧可能に設けられる。この例では、フートパッド型の吸引筒３２の上部側面に吸込管５が接続される。
また、解泥・吸引部の管路構成は、二重管ロッドに限らず、複数の単管ロッドを用いて構成してもよい。例えば、同図（ｅ）に示すように、単管の噴射筒３１と、単管の吸引筒３２とを併設することもできる。また、複数の噴射筒３１と、複数の吸引筒３２とを併設してもよい。この場合に、同図（ｆ）に示すように、多重管ロッドから吸引管路ＫＬと吸引管路ＫＬとを複数構成してもよい。
また、本発明においては、解泥・吸引部を稼働させるために用いるポンプの基数や流路の系統数も限定されず、複数のポンプによって稼働してよいし、また、一基のポンプのみによって一系統の流路構成で稼働してもよい。但し、本発明においては、解泥・吸引部が取り扱う圧力媒体は「海水」のみであることから、解泥・吸引部の稼働機構部を１系統に限って設けることは好ましい。このような構成とすれば、ポンプのような複雑な構造を有する稼働機構を最少限の一基のみとし、また、ポンプを通過する圧力媒体が海水のみとすることで、コストを抑制するとともに信頼性を向上させる上で好適である。

図７に示す各変形例において、高圧の海水は、上記実施形態同様に、噴射筒３１（または噴射管路ＤＬ）上端のハウジング部７１に、ポンプから供給管９を介して供給される。供給された高圧の海水は、上記実施形態同様に噴射筒３１の先端から噴射される。また、噴射筒３１（または噴射管路ＤＬ）と吸引筒３２（または吸引管路ＫＬ）は、上記実施形態同様に、ガイドシェル４８に据え付けた送り機構４７により給進される。これにより、図７に示す各変形例の構成であっても、解泥および採泥によりレアアース泥をスラリーとしつつ有底穴を形成し、海中でのレアアース泥の飛散を防止または抑制することができる。

また、例えば上記実施形態では、海中採鉱基地として、採鉱ステーション２０が自らは水平方向には移動しない例で説明したが、これに限らず、例えば、図８に示すように、採鉱ステーションが自ら水平方向に移動可能な機構を有する構成とすることもできる。

ここで、海底鉱床の鉱物資源を採掘する採掘機について、これまでに提案されている主なコンセプトは、クローラ式の遠隔操作掘削機を用いて、クローラで走行しつつ掘削機に搭載したドラムカッター等で水平方向に海底鉱床を採掘する方式である。これを、以下、水平式採掘システム（ＨＭＳ）と呼ぶことにする。ＨＭＳは、可動性、可搬性に優れ、自由に海底を走行しながら採掘できる。一方、ＨＭＳは、以下の（課題１）〜（課題５）のような点で解決すべき課題がある。

（課題１）ドラムカッターの採掘反力を採掘平面内で保障するために、大きな摩擦力を必要とする。そのため、掘削機本体の重量を大きくする必要がある。
（課題２）ドリリング時に粉砕された鉱石が水中に舞い上がり、視界が不良となる。ＨＭＳの操作は、海上のオペレータがカメラにより目視で操作する必要があるため、操業率に影響が出る可能性がある。また、環境への負荷も大きい可能性がある。
（課題３）海底の起伏に応じた操作が必要であり、カメラで目視しながらの掘削となるため、完全自動化が難しい。
（課題４）鉱山の傾斜角に対応した登坂能力が必要となる。また、傾斜地でなくても、海底の地盤が軟弱な泥質堆積物の場合には、クローラによる走行に支障が出る可能性がある。
（課題５）ドラムカッターの形状の工夫にもよるが、採掘した鉱石のサイズが均一でないため、ＳＣＵ（Ｓｕｂｓｅａ Ｃｒｕｓｈｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が必要といわれている。

このように、クローラ型の掘削機であるＨＭＳは、海底の起伏に応じた操作が煩雑であり、自動化が困難である。また、海底鉱床は傾斜角が大きく、特に、表面に泥質堆積物が堆積する軟弱な地盤ではクローラでの走行に支障がある。そこで、本発明者らは、ＨＭＳのこのような課題を解決すべく、ＨＭＳとは異なる方式として、垂直式採掘システム（ＶＭＳ）である上記第一実施形態を発明した。

ＶＭＳのメリットは、少なくとも以下の（効果１）〜（効果３）のように纏められる。
（効果１）海底鉱床を縦に採鉱していくため、採鉱された鉱石はフローラインを用いて吸い出すことになり、環境へのまき散らしが少ない。そのため、環境への負荷も小さく、海上からオペレータがカメラで監視する場合に、視界の不良も防ぐことができる。
（効果２）着底位置での区画（所定範囲）を採鉱可能なので、予め定めたプログラムに従い、視認性の問題無く自動的に採掘できる。
（効果３）海底に立設されるとともに、各支持脚は、垂直方向への移動機構を介してＺ方向に個別に相対的スライド移動が可能なので、ＨＭＳでの適用が難しいであろう複雑な海底形状や軟弱地盤に適用できる。

但し、第一実施形態の採鉱ステーション２０は、最初の区画での採鉱が終了した後は、次の隣接する区画に採鉱ステーション２０を改めて設置する必要がある。つまり、第一実施形態の採鉱ステーション２０は、ジャッキアップ式のプラットフォームの設置と移動に際し、その都度、設置移動用船舶（ＩＲＶ）を必要とする。

そのため、ＩＲＶによるＶＭＳの吊り上げ、移動、着底の作業に多くの時間とコストがかかる。また、採掘期間中に常時ＩＲＶを使用するため、用船費も大きい。これに対し、以下説明する第二および第三実施形態は、この問題を解決するものであり、Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一方に自ら移動可能なＶＭＳ、すなわち海底鉱物資源開発用自走式垂直採掘システムである。

詳しくは、第二実施形態の採鉱ステーション１２０は、図８(ａ)に示すように、第一のベースフレーム２１Ａと、第二のベースフレーム２１Ｂと、第三のベースフレーム２１Ｍとからなる３つのベースフレームで構成されている。

第一のベースフレーム２１Ａと第二のベースフレーム２１Ｂとは、互いにコ字状の枠体からなる。第一および第二のフレーム２１Ａ、２１Ｂは、コ字状をなす二つの角部に、上記実施形態同様に、ジャッキ機構４９を介して支持脚２６がそれぞれ設けられている。第一のベースフレーム２１Ａのコ字状の幅は、第二のベースフレーム２１Ｂのコ字状の幅よりも狭い。

第一のベースフレーム２１Ａと第二のベースフレーム２１Ｂとは、相互のフレーム２１Ａ、２１Ｂのコ字状の開口部分が組み合わせ可能に対向配置される。相互のフレーム２１Ａ、２１Ｂの横枠は、不図示の第一のラック・ピニオン機構およびリニアガイド等の第一のスライド案内装置を介して対向面で係合しており、不図示の第一のモータで第一のラック・ピニオン機構を駆動することにより、Ｘ方向に相対的にスライド移動可能になっている。

第三のベースフレーム２１Ｍは、Ｙ方向に延びる縦枠からＩ字状に構成されている。第三のベースフレーム２１Ｍは、Ｉ字状の両端に、上記実施形態同様に、ジャッキ機構４９を介して支持脚２６がそれぞれ設けられている。また、第三のベースフレーム２１Ｍは、Ｙ方向用移動機構およびガイドシェル４８を有し、ガイドシェル４８を移動フレーム４３沿ってＹ方向にスライド移動可能になっている。なお、ガイドシェル４８には、上記実施形態同様の採掘装置が装備される。

第三のベースフレーム２１Ｍは、第一のベースフレーム２１Ａと第二のベースフレーム２１Ｂに対して横枠と直交する方向に配置される。第三のベースフレーム２１Ｍは、第一および第二のフレーム２１Ａ、２１Ｂの横枠に対し、不図示の第二のラック・ピニオン機構およびリニアガイド等の第二のスライド案内装置を介して対向面で係合しており、不図示の第二のモータで第二のラック・ピニオン機構を駆動することにより、Ｘ方向に相対的にスライド移動可能になっている。

この採鉱ステーション１２０において、移動する際は、同図(ｂ)に示すように、まず、第一のベースフレーム２１Ａのジャッキ機構４９を駆動して、第一のベースフレーム２１Ａの二本の支持脚２６を上方に移動させて非支持状態とする。次いで、第一のモータで第一のラック・ピニオン機構を駆動し、これにより、第一のベースフレーム２１Ａを第二のベースフレーム２１Ｂに対してＸ方向の正方向に相対的にスライド移動させる。スライド移動後に、第一のモータを停止し、ジャッキ機構４９を駆動して、第一のベースフレーム２１Ａの二本の支持脚２６を下方に移動させて支持状態とする。

次いで、同図(ｃ)に示すように、まず、第二のベースフレーム２１Ｂのジャッキ機構４９を駆動して、第二のベースフレーム２１Ｂの二本の支持脚２６を上方に移動させて非支持状態とする。次いで、第一のモータで第一のラック・ピニオン機構を駆動し、これにより、第二のベースフレーム２１Ｂを第一のベースフレーム２１Ａに対してＸ方向の正方向に相対的にスライド移動させる。スライド移動後に、第一のモータを停止し、ジャッキ機構４９を駆動して、第二のベースフレーム２１Ｂの二本の支持脚２６を下方に移動させて支持状態とする。

次いで、第三のベースフレーム２１Ｍのジャッキ機構４９を駆動して、第三のベースフレーム２１Ｍの二本の支持脚２６を上方に移動させて非支持状態とする。次いで、第二のモータで第二のラック・ピニオン機構を駆動し、これにより、第三のベースフレーム２１Ｍを、第一および第二のベースフレーム２１Ａ、２１Ｂに対してＸ方向の正方向に相対的にスライド移動させる。
スライド移動後に、第二のモータを停止し、ジャッキ機構４９を駆動して、第三のベースフレーム２１Ｍの二本の支持脚２６を下方に移動させて支持状態とする。これにより、３つのベースフレーム２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｍ全体は、スライド移動量の分だけ全体がＸ方向の正方向に移動しつつ、同図(ａ)に示す状態となる。

よって、この採鉱ステーション１２０によれば、上記のようにして、３つのベースフレーム２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｍを順次に移動させることにより、採鉱ステーション１２０全体をＸ方向に自ら移動させることができる。なお、スライド移動に際し、ベースフレーム２１Ａ、２１Ｂが片持ち状態でオーバーハングするが、相互はスライド案内装置を介して対向面で係合しているので、水平姿勢が保持される。

そして、第三のベースフレーム２１Ｍには、上記第一実施形態同様に、Ｙ方向用移動機構を有し、ガイドシェル４８を移動フレーム４３沿ってＹ方向にスライド移動可能であり、ガイドシェル４８には、上記実施形態同様の採泥装置３０が装備されるので、第三のベースフレーム２１Ｍを移動させていないタイミングで、Ｙ方向移動を適宜行いつつ、採泥装置３０を稼働することができる。

したがって、このような構成であっても、採泥装置３０をＸ方向およびＹ方向に移動可能であり、海底鉱床の傾斜や起伏に対応しつつ、解泥および採泥により有底穴である竪穴を形成しつつレアアース泥を採掘し、そのレアアース泥を竪穴内でスラリーにするとともに、そのスラリーを竪穴の内部から直接回収することができる。

次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態は、採鉱ステーションをＸ方向およびＹ方向に移動可能とした、海底鉱物資源開発用の自走式垂直採掘システムであり、自走式海底採鉱機械である海中採鉱基地の例である。

図９に、第三実施形態の採鉱ステーション全体の模式的斜視図を示す。同図に示すように、この採鉱ステーション２２０は、上記第一実施形態同様の採泥装置３０と、Ｘ方向およびＹ方向へ自走可能なプラットフォーム２１とを備える。プラットフォーム２１は、平面視が矩形枠状をなす上部プラットフォーム（Ｕｐｐｅｒ ｐｌａｔｆｏｒｍ）２１Ｘと、平面視が矩形枠状をなす下部プラットフォーム（Ｌｏｗｅｒ ｐｌａｔｆｏｒｍ）２１Ｙと、両プラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙの中間に設けられ平面視が矩形枠状をなす中間フレーム（Ｍｉｄｄｌｅ ｆｒａｍｅ）２１Ｍとを有する。

なお、第三実施形態の採鉱ステーション２２０は、プラットフォーム２１および、これが備えるＸ方向およびＹ方向への移動機構以外の構成は、上記第一実施形態同様である。そのため、第三実施形態では、以下、プラットフォーム２１とそのＸ方向およびＹ方向への移動機構について説明し、他の機構についての説明は適宜省略する。

以下、図１０〜図１７に基づき、第三実施形態の採鉱ステーション２２０の移動機構を詳しく説明する。なお、図１０および図１１は、上記架設配置用母船２から海底鉱床ＯＤに採鉱ステーション２２０が着底させられる時のプラットフォーム２１の着底準備姿勢を示すもので、プラットフォーム２１は、着底準備姿勢にあっては、上部プラットフォーム２１Ｘ、中間フレーム２１Ｍおよび下部プラットフォーム２１Ｙの水平面内の中心（重心）Ｇが一致している。なお、図１１において符号ＣＬは、各支持脚２６の中心軸線を示している。

上部プラットフォーム２１Ｘは、図１０に示すように、平面視が矩形枠状をなし、Ｘ方向に離隔して互いに並行に設けられた矩形筒状をなす一対の縦ガーダーＸｂと、Ｙ方向に離隔して互いに並行に設けられた矩形筒状をなす一対の横ガーダーＸａとを有する。２つの横ガーダーＸａの各外側面には、横ガーダーＸａの延在方向に沿って、Ｘ移動用ラックＲｘが、中央から左右対称にそれぞれ取付けられている。

また、下部プラットフォーム２１Ｙは、同図に示すように、平面視が矩形枠状をなし、Ｘ方向に離隔して互いに並行に設けられた矩形筒状をなす一対の横ガーダーＹｂと、Ｙ方向に離隔して互いに並行に設けられた矩形筒状をなす一対の縦ガーダーＹａとを有する。２つの縦ガーダーＹａの外側面には、縦ガーダーＹａの延在方向に沿って、Ｙ移動用ラックＲｙが、中央から左右対称にそれぞれ取付けられている。

中間フレーム２１Ｍは、図１２に示すように、平面視が矩形枠状をなし、Ｘ方向に離隔して互いに並行に設けられた矩形筒状をなす一対の縦ガーダーＭｂと、Ｙ方向に離隔して互いに並行に設けられた矩形筒状をなす一対の横ガーダーＭａとを有する。中間フレーム２１Ｍの各横ガーダーＭａの延在方向の中央の位置には、横ガーダーＭａの矩形筒内に、Ｘ駆動モータＭｘがそれぞれ配置されている。また、中間フレーム２１Ｍの各縦ガーダーＭｂの延在方向の中央の位置には、縦ガーダーＭｂの矩形筒内に、Ｙ駆動モータＭｙがそれぞれ配置されている。

図９および図１０に示すように、上下の各プラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙは、上記第一実施形態のプラットフォーム同様に、それぞれ４本の支持脚２６と各支持脚２６を昇降可能なジャッキ機構４９とを有するジャッキアッププラットフォームである。そして、中間フレーム２１Ｍと上下のプラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙとは、図１４および図１５に示す直動案内機構を介してスライド移動可能に支持されるとともに、図１６および図１７に示すラック＆ピニオン機構を介して係合され、水平面で互いに直交するＸ方向およびＹ方向に相対的スライド移動可能に構成されている。

詳しくは、第三実施形態のプラットフォーム２１は、図１０に示すように、上部プラットフォーム２１Ｘの矩形状の枠体の四隅それぞれと、下部プラットフォーム２１Ｙの矩形状の枠体の四隅それぞれとに支持脚２６を有する。各支持脚２６には、Ｚ方向のスライド移動機構であるジャッキ機構４９が昇降用のジャッキングユニットとして設けられている。

第三実施形態のジャッキ機構４９は、各支持脚２６の両側に１基ずつ、合計２基が装備され、各支持脚２６には、図１３に示すように、二条のＺ移動用ラックＲｚが、各支持脚２６の軸方向に沿って周方向で対向する位置にそれぞれ取付けられている。

各Ｚ移動用ラックＲｚに対応するジャッキ機構４９は、不図示のＺ駆動モータと、Ｚ駆動モータの出力軸に装着されたピニオンと、ピニオンに噛合された上記Ｚ移動用ラックＲｚを有してラック＆ピニオン機構が構成される。これにより、各支持脚２６は、自身が装着された各プラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙに対しＺ方向に相対的スライド移動して、複数の支持脚２６の協働によって、上下のプラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙの上昇および下降が可能になっている。

上部プラットフォーム２１Ｘの直動案内機構は、図１４に示すように、上部プラットフォーム２１Ｘの横ガーダーＸａ底面に、横ガーダーＸａの延在方向に沿って取付けられたスキッディングレールＳｘを有する。スキッディングレールＳｘは、上部プラットフォーム２１Ｘの横ガーダーＸａに沿って上部プラットフォーム２１Ｘの端から端まで取り付けられている。

スキッディングレールＳｘの上下は、例えば２００ｍｍ×２００ｍｍ程のベアリングプレートＢｘで案内される。ベアリングプレートＢｘは、中間フレーム２１Ｍの横ガーダーＭａの角部上面に取り付けられる。また、スキッディングレールＳｘを左右から覆うように、ベアリングプレートＢｘの配置位置と同じ位置に、ホールディングクローＨｘが取り付けられている。ホールディングクローＨｘは、上部プラットフォーム２１ＸがＸ方向に移動する時に、その落下を防ぐようにスキッディングレールＳｘを両側から支持している。

上記Ｘ駆動モータＭｘの駆動軸には、図１６に示すように、Ｘ移動用ピニオンＰｘが装着され、Ｘ移動用ラックＲｘのラック面に対向する位置に張り出している。二つのＸ移動用ピニオンＰｘは、それぞれＸ移動用ラックＲｘに噛合され、Ｘ駆動モータＭｘにより同期駆動されて、上部プラットフォーム２１ＸをＸ方向にスライド移動可能に構成されている。

一方、下部プラットフォーム２１Ｙの直動案内機構は、図１５に示すように、下部プラットフォーム２１Ｙの縦ガーダーＹａ上面に、縦ガーダーＹａの延在方向に沿って取付けられたスキッディングレールＳｙを有する。スキッディングレールＳｙは、下部プラットフォーム２１Ｙの縦ガーダーＹａの端から端まで取り付けられている。

下部プラットフォーム２１Ｙは、上部プラットフォーム２１Ｘと同様に、中間フレーム２１Ｍの縦ガーダーＭｂの角部下面に、ベアリングプレートＢｙが取付けられ、ベアリングプレートＢｙによりスキッディングレールＳｙの上下を案内している。また、ベアリングプレートＢｙの配置位置と同じ位置に、スキッディングレールＳｙを左右から覆うように、ホールディングクローＨｙが取り付けられ、下部プラットフォーム２１ＹがＹ方向に移動する時に、その落下を防ぐようにスキッディングレールＳｙを両側から支持している。

上記Ｙ駆動モータＭｙの駆動軸には、図１７に示すように、Ｙ移動用ピニオンＰｙが装着され、Ｙ移動用ラックＲｙのラック面に対向する位置に張り出している。二つのＹ移動用ピニオンＰｙは、それぞれＹ移動用ラックＲｙに噛合され、Ｙ駆動モータＭｙにより同期駆動されて、下部プラットフォーム２１ＹをＹ方向にスライド移動可能に構成されている。

これにより、第三実施形態の採鉱ステーション２２０は、上下のプラットフォーム２１Ｘ、２１ＹをＸ方向およびＹ方向にスライド移動させるスライド移動機構、並びに各支持脚２６をＺ方向にスライド移動させるスライド移動機構により、後述する歩行制御処理の手順に従い、予定採掘区域をＸ方向およびＹ方向それぞれに歩行するとともに、採泥装置３０をＸ方向およびＹ方向に移動させて、所定区画を順次に吸引により採鉱可能になっている。

なお、第三実施形態において、中間フレーム２１Ｍと上下のプラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙとは、ラック＆ピニオン機構を介して水平方向への移動が可能な例を示すが、移動機構はこれに限定されず、水平方向への移動が可能な移動機構であれば、種々の移動機構を採用可能である。

例えば、油圧シリンダ方式でスライドさせる移動機構を用いることができる。同様に、各支持脚２６は、ラック＆ピニオン機構を介してＺ方向に相対的スライド移動が可能な例を示すが、これに限定されず、例えば油圧シリンダ方式でスライドさせる移動機構とすることができる。また、油圧駆動に限定されず、電気駆動式としてもよい。

ここで、第三実施形態では、一台の採鉱ステーション２２０が採鉱する所定領域（区画）の大きさを約１０ｍ×１０ｍとした。具体的には、上記第一実施形態に示した、移動機構５２および採泥装置３０が占める幅を３ｍとすると、所定領域となる採鉱区画の大きさを１０ｍ×１０ｍにするには、プラットフォーム２１の内側の採鉱用領域の寸法を１３ｍ×１０ｍに設定する必要がある。また、荷重条件としては、曳航時、吊下げ時および作業時を考慮し、上部プラットフォーム２１Ｘ、下部プラットフォーム２１Ｙおよび中間フレーム２１Ｍの形状寸法を設定した。

上記支持脚２６の形状および寸法は、支持脚２６の軸方向の全長を３０ｍとしたとき、図１３に支持脚２６の横断面を示すように、主に曳航条件を考慮して、ローリング時の荷重条件から、支持脚２６の外径Ｄを１０００ｍｍとした。
また、図１０において、曳航時、吊り下げ時および作業時の荷重条件より、上部プラットフォーム２１Ｘのガーダー内側のＸ方向の長さＬｘおよびＹ方向の幅Ｌｙはそれぞれ２３ｍおよび１０ｍとした。また、上部プラットフォーム２１Ｘのガーダー自体の幅Ｗｇおよび厚さＤｇはそれぞれ１ｍおよび２ｍとした。

また、同図において、下部プラットフォーム２１Ｙのガーダー内側のＸ方向の長さＬｘおよびＹ方向の幅Ｌｙは、それぞれ１３ｍおよび２０ｍとした。また、下部プラットフォーム２１Ｙのガーダー自体の幅Ｗｇおよび厚さＤｇは、それぞれ１ｍおよび２ｍとした。さらに、中間フレーム２１Ｍは、図１２に示すように、中間フレーム２１Ｍのガーダー内側のＸ方向の長さＬｘおよびＹ方向の幅Ｌｙは、それぞれ１３ｍおよび１０ｍとした。

また、中間フレーム２１Ｍのガーダー自体の幅Ｗｇおよび厚さＤｇは、両方ともに１ｍとした。また、図１６に示したラック＆ピニオン機構部において、ラックの長さは約１０ｍとした。また、図１７に示したラック＆ピニオン機構部において、ラックの長さは、約１０ｍとした。

図１０に示す平面視において、上部プラットフォーム２１Ｘ、下部プラットフォーム２１Ｙおよび中間フレーム２１Ｍが重なっている状態での中央部の枠体内側の矩形部寸法は、１３ｍ×１０ｍである。上記移動機構５２および採泥装置３０の幅を３ｍとしたので、吸引装置によって採鉱可能な所定区画の大きさは１０ｍ×１０ｍとなる。以上の設定寸法のとき、海中に配置されて且つ海底に立設されて、海底鉱床ＯＤに竪穴ＶＨを形成している状態の採鉱ステーション２２０の海底鉱床ＯＤでの相対サイズのイメージを図２０に示す。

さらに、第三実施形態の採鉱ステーション２２０は、図９に示す斜視図のように、上部プラットフォーム２１Ｘに、採鉱ステーション２２０自身を制御するための基地制御ユニット４５を備える。第三実施形態の基地制御ユニット４５は、プラットフォーム２１の姿勢を検出する傾斜センサを有する。

さらに、第三実施形態では、各支持脚２６を駆動するジャッキ機構４９には、不図示のトルク検出器が装備されている。各トルク検出器は、対応する各ジャッキ機構４９のラック＆ピニオン機構のピニオンを駆動する各駆動モータのトルクを検出可能なトルク計である。各トルク検出器は、各駆動モータの随時のモータトルクを検出し、検出したトルク情報を基地制御ユニット４５に出力可能になっている。

基地制御ユニット４５は、コンピュータと、姿勢安定制御処理を実行するためのプログラムとを含む採鉱ステーション自身のコントローラ（制御部）である。基地制御ユニット４５は、採鉱ステーション２２０の歩行制御処理、採鉱ステーション２２０の採鉱制御処理、および、採鉱ステーション２２０の姿勢制御、並びにその他必要な処理を実行する。
基地制御ユニット４５は、採鉱ステーション２２０の姿勢制御処理が実行されると、傾斜センサの出力に基づいて、採鉱ステーション２２０自体の姿勢の不均衡の程度を判定し、ラック＆ピニオン機構のピニオンを駆動する各駆動モータの調整により、姿勢安定を維持する姿勢安定制御を行う。

また、基地制御ユニット４５は、傾斜センサの検出した傾斜情報、および、複数の支持脚２６のモータのトルクを検出したモータトルク情報を、海上の曳航船である架設配置用母船２に装備された管理コンピュータに出力する。管理コンピュータは、オペレータに対して、ディスプレイ上に、随時の傾斜情報およびモータトルク情報を表示可能に構成される。

次に、第三実施形態の採鉱ステーション２２０の安定化着座方法について図１９および図２０を適宜参照して説明する。
海上の曳航船である架設配置用母船２から採鉱ステーション２２０を吊り下げロープで吊り下げて海底に着底させる場合、まず、採鉱ステーション２２０は、平面視が、図１０に示す着底準備姿勢の状態とされる。オペレータは、図１９（ａ）に示すように、架設配置用母船２から採鉱ステーション２２０をロープで吊り降ろす。

オペレータは、図２０（ａ）に示すように、垂下した深度に注意しつつ、海底鉱床ＯＤの所期の位置に採鉱ステーション２２０を下していく。そして、オペレータは、同図（ｂ）に示すように、複数の支持脚２６のうち、少なくとも３脚のモータトルクの応答を検出した時点で吊り下げを停止する。但し、支持脚２６の１脚が着座してから、他の３脚が着座する前に予め規定した傾斜角を超えた場合には着座位置を変更する。

なお、この吊り下げ操作は、オペレータが管理コンピュータを介して基地制御ユニット４５を手動操作してもよいし、管理コンピュータと基地制御ユニット４５とにより自動制御してもよい。例えば、採鉱ステーション２２０の基地制御ユニット４５は、吊り下げ操作の終了情報（着座情報）を取得したときに、上記姿勢安定制御を実行する。

つまり、基地制御ユニット４５は、傾斜センサの姿勢検出情報に基づいて、同図（ｃ）に示すように、採鉱ステーション２２０の姿勢が水平になるように、着底した支持脚２６を伸縮させる。基地制御ユニット４５は、モータトルク情報に基づいて、着底してない支持脚２６を伸長させ、各支持脚２６のモータトルクがほぼ均衡するように制御して着底させる。基地制御ユニット４５は、採鉱ステーション２２０の姿勢が水平であると判断したら、姿勢安定制御の終了情報を架設配置用母船２の管理コンピュータに送信する。

架設配置用母船２のオペレータは、管理コンピュータのディスプレイから採鉱ステーション２２０の状態を監視し、姿勢安定制御の終了情報を確認したら、同図（ｄ）に示すように、吊り下げロープの張力を緩める指令を管理コンピュータから入力する。このとき、吊り下げロープの張力変動により、採鉱ステーション２２０の姿勢が不安定になるおそれがある。そのため、基地制御ユニット４５は、姿勢安定制御を継続して実行する。

つまり、基地制御ユニット４５は、傾斜センサの姿勢検出情報に基づいて、採鉱ステーション２２０の姿勢が水平になるように各支持脚２６の脚長を調整する。これにより、採鉱ステーション２２０は、図２０（ｄ）に示す初期着底状態で海底に安定した姿勢で着底できる。以降、オペレータは、吊り下げロープの係合解除装置（不図示）により吊り下げロープの係合を解除し、図１９（ｂ）に示すように、自立した採鉱ステーション２２０により、海底鉱床ＯＤに採泥装置３０の二重管構造の部分を侵入させ、竪穴ＶＨを形成しつつ採鉱を開始する。なお、この安定化着座制御を含む管理コンピュータおよび基地制御ユニット４５の構成および安定化着座方法は、上述した第一実施形態および第二実施形態においても同様に適用できる。

次に、第三実施形態の採鉱ステーション２２０の自走方法について図２１〜図３１を適宜参照して説明する。ここでは、一例として、図２１に示すように、採鉱ステーション２２０の自走と採鉱とによって、４０×４０ｍの海底鉱床ＯＤを採鉱する手順を説明する。なお、以下説明する採鉱ステーション２２０の自走動作は、上記管理コンピュータの監視下、基地制御ユニット４５が実行する所定のプログラムに基づき行われるが、これに限定されず、オペレータのマニュアル操作によって行ってもよい。

（手順１）準備工程
採鉱ステーション２２０は、図２０（ｄ）に示した初期着底状態では、上下のプラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙの相対位置が、図９および図１０に示した着底準備姿勢において、上部プラットフォーム２１Ｘおよび下部プラットフォーム２１Ｙの全ての支持脚２６が着底している。
そのため、基地制御ユニット４５は、管理コンピュータから採掘準備命令を受けると、まず、図２２に平面図を示すように、同図（ａ）の着底準備姿勢から、上部プラットフォーム２１Ｘの全ての支持脚２６を一旦離底させ、中間フレーム２１Ｍと下部プラットフォーム２１Ｙを結合した状態で上部プラットフォーム２１ＸをＸの正方向に一杯に移動させる。その後、基地制御ユニット４５は、上部プラットフォーム２１Ｘの全ての支持脚２６を着底させて、同図（ｂ）に示すように、採掘の開始状態とする。これにより、上下のプラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙの内側の所定領域が、図２１に示す第一の区画Ａとなる。

（手順２）Ｘの正方向への歩行および採鉱
（手順２−１）第一の区画Ａにおいて、採鉱ステーション２２０の基地制御ユニット４５は、管理コンピュータから採掘開始命令を受けると、中間フレーム２１Ｍの内側の所定領域（１０ｍ×１０ｍ）を採掘する。基地制御ユニット４５は、一の区画の採鉱時には、採鉱ステーション２２０の歩行を停止した状態で、中間フレーム２１Ｍの内側の１０×１０ｍの所定領域を、図６に示した方法で採泥装置３０のＸ方向およびＹ方向の移動により順次に解泥・吸引して採鉱を行っていく（以下同様）。

（手順２−２）第一の区画Ａでの所期の採鉱を終えたら、基地制御ユニット４５は、中間フレーム２１Ｍの内側の所定領域を、図２１に示す第二の区画Ｂに対応する位置となるように、図２３（ａ）〜（ｄ）に示すように各部を駆動制御して、図２８に示すようにプラットフォーム２１を移動させる。
つまり、第一の区画Ａの採鉱を終えた状態では、図２４に示すように、上部プラットフォーム２１Ｘおよび下部プラットフォーム２１Ｙの全ての支持脚２６が着底している。
そのため、基地制御ユニット４５は、まず、図２５に示すように、上部プラットフォーム２１Ｘの支持脚２６を着底させたまま、下部プラットフォーム２１Ｙの４つの支持脚２６を離底させる。

次いで、基地制御ユニット４５は、図２６および図２８（ｂ）に示すように、下部プラットフォーム２１Ｙと中間フレーム２１Ｍを結合した状態で、下部プラットフォーム２１Ｙと中間フレーム２１ＭをＸの正方向一杯に移動させる。その後、基地制御ユニット４５は、図２７に示すように、下部プラットフォーム２１Ｙの４つの支持脚２６を下方に伸長してそれぞれ着底させる。これにより、図２８（ｃ）に示すように、上下のプラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙの内側の所定領域が、図２１に示す第二の区画Ｂとなる。

（手順２−３）第二の区画Ｂにおいて、採鉱ステーション２２０の基地制御ユニット４５は、管理コンピュータから採掘開始命令を受けると、中間フレーム２１Ｍの内側の所定領域を採掘する。
（手順２−４）第二の区画Ｂでの所期の採鉱を終えたら（図２８（ｃ））、基地制御ユニット４５は、下部プラットフォーム２１Ｙの支持脚２６を着底させたまま、上部プラットフォーム２１Ｘの４つの支持脚２６を離底させ、次いで、下部プラットフォーム２１Ｙと中間フレーム２１Ｍを結合した状態で、図２９（ａ）に示すように、上部プラットフォーム２１ＸをＸの正方向一杯に移動させる。その後、上部プラットフォーム２１Ｘの４つの支持脚２６を着底させる。

次いで、基地制御ユニット４５は、上部プラットフォーム２１Ｘの支持脚２６を着底させたまま、下部プラットフォーム２１Ｙの４つの支持脚２６を離底させ、下部プラットフォーム２１Ｙと中間フレーム２１Ｍを結合した状態で、図２９（ｂ）に示すように、下部プラットフォーム２１Ｙと中間フレーム２１ＭをＸの正方向一杯に移動させる。
その後、下部プラットフォーム２１Ｙの４つの支持脚２６を下方に伸長してそれぞれ着底させる。これにより、図２９（ｃ）に示すように、上下のプラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙの内側の所定領域が、図２１に示す第三の区画Ｃとなる。

（手順２−５）以下、同様にして、第三の区画Ｃでの所期の採鉱を終えたら、基地制御ユニット４５は、下部プラットフォーム２１Ｙの支持脚２６を着底させたまま、上部プラットフォーム２１Ｘの支持脚２６を離底させ、次いで、上部プラットフォーム２１Ｘと中間フレーム２１Ｍを結合した状態で、図２９（ｄ）に示すように、上部プラットフォーム２１Ｘと中間フレーム２１ＭをＸの正方向一杯に移動させる。

次いで、基地制御ユニット４５は、上部プラットフォーム２１Ｘの支持脚２６を着底させたまま、下部プラットフォーム２１Ｙの支持脚２６を離底させ、次いで、下部プラットフォーム２１ＹとＭＦを結合した状態で、図２９（ｅ）に示すように、下部プラットフォーム２１Ｙと中間フレーム２１ＭをＸの正方向一杯に移動させる。その後、下部プラットフォーム２１Ｙの支持脚２６を着底させる。これにより、図２９（ｆ）に示すように、上下のプラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙの内側の所定領域が、図２１に示す第四の区画Ｄとなる。
（手順２−６）第四の区画Ｄにおいて、基地制御ユニット４５は、管理コンピュータから採掘開始命令を受け、中間フレーム２１Ｍの内側の所定領域を解泥・吸引して採掘する。
（手順２−７）以下、同様にして、Ｘの正方向への歩行および採掘では（２−４）〜（２−６）の手順を繰り返す。

（手順３）Ｙの正方向への走行および採掘
次に、前述の（手順１）の（手順２−４）の状態からＹ方向に移動する手順を説明する。
（手順３−１）図２９（ｆ）に示す状態から、Ｙ方向に採鉱ステーション２２０を移動するときは、基地制御ユニット４５は、上部プラットフォーム２１Ｘの支持脚２６を着底させたまま、下部プラットフォーム２１Ｙの４つの支持脚２６を離底させ、次いで、上部プラットフォーム２１Ｘと中間フレーム２１Ｍを結合した状態で、図３０（ａ）に示すように、下部プラットフォーム２１ＹをＹの正方向一杯に移動させる。その後、下部プラットフォーム２１Ｙの４つの支持脚２６を着底させる。

（手順３−２）その後、基地制御ユニット４５は、下部プラットフォーム２１Ｙの支持脚２６を着底させたまま、上部プラットフォーム２１Ｘの４つの支持脚２６を離底させ、次いで、上部プラットフォーム２１Ｘと中間フレーム２１Ｍを固定した状態で、図３０（ｂ）に示すように、上部プラットフォーム２１Ｘと中間フレーム２１ＭをＹの正方向一杯に移動させる。その後、上部プラットフォーム２１Ｘの４つの支持脚２６を着底させる。

（手順３−３）次いで、基地制御ユニット４５は、上部プラットフォーム２１Ｘの支持脚２６を着底させたまま、下部プラットフォーム２１Ｙの４つの支持脚２６を離底させ、上部プラットフォーム２１Ｘと中間フレーム２１Ｍを結合した状態で、図３０（ｃ）に示すように、下部プラットフォーム２１ＹをＹの正方向に、下部プラットフォーム２１Ｙの平面中心が上部プラットフォーム２１Ｘおよび中間フレーム２１Ｍの平面中心に一致する位置まで移動させる。

その後、基地制御ユニット４５は、下部プラットフォーム２１Ｙ４つの支持脚２６を着底させる。これにより、上下のプラットフォーム２１Ｘ、２１Ｙの内側の所定領域が、図２１に示す第五の区画Ｅとなる。図３１に示すように、第五の区画Ｅにおいて、基地制御ユニット４５は、管理コンピュータから採掘開始命令を受けると、中間フレーム２１Ｍの内側の所定領域を採掘する。

（手順４）繰返し
以下、図３１（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｘの負方向に移動する場合は、Ｘの正方向と同様の手順を逆方向に向けて行えばよく、予定採掘区域（４０×４０ｍ）の採掘終了まで、上述した（手順２）と（手順３）の動作を繰り返し行う。また、Ｘ方向の走行に関しては、Ｘの正方向と負方向の手順を交互に実行すればよい。

このように、第三実施形態の採鉱ステーション２２０によれば、海山の表面に堆積する軟弱な地盤や、海底鉱床の傾斜や起伏に対応できる上、採鉱ステーション２２０を自走可能な構成とすることにより、採鉱ステーションの位置替え（リロケーション）を行う支援船である架設配置用母船２を不要または使用を要する状態を大幅に少なくすることができる。そのため、プロジェクトの工期とコストを大幅に減少することができる。

なお、上記第一実施形態では、架設配置用母船２は、図１のように、揚泥ユニット４および複数の採鉱ステーション２０を運搬する大型船舶の例を示したが、これに限定されず、例えば図３２に示すように、小型の架設配置用母船２を用いることができる。
同図の架設配置用母船２は、平面視が矩形枠状の船体を有し、船体の左右が浮体２ｆとされている。平面視で、船体中央は、矩形状のムーンプール２ｐとされ、ムーンプール２ｐを跨ぐようにクレーン１１が船体上に跨設されている。

船体の甲板には、居住室２ｈおよび貯蔵室２ｓが設けられるとともに、適所にウインチ１１ｗが装備され、ムーンプール２ｐから採鉱ステーション２２０を海中に吊り下ろし、および引き揚げ可能になっている。なお、同図（ｃ）の符号ＤおよびＵは、採鉱ステーション２２０の吊り下ろし、および引き揚げ可能なイメージを示している。

なお、この架設配置用母船２の寸法は、上記第三実施形態の採鉱ステーション２２０を架設配置する上で、全長７２ｍ×全幅４８ｍ程度とし、ムーンプール２ｐの寸法を３０ｍ×３３ｍ程度とすれば好適である。このような小型の架設配置用母船２を用いれば、支援船自体の費用や、海上に停泊させる際の用船費等をより少なくできるため、コストを減少する上でより好ましい。

１ 採鉱母船（海上採鉱基地）
２ 架設配置用母船
３ 運搬船
４ 揚泥ユニット
５ 吸込管
６ 揚泥管
７ 排出管
８ アンビリカルケーブル
９ 供給管
１１ 作業機
１２ 発電機
１３ 貯蔵器
２０、１２０、２２０ 採鉱ステーション（海中採鉱基地）
２１ ベースフレーム（プラットフォーム）
２５ 揚泥用ポンプ
２６ 支持脚
２７ 分級器
３０ 採泥装置
３１ 内筒
３２ 外筒
４３ 移動フレーム
４５ 基地制御ユニット（コントローラ）
４８ ガイドシェル
４９ ジャッキ機構
７１ ハウジング部
ＤＬ 噴射管路
ＫＬ 吸引管路
ＳＬ 海上
ＳＢ 海底
ＯＤ 海底鉱床
ＶＨ 竪穴（有底穴）

Claims (10)

1. 海底鉱床からレアアース泥を採泥する採泥装置と、該採泥装置が装備され海中に配置されて且つ海底に立設されるプラットフォームと、を備え、
   前記採泥装置は、前記海底鉱床に向けて高圧の海水を噴射してレアアース泥を解泥する噴射管路と、該噴射管路に併設されて前記解泥されたレアアース泥を海水とともに吸引する吸引管路とを有し、
   前記プラットフォームは、複数の支持脚を有し、各支持脚は、垂直方向への移動機構を介してＺ方向に個別に相対的スライド移動が可能に構成されていることを特徴とする海中採鉱基地。
2. 海底鉱床からレアアース泥を採泥する採泥装置と、該採泥装置が装備され海中に配置されて且つ海底に立設されるとともに水平面で互いに直交するＸ方向およびＹ方向の少なくとも一方に自ら移動可能なプラットフォームと、を備え、
   前記採泥装置は、前記海底鉱床に向けて高圧の海水を噴射してレアアース泥を解泥する噴射管路と、該噴射管路に併設されて前記解泥されたレアアース泥を海水とともに吸引する吸引管路とを有することを特徴とする海中採鉱基地。
3. 前記プラットフォームは、上部プラットフォーム、下部プラットフォーム、および、これら上下のプラットフォームの間に配置される中間フレームを有し、
   前記中間フレームと前記上部プラットフォームとは、水平方向への移動機構を介して一の方向に相対的スライド移動が可能に構成されるとともに、
   前記中間フレームと前記下部プラットフォームとは、水平方向への移動機構を介して前記一の方向と直交する他の方向に相対的スライド移動が可能に構成され、
   前記上下のプラットフォームそれぞれは、複数の支持脚を有し、各支持脚は、垂直方向への移動機構を介してＺ方向に個別に相対的スライド移動が可能に構成されている請求項２に記載の海中採鉱基地。
4. 前記上部プラットフォームまたは前記下部プラットフォームに装備されて移動機構により移動可能な移動フレームを更に備え、
   前記採泥装置は、前記移動機構の駆動により前記装備されたプラットフォームに沿って水平面で互いに直交するＸ方向およびＹ方向の少なくとも一方に移動可能に前記移動フレームに装着されている請求項３に記載の海中採鉱基地。
5. 前記採泥装置は、前記移動フレームに固定されて上下方向に延びるガイドシェルと、前記ガイドシェル上部に取り付けられた給進機構とを有し、
   前記噴射管路および前記吸引管路が、前記給進機構の駆動によって前記ガイドシェルに沿って上下動するように構成されている請求項４に記載の海中採鉱基地。
6. 前記採泥装置は、前記噴射管路を構成する内筒と、該内筒との間に画成された通路によって前記吸引管路を構成する外筒とを有する二重管構造を有する請求項５に記載の海中採鉱基地。
7. 前記支持脚は、前記支持脚を上下にスライド移動およびその移動位置の保持が可能なジャッキ機構を介して前記移動フレームに固定されている請求項３〜６のいずれか一項に記載の海中採鉱基地。
8. 前記移動フレームは、相互に水平方向にスライド移動可能に組み合わされた複数のフレームと、該複数のフレーム相互を水平方向にスライド移動させる移動機構と、を有する請求項４〜７のいずれか一項に記載の海中採鉱基地。
9. 前記プラットフォームに装備された移動機構の全てまたはいずれかを制御するコントローラを備える請求項１〜８のいずれか一項に記載の海中採鉱基地。
10. 海中姿勢の安定機構として傾斜センサを更に備え、
    前記コントローラは、前記傾斜センサの出力に基づいて、基地自体の姿勢の不均衡の程度を判定し、各支持脚の垂直方向への移動機構を制御して基地自体の姿勢安定を維持する姿勢安定制御を実行する請求項９に記載の海中採鉱基地。

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