JP2022134892A - Collection method of undersea resources - Google Patents

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友博 森澤
Tomohiro Morisawa
慎哉 大森
Shinya Omori
洋輔 田中
Yosuke Tanaka
英剛 宮▲崎▼
Eigo Miyazaki
敬太 秋山
Keita Akiyama
正憲 許
Masanori Kyo
郁郎 澤田
Ikuo Sawada
善久 川村
Yoshihisa Kawamura
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Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
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Abstract

To provide a collection method of undersea resources capable of efficiently collecting undersea resources contained in the mud of the underwater ground.SOLUTION: An insertion tube 3 connected to a bottom of a suction-collection pipe 2 is inserted into an underwater ground B. Then, while a liquid L is supplied into the insertion tube 3, stirring blades 6 attached to a bottom of a rotary shaft 4 inside the insertion tube 3 is rotated. Mud S inside the insertion tube 3 is excavated and dissolved by the stirring blades 6, and the mud S dissolved into a slurry is lifted to above the water through the suction-collection pipe 2 by lifting means. At this time, a deepest penetration position D1 of the stirring blades 6 is held above a lower end of the insertion tube 3 by a predetermined distance T, in a state that a lower-end opening 3c of the insertion tube 3 is blocked with the mud S of the underwater ground B, so as to prevent the slurried mud S from flowing out of the insertion tube 3 through the lower-end opening 3c.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水底資源の採取方法に関し、さらに詳しくは、水底地盤の泥土に含有されている水底資源を効率的に採取できる水底資源の採取方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for extracting bottom-of-water resources, and more particularly to a method for extracting bottom-of-water resources capable of efficiently extracting bottom-of-water resources contained in mud of bottom-of-water ground.

海洋資源開発においては、深海に存在するレアアース等の水底資源が含有されている水底地盤の泥土を水などの液体とともにポンプリフトやエアリフト等の揚収手段を利用して水上の揚収船等に揚収している。泥土の土塊が大きいほど揚収するために多くの液量が必要となる。泥土とともに揚収される液量が多くなるほど揚収作業や泥土と液体とを分離する作業工数が増え、水底資源の採取に要するコストも高くなる。それ故、水底地盤の泥土に含有されている水底資源を効率的に採取するには、水底地盤の泥土を細かく解泥してより少ない液量で揚収することが重要である。 In the development of marine resources, we use pump lifts, air lifts, and other means of lifting and collecting mud from the bottom of the sea, which contains bottom-of-water resources such as rare earths that exist in the deep sea, along with liquids such as water, to lift-and-recover ships on the water. are being harvested. The larger the mud mass, the more liquid volume is required to lift and collect it. As the amount of liquid that is lifted up and collected together with the mud increases, the number of man-hours required for the lifting and collection work and the work to separate the mud and the liquid increases, and the cost required for extracting bottom water resources also increases. Therefore, in order to efficiently extract the water bottom resources contained in the mud of the water bottom ground, it is important to finely thaw the mud of the water bottom ground and lift it up with a smaller amount of liquid.

従来、水底地盤の泥土を掘削して揚収するシステムが種々提案されている(特許文献1参照)。特許文献1の海洋資源揚鉱装置では、揚収管部の下部に設けられている回収ホッパを水底地盤の地表に対向させる。次いで、回転させたビットを水底地盤に貫入するとともに、ビットの下端部に設けられたノズルから海水よりも比重の軽いエマルション(界面活性剤を混ぜた油)を噴射することで水底地盤の泥土を掘削する。そして、水底地盤中から回収ホッパの上部にまで上昇した泥土およびエマルションを、揚収管部を介して水上に揚収している。この方法では、ビットによって掘削した水底地盤中の泥土の多くが水底地盤中で拡散してしまうため、泥土を細かく解泥できない。それ故、この海洋資源揚鉱装置では、泥土を上昇させるために海水よりも比重の軽いエマルションを水底地盤中に噴射している。しかしながら、多量のエマルションを水底地盤中に噴射し、揚収する必要があるため、揚収した泥土とエマルションとを分離する作業工数が増大し、水底資源の採取に要するコストが高くなる。また、水中に流出するエマルションにより水中環境が害されることも懸念される。 Conventionally, various systems have been proposed for excavating and lifting up mud from the bottom of water (see Patent Document 1). In the marine resource lifting device of Patent Literature 1, a recovery hopper provided at the lower portion of the lifting pipe portion faces the ground surface of the underwater ground. Next, the rotated bit penetrates the bottom of the sea, and an emulsion (oil mixed with a surfactant) with a specific gravity lighter than that of seawater is sprayed from the nozzle at the bottom of the bit to clear the mud of the bottom of the sea. excavate. Mud and emulsion that have risen from the bottom of the water to the upper part of the collection hopper are lifted onto the water via the lifting pipe. In this method, most of the mud in the waterbed ground excavated by the bit spreads in the waterbed ground, so the mud cannot be finely thawed. Therefore, in this marine resource lifting apparatus, an emulsion having a specific gravity lighter than that of seawater is injected into the seabed ground in order to raise the mud. However, since it is necessary to inject a large amount of emulsion into the waterbed ground and lift it up, the number of man-hours for separating the lifted mud and the emulsion increases, and the cost required for collecting waterbed resources increases. There is also a concern that the emulsion that flows out into the water will harm the aquatic environment.

特開2019-11568号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-11568

本発明の目的は、水底地盤の泥土に含有されている水底資源を効率的に採取できる水底資源の採取方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for extracting bottom water resources that enables efficient extraction of bottom water resources contained in the mud of the bottom ground.

上記目的を達成するため、本発明の水底資源の採取方法は、水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取方法において、水上から前記水底地盤へ向けて揚収管を延設し、前記揚収管の下部に接続している挿入管の少なくとも下部を前記水底地盤に挿入した状態で、前記挿入管の内部に液体を供給するとともに、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸と、前記回転軸の下部に取付けられている撹拌翼とを、前記挿入管の内部で回転させて、前記撹拌翼により前記挿入管の内部の前記泥土を掘削、解泥し、その解泥によってスラリー状にした前記泥土を揚収手段により前記揚収管を通じて水上に揚収し、前記撹拌翼の最深貫入位置を、前記挿入管の下端から所定距離だけ上方にして、前記挿入管の下端開口を前記水底地盤の泥土によって塞いだ状態に維持して、スラリー状にした前記泥土が前記下端開口を通じて前記挿入管の外部に流出することを防止することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the method of extracting a bottom-of-water resource of the present invention is a method of extracting a bottom-of-water resource in which mud in the bottom-of-water ground containing the bottom-of-water resource is excavated and lifted onto the water, wherein A liquid is supplied to the inside of the insertion pipe in a state where at least the lower part of the insertion pipe connected to the lower part of the lifting and receiving pipe is inserted into the seabed ground, and the lifting A rotating shaft extending in the tube axial direction inside the storage tube and the insertion tube, and a stirring blade attached to the lower part of the rotating shaft are rotated inside the insertion tube to rotate the stirring blade The mud inside the insertion pipe is excavated and demulsified by the dissolution, and the mud made into a slurry by the dissolution is lifted above the water through the lifting pipe by the lifting means, and the deepest penetration position of the stirring blade is a predetermined distance above the lower end of the insertion pipe, and the lower end opening of the insertion pipe is maintained in a state where it is blocked by the mud of the waterbed ground, and the slurry-like mud flows through the lower end opening of the insertion pipe. It is characterized by preventing it from flowing out to the outside.

本発明によれば、水底地盤に挿入した挿入管の内部に液体を供給するとともに撹拌翼を回転させて、挿入管の内部の泥土を掘削、解泥する。しかも、撹拌翼の最深貫入位置を、挿入管の下端から所定距離だけ上方にして、挿入管の下端開口を水底地盤の泥土によって塞いだ状態に維持して、スラリー状に解泥した泥土が挿入管の下端開口を通じて挿入管の外部に流出することを防止する。これにより、比較的少ない液量で挿入管の内部の泥土を効果的に細粒化してスラリー状にしつつ流出無駄をなくして、挿入管の上部まで効率的に上昇させることができる。それ故、水底地盤の泥土に含有されている水底資源を効率的に採取できる。 According to the present invention, the liquid is supplied to the inside of the insertion pipe inserted into the waterbed ground, and the stirring blade is rotated to excavate and demuld the mud inside the insertion pipe. Moreover, the deepest penetration position of the stirring blade is set above the lower end of the insertion pipe by a predetermined distance, and the lower end opening of the insertion pipe is maintained in a state where it is blocked by the mud of the waterbed ground, and the slurry-like mud is inserted. It is prevented from flowing out to the outside of the insertion tube through the lower end opening of the tube. As a result, the mud inside the insertion pipe can be effectively pulverized into a slurry with a relatively small amount of liquid, and the mud can be efficiently raised to the upper portion of the insertion pipe while eliminating wasteful outflow. Therefore, the water bottom resources contained in the mud of the water bottom ground can be efficiently collected.

本発明の水底資源の採取方法の実施形態の概要を例示する説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an outline of an embodiment of a bottom water resource extraction method of the present invention; 図1の挿入管の内部を平面視で例示する説明図である。FIG. 2 is an explanatory view illustrating the inside of the insertion tube of FIG. 1 in plan view; 図2のA矢視で挿入管の内部を例示する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the inside of the insertion tube in the A arrow view of FIG. 2 ; 図2のB矢視で挿入管の内部を例示する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the inside of the insertion tube in the B arrow view of FIG. 2 ; 図1の挿入管を水底地盤に挿入した状態を例示する説明図である。1. It is explanatory drawing which illustrates the state which inserted the insertion pipe of FIG. 1 in the water bottom ground. 図5の状態から撹拌翼を水底地盤の最深貫入位置まで貫入した状態を例示する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a state in which the stirring blades have penetrated from the state of FIG. 5 to the deepest penetration position of the submerged ground; 図6の状態から撹拌翼を挿入管の内部で管軸方向に往復移動させている状態を例示する説明図である。7 is an explanatory diagram illustrating a state in which the stirring blade is reciprocated in the tube axis direction inside the insertion tube from the state in FIG. 6. FIG. 撹拌翼の貫入深さの時間推移を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates time transition of the penetration depth of a stirring blade.

以下、本発明の水底資源の採取方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。本発明では、図1に例示する水底資源の採取システム1(以下、採取システム1という)を用いて、レアアース等の水底資源(鉱物資源)が含有されている水底地盤Bの泥土Sを掘削して水上に揚収する。 Hereinafter, the method for extracting bottom water resources of the present invention will be described based on the embodiment shown in the drawings. In the present invention, a bottom-of-water resource extraction system 1 (hereinafter referred to as a bottom-of-water resource extraction system 1) illustrated in FIG. and hoist it on the water.

採取システム1は、水上から水底地盤Bに向かって延在する揚収管2と、揚収管2の下部に接続されている挿入管3と、揚収管2および挿入管3の内部を管軸方向に延在している回転軸4とを備えている。採取システム1はさらに、回転軸4の下部に取付けられた撹拌翼6と、挿入管3の内部に液体Lを供給する液体供給機構8とを備えている。この実施形態の採取システム1はさらに、挿入管3に設置された強度センサ9と圧力センサ10とを備えている。この実施形態では、揚収管2が水上の揚収船20に接続されている場合を例示しているが、揚収船20に限らず例えば、揚収管2が水上に設けられた揚収施設などに接続された構成にすることもできる。 The sampling system 1 includes a lift-and-storage pipe 2 extending from the surface of the water toward the seabed ground B, an insertion pipe 3 connected to the lower part of the lift-and-storage pipe 2, and the inside of the lift-and-storage pipe 2 and the insertion pipe 3. and an axially extending rotating shaft 4 . The collection system 1 further includes a stirring blade 6 attached to the lower portion of the rotating shaft 4 and a liquid supply mechanism 8 for supplying the liquid L into the insertion tube 3 . The collection system 1 of this embodiment further comprises an intensity sensor 9 and a pressure sensor 10 installed in the insertion tube 3 . This embodiment exemplifies the case where the lifting pipe 2 is connected to the lifting and receiving ship 20 on the water, but it is not limited to the lifting and receiving ship 20. For example, the lifting and receiving pipe 2 is provided on the water. It can also be configured to be connected to a facility or the like.

揚収管2と挿入管3は連通している。挿入管3の内径は揚収管2の内径よりも大きく設定されている。揚収管2と挿入管3との連結部分の内周面は滑らかに連続する曲面形状になっている。揚収管2の内径は例えば、0.2m以上1.0m以下の範囲内に設定され、挿入管3の内径は例えば、0.5m以上5m以下の範囲内に設定される。揚収管2には、挿入管3の上部に上昇した泥土Sを、揚収管2を通じて水上に揚送する揚送手段が接続されている。揚送手段は、例えば、エアリフトポンプやスラリーポンプ等で構成される。 The lift-and-storage pipe 2 and the insertion pipe 3 are in communication. The inner diameter of the insertion tube 3 is set larger than the inner diameter of the lift-and-storage tube 2 . The inner peripheral surface of the connecting portion between the lifting tube 2 and the insertion tube 3 has a smoothly continuous curved shape. The inner diameter of the lift-and-storage tube 2 is set, for example, within a range of 0.2 m or more and 1.0 m or less, and the inner diameter of the insertion tube 3 is set, for example, within a range of 0.5 m or more and 5 m or less. A lifting means is connected to the lifting pipe 2 for lifting the mud S raised to the upper part of the insertion pipe 3 through the lifting pipe 2 to the surface of the water. The pumping means is composed of, for example, an air lift pump, a slurry pump, or the like.

水底地盤Bの泥土Sを採取する際には、挿入管3は少なくとも下部が水底地盤Bに挿入された状態となり、挿入管3の上部は水底地盤Bの表面よりも上方に突出した状態となる。例えば、挿入管3の全長の50%以上が水底地盤Bに挿入された状態となる。挿入管3の管軸方向の長さは、水底資源が分布している地層の深さに応じて適宜設定されるが、例えば、2m以上20m以下の範囲内に設定される。この実施形態では、挿入管3の外周面に平面視で環状のストッパー3aが設けられている。このストッパー3aを境界にして、ストッパー3aよりも下側の挿入管3の領域が水底地盤Bに挿入された状態になり、ストッパー3aよりも上側の挿入管3の領域が水底地盤Bの表面よりも上方に突出した状態になる。 When collecting the mud S of the waterbed ground B, the insertion pipe 3 is in a state in which at least the lower part thereof is inserted into the waterbed ground B, and the upper part of the insertion pipe 3 protrudes upward from the surface of the waterbed ground B. . For example, 50% or more of the total length of the insertion pipe 3 is inserted into the seabed ground B. The length of the insertion tube 3 in the tube axis direction is appropriately set according to the depth of the stratum in which the submerged resources are distributed. In this embodiment, an annular stopper 3a is provided on the outer peripheral surface of the insertion tube 3 in plan view. With this stopper 3a as a boundary, the region of the insertion pipe 3 below the stopper 3a is inserted into the waterbed ground B, and the region of the insertion pipe 3 above the stopper 3a is below the surface of the waterbed ground B. will also protrude upwards.

回転軸4は、揚収船20から揚収管2および挿入管3を挿通して吊り下げられていて、駆動機構により軸回転する。図2~図4に例示するように、この実施形態では、回転軸4の下部に対して着脱可能に連結されるヘッド5に、泥土Sを掘削、解泥する撹拌翼6が取付けられている。ヘッド5の下端部には水底地盤Bの泥土Sを掘削する掘削刃7が設けられている。掘削刃7よりも上方に位置するヘッド5の外周面に、複数の撹拌翼6で構成された撹拌翼群が設けられている。それぞれの撹拌翼6は、挿入管3の内周面に向かって延在している。同じ撹拌翼群を構成する複数の撹拌翼6は、回転軸4の周方向に間隔をあけて配置されている。 The rotating shaft 4 is suspended from the hoisting/receiving vessel 20 through the hoisting/storage pipe 2 and the insertion pipe 3, and is rotated by a drive mechanism. As illustrated in FIGS. 2 to 4, in this embodiment, a stirring blade 6 for excavating and dissolving the mud S is attached to the head 5 which is detachably connected to the lower portion of the rotating shaft 4. . An excavating edge 7 for excavating the mud S of the water bottom ground B is provided at the lower end of the head 5 . A group of agitating blades 6 composed of a plurality of agitating blades 6 is provided on the outer peripheral surface of the head 5 located above the excavating blade 7 . Each stirring blade 6 extends toward the inner peripheral surface of the insertion tube 3 . A plurality of stirring blades 6 constituting the same stirring blade group are arranged at intervals in the circumferential direction of the rotating shaft 4 .

この実施形態のそれぞれの撹拌翼6は平板状に形成されていて、回転軸4(ヘッド5)に接続されている根元部分から先端に向かって先細りするテーパ形状になっている。撹拌翼6の回転方向における前端部は鋭く尖った形状になっている。例えば、撹拌翼6の前端部を山と谷とが連続する鋸歯状にすることもできる。撹拌翼6は、平板状に限らず、例えば、スクリューの羽根のような湾曲した形状にすることもできる。 Each stirring blade 6 in this embodiment is formed in a flat plate shape and has a tapered shape that tapers from the root portion connected to the rotating shaft 4 (head 5) toward the tip. The front end portion of the stirring blade 6 in the rotation direction is sharply pointed. For example, the front end portion of the stirring blade 6 can be formed in a sawtooth shape with continuous peaks and valleys. The stirring impeller 6 is not limited to a flat plate shape, and can be curved like a screw blade, for example.

この実施形態では、対向する位置に配置された2枚の撹拌翼6で構成された撹拌翼群が、回転軸4の軸方向に3段設けられている。最下段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼6は、回転方向に向かって下向きに傾斜している。中段の撹拌翼群と最上段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼6は、回転方向に向かって上向きに傾斜している。図4に例示するように、回転軸4の軸方向と撹拌翼6の延在方向とのなす角度θ(俯角)は例えば、10度以上80度以下、好ましくは20度以上70度以下、より好ましくは25度以上40度以下の範囲内に設定される。 In this embodiment, a stirring blade group composed of two stirring blades 6 arranged at opposing positions is provided in three stages in the axial direction of the rotating shaft 4 . Each of the stirring blades 6 constituting the lowest stage stirring blade group is inclined downward in the direction of rotation. Each of the stirring blades 6 constituting the middle stirring blade group and the uppermost stirring blade group is inclined upward in the direction of rotation. As illustrated in FIG. 4, the angle θ (depression angle) between the axial direction of the rotating shaft 4 and the extending direction of the stirring blades 6 is, for example, 10 degrees or more and 80 degrees or less, preferably 20 degrees or more and 70 degrees or less. It is preferably set within the range of 25 degrees or more and 40 degrees or less.

回転軸4の軸方向に隣り合う撹拌翼6どうしは、平面視で回転軸4の周方向にずれた位置に配置されている。挿入管3の内周面と撹拌翼6の先端との間には、50mm~500mm程度のすき間(クリアランス)が設けられている。撹拌翼6(回転軸4)の回転数は例えば10rpm~200rpmである。 The stirring blades 6 adjacent to each other in the axial direction of the rotating shaft 4 are arranged at positions shifted in the circumferential direction of the rotating shaft 4 in plan view. A gap (clearance) of about 50 mm to 500 mm is provided between the inner peripheral surface of the insertion tube 3 and the tip of the stirring blade 6 . The rotation speed of the stirring blade 6 (rotating shaft 4) is, for example, 10 rpm to 200 rpm.

回転軸4の軸方向に設ける撹拌翼群の段数や、各段の撹拌翼群を構成する撹拌翼6の数などは、この実施形態に限定されず、異なる構成にすることもできる。例えば、3枚の撹拌翼6で構成された撹拌翼群が、回転軸4の軸方向に2段設けられた構成などにすることもできる。それぞれの撹拌翼群を構成する撹拌翼6は、平面視で回転軸4の軸心を中心にして点対象になるように配置することが好ましい。それぞれの段の撹拌翼群を構成する撹拌翼6の傾斜方向は、この実施形態に限定されず、例えば、最上段の撹拌翼群や中段の撹拌翼群を構成する撹拌翼6が回転方向に向かって下向きに傾斜している構成にすることもできる。 The number of stages of the stirring blade group provided in the axial direction of the rotating shaft 4 and the number of the stirring blades 6 constituting each stage of the stirring blade group are not limited to this embodiment, and may be configured differently. For example, it is also possible to adopt a structure in which a stirring blade group composed of three stirring blades 6 is provided in two stages in the axial direction of the rotating shaft 4 . The stirring blades 6 constituting each stirring blade group are preferably arranged so as to be point-symmetrical about the axis of the rotating shaft 4 in plan view. The direction of inclination of the stirring blades 6 constituting the stirring blade groups of each stage is not limited to this embodiment. A downward sloping configuration is also possible.

液体供給機構8は、液体Lとして例えば、水(海水や淡水)を供給する。現場で入手できる現場水(海水や淡水)を利用すると便利である。その他に、液体Lとして例えば、水に添加剤を加えた液体や、水以外の液体を供給する構成にすることもできる。この実施形態の液体供給機構8は、撹拌翼6の先端部に設けられた噴射ノズル8aを有している。水上(揚収船20)に設置された液体供給装置により、回転軸4に内部に延設された主管と、主管の下部で複数に分岐した配管8bとを通じて、それぞれの噴射ノズル8aに液体Lが供給される構成になっている。 The liquid supply mechanism 8 supplies water (seawater or freshwater) as the liquid L, for example. It is convenient to use on-site water (sea water or fresh water) that is available on-site. In addition, as the liquid L, for example, a liquid obtained by adding an additive to water, or a liquid other than water may be supplied. The liquid supply mechanism 8 of this embodiment has a jet nozzle 8 a provided at the tip of the stirring blade 6 . A liquid supply device installed on the surface of the water (ship 20) supplies liquid L to each injection nozzle 8a through a main pipe extending inside the rotating shaft 4 and a plurality of pipes 8b branched from the lower part of the main pipe. is supplied.

噴射ノズル8aおよび配管8bは、撹拌翼6の回転方向に対して撹拌翼6の背後側になる面に付設されている。例えば、噴射ノズル8aおよび配管8bを撹拌翼6に内設して撹拌翼6の先端から液体Lが噴射される構成にすることもできる。この実施形態では、全ての撹拌翼6にそれぞれ噴射ノズル8aが設けられているが、一部の撹拌翼6に選択的に噴射ノズル8aを設けることもできる。即ち、例えば、最下段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼6にだけ噴射ノズル8aを設けることもできる。 The injection nozzle 8a and the pipe 8b are attached to the rear side of the stirring blade 6 with respect to the rotating direction of the stirring blade 6. As shown in FIG. For example, the jet nozzle 8a and the pipe 8b may be installed in the stirring blade 6 so that the liquid L is jetted from the tip of the stirring blade 6 . In this embodiment, all the stirring blades 6 are provided with the injection nozzles 8a, but some of the stirring blades 6 can be selectively provided with the injection nozzles 8a. That is, for example, the injection nozzle 8a can be provided only for each stirring blade 6 that constitutes the lowest stage stirring blade group.

一部の撹拌翼6に選択的に噴射ノズル8aを設ける場合にも、各段に設ける噴射ノズル8aは、平面視で回転軸4の軸心を中心にして点対象になるように配置することが好ましい。なお、液体供給機構8は、挿入管3の内部に液体Lを供給できる構成であればよく、この実施形態の構成に限定されない。 Even when the injection nozzles 8a are selectively provided in some of the stirring blades 6, the injection nozzles 8a provided in each stage should be arranged so as to be point-symmetrical about the axis of the rotating shaft 4 in plan view. is preferred. It should be noted that the liquid supply mechanism 8 may have any structure as long as it can supply the liquid L into the insertion tube 3, and is not limited to the structure of this embodiment.

強度センサ9は、未掘削状態の水底地盤Bの強度を測定する。水底地盤Bの強度を示す指標としては、例えば、水底地盤Bの泥土Sの管軸方向の一軸圧縮強度やN値、コーン指数などが例示できる。強度センサ9としては、例えば、土壌硬度計や土層強度検査棒などを用いる。強度センサ9は、挿入管3の水底地盤Bに挿入される位置に設置される。強度センサ9は例えば、挿入管3の下端開口3cの近傍(下端開口3cからの管軸方向の離間距離が30cm以内となる位置)に設置するとよい。この実施形態では、強度センサ9を挿入管3の内周面の撹拌翼6に接触しない位置に設置しているが、例えば、挿入管3の外周面や下端面に設置することもできる。 The strength sensor 9 measures the strength of the unexcavated water bottom ground B. As shown in FIG. Examples of the index indicating the strength of the waterbed ground B include the uniaxial compressive strength of the mud S of the waterbed ground B in the direction of the tube axis, the N value, and the cone index. As the strength sensor 9, for example, a soil hardness meter, a soil layer strength test rod, or the like is used. The strength sensor 9 is installed at a position where the insertion tube 3 is inserted into the waterbed ground B. For example, the intensity sensor 9 is preferably installed near the lower end opening 3c of the insertion tube 3 (at a position where the distance from the lower end opening 3c in the tube axial direction is within 30 cm). In this embodiment, the strength sensor 9 is installed on the inner peripheral surface of the insertion tube 3 at a position that does not come into contact with the stirring blades 6, but it can also be installed on the outer peripheral surface or the lower end surface of the insertion tube 3, for example.

圧力センサ10は、水底地盤Bに挿入した挿入管3の内部での圧力を測定する。圧力センサ10は例えば、撹拌翼6により泥土Sを掘削、解泥する掘削対象領域R1となる範囲に設置する。圧力センサ10は、例えば、挿入管3の下端3bから上方へ離間距離が100cm以上500cm以下となる位置に配置するとよい。この実施形態では、圧力センサ10を挿入管3の内周面の撹拌翼6に接触しない位置に設置している。強度センサ9および圧力センサ10のそれぞれの測定データは、水上(揚収船20)の管理部に逐次送信され、管理者が把握できる構成になっている。強度センサ9および圧力センサ10はそれぞれ任意に設けることができる。 The pressure sensor 10 measures the pressure inside the insertion pipe 3 inserted into the seabed ground B. The pressure sensor 10 is installed, for example, in a range to be an excavation target region R1 in which the mud S is excavated and thawed by the stirring blades 6 . For example, the pressure sensor 10 may be arranged at a position where the distance upward from the lower end 3b of the insertion tube 3 is 100 cm or more and 500 cm or less. In this embodiment, the pressure sensor 10 is installed on the inner peripheral surface of the insertion tube 3 at a position where it does not come into contact with the stirring blades 6 . The measurement data of the strength sensor 9 and the pressure sensor 10 are sequentially transmitted to the management section on the water (the recovery vessel 20) so that the manager can grasp them. The intensity sensor 9 and the pressure sensor 10 can each be optionally provided.

次に、この採取システム1を用いて水底資源を採取する方法の作業手順の一例を以下に説明する。 Next, an example of a working procedure of a method for collecting bottom water resources using this collection system 1 will be described below.

揚収管2の下部に挿入管3を接続し、挿入管3の上部の内部にヘッド5を着脱可能に固定しておく。図5に例示するように、水上(揚収船20)から水底地盤Bへ向けて揚収管2を延設し、挿入管3の少なくとも下部を未掘削状態の水底地盤Bに挿入する。ヘッド5が収容されている挿入管3の上部は水底地盤Bに挿入せずに、ヘッド5を水底地盤Bの表面よりも上方に配置した状態にする。 An insertion tube 3 is connected to the lower part of the lifting and receiving tube 2, and a head 5 is detachably fixed inside the upper part of the insertion tube 3. - 特許庁As illustrated in FIG. 5, a lifting pipe 2 is extended from the surface of the water (a lifting ship 20) toward the waterbed ground B, and at least the lower part of the insertion pipe 3 is inserted into the unexcavated waterbed ground B. The upper part of the insertion tube 3 containing the head 5 is not inserted into the water bottom ground B, and the head 5 is arranged above the surface of the water bottom ground B. - 特許庁

この段階では、水底地盤Bに挿入されている挿入管3の下部の内部は未掘削状態の水底地盤Bの泥土Sで満たされた状態になっている。水底地盤Bに挿入されていない挿入管3の上部の内部は、水域の水Wで満たされた状態になっている。挿入管3を水底地盤Bに挿入している過程で、強度センサ9によって水底地盤Bの強度が逐次測定される。 At this stage, the inside of the lower part of the insertion pipe 3 inserted into the waterbed ground B is filled with the mud S of the waterbed ground B that has not yet been excavated. The inside of the upper part of the insertion pipe 3, which is not inserted into the seabed ground B, is filled with the water W of the water area. While the insertion tube 3 is being inserted into the waterbed ground B, the strength of the waterbed ground B is successively measured by the strength sensor 9 .

この実施形態では、挿入管3の外側に設けられているストッパー3aが水底地盤Bの表面に当接する位置まで挿入管3を水底地盤Bに挿入すると、水底資源が分布している地層の深さまで挿入管3の下部が挿入される。ヘッド5が収容されている挿入管3の上部は水底地盤Bの表面よりも上方に突出した状態となる。 In this embodiment, when the insertion pipe 3 is inserted into the seabed ground B to a position where the stopper 3a provided on the outside of the insertion pipe 3 contacts the surface of the seabed ground B, the depth of the stratum in which the waterbed resources are distributed is reached. The lower part of the insertion tube 3 is inserted. The upper part of the insertion tube 3 in which the head 5 is housed protrudes above the surface of the submerged ground B.

次いで、回転軸4を、揚収管2および挿入管3の内部に挿通させた状態で水上(揚収船20)から水底地盤Bへ向けて降下させて、回転軸4の下端部にヘッド5(撹拌翼6)を連結する。回転軸4の下端部にヘッド5を連結した状態で、回転軸4をさらに水底地盤Bへ向けて下方移動させると挿入管3からヘッド5が外れる。その結果、回転軸4と一体化したヘッド5(撹拌翼6)が管軸方向に移動可能な状態となる。 Next, the rotating shaft 4 is lowered from the surface of the water (the hoisting and recovering vessel 20) toward the seabed B while being inserted into the inside of the hoisting pipe 2 and the insertion pipe 3, and the head 5 is attached to the lower end of the rotating shaft 4. (Stirring blade 6) is connected. With the head 5 connected to the lower end of the rotating shaft 4 , the head 5 is removed from the insertion tube 3 when the rotating shaft 4 is further moved downward toward the waterbed ground B. As a result, the head 5 (stirring blade 6) integrated with the rotating shaft 4 becomes movable in the direction of the tube axis.

次いで、図6に例示するように、液体供給機構8により挿入管3の内部に液体Lを供給するとともに、回転軸4と回転軸4の下部(ヘッド5)に取付けられている撹拌翼6とを挿入管3の内部で回転させる。そして、回転させた状態の撹拌翼6を水底地盤Bの表面から水底地盤Bの泥土Sに貫入して挿入管3の内部の泥土Sを掘削して、スラリー状に解泥する。この実施形態では、噴射ノズル8aから挿入管3の内周面に向かって液体Lを高圧で噴射することで、挿入管3の内部に液体Lを供給しつつ、撹拌翼6の先端と挿入管3の内周面との間の泥土Sを掘削、解泥する。挿入管3の内部での圧力(以下、挿入管3の内圧という)は、圧力センサ10によって逐次測定される。 Next, as illustrated in FIG. 6, the liquid supply mechanism 8 supplies the liquid L to the inside of the insertion tube 3, and the rotating shaft 4 and the stirring blade 6 attached to the lower part (head 5) of the rotating shaft 4 is rotated inside the insertion tube 3. Then, the rotating impeller 6 penetrates the mud S of the water bottom ground B from the surface of the water bottom ground B to excavate the mud S inside the insertion pipe 3 and dissolve it into slurry. In this embodiment, by injecting the liquid L from the injection nozzle 8a toward the inner peripheral surface of the insertion tube 3 at high pressure, while supplying the liquid L to the inside of the insertion tube 3, the tip of the stirring blade 6 and the insertion tube The mud S between the inner peripheral surface of 3 is excavated and demulsified. The pressure inside the insertion tube 3 (hereinafter referred to as the internal pressure of the insertion tube 3) is sequentially measured by the pressure sensor 10. FIG.

撹拌翼6を水底地盤Bに貫入する際には、撹拌翼6(最も下方に位置する撹拌翼6)の最深貫入位置D1を、挿入管3の下端3bから所定距離Tだけ上方にする。そして、挿入管3の下端開口3cを水底地盤Bの泥土Sによって塞いだ状態に維持して、撹拌翼6によってスラリー状に解泥した泥土Sが挿入管3の下端開口3cを通じて挿入管3の外部に流出することを防止する。 When the agitating blade 6 penetrates into the submerged ground B, the deepest penetration position D1 of the agitating blade 6 (the lowest agitating blade 6) is set above the lower end 3b of the insertion pipe 3 by a predetermined distance T. Then, the lower end opening 3c of the insertion pipe 3 is kept closed by the mud S of the waterbed ground B, and the mud S disintegrated into a slurry state by the stirring blade 6 flows into the insertion pipe 3 through the lower end opening 3c of the insertion pipe 3. Prevent it from leaking outside.

即ち、挿入管3の内部の水底地盤Bの表面から最深貫入位置D1までの掘削対象領域R1の泥土Sを撹拌翼6によって掘削、解泥し、最深貫入位置D1と挿入管3の下端3bが位置する深度D2との間に管軸方向に所定距離Tの厚みを有する非掘削領域R2を残存させる。そして、解泥した土砂Sに対して相対的に硬い非掘削領域R2の泥土Sによって、挿入管3の下端開口3cに栓をして塞いだ状態にする。図中では、掘削されていない状態の泥土Sを斜線部で示している。 That is, the mud S in the excavation target region R1 from the surface of the submerged ground B inside the insertion pipe 3 to the deepest penetration position D1 is excavated and dissipated by the stirring blade 6, and the deepest penetration position D1 and the lower end 3b of the insertion pipe 3 are separated. A non-excavation region R2 having a thickness of a predetermined distance T in the pipe axial direction is left between the position depth D2. Then, the lower end opening 3c of the insertion pipe 3 is plugged with the mud S in the non-excavation region R2 that is relatively hard with respect to the thawed earth and sand S. In the drawing, the unexcavated mud S is indicated by hatching.

前述した所定距離Tは、撹拌翼6によって挿入管3の内部の泥土Sを掘削、解泥している際の挿入管3の内圧が最大になった場合でも、挿入管3の下端開口3cを塞ぐ非掘削領域R2の泥土Sが、挿入管3の内圧によって崩壊することを防止できる距離に設定する。挿入管3の内圧に対する非掘削領域R2の泥土Sによる抵抗力は、水底地盤Bの強度(例えば、一軸圧縮強度やN値、コーン指数等)や、所定距離Tが大きくなる程増大する。 The above-mentioned predetermined distance T is such that even when the internal pressure of the insertion pipe 3 becomes maximum when the mud S inside the insertion pipe 3 is excavated and demulsified by the stirring blade 6, the lower end opening 3c of the insertion pipe 3 is The distance is set to prevent the mud S in the blocking non-excavation region R2 from collapsing due to the internal pressure of the insertion pipe 3. The resistance of the mud S in the non-excavation area R2 against the internal pressure of the insertion pipe 3 increases as the strength of the waterbed ground B (eg, uniaxial compressive strength, N value, cone index, etc.) and the predetermined distance T increase.

それ故、挿入管3の下端開口3cを塞ぐ泥土Sが、挿入管3の内圧により崩壊することを防止できる過不足ない適正な所定距離Tは、水底地盤Bの強度と、挿入管3の内圧とに基づいて設定することが可能である。所定距離Tを設定することで、挿入管3の下端3bが位置する深度D2との関係から撹拌翼6を貫入する最深貫入位置D1も設定できる。 Therefore, the proper predetermined distance T that can prevent the mud S blocking the lower end opening 3c of the insertion pipe 3 from collapsing due to the internal pressure of the insertion pipe 3 is determined by the strength of the seabed ground B and the internal pressure of the insertion pipe 3. can be set based on By setting the predetermined distance T, it is possible to set the deepest penetration position D1 where the stirring blade 6 penetrates from the relationship with the depth D2 where the lower end 3b of the insertion tube 3 is located.

水底地盤Bの強度は、この実施形態のように挿入管3を水底地盤Bに挿入する際に強度センサ9により取得することもできるし、挿入管3を水底地盤Bに挿入する前に予め取得しておくこともできる。或いは、水底地盤Bの強度を、挿入管3を水底地盤Bに挿入する前と挿入する際の両方で取得することもできる。 The strength of the waterbed ground B can be obtained by the strength sensor 9 when the insertion pipe 3 is inserted into the waterbed ground B as in this embodiment, or it can be obtained in advance before the insertion pipe 3 is inserted into the waterbed ground B. You can also keep it. Alternatively, the strength of the waterbed ground B can be obtained both before and during the insertion of the insertion pipe 3 into the waterbed ground B.

水底地盤Bの強度を予め取得する場合には、例えば、未掘削状態の水底地盤Bの泥土Sを採取して水底地盤Bの強度を測定する公知の強度試験(例えば、一軸圧縮試験や標準貫入試験など)を行う。この実施形態のように、強度センサ9を設ければ、挿入管3を水底地盤Bに挿入する際に強度センサ9により水底地盤Bの強度を測定できる。 When obtaining the strength of the waterbed ground B in advance, for example, a known strength test (for example, a uniaxial compression test or a standard intrusion test, etc.). If the strength sensor 9 is provided as in this embodiment, the strength of the water bottom ground B can be measured by the strength sensor 9 when the insertion pipe 3 is inserted into the water bottom ground B.

水底地盤Bの強度を、挿入管3を水底地盤Bに挿入する前と挿入する際の両方で取得する場合には、水底地盤Bの強度の測定値が相対的に低い方の測定値を採用して、所定距離Tを設定するとよい。このようにすると、挿入管3を水底地盤Bに挿入する前と挿入する際のいずれか片方の測定値に基づいて所定距離Tを設定する場合よりも、挿入管3の下端開口3cを塞ぐ泥土Sが、挿入管3の内圧によって崩壊することをより確実に防止できる。 When the strength of the waterbed ground B is obtained both before and when the insertion pipe 3 is inserted into the waterbed ground B, the measured value of the strength of the waterbed ground B that is relatively lower is adopted. and set the predetermined distance T. By doing so, the mud blocking the lower end opening 3c of the insertion pipe 3 is more likely than the case where the predetermined distance T is set based on the measured value either before or when the insertion pipe 3 is inserted into the waterbed ground B. S can be more reliably prevented from collapsing due to the internal pressure of the insertion tube 3 .

水底地盤Bに挿入した挿入管3の内圧は、この実施形態のように挿入管3を水底地盤Bに挿入した後に圧力センサ10により取得することもできるし、挿入管3を水底地盤Bに挿入する前に予め取得しておくこともできる。或いは、挿入管3の内圧を、挿入管3を水底地盤Bに挿入する前と挿入した後の両方で取得することもできる。 The internal pressure of the insertion pipe 3 inserted into the waterbed ground B can be obtained by the pressure sensor 10 after the insertion pipe 3 is inserted into the waterbed ground B as in this embodiment, or the insertion pipe 3 is inserted into the waterbed ground B. You can also get it in advance. Alternatively, the internal pressure of the insertion tube 3 can be obtained both before and after the insertion tube 3 is inserted into the seabed ground B.

水底地盤Bに挿入した挿入管3の内圧は、挿入管3の寸法や、挿入管3の内部に供給する単位時間当たりの液量、揚収手段による単位時間当たりの揚収量など条件に基づいて、予め算出することが可能である。挿入管3の内圧は、採取システム1を用いた事前試験やコンピュータを用いたシミュレーションを行うことによっても予め取得することが可能である。例えば、事前試験では、水底地盤Bに挿入した挿入管3の内部に液体Lを供給しつつ、撹拌翼6によって挿入管3の内部の泥土Sを掘削、解泥しているときの掘削対象領域R1における挿入管3の内圧を、圧力センサ10により測定する。 The internal pressure of the insertion pipe 3 inserted into the waterbed ground B is based on the conditions such as the dimensions of the insertion pipe 3, the amount of liquid supplied to the inside of the insertion pipe 3 per unit time, and the amount of lifting per unit time by the lifting means. , can be calculated in advance. The internal pressure of the insertion tube 3 can also be obtained in advance by performing a preliminary test using the sampling system 1 or a simulation using a computer. For example, in the preliminary test, while supplying the liquid L to the inside of the insertion pipe 3 inserted in the waterbed ground B, the mud S inside the insertion pipe 3 is excavated and demulsified by the stirring blade 6. The pressure sensor 10 measures the internal pressure of the insertion tube 3 at R1.

この実施形態のように、圧力センサ10を設けることで、挿入管3を水底地盤Bに挿入した後に撹拌翼6を水底地盤Bに貫入する過程で、撹拌翼6を貫入した掘削対象領域R1における挿入管3の内圧を圧力センサ10により測定できる。そして、撹拌翼6を貫入する過程で圧力センサ10により取得した挿入管3の内圧の測定値を用いて、所定距離Tを設定できる。 By providing the pressure sensor 10 as in this embodiment, in the process of penetrating the stirring blades 6 into the waterbed ground B after inserting the insertion pipe 3 into the waterbed ground B, The pressure sensor 10 can measure the internal pressure of the insertion tube 3 . Then, the predetermined distance T can be set using the measured value of the internal pressure of the insertion tube 3 acquired by the pressure sensor 10 in the process of penetrating the stirring blade 6 .

泥土Sを掘削、解泥している際に、撹拌翼6の回転速度や移動速度、挿入管3の内部に供給する単位時間当たりの液量、揚収手段による単位時間当たりの揚収量などの条件を変更すると、それに伴い挿入管3の内圧はある程度変動する。そのため、掘削、解泥時の挿入管3の内圧の最大値に基づいて所定距離Tを設定するとよい。 When excavating and dissolving the mud S, the rotation speed and movement speed of the stirring blade 6, the amount of liquid supplied to the inside of the insertion tube 3 per unit time, the amount of liquid lifted per unit time by the lifting means, etc. When the conditions are changed, the internal pressure of the insertion tube 3 fluctuates accordingly. Therefore, it is preferable to set the predetermined distance T based on the maximum value of the internal pressure of the insertion pipe 3 during excavation and thawing.

挿入管3の内圧を、挿入管3を水底地盤Bに挿入する前と挿入した後の両方で取得する場合には、挿入管3の内圧の最大値が相対的に高い方の測定値を採用して、所定距離Tを設定するとよい。このようにすると、挿入管3を水底地盤Bに挿入する前と挿入した後のいずれか片方の測定値に基づいて所定距離Tを設定する場合よりも、挿入管3の下端開口3cを塞ぐ泥土Sが、挿入管3の内圧によって崩壊することをより確実に防止できる。 When acquiring the internal pressure of the insertion tube 3 both before and after inserting the insertion tube 3 into the seabed ground B, the measured value with the relatively higher maximum internal pressure of the insertion tube 3 is adopted. and set the predetermined distance T. By doing so, the mud blocking the lower end opening 3c of the insertion pipe 3 is more likely than the case where the predetermined distance T is set based on either the measured value before or after inserting the insertion pipe 3 into the waterbed ground B. S can be more reliably prevented from collapsing due to the internal pressure of the insertion tube 3 .

撹拌翼6を最深貫入位置D1まで貫入した後には、図7に例示するように、撹拌翼6を最深貫入位置D1から水底地盤Bの表面までにおける所定の深さ範囲内(最深貫入位置D1よりも浅い範囲)で管軸方向に往復移動させて、掘削対象領域R1の泥土Sを繰り返し解泥する。撹拌翼6を往復移動させる回数は水底地盤Bの強度や撹拌翼6の数、撹拌翼6の回転速度などに応じて適宜決定できるが、例えば、2回~15回程度、複数回往復移動させるとよい。この撹拌翼6を往復移動させる作業は適宜省略することもできるが、この作業を行うと、掘削対象領域R1の泥土Sをより確実に細粒化できる。 After penetrating the stirring blade 6 to the deepest penetration position D1, as illustrated in FIG. In the shallow range), the mud S in the excavation target region R1 is repeatedly dismantled by reciprocating in the pipe axis direction. The number of times the stirring blades 6 are reciprocated can be appropriately determined according to the strength of the submerged ground B, the number of the stirring blades 6, the rotational speed of the stirring blades 6, etc. For example, the reciprocating motion is performed a plurality of times, about 2 to 15 times. Good. Although the work of reciprocating the stirring blades 6 can be omitted as appropriate, if this work is performed, the mud S in the excavation target region R1 can be made finer with greater certainty.

挿入管3の内部で細粒化された掘削対象領域R1の泥土Sは、挿入管3の内部の液体(水域の水Wと液体供給機構8によって供給された液体Lとを含む)に紛れて浮遊した状態となり、最深貫入位置D1よりも上方の挿入管3の内部がスラリー状の泥土Sで満たされた状態となる。そして、解泥によってスラリー状にした掘削対象領域R1の泥土Sを挿入管3の上部に上昇させ、その上昇させたスラリー状の泥土Sを揚収手段により揚収管2を通じて水上(揚収船20)に揚収する。 The mud S in the excavation target region R1 finely grained inside the insertion pipe 3 is mixed with the liquid inside the insertion pipe 3 (including the water W in the water area and the liquid L supplied by the liquid supply mechanism 8). It will be in a floating state, and the inside of the insertion pipe 3 above the deepest penetration position D1 will be in a state filled with slurry-like mud S. Then, the mud S in the excavation target region R1 made into a slurry by desludging is lifted to the upper part of the insertion pipe 3, and the raised slurry mud S is lifted up on the water (lifting ship) through the lifting pipe 2 by lifting means. 20).

液体供給機構8(噴射ノズル8a)から挿入管3の内部に新たな液体Lが供給されることで、挿入管3の内部の水Wや掘削対象領域R1の泥土Sが、新たに供給された液体Lに置換されることが促進される。さらに、撹拌翼6の回転によって挿入管3の内部に撹拌流が発生することで、挿入管3の内部で細粒化された泥土Sは挿入管3の上部まで上昇し易くなり、効率的に水上に揚収される。 By supplying new liquid L from the liquid supply mechanism 8 (injection nozzle 8a) to the inside of the insertion pipe 3, the water W inside the insertion pipe 3 and the mud S in the excavation target region R1 are newly supplied. Substitution with the liquid L is facilitated. Furthermore, the rotation of the stirring blade 6 generates a stirring flow inside the insertion tube 3, so that the mud S finely granulated inside the insertion tube 3 easily rises to the upper part of the insertion tube 3, and is efficiently lifted up on the water.

このように、本発明では、水底地盤Bに挿入した挿入管3の内部に液体Lを供給するとともに撹拌翼6を回転させて、挿入管3の内部の泥土Sを掘削、解泥する。しかも、撹拌翼6の最深貫入位置D1を、挿入管3の下端3bから所定距離Tだけ上方にして、挿入管3の下端開口3cを水底地盤Bの泥土Sによって塞いだ状態に維持して、スラリー状に解泥した泥土Sが挿入管3の下端開口3cを通じて挿入管3の外部に流出することを防止する。これにより、比較的少ない液量で挿入管3の内部の泥土Sを効果的に細粒化してスラリー状にしつつ、スラリー状にした泥土Sの流出による無駄を回避して、挿入管3の上部まで効率的に上昇させることができる。それ故、水底地盤Bの泥土Sに含有されている水底資源を効率的に採取できる。解泥した泥土Sの流出を防止することで、挿入管3の外周周辺の泥土Sの状態が乱れることも防止できる。液体Lとして水以外を供給する場合にも液体Lが挿入管3の外部の水中に流出することを防止できるので、水中環境を害するリスクも非常に低くなる。 Thus, in the present invention, the liquid L is supplied to the inside of the insertion tube 3 inserted into the submerged ground B, and the stirring blades 6 are rotated to excavate and disintegrate the mud S inside the insertion tube 3 . Moreover, the deepest penetration position D1 of the stirring blade 6 is set above the lower end 3b of the insertion tube 3 by a predetermined distance T, and the lower end opening 3c of the insertion tube 3 is kept closed with the mud S of the waterbed ground B, It prevents the slurry-like mud S from flowing out of the insertion pipe 3 through the lower end opening 3 c of the insertion pipe 3 . As a result, the mud S inside the insertion pipe 3 is effectively finely granulated into a slurry with a relatively small amount of liquid, while avoiding waste due to the outflow of the slurry-like mud S. can be effectively raised to Therefore, the water bottom resources contained in the mud S of the water bottom ground B can be efficiently collected. By preventing the disintegrated mud S from flowing out, it is possible to prevent the state of the mud S around the outer periphery of the insertion tube 3 from being disturbed. Even when a liquid other than water is supplied as the liquid L, it is possible to prevent the liquid L from flowing out into the water outside the insertion tube 3, so the risk of harming the underwater environment is extremely low.

一見すると、所定距離Tを実質ゼロにして撹拌翼6を最大限深く貫入して泥土Sを解泥することでより多くの水底資源を採取できると考えられる。しかしながら、レアアース等の水底資源が含有されている水底地盤Bの泥土Sの強度は比較的低く、しかも水深が深いので不確定要素が多い。そのため、挿入管3の下端3bまで撹拌翼6を貫入した場合には、挿入管3の内部で解泥した泥土Sや供給した液体Lが、挿入管3の下端開口3cを通じて挿入管3の外部に流出するリスクが非常に高くなる。このような流出が生じると、スラリー状の泥土Sが散逸するとともに、挿入管3の内圧が急激に低下する。それ故、泥土Sの揚収効率は低下することになる。本発明は、あえて挿入管3の下部に所定距離Tの厚みを有する非掘削領域R2を残存させるという簡易でありながら、泥土Sの揚収効率を効果的に安定して向上させることができる方法になっている。それ故、当業者にとっては非常に有益な方法である。 At first glance, it can be thought that more water bottom resources can be collected by setting the predetermined distance T to substantially zero and penetrating the stirring blades 6 as deeply as possible to disintegrate the mud S. However, the strength of the mud S of the seabed ground B, which contains seabed resources such as rare earths, is relatively low, and the depth of the water is deep, so there are many uncertain factors. Therefore, when the stirring blades 6 are penetrated to the lower end 3b of the insertion tube 3, the mud S demulsified inside the insertion tube 3 and the supplied liquid L are released to the outside of the insertion tube 3 through the lower end opening 3c of the insertion tube 3. very high risk of spillage. When such an outflow occurs, the slurry-like mud S dissipates and the internal pressure of the insertion tube 3 drops rapidly. Therefore, the efficiency of lifting and collecting the mud S is lowered. The present invention is a simple method in which a non-excavation area R2 having a thickness of a predetermined distance T is intentionally left in the lower part of the insertion pipe 3, but the efficiency of lifting and collecting the mud S can be effectively and stably improved. It has become. Therefore, it is a very useful method for those skilled in the art.

また、深海で使用する揚収管2の内径は小さく、揚収管2の内周面と回転軸4との間のすき間は比較的狭いが、挿入管3の内部の泥土Sは土塊の少ない細粒化した状態で揚収管2に流れ込むので、揚収管2に泥土Sが詰まり難くなる。それ故、揚収管2に不具合が生じ難く、水底地盤Bの泥土Sを非常に円滑に揚収できる。 In addition, the inner diameter of the lifting pipe 2 used in the deep sea is small, and the gap between the inner peripheral surface of the lifting pipe 2 and the rotating shaft 4 is relatively narrow, but the mud S inside the insertion pipe 3 has a small amount of soil mass. Since it flows into the lifting/storage pipe 2 in a fine-grained state, the mud S is less likely to clog the suction/storage pipe 2.例文帳に追加Therefore, troubles are unlikely to occur in the lifting pipe 2, and the mud S of the water bottom ground B can be lifted up and collected very smoothly.

泥土Sを効率的に解泥し、効果的な撹拌流を発生させるには、撹拌翼6の回転数を20rpm以上、より好ましくは40rpm以上にするとよい。特に、泥土Sを上昇させる撹拌流を発生させるには、撹拌翼6の回転数を相応に速くする必要がある。一方、撹拌翼6を高速で回転させるには限界があるので、回転数の上限は例えば80rpm、或いは60rpm程度にする。 In order to efficiently disaggregate the mud S and generate an effective stirring flow, the rotational speed of the stirring blade 6 should be 20 rpm or more, more preferably 40 rpm or more. In particular, in order to generate a stirring flow that raises the mud S, the rotational speed of the stirring blades 6 must be increased accordingly. On the other hand, since there is a limit to how fast the stirring blades 6 can be rotated, the upper limit of the rotation speed is, for example, about 80 rpm or 60 rpm.

撹拌翼6の管軸方向の移動速度は、水底地盤Bの泥土Sの強度などに応じて適宜設定できる。具体的には、例えば、撹拌翼6の管軸方向の移動速度は、1mm/秒~100mm/秒、より好ましくは1mm/秒~10mm/秒の範囲内に設定するとよい。図8のグラフの横軸は撹拌翼6を水底地盤Bに貫入してからの経過時間を示し、縦軸は水底地盤Bの表面を基準(0m)とした撹拌翼6の貫入深さを示している。図8のグラフに示すように、撹拌翼6を水底地盤Bの表面から最深貫入位置D1まで貫入する際の撹拌翼6の管軸方向の移動速度よりも、その後の、挿入管3の内部で撹拌翼6を管軸方向に往復移動させるときの撹拌翼6の管軸方向の移動速度を速く設定するとよい。 The moving speed of the stirring blades 6 in the pipe axis direction can be appropriately set according to the strength of the mud S of the water bottom ground B and the like. Specifically, for example, the moving speed of the stirring impeller 6 in the tube axis direction is preferably set within the range of 1 mm/sec to 100 mm/sec, more preferably 1 mm/sec to 10 mm/sec. The horizontal axis of the graph in FIG. 8 indicates the elapsed time after the impeller 6 penetrates into the submerged ground B, and the vertical axis indicates the penetration depth of the impeller 6 with the surface of the submerged ground B as the reference (0 m). ing. As shown in the graph of FIG. 8, the moving speed of the stirring blade 6 in the pipe axial direction when penetrating the stirring blade 6 from the surface of the submerged ground B to the deepest penetration position D1 after that inside the insertion pipe 3 When the stirring blades 6 are reciprocally moved in the pipe axis direction, it is preferable to set the moving speed of the stirring blades 6 in the pipe axis direction high.

撹拌翼6を未掘削状態の水底地盤Bに貫入する時には、水底地盤Bの泥土Sは解泥されていない状態であり、撹拌翼6にかかる負荷も比較的大きい。この場合、撹拌翼6の管軸方向の移動速度を相対的に遅く設定して撹拌翼6を貫入していくことで、撹拌翼6に過大な負荷がかかることを回避できる。一度掘削した泥土Sはある程度解泥された状態となり、撹拌翼6にかかる負荷は比較的小さくなる。それ故、撹拌翼6を最深貫入位置D1まで貫入した後には、撹拌翼6の管軸方向の移動速度を相対的に速く設定して往復移動させることで、挿入管3の内部の泥土Sを効率的に解泥できる。 When the impeller 6 penetrates into the unexcavated waterbed ground B, the mud S of the waterbed ground B has not been thawed, and the load applied to the agitation impeller 6 is relatively large. In this case, by penetrating the stirring blades 6 while setting the moving speed of the stirring blades 6 in the tube axis direction relatively slow, it is possible to avoid applying an excessive load to the stirring blades 6 . The mud S that has been excavated once is in a state of being demulsified to some extent, and the load applied to the stirring blades 6 is relatively small. Therefore, after the stirring blades 6 have penetrated to the deepest penetration position D1, the moving speed of the stirring blades 6 in the pipe axis direction is set relatively fast and the mud S inside the insertion pipe 3 is removed. It can be thawed efficiently.

撹拌翼6の先端部に設けた噴射ノズル8aから挿入管3の内周面に向かって液体Lを噴射すると、撹拌翼6が届かない撹拌翼6の先端と挿入管3の内周面との間の泥土Sを掘削、解泥できる。それ故、挿入管3の内部の泥土Sを網羅的に揚収することが可能になる。さらに、挿入管3の内周面に近い撹拌翼6の先端部に噴射ノズル8aを配置することで、撹拌翼6の先端と挿入管3の内周面との間の泥土Sを切削するのに必要な液体Lの噴射圧を比較的低くできる。 When the liquid L is injected from the injection nozzle 8a provided at the tip of the stirring blade 6 toward the inner peripheral surface of the insertion tube 3, the tip of the stirring blade 6 and the inner peripheral surface of the insertion tube 3 that the stirring blade 6 does not reach. The mud S between them can be excavated and demulsified. Therefore, the mud S inside the insertion pipe 3 can be comprehensively lifted up. Furthermore, by arranging the injection nozzle 8a at the tip of the stirring blade 6 near the inner peripheral surface of the insertion tube 3, it is possible to cut the mud S between the tip of the stirring blade 6 and the inner peripheral surface of the insertion tube 3. The injection pressure of the liquid L required for is relatively low.

最下段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼6が、回転方向に向かって下向きに傾斜している構成にすると、最下段の撹拌翼群を構成する撹拌翼6によって掘削、解泥された泥土Sが上方に向かい、その上方の段の撹拌翼群を構成する撹拌翼6によってさらに解泥される。それ故、泥土Sを非常に効率よく細粒化できる。さらに、最下段の撹拌翼群を構成する撹拌翼6によって撹拌された泥土Sおよび液体(水域の水Wと液体Lとを含む)による下向きの圧力が比較的小さくなるので、挿入管3の下端開口3cを塞ぐ非掘削領域R2の泥土Sが崩壊することを防止するには有利になる。 When the respective stirring blades 6 constituting the lowest stage stirring blade group are configured to be inclined downward in the direction of rotation, excavation and desludging are performed by the stirring blades 6 constituting the lowest stage stirring blade group. The mud S is directed upward and further disintegrated by the stirring blades 6 constituting the stirring blade group in the upper stage. Therefore, the mud S can be finely granulated very efficiently. Furthermore, since the downward pressure due to the mud S and the liquid (including the water W and the liquid L in the water area) stirred by the stirring blades 6 constituting the lowest stirring blade group is relatively small, the lower end of the insertion tube 3 This is advantageous in preventing collapse of the mud S in the non-excavation region R2 blocking the opening 3c.

この実施形態のように、圧力センサ10を設けた場合には、撹拌翼6を最深貫入位置D1まで貫入した後の撹拌翼6を管軸方向に往復移動させる工程において、圧力センサ10の測定値に基づいて、挿入管3の内部に供給する単位時間当たりの液量を調整するとよい。挿入管3の内部に供給する単位時間当たりの液量を多くするほど、解泥した泥土Sが挿入管3の上部に上昇し易くなり、揚収効率を高めるには有利になる。一方で、泥土Sおよび液体(水域の水Wと液体Lとを含む)の揚収量に対して、挿入管3の内部に供給する液量が過剰になると、挿入管3の内圧が所定距離Tを設定する際に使用した挿入管3の内圧の最大値よりも大きくなる恐れがある。そのため、圧力センサ10の測定値に基づいて、所定距離Tを設定する際に使用した挿入管3の内圧の最大値を超えない範囲で、出来る限り揚収効率が高まるように、挿入管3の内部に供給する単位時間当たりの液量を調整するとよい。 As in this embodiment, when the pressure sensor 10 is provided, in the step of reciprocating the stirring blade 6 in the tube axis direction after the stirring blade 6 has penetrated to the deepest penetration position D1, the measured value of the pressure sensor 10 It is preferable to adjust the amount of liquid supplied to the inside of the insertion tube 3 per unit time based on. As the amount of liquid supplied to the inside of the insertion tube 3 per unit time is increased, the thawed mud S easily rises to the upper part of the insertion tube 3, which is advantageous for improving the lifting efficiency. On the other hand, when the amount of liquid supplied to the inside of the insertion pipe 3 becomes excessive with respect to the amount of mud S and liquid (including the water W and the liquid L in the water area), the internal pressure of the insertion pipe 3 increases by a predetermined distance T may be greater than the maximum value of the internal pressure of the insertion tube 3 used when setting . Therefore, based on the measurement value of the pressure sensor 10, the pressure of the insertion tube 3 is adjusted so that the lifting efficiency is increased as much as possible within the range not exceeding the maximum value of the internal pressure of the insertion tube 3 used when setting the predetermined distance T. It is preferable to adjust the amount of liquid supplied to the inside per unit time.

尚、挿入管3の内圧に対抗して、挿入管3の下端開口3cを水底地盤Bの非掘削領域R2の泥土Sによって塞いだ状態に維持できる所定距離Tを設定できれば、所定距離Tの設定方法は上記で例示した方法に限定されない。例えば、採取システム1を用いた事前試験やコンピュータを用いたシミュレーションを、所定距離Tの条件を変えて複数回行い、試験結果に基づいて適切な所定距離Tを設定することもできる。 If the predetermined distance T can be set so that the lower end opening 3c of the insertion pipe 3 can be blocked by the mud S of the non-excavation region R2 of the waterbed ground B against the internal pressure of the insertion pipe 3, the predetermined distance T can be set. The method is not limited to the methods exemplified above. For example, a preliminary test using the collection system 1 or a simulation using a computer may be performed multiple times while changing the conditions for the predetermined distance T, and an appropriate predetermined distance T may be set based on the test results.

1 水底資源の採取システム
2 揚収管
3 挿入管
3a ストッパー
3b 下端
3c 下端開口
4 回転軸
5 ヘッド
6 撹拌翼
7 掘削刃
8 液体供給機構
8a 噴射ノズル
8b 配管
9 強度センサ
10 圧力センサ
20 揚収船
B 水底地盤
S 泥土
L 液体
W 水
D1 最深貫入位置
D2 挿入管の下端が位置する深度
R1 掘削対象領域
R2 非掘削領域
1 Bottom resource sampling system 2 Lifting and collecting pipe 3 Insertion pipe 3a Stopper 3b Lower end 3c Lower end opening 4 Rotating shaft 5 Head 6 Stirring blade 7 Excavating blade 8 Liquid supply mechanism 8a Injection nozzle 8b Piping 9 Strength sensor 10 Pressure sensor 20 Lifting and collecting ship B Submerged ground S Mud L Liquid W Water D1 Deepest penetration position D2 Depth R1 where the lower end of the insertion pipe is located Excavation target area R2 Non-excavation area

Claims (6)

水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取方法において、
水上から前記水底地盤へ向けて揚収管を延設し、前記揚収管の下部に接続している挿入管の少なくとも下部を前記水底地盤に挿入した状態で、前記挿入管の内部に液体を供給するとともに、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸と、前記回転軸の下部に取付けられている撹拌翼とを、前記挿入管の内部で回転させて、前記撹拌翼により前記挿入管の内部の前記泥土を掘削、解泥し、その解泥によってスラリー状にした前記泥土を揚収手段により前記揚収管を通じて水上に揚収し、
前記撹拌翼の最深貫入位置を、前記挿入管の下端から所定距離だけ上方にして、前記挿入管の下端開口を前記水底地盤の泥土によって塞いだ状態に維持して、スラリー状にした前記泥土が前記下端開口を通じて前記挿入管の外部に流出することを防止することを特徴とする水底資源の採取方法。
In a method for extracting a bottom-of-water resource by excavating the mud of the bottom-of-water ground containing the bottom-of-water resource and pumping it up to the surface of the water,
A lifting pipe is extended from the water surface toward the waterbed ground, and a liquid is introduced into the insertion pipe in a state in which at least the lower part of the insertion pipe connected to the bottom of the lifting and storage pipe is inserted into the waterbed ground. While supplying, a rotating shaft extending in the tube axial direction inside the lifting and storing tube and the insertion tube, and a stirring blade attached to the lower part of the rotating shaft are rotated inside the insertion tube. excavating and dissolving the mud inside the insertion pipe with the stirring blade, and lifting the slurry of the mud by the dissolution onto the surface of the water through the lifting pipe,
The deepest penetration position of the stirring blade is set above the lower end of the insertion pipe by a predetermined distance, and the lower end opening of the insertion pipe is kept closed with the mud of the waterbed ground, and the slurry slurry is obtained. A method for extracting bottom-of-water resources, characterized by preventing the material from flowing out of the insertion tube through the lower end opening.
前記水底地盤の強度と、前記水底地盤に挿入した前記挿入管の内部での圧力とに基づいて、前記所定距離を設定する請求項1に記載の水底資源の採取方法。 2. The method of extracting water bottom resources according to claim 1, wherein said predetermined distance is set based on the strength of said water bottom ground and the pressure inside said insertion pipe inserted into said water bottom ground. 前記強度を、前記挿入管を前記水底地盤に挿入する前に予め取得しておく請求項2に記載の水底資源の採取方法。 3. The method for extracting water bottom resources according to claim 2, wherein the strength is obtained in advance before inserting the insertion pipe into the water bottom ground. 前記強度を、前記挿入管を前記水底地盤に挿入する際に強度センサにより取得する請求項2または3に記載の水底資源の採取方法。 4. The method of extracting water bottom resources according to claim 2 or 3, wherein the strength is acquired by a strength sensor when the insertion pipe is inserted into the water bottom ground. 前記圧力を、前記挿入管を前記水底地盤に挿入する前に算出して予め取得する請求項2~4のいずれかに記載の水底資源の採取方法。 5. The method for extracting water bottom resources according to any one of claims 2 to 4, wherein the pressure is calculated and obtained in advance before inserting the insertion pipe into the water bottom ground. 前記圧力を、前記挿入管を前記水底地盤に挿入した後に圧力センサにより取得する請求項2~5のいずれかに記載の水底資源の採取方法。 6. The method for extracting water bottom resources according to any one of claims 2 to 5, wherein the pressure is acquired by a pressure sensor after the insertion pipe is inserted into the water bottom ground.
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