JP4430242B2 - 金属溶融体ボーリング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、寸法的に正確なボーリング穴、特に大径のボーリング穴を岩盤中に開ける溶融掘削法に関する。本方法では、廃溶融体を周囲の岩盤中に押し込み、温度と圧力の影響によりこの岩盤には亀裂が入り、ボーリングの際には、溶融体の固化により岩盤中に、ボアホールライニングを形成する。
【０００２】
除去する岩石を溶融させて岩盤中にボーリング穴を開けることは一般に知られている。例えば、米国特許第 3,357,505号は、岩盤を融解させるボーリングヘッドを開示する。
【０００３】
モリブデンまたはタングステン等の高温に耐久性を有する金属からなるこの公知のボーリングヘッドは、加熱構成体により岩盤の融点（１，０００〜２，０００℃）を超える温度に加熱され、高価な伸縮推進ロッドにより岩盤中に押し込まれて、岩盤は溶解する。
【０００４】
ボーリング工程中に発生する廃岩石溶融体の撤去に関連する問題は、この場合、岩石溶融体がボーリングヘッドの開口部に入り込み、ついで、急速ガス流により、コンダクターパイプ内を地表まで運ばれることにより解決される。
【０００５】
耐久性材料であるにも拘わらず、ボーリングヘッドは、溶融岩石の腐食効果により、著しく損耗し易く、時々交換しなければならない。
【０００６】
さらに、周囲の固体岩石に亀裂を形成させ、温度と圧力によりこの亀裂に廃岩石溶融体を押し込むことができるようにするため、ボーリングヘッドの周囲の岩石溶融体と固体岩石との間に当然に存在する極端に高い温度勾配に加えて、溶融体に高圧を加える。こうすることによって、廃岩石に関連する問題を解決することも知られている。本方法により、廃材料を地表に運ぶ必要は最早ない。
【０００７】
溶融掘削ボーリング穴の製造の際に、ボーリングヘッドの周りの岩石溶融体を押し込むことも知られている。押し込むことにより、特に、配備した付加的な冷却手段により、溶融体は溶融掘削ヘッドの上及び周囲で固化し、ボアホールは均一なガラス状溶融体層でライニングされる。
【０００８】
H_２/O_２炎により岩盤を溶解するこの型の装置は、ドイツ特許第2,554,101号により開示されている。
【０００９】
溶融掘削装置及びこの装置を操作する方法、この方法は廃岩石の周囲の石への押し込みとボアホールのライニングを利用しているが、ドイツ特許第195 01 437 A1号により開示されている。ここに述べる装置は、食塩坑道中で用いられ、溶融食塩自身をボーリングする媒体として用いる。
【００１０】
公知の装置では、問題は以下のようになる。ボーリング装置の上部及び周囲で固化する溶融体のために、ボーリング装置の壁とボアホールのライニングの間で接着が起こり、さらにボーリングをするためには、一般に、特別な液圧力推進と除去施設でこの現象を克服しなければならない。
【００１１】
同様に、公知の方法で操業する場合は、連続圧力をかけなければならない。このために、ボーリング施設が全体として、非常に高価になる。というのは、数千トン以下の巨大な圧力に対応するように施設を設計しなければならないからである。
【００１２】
米国特許第5,168,940号で開示されるボーリング装置は、損耗を減らし、ボーリングヘッド表面と岩石溶融体との間の接着力に、より容易に打克つために、ボーリングヘッドに金属―セラミック混合物を使用している。
【００１３】
加熱用の莫大な量のエネルギーを数キロメーターのボーリング穴深さにわたりボーリングヘッドに供給するために、公知の施設は、高価な供給ラインを装備していなければならない。
【００１４】
ボーリングヘッドの周囲が溶解するために、この場合は、ボーリング装置の後での取り外しもまた問題がある。
【００１５】
本発明の目的は、省エネルギー性で広範に使用できるボーリング法を提供することにあり、本方法は、容易に使用でき、水平及び垂直の極端に深いボーリング穴、シャフト及びトンネル、特に、例えば、１ｍを超える大きなボアホール径を、いかなる岩盤基質にも開けることができる。
【００１６】
さらに、本発明は、本方法を実行するための方法及び装置を実用化することである。この方法及び装置により、冷却手段や、時間のかかる掘削パイプの組み立てや、移動構成要素を必要とせず、ボーリングヘッドの取替えの必要が無く、廃岩石の輸送や、引き続くライニングやケーシング加工を必要としない溶融掘削法を経済的かつ容易に行うことができる。
【００１７】
本発明はまた、溶融掘削法に一般に用いる特別な材料を示す目的をも有する。
【００１８】
本発明のこれらの目的は、とりわけ、ボーリングする媒体としての金属を含有する溶融体をパイプライン構成体によりボアホールの基礎（これは溶解して除去することになる）に供給することにより達成される。
【００１９】
すなわち、ボーリング法を行うために、金属を含有する加熱溶融体（これは純金属溶融体を意味するとも考えられる）、例えば、約２，０００℃の注入温度の鉄溶融体を低粘度ボーリングする媒体として、第一パイプライン構成体中にボーリングの方向に注入し、その結果、金属溶融体は最後のパイプライン構成体から直接にボアホールの基礎上に出てきて、ボアホールの基礎から岩石を溶解し、除去する。
【００２０】
ここで、岩石は金属溶融体よりも密度がかなり低いので、岩石溶融体が金属溶融体上に自動的に浮くので、溶融廃岩石の除去が促進される。ボアホールの基礎からは、かくして溶解岩石溶融体を自動的かつ連続的に除去される。
【００２１】
本発明の方法では、パイプライン構成体中にある金属溶融体柱によって生じる高静水圧のために、パイプライン構成体の最低部から出てくる金属溶融体は廃材料(岩石溶融体)と共に、パイプライン構成体の外側とボアホールの内壁の間に導かれ、ボーリングが進行するにつれて、両者はここで固化する。さらなる冷却手段無しに、ボーリング法が行われるので、公知の溶融掘削法に対して５０％を超えるエネルギー及びコストの節約がなされる。
【００２２】
固化された溶融体、これは金属及び岩石から作られた溶融体の混合物でも有り得るが、パイプライン構成体とボアホールの内壁の間の圧力シールを形成し、その結果、岩盤中の極端に高い温度勾配と発生圧力のために、岩盤材料の亀裂が自動的に生じ、そのために、とりわけより軽い廃岩石溶融体が周囲の岩盤中に押し込まれる。
【００２３】
圧縮と固化により生じる金属溶融体の損失は、第一パイプライン構成体におけるボーリングの始めでは、金属溶融体の添加により補償される。この添加は、連続的または非連続的に行うことができるが、ボアホールの基礎上に有る溶融体柱の体積は貯蔵池(reservoir)として働くからである。
【００２４】
このようにして、本発明によれば、寸法安定性のある、ライニングを施したボアホール、特に鋳鉄でライニングされたボアホール、例えば１メーターを超える大径と本質的に、任意の望ましい形状を持ちうるボアホールを製作することが可能である。自動的鋳金属ライニングによって、このボアホールはさらなる後工程無しに、意図した用途に供することが可能である。ここで、ボーリングは地表に対して、垂直ばかりでなく、水平または、別の角度で行うことができ、その結果、例えば、地熱発電所、供給ライン、またはトンネルのような著しく異なる用途のボーリング穴を作ることができる。
【００２５】
このことは、本発明の金属溶融体ボーリング法においては、一仕事サイクルでボアホールを溶解し、ボアホール溶融体を周囲の岩盤に押し込み、圧縮され、安定したボアホールライニングがこの冷却岩石溶融体で作られることを意味する。これはまた、同時にシームレス金属壁でライニングされる。
【００２６】
本発明の方法は、かくして、ボアホール溶融体を除去する必要なしに、または冷却剤を補給する必要なしに、ボーリング標的において３，０００℃を超える温度で、１，０００バールを越える岩盤圧力で、１０，０００バール以上の溶融切断力で、かつ１０，０００トンを超えるパイプライン構成体重量で、一ワークサイクルにおいて前記寸法の金属ライニングを施したボアホールを１０キロメーターを越える深さまでも掘削することを可能にする。現在の機械的ボーリング技術ではこの掘削をすることができない。
【００２７】
ボーリングする媒体として使用する溶融体が鉄、コバルトまたはニッケル等の磁性金属を含む及び／または完全にこれらの金属または金属合金からなるならば、この方法は特に有利である。本発明の方法においては、銅などの非磁性金属溶融体も使用できる。しかしながら、この場合は例えば、特に鉄溶融体を提案する。というのは、この種の溶融体はコストが安く、鉄は容易に入手でき、大気圧下で約３，０００℃の高気化点を有しているからである。
【００２８】
後に説明するように、磁性溶融体を使用すると、ボーリング装置全体を電磁的に操作及び／または制御することが可能となる。
【００２９】
溶融掘削法では、大気圧下でも、約３，０００℃の過熱鉄溶融体を使用して作業できるので、ボーリング穴の基礎に鉄溶融体を供給するパイプライン構成体には最高の材料が要求される。
【００３０】
一般に、岩盤中に溶融掘削ボーリング穴を製作するための色々な装置は、この装置により除去されるべき岩盤が溶解でき、また、この装置を使って溶解工程で生じる溶融体及び／またはボアホールに供給される溶融体により固化溶融体により形成されるボアホールライニングが形成できるが、溶融または固化した溶融体の一体と接触するこの装置の表面が高温耐久性材料からなるように有利に供給されるよう提案されている。
【００３１】
これらのボーリング装置は、本発明の装置ばかりでなく、例えば、米国特許第3,357,505号、特にドイツ特許第2,554,101号に開示されているようなすべての溶融掘削装置に可能である。
【００３２】
溶融体の概念は、代表的な工程で生じる純然たる岩石溶融体ばかりでなく、ここに記載される本発明の方法によりボアホールに供給される溶融体及び／または生じるこれらの両溶融体の混合物を含むと理解するように留意すべきである。
【００３３】
同様に、本発明の方法を行うのに用いるパイプライン構成体は、好ましくは、溶解あるいは固化した溶融体の一体と接触する表面が高温耐久性材料からなるように供給される。
【００３４】
特に好ましい実施態様においては、本発明の方法を行うパイプライン構成体は完全に好ましい材料から製造される。なんとなれば、この場合に、複合構造と個々の成分の過剰な複雑さが避けられるからである。
【００３５】
固化溶融体とボーリング装置の構成体、特に本発明のボーリング装置のパイプライン構成体との間の接着を防ぐために、材料を選択して、例えば、摩擦係数が０．５より小であり材料が低表面張力を有するようにして、材料と溶融体の間で濡れが確実に起こらないようにする。
【００３６】
例えば、グラファイトまたは金属複合セラミックスは選択される材料として適当である。
【００３７】
グラファイトは、ボーリング装置用特にパイプライン構成体用の材料としてこれらの要求のすべてを満足する。かくして、グラファイトは、例えば、ラミネーションに平行に熱及び電流の良導体であるが、ラミネーションに垂直には絶縁体として働く。したがって、グラファイトは金属溶融体の熱絶縁と電流導体の両方に使用できる。さらに、グラファイトは高い強度を有し、容易に滑り、金属のように加工でき、原材料状態で、寸法精度を保って予備成形と成形ができる。
【００３８】
さらに、グラファイトの特別な利点は、望ましいことであるが、金属または岩石溶融体により湿らないことであり、常圧約３，０００℃以下の非酸化性の雰囲気中で、高温耐久性がある。なお、グラファイトは、温度が上昇すると強度も増加するという点で際立って優れており、約２，５００℃で引張り強度と圧縮強度がそれぞれ最高値のほぼ１００MPaと４００MPaに達する。
【００３９】
しかしながら、酸素雰囲気中では、グラファイトは約４００℃で酸化される、すなわち、燃焼するので、ボーリング工程は好ましくは、不活性ガス雰囲気中で行うか、少なくとも開始される。不活性ガスは好ましくは、アルゴンであり、このガスはその密度の故にボアホールから自力で漏れ出ることはない。ボーリングが進行するにつれて、グラファイト構成体は最早酸素雰囲気中ではなくなるので、不活性ガス供給を切ることができる。
【００４０】
この方法に使用されるパイプライン構成体は、本質的に、それぞれに円筒部品であり、上記したように、特にグラファイトから製造されると理解されるべきで、この部品は中央に穴を有する。
【００４１】
外径と内径の比が大きい、特に１０：１より大きい比の個々の円筒部品をお互いに接続でき、グラファイトパイプラインを作ることができる。本発明による溶融掘削法では、グラファイトパイプラインは、溶融掘削ヘッド、ボーリング装置本体及び供給及び圧力ラインの働きをする。
【００４２】
本発明による金属含量の故に、溶融体を付加的に電流で加熱し、溶融体が加熱、流動状態でボアホールの基礎に確実に到達するようにするのも有利である。
【００４３】
この場合、例えば、電気伝導性流体としての鉄溶融体は、溶解すべき岩盤へのエネルギー輸送と電流導体の両方の機能を果たす。
【００４４】
電流の流れはここでは、パイプライン構成体中を誘導される金属溶融体を通り、ボアホールの基礎にある金属溶融体を経由して、外側の固化した金属のボアホールライニングを経由して戻り、最上部のパイプライン構成体、すなわちボーリングの最初の部分で閉じることができる。電流をグラファイトパイプラインによりボアホールの基礎上の溶融体まで運ぶことも可能である。
【００４５】
金属溶融体を加熱する電流はここで直接にまたは誘導的に溶融体に結合させることができる。
【００４６】
ボーリング穴の深さが深くなるにつれて、さらなるパイプライン構成体、すなわち、例えば、さらなるグラファイト円筒をそれぞれの前の構成体に結合させることになっている。
【００４７】
これは、最終的効果において、ボーリング穴の全深さにわたって伸びているグラファイトパイプで作られたパイプラインとなる。金属溶融体に対するグラファイトの低密度の故に、金属溶融体を供給し、ボーリング穴の基礎を除去しながら、グラファイトパイプラインは始めに溶融体上に浮かび深さ方向に滑る。垂直グラファイトパイプと溶融体柱の重量の故に、ついで溶融体を圧縮するのに必要な圧力と溶融体中で得られる圧力の間で平衡が生じる。
【００４８】
グラファイトパイプラインの下の溶融体クッションの厚さはここでは、約１０ｃｍである。ボーリング速度は約5mm/secであり、その際、ボーリングヘッドの交換無し、冷却無し、廃岩石の運搬無しに本発明によるボーリングが行われることに留意すべきである。
【００４９】
ともかくも、ボーリングヘッドの取替えは不要である。というのは、グラファイトからなるパイプライン構成体は機械的に同一であり、構成体の最低部に起こりうる可能性のある燃焼は不利ではない。しかしながら、ここでは, 燃焼しそうな各パイプライン構成体の最低部が燃焼ゾーンを囲む電気的構成要素（その消耗が破壊または故障に至り得る）を有しないように注意するべきである。
【００５０】
本発明の構想の重要な点は以下の様である。グラファイトの異例な材料性質の故に、固化鋳金属ボアホールライニングとグラファイトからなるパイプライン構成体の外側との間の障害になる接着が起こらないことで、その結果、グラファイトパイプラインは、本質的に摩擦損失無しに、実際に深所に滑り込ますことができ、また同様に容易に後に除去できる。
【００５１】
これは、溶融体と較べてグラファイトの表面張力が低いことと摩擦係数が低いことによる。これらの値は温度が上昇すると一層低くなる。
【００５２】
もし、それぞれのパイプライン構成体がその特に厚くした壁中に制御可能な電磁装置を有するならば、さらに有利である。この電磁装置によりパイプライン構成体は固化金属ボアホールライニング中に磁気グライダーのように誘導及び／または支持され、このライニングは好ましくは、鉄からなる。
【００５３】
それぞれの電磁石がボアホールの外側から制御されるのを確実にするために、それぞれのパイプライン構成体がお互いに対応する内部制御ライン及び接触点を有し、これらを経由して電磁装置は制御信号を全パイプラインにわたり受けることができる。
【００５４】
この実施態様により、金属ボアホールライニングと上記電磁装置の間で磁場の移動が実現可能であり、この結果、電磁装置の適切な制御によりグラファイトパイプラインを電磁グライダーのようにボアホール中を上下に移動できる。特に、このことにより、ボアホールの基礎における圧力比に影響を及ぼすことと、ボーリング操作の終わりに、今度はグラファイトパイプラインを除くことを可能にする。
【００５５】
かくして、磁気的ボアホールライニングと組み合わせて、電子制御により、引張り力、保持力または圧力をパイプライン構成体にかけることができる。深い所で作用するパイプライン構成体の重量はしたがって、操作できる。その結果、溶融体クッション（パイプライン構成体がその上に浮かぶ）の厚さもまた調整可能である。
【００５６】
後に行う取り外しは、以下の様にすると一層容易になる。完成させたボアホールを、特に加圧水で溢れさせ（支持のために）、意図した流体採鉱またはエネルギー採鉱の場合には、この種のボアホールの低部の生産領域をライニングせずにおき、溶融岩石でガラスコーティングしたボアホール壁を、水及び流体または放出された高温地熱水の放出圧で破壊しておく。
【００５７】
さらなる実施態様においては、供給される金属溶融体用のバルブとして働くさらなる制御可能な電磁装置がさらにパイプライン構成体の壁中に挿入され、その結果、パイプライン構成体内の金属溶融体の流れが影響を受ける。
【００５８】
本発明のこのバルブ（電磁バルブ）の装備により、電磁バルブを閉鎖すると、ボアホールの基礎の上にある全金属溶融体ストランドの一部が各パイプライン構成体中に保持され、その結果、金属溶融体ストランドの増加して行く重量を幾つかの支持点に配分することができる。こうして、グラファイトパイプラインのそれぞれのパイプ構成体が、支持とガイドとの電磁石により、ボアホールの鋳鉄ライニング中の適所に保持される。
【００５９】
このようにして、金属溶融体の柱の重量を変えることができる。例えば、電磁バルブの目標を定めた開栓（targeted opening）により、ボアホールの基礎に所定の量の金属溶融体を供給できる。または、全電磁バルブの同時開栓により、金属溶融体ストランドの全重量が、ボアホールの基礎上でパルスドアクションを持ち得る。１０、０００メーターの深さで、鉄溶融体柱の圧力はこの場合すでに７、０００バールを超えている。
【００６０】
バルブのパルス制御により、ボアホールの基礎上の溶融体中に振動を発生させることができ、この振動は吸引効果を生じ、これによりボアホールの基礎を溶融岩石から分離し、ボーリングを進行させる。
【００６１】
支持と誘導との電磁石及び／または電磁バルブまたは他の制御装置（それらの効果は電磁力に基づいている）を提供するための本発明の電磁装置は、例えば、絶縁グラファイト中に挿入した導電性グラファイトコイルからなることもできる。装置はコイル状に形成したグラファイトチャンネル中を流れる金属溶融体から形成されることも考えられる。この場合、チャンネルを、グラファイトからなるパイプライン構成体中に与えることができる。
【００６２】
本発明の溶融掘削法を開始するために、溶融掘削操作を不活性ガスで満たし、地表、特に補強したコンクリートカバー中に固定した金属パイプでライニングされたプリボア中で始めると有利である。この鋼でライニングされたプリボアは約３０ないし５０メーターの深さがあり、少なくとも最低部の１メーターは金属パイプがない。
【００６３】
さらに電力装置、充填機械を有する金属溶解装置及びボーリング表面でのそれぞれのパイプライン構成体を相互に結合するための装置を配置する必要がある。特大のボーリングタワー、または油圧装置及びリフティング装置等のさらなる装置は、本発明のボーリング方法には不要である。
【００６４】
補強コンクリートカバーは適切に厚く設計され、ボアホールの周囲の広い領域を囲むように留意して、金属溶融体ボーリング法の開始の際及び岩石溶融体及び場合によっては金属溶融体の一部の周囲の岩盤中への押し込みの開始の際、溶融体がコンクリートカバーを破り、地表に達することのないようにする。
【００６５】
亀裂は、典型的には、岩盤中にすでに存在しているので、存在する亀裂をさらに拡げ、押し込みを行うには、僅か数十バールの圧力が必要であるのに過ぎない。このことは、本発明の金属溶融法を開始するのには、通常のプリボアでは、上記約３０ないし５０メーターの深さで十分であることを意味する。
【００６６】
ボーリングの始めには、第一パイプライン構成体を、金属でライニングされたプリボア中に沈める。これは、マニピュレーター装置により及び／または構成体中にある誘導と支持との電磁石の助けによりなされる。幾つかのパイプライン構成体の適切な組み立ての後に(この構成体はボアホールの基礎の直前まで進める)、金属溶融体をパイプラインの内側に注入するが、注入は、ボアホールに挿入されたパイプライン構成体と通常のプリボアの内壁の間で、金属パイプライニングの端まで金属溶融体が上昇するまで行われる。そこでライニングは溶接によりパイプと結合される。グラファイトパイプラインの直径はここでは、パイプライン構成体の外側と金属パイプの内側が加熱された状態で隙間なく向き合うように、寸法が決められ、流体金属溶融体が透過することがないようにする。
【００６７】
このようにして、圧力シールを形成し、溶融掘削法を開始できる。なお、金属溶融体ストランド及び／またはグラファイトパイプラインとプリボアに挿入した金属パイプとの間の接続により、金属溶融体の補助的加熱のための電流ループが閉じられる。
【００６８】
ボアホールの基礎からの岩石の除去を効果的にするために、ボーリングヘッドとして働くパイプライン構成体の最低部が一つ以上の磁気ポンプ及びノズル装置を持つのが有利である。この装置により、金属溶融体を一つ以上の溶融体流の形で、ボアホールの基礎上に発射できる。
【００６９】
さらなる配備された誘導コイル(これは流れる金属溶融体自身により形成できる(ボーリングヘッドにおけるコイル状に形成した好適なフローチャンネル))により、数千度の異常に高い温度の流れ、またはプラズマ流が生じるように溶融体流を過熱することが可能である。これらの流れにより、ボーリングを極めて早く行うことができる。
【００７０】
この過熱溶融体及び／またはプラズマ流は、溶融体中、特に中央部領域に進入するときに、局部的に過熱を生じ、そこで岩石除去を最も効果的にする。
【００７１】
好ましくはパイプライン構成体の最低部に配備された電磁コイル装置により好ましくは集中できる一つ以上の溶融体流の提供により、ボアホールの基礎における不均一な岩石の除去をなくす可能性もまた存在する。この不均一な岩石の除去は、異なる型の岩石または岩石中の異方性により生じる。この目的のために、除去が最も遅いボアホールの基礎の点に溶融体流を集中させる。
【００７２】
例えば、溶融体の柱及び／またはグラファイトパイプラインを経由して、ボアホールの基礎まで電気的インパルスを送り、基礎から反射されるインパルスの走行時間を測定することにより、ボアホールの基礎における岩盤の不規則な除去の画像を作ることができる。ボアホールの基礎の地形画像は、溶融体柱及びグラファイトパイプラインの表面とインパルスの走行時間によって作成し、評価することができ、溶融体流の制御が達成できる。
【００７３】
溶融体流の整合性を取ることにより、岩盤除去が、溶融体流の周囲の領域で都合よく増加し、その結果、ボアホールの基礎が、溶融体流の方向に円錐形となり、これにより、熱金属溶融体に対する全体の作業面積が増加し、より大きな全体の除去速度を実現できる。
【００７４】
パイプライン構成体中にまとめた制御ラインにより上記電磁装置を制御できる。他の留意すべき利点は、電磁装置は損耗無しに働くことである。
【００７５】
パイプライン構成体(ボーリングヘッド)の最低部内にまとめた電磁コイル装置の下で金属溶融体流の自由な動きを確保するために、ボーリングヘッド中に、漏斗状の凹部を、特に中央に位置する凹部を与えるのが実際的である。この凹部中を溶融体流が金属溶融体柱に対して、例えば、６０度以下の全方向に揺動させる(pivot)ことができる。
【００７６】
ボアホールの基礎上の溶融体を回転させることにより、ボーリング法を有利に最適化もでき、その結果、金属溶融体よりも軽い岩石溶融体を上部に運び、遠心力の作用により、外側に運び、亀裂中に押し込む。
【００７７】
ここで、溶融体の回転は電磁装置により達成され、この電磁装置は溶融体流を偏向をもさせる。ここで、溶融体の回転軸は、溶融体流により与えられる。そこで、溶融体の回転軸もまた調節可能である。
【００７８】
溶融体の回転及び／または溶融体流の整合をする制御構成体が、少なくともパイプライン構成体の最低部に配備され、且つこのパイプライン構成体の全長にわたり分配されてい、好ましくは、低部パイプライン構成体の幾つかに配備されていて溶融体には同様に働くのが有利である。この場合、パイプライン構成体の燃焼は有害ではなく、溶融体(流)の制御に影響しない。
【００７９】
かくして、例えば、１０キロメーターの深さのボーリング穴を開けるために、１００メーターを超える長さの同一のパイプライン構成体(複数)の低部領域を使用でき、それで、深いボーリング穴の端で、たとえ大量が燃焼しても、ボーリングヘッドはなお制御可能なパイプライン構成体を形成する。
【００８０】
簡単な実施態様として、制御構成体は、溶融体と接触した三つ以上の電流導体であり、これらはパイプライン構成体中に挿入される。これらの導体を多相電流により制御して、溶融体の回転を達成できる。異なる相の異なる電流により、回転溶融体の回転軸を、特に約６０度以下で回転(pivot)できる。
【００８１】
先に述べたように、グラファイトコイルまたはチャンネル中を流れる溶融体により、制御構成体を形成することが可能である。
【００８２】
圧縮されている金属溶融体の部分は、再利用できる。というのは、溶融体のこれらの部分は、電流により加熱することもできるからである。その時、溶融体のこれらの部分は、流体として残り、重力によりボアホールの基礎の方向に再び沈む。
【００８３】
岩盤中の亀裂からの金属溶融体の部分の再利用は、パイプライン構成体中にある電磁石によりこの金属溶融体のこの圧縮された部分に吸引力を作用させてさらに促進される。
【００８４】
ボアホールに純金属ライニングを施すのは、磁気吸引力の影響により促進される。
【００８５】
これらの吸引力の影響により、ライニング無しのボアホールを意図的に形成することも可能である。このためには、ボーリング工程中に、吸引力を生じる電磁装置のスイッチを切り、より軽い岩石溶融体が吸引力により押しのけられること無しに、常に金属溶融体上に浮き、固化するようにする。
【００８６】
これに対応して、純岩石で作られたライニングがこの様にして形成される。
【００８７】
本発明の代表的実施態様の模式図を図面に示す。
【００８８】
例えば、鋼で製造された厚肉金属パイプ（３）の開設と、地下への固定を伴うプリボアは、さらなる冷却無しに金属溶融体ボーリング法の開始を確実にする。
【００８９】
全くグラファイトからなる幾つかのパイプライン構成体（９）で作られたパイプライン（１）は、油圧自動マニピュレーターにより、ボーリングヘッド構成体（１８）を最初にして、パイプライン構成体それぞれから一構成体ずつ先ず組み立てる。
【００９０】
（図の見易さの故に、概略図には、マニピュレーター、充填装置を持つ金属溶融施設、電源接続を有する電源装置などの地表の装置を画いていない）。
【００９１】
構成体（９）を有するグラファイトパイプライン（１）が不活性ガスで満たされたプリボアの金属パイプ（３）中に滑り込むや否や、誘導支持電磁石（８）はグラファイトパイプライン（１）のさらなる推進を引き継ぐ。プリボアライニング（３）の端に到達し、ボーリングヘッド構成体（１８）がボアホールの基礎から約４インチの所にあるとき、例えば、鉄溶融体を注入して金属溶融体ボーリング法を始め、ボーリング目標まで連続的に進行させることができる。一方、金属溶融体ストランド（２）の溶融体貯蔵池(reservoir)の故に鉄溶融体（１０）は不連続的に供給される。かくして、その間に、グラファイトパイプライン（１）の延長は、地表のマニピュレーターにより一構成体ずつ行われる。
【００９２】
一つ以上の電磁ポンプ（４）と一つの電磁ノズル（５）の付勢により、金属溶融体ストランド（２）のすでに過熱された鉄溶融体の所定量が圧縮され、さらに過熱され、電磁ノズル（５）を介して磁力により高圧に圧縮され、溶融体流またはプラズマ流としてボアホールの基礎（１９）上に発射される。この工程の急速なシーケンスの故に、パルス状の流れ（１７）が生じる。かくして、溶解と除去の効果が一層強化される。
【００９３】
ボアホールの基礎において、均一な除去を確保するために、金属流（１５）の軸の周りの“流体ローラービット”の作用の中で、円錐（１４）状の3個以上の回転電磁石（６）により鉄溶融体流は回転させられる。この円錐は、磁力により、全方向(１６)に約６０度の角度以内で回転され(pivot)得る。溶融体流が自動的に各ピボットに従うので、グラファイトパイプライン（１）のボーリングヘッド構成体（１８）の前の岩石の均一な除去が確保される。
【００９４】
パイプライン構成体に配備した制御ラインを経由して、地表から金属溶融体円錐（１４）の制御を行う。
【００９５】
放出された鉄溶融体及び岩石溶融体はグラファイトパイプライン（１）のボーリングヘッド構成体（１８）の周囲の利用できる空間を満たし、溶融体中の圧力が増加する。ボーリングヘッド構成体（１８）の上のグラファイトパイプライン（１）の周りの支持電磁石（８）により鉄溶融体の一部は望ましい厚さ、例えばプリボアの金属パイプの厚さに集められ、連続的に進行する溶融掘削工程における均一な鋳鉄ライニング（１１）に形成される。
【００９６】
鉄溶融体の密度で調節されて、より軽い岩石溶融体は上部に上昇し、ポンプで送られた溶融体の圧力下で、及び／またはグラファイトパイプライン（１）が前進するにつれてパイプラインの圧力下で裂ける岩盤のために、周囲の岩盤中に押し込まれる。同様に押し込まれる鉄溶融体は電流により加熱され、グラファイトパイプライン（１）が前進するにつれて、重力のために溶融体円錐（１４）の周りの低部にある溶融体ゾーンに流れて戻る。
【００９７】
ボーリングの進行速度は、溶融体流の回転速度及び／または回転溶融体の回転速度と共に増加するのはもちろん、溶融体流中の温度と相対圧力が周囲の溶融体とそのパルスドシーケンス（吸引効果）に対して増加するにつれても増加する。
【００９８】
ボーリング深さが増大するにつれて、金属溶融体ストランドを含むグラファイトパイプライン（１）の本来の重量もまた増大し、その重量と溶融体を溶融体ゾーン中に押し込むのに必要な圧力が平衡し、グラファイトパイプライン（１）が溶融体クッション上に在るように動く(滑る)。
【００９９】
各グラファイトパイプライン構成体、これは金属溶融体ストランドの一部を支持する、に装備した電磁バルブ（７）がこの状態を維持するように働き、その結果、深さが増大するにつれて金属溶融体のストランドの増加する重量は多くの支持点に分配される。グラファイトパイプラインの外側領域中の支持電磁石（８）についても同じことが言える。
【０１００】
もし十分な重量が金属溶融体ストランド内に蓄積されるならば、全電磁バルブ（７）の開放と少量の特定量の鉄溶融体のパルス状の放出を同時に行うことにより、電磁ポンプ（４）及び電磁ノズル（５）と組み合わせたこの圧力(hydraulic pressure)を用いて、溶融体流（１５）を形成できる。もし全電磁バルブが同時に開いているならば、１０，０００メーターの深さでは、鉄溶融体柱の圧力はすでに７，０００バールを超える。
【０１０１】
金属溶融体ストランド（２）をポンプで送り、ボーリング目標に到達すると、グラファイトパイプライン（１）は支持及び誘導電磁石（８）の助けにより元に戻され、一構成体ずつ解体される。この目的のために、ボアホールを、支持のための加圧水で溢れさせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の代表的な実施態様の模式図を示す。

Claims (30)

1. 金属溶融体で岩盤を溶融することによって岩盤を掘削する溶融掘削方法であって、
   （ａ）岩盤内のボアホールにパイプライン構成体から成るパイプラインを一構成体ずつ前進させる工程、
   （ｂ）金属溶融体を、上記パイプラインにボーリング媒体として供給し、該パイプラインの最低位置にある構成体から出現させ、上記ボアホールの基礎の部分で岩盤を溶融させて廃岩石溶融体を生成させる工程、
   （ｃ）該ボアホール内への該金属溶融体の供給による温度と圧力の作用により該ボアホールの周囲の岩盤に亀裂を発生させる工程、
   （ｄ）上記圧力により該廃岩石溶融体を該ボアホールの周囲の岩盤の亀裂へ押し込む工程、および
   （ｅ）該ボアホールの周囲に該金属溶融体のその場凝固によりボアホールライニングを形成する工程
   を含む溶融掘削方法。
2. 前記パイプライン構成体の最低部から、ボアホールの基礎を覆って出てくる前記金属溶融体が、前記パイプライン構成体の外側と、前記ボアホールの内壁との間に導かれ、そこで固化することを特徴とする請求項１に記載の溶融掘削方法。
3. 前記固化した溶融体が、圧力シールを形成することを特徴とする請求項１または２に記載の溶融掘削方法。
4. 前記金属溶融体が、電流により加熱されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
5. 電流の流れが、前記パイプライン（９）に導かれた前記溶融体（２）及び固化したボアホールライニング（１１）により閉じられていることを特徴とする請求項４に記載の溶融掘削方法。
6. ボーリングが進むにつれて、さらなるパイプライン構成体（９）が、ボアの先端で各直前の構成体（９）に取り付けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
7. 加圧及び固化により生じる金属溶融体（２）の損失が、ボアの先端で溶融体（１０）の添加により補償されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
8. 前記溶融掘削方法が、地表で、補強コンクリートカバー内に固定された金属パイプ（３）でライニングされた前ボア内で開始することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
9. 前記溶融掘削方法が、不活性ガス雰囲気下で開始されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
10. 前記パイプライン構成体（９）を金属パイプ中を、ボーリング穴の基礎（１９）の直上にまで下降させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
11. 前記パイプライン構成体（９）の降下が、マニピュレーター装置により、及び／または前記構成体（９）に配置するガイドとサポートとの電磁石装置（８）により行われることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
12. 前記パイプライン構成体（９）内にある電磁石装置（８）が、前記パイプライン構成体（９）の埋め込みまたは除去のために制御されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
13. パイプライン構成体（９）の埋め込みまたは除去を簡易化するために、ボアホールを、特に加圧水で溢れさせることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
14. パイプライン構成体（９）の最低部は少なくとも一つの電磁ポンプ及びノズル装置（４，５）を有し、この装置により金属溶融体を少なくとも一つの溶融体流またはプラズマ流（１５）の形でボアホールの基礎（１９）に発射できることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
15. 少なくとも前記パイプライン構成体（９）の最低部が少なくとも一つの制御装置（６）を有し、前記装置により溶融体流またはプラズマ流（１５）を整列することができ、及び／または前記装置によりボーリング穴の基礎（１９）の上に位置する金属溶融体が移動を調整することができことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
16. 溶融体流（１５）がさらに加熱され、プラズマ流を形成することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の溶融掘削方法。
17. 金属溶融体で岩盤を溶融することによって岩盤を掘削する溶融掘削装置であって、
    岩盤のボアホール内へ一構成体ずつ延伸可能な、複数のパイプライン構成体から成るパイプライン、
    金属溶融体を、上記パイプラインにボーリング媒体として供給し、該パイプラインの最低位置にある構成体から出現させ、上記ボアホールの基礎の部分で岩盤を溶融させて廃岩石溶融体を生成させ、該ボアホール内へ供給される該金属溶湯体の温度と圧力の作用により該ボアホールの周囲の岩盤に亀裂を発生させ、該圧力により上記廃岩石溶融体は該ボアホールの周囲の岩盤の亀裂へ押し込むための金属溶湯体供給手段、および
    該ボアホールの周囲に該金属溶融体のその場凝固により形成されるボアホールライニング
    を含む溶融掘削装置。
18. 溶解した溶融体または固化した溶融体の一体と接触する前記パイプライン構成体（９）の表面が、グラファイトからなることを特徴とする請求項１７に記載の溶融掘削装置。
19. パイプライン構成体（９）が、グラファイトから完全になることを特徴とする請求項１７または１８に記載の溶融掘削装置。
20. 請求項１７〜１９のいずれか１項に記載する溶融掘削装置の前記パイプライン構成部材に使用する材料であって、前記材料が、０．５以下の摩擦係数を有することを特徴とする材料。
21. 前記材料が、グラファイトまたは金属複合セラミックであることを特徴とする請求項の２０に記載の材料。
22. パイプライン構成体（９）が、中央穴を有する円筒片に相当することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の溶融掘削装置。
23. パイプライン構成体（９）の外径と内径の比が１０：１より大きいことを特徴とする請求項１７〜１９及び２２のいずれか１項に記載の溶融掘削装置。
24. 金属ボアホールライニング（１１）と組み合わせて支持及び／またはガイド電磁石（８）として使用可能である制御可能な電磁装置（８）が、パイプライン構成体（９）の壁内に配置されていることを特徴とする請求項１７〜１９及び２２、２３のいずれか１項に記載のボーリング装置。
25. 溶融体を導くバルブとして使用できる電磁装置が、パイプライン構成体（９）の壁内に配置されていることを特徴とする請求項１７〜１９及び２２〜２４のいずれか１項に記載のボーリング装置。
26. パイプライン構成体（９）の最低部が、ボーリングヘッド（１８）を形成し且つ、漏斗状凹部を有することを特徴とする請求項１７〜１９及び２２〜２５のいずれか１項に記載の溶融掘削装置。
27. 少なくともパイプライン構成体（９，１８）の最低部が、溶融体を運搬し、特に一方向への溶融体流れ（１５）を実現するためのポンプ（４）を形成する少なくとも一つの電磁装置を有することを特徴とする請求項１７〜１９及び２２〜２６のいずれか１項に記載の溶融掘削装置。
28. 制御構成体（６）が少なくともパイプライン構成体（９、１８）の最低部に配置するにより、溶融体が回転位置に調整でき及び／または揺動可能となり、及び／または溶融体流またはプラズマ流（１５）を方向付けできることを特徴とする請求項１７〜１９及び２２〜２７のいずれか１項に記載の溶融掘削装置。
29. 制御構成体（６）が、溶融体と接触する少なくとも３の電流導体からなることを特徴とする請求項１７〜１９及び２２〜２８のいずれか１項に記載の溶融掘削装置。
30. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載する溶融掘削方法に使用する金属溶融体であって、ボーリングする媒体として使用する金属溶融体。

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