JP6386802B2 - Submarine ground excavator and submarine ground excavation system - Google Patents

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本発明は、水底地盤上を移動機構により移動しながら掘削機構により水底地盤を掘削する水底地盤掘削装置および水底地盤掘削システムに関し、詳しくは軽量化を図りつつ、軟弱な水底地盤であっても地盤表面を過度に荒らすことなく効率的に移動することのできる水底地盤掘削装置およびこれを用いた水底地盤掘削システムに関するものである。   The present invention relates to a submarine ground excavation apparatus and a submarine ground excavation system that excavate a submarine ground using a excavation mechanism while moving on the submarine ground, and more particularly, to reduce the weight of the submarine ground excavation system. The present invention relates to a submarine ground excavation apparatus that can move efficiently without excessively roughening the surface, and a submarine ground excavation system using the same.

水深6000m付近の海底に、レアアースやレアメタルが分布しているエリアが確認されている。レアアース等が分布しているエリアは広く、レアアース等の含有率の高い泥土が薄く層状に存在すると予想されている。このレアアース等の含有率の高い泥土の層は、レアアース等をほとんど含んでいない表土で覆われた状態である。泥土内に含まれるレアアース等の鉱物資源を利用するために、水底地盤掘削装置で表土を除去または回収して、泥土を回収することが検討されている。   An area where rare earth and rare metals are distributed has been confirmed on the seabed at a depth of about 6000 m. The area where rare earths and the like are distributed is wide, and mud soil with a high content of rare earths and the like is expected to be thin and layered. This layer of mud with a high content of rare earth or the like is in a state covered with topsoil that hardly contains rare earth or the like. In order to use mineral resources such as rare earth contained in the mud, it has been studied to remove or collect the top soil with a submerged ground excavator and collect the mud.

水底で掘削作業を行う水底地盤掘削装置として、クローラを有する走行機構とショベルで構成される掘削機構と姿勢制御機構とを搭載したバックホウが提案されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に記載のバックホウは、姿勢制御機構により水底の傾きの影響を受けずに掘削作業を行うことができる。   A backhoe equipped with a traveling mechanism having a crawler, an excavating mechanism composed of a shovel, and a posture control mechanism has been proposed as a submarine ground excavating apparatus that performs excavation work at the bottom of the sea (see, for example, Patent Document 1). The backhoe described in Patent Document 1 can perform excavation work without being affected by the inclination of the water bottom by the attitude control mechanism.

しかし、このバックホウは水底地盤上で作業を行う際に、水底地盤を乱して走行不能に陥ることがある。水底の土砂から十分な反力を得られない場合、クローラの回転による推力や掘削作業時の反力を受けた際にバックホウが水底地盤に沈み込むことが要因である。   However, when working on the bottom ground, this backhoe may disturb the bottom ground and make it impossible to run. If sufficient reaction force cannot be obtained from the bottom sediment, the backhoe sinks into the bottom ground when it receives thrust from crawler rotation or reaction force during excavation.

特開2012−062684号公報JP 2012-062684 A

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は軟弱な水底地盤であっても地盤表面を過度に荒らすことなく効率的に移動することのできる水底地盤掘削装置およびこれを用いた水底地盤掘削システムを提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to use a submarine ground excavation apparatus that can move efficiently without excessively roughing the ground surface even if it is a soft submarine ground. It is to provide an underwater ground excavation system.

上記の目的を達成するための本発明の水底地盤掘削装置は、水底地盤を掘削する掘削機構とこの掘削機構が搭載されて水底地盤上を走行するクローラを有する走行機構とで構成された機体を備えた水底地盤掘削装置において、前記機体に、上下方向に伸縮移動するスパッドと、このスパッドを水平方向にスライドさせるスライド機構とを有する走行補助体が設けられ、前記スパッドの先端部を水底地盤に埋入させた状態でこのスパッドを前記スライド機構により前記機体に対して水平方向にスライドさせることにより、このスライドさせた方向とは反対方向に前記機体を移動させる構成にしたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an underwater ground excavation apparatus according to the present invention comprises an airframe comprising an excavation mechanism for excavating the underwater ground and a traveling mechanism having a crawler on which the excavation mechanism is mounted and traveling on the underwater ground. In the submarine ground excavation apparatus provided, the airframe is provided with a traveling auxiliary body having a spud that expands and contracts in the vertical direction and a slide mechanism that slides the spud in a horizontal direction, and the tip of the spud is used as a submarine ground. The spud is slid in the horizontal direction with respect to the airframe by the slide mechanism in the embedded state, and the airframe is moved in a direction opposite to the sliding direction.

本発明の水底地盤掘削システムは、複数の上記の水底地盤掘削装置と、前記掘削機構に一端が接続される圧送ホースと、この圧送ホースの他端に接続されるベース用圧送ポンプと、このベース用圧送ポンプが設置されるベースと、このベース用圧送ポンプから他の圧送ホースを介して送られる被搬送物を水上まで搬送する揚泥ラインとを備えることを特徴とする。   A submarine ground excavation system according to the present invention includes a plurality of the above-mentioned submarine ground excavation devices, a pressure hose connected at one end to the excavation mechanism, a pressure pump for a base connected to the other end of the pressure hose, and the base It is characterized by comprising a base on which a pressure pump is installed, and a muddy line that conveys the object to be conveyed sent from the base pressure pump via another pressure hose to the surface of the water.

本発明によれば走行機構にクローラを有しているので、水底地盤掘削装置は水底地盤上を機動的に走行することができる。また、水底地盤にスパッドを埋入させると、このスパッドは水底地盤上にあるクローラに比して水底地盤に対して十分な反力を生じさせるので機体姿勢を保持することができる。この状態でスライド機構によってこのスパッドをスライドさせることで、機体を移動させることができる。即ち、軟弱な水底地盤の場合は、走行補助体によって機体を移動させることができるので、地盤表面を崩して過度に荒らすこともない。それ故、機体周辺を浮泥等によって汚濁させることがなく、機体の移動にも支障が生じない。このように、水底地盤の性状に応じて機体を効率的に移動させることができる。   According to the present invention, since the traveling mechanism has the crawler, the submarine ground excavator can travel on the submarine ground flexibly. Further, when the spud is embedded in the water bottom ground, the spud generates a sufficient reaction force against the water bottom ground as compared with the crawler on the water bottom ground, so that the body posture can be maintained. In this state, the airframe can be moved by sliding the spud by the slide mechanism. That is, in the case of soft underwater ground, the body can be moved by the traveling auxiliary body, so that the ground surface is not destroyed and excessively roughened. Therefore, the surroundings of the aircraft are not polluted by floating mud and the movement of the aircraft is not hindered. In this way, the aircraft can be moved efficiently according to the properties of the water bottom ground.

スパッドの少なくとも先端部の外周面にらせん状に突起が形成され、スパッド軸心を中心にしてこのスパッドを回転させる構成にすることもできる。この構成によれば、より確実にスパッドの先端部を水底地盤に埋入させることができる。さらにスパッドを水底地盤から引き抜く際に、クローラに引き抜きに伴う反力を生じさせないため、水底地盤の乱れを減少させることができる。   It is also possible to have a configuration in which protrusions are formed in a spiral shape on the outer peripheral surface of at least the tip of the spud and the spud is rotated about the spud axis. According to this structure, the front-end | tip part of a spud can be more reliably embed | buried underwater bottom ground. Furthermore, when pulling out the spud from the water bottom ground, the crawler does not generate a reaction force accompanying the pulling out, so that the disturbance of the water bottom ground can be reduced.

機体が、走行機構の上部に設置される本体と、この上部旋回と走行機構との間に設置されてこの本体を水平状態に維持する姿勢制御機構と、本体に設置されて水底地盤までの距離を測定する距離センサとを備える構成にすることもできる。   The main body is installed on the upper part of the traveling mechanism, the attitude control mechanism that is installed between the upper turning and the traveling mechanism to maintain the main body in a horizontal state, and the distance to the water bottom ground that is installed on the main body It is also possible to adopt a configuration provided with a distance sensor for measuring.

この構成によれば、本体の水平状態を保ちながら水平地盤までの距離を正確に測定できるので、掘削機構で掘削した水底地盤とまだ掘削が行われていない水底地盤とを区別しながら水底地盤掘削装置は掘削作業を行うことができる。レアアースやレアメタル等が含まれる泥土を平面かつ層状に掘削する場合、掘削中の水底地盤の高さを揃えることで広範囲の掘削作業を効率的に行うことができる。   According to this configuration, it is possible to accurately measure the distance to the horizontal ground while maintaining the horizontal state of the main body, so that the bottom ground excavation while distinguishing between the bottom ground excavated by the excavation mechanism and the bottom ground that has not yet been excavated. The device can perform excavation work. When excavating mud containing rare earth or rare metal in a flat and layered manner, it is possible to efficiently perform a wide range of excavation work by aligning the height of the water bottom ground during excavation.

本発明の水底地盤掘削システムでは、複数のそれぞれの水底地盤掘削装置はベースを中心とする広い範囲で並行して掘削作業を行えるので、効率的な水底地盤の掘削を行うには有利となる。   In the submarine ground excavation system of the present invention, each of the plurality of submarine ground excavation devices can perform excavation work in a wide range around the base, which is advantageous for efficient excavation of the submarine ground.

この水底地盤掘削システムでは、ベースと揚泥ラインとの間に配置される中継車両を備え、この中継車両が圧送ホースの巻き取りおよび繰出しをする中継リールと、この圧送ホースに接続される中継圧送ポンプとを有する構成にすることもできる。中継車両に設置される中継圧送ポンプを利用して水底地盤掘削装置により掘削される泥土等をベースから揚泥ラインまで圧送できるので、ベースは揚泥ラインからより離れた位置で掘削作業を広範囲で行うことができる。   This submarine ground excavation system includes a relay vehicle disposed between a base and a pumping line, and the relay vehicle winds and feeds the pressure feed hose, and the relay pressure feed connected to the pressure hose. A configuration having a pump is also possible. Since the mud soil excavated by the submarine ground excavator can be pumped from the base to the pumping line using the relay pumping pump installed in the relay vehicle, the base can be used for a wide range of excavation work at a position farther from the pumping mud line. It can be carried out.

本発明の水底地盤掘削装置を側面視で例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the underwater ground excavation apparatus of this invention by a side view. 図1の水底地盤掘削装置を正面視で例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the underwater ground excavation apparatus of FIG. 1 by a front view. 走行補助体を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates a driving | running | working auxiliary body. 走行補助体による走行時の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state at the time of driving | running | working by a driving assistance body. 走行補助体の変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of a driving assistance body. 掘削機構を底面視で例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates an excavation mechanism by a bottom view. 姿勢制御機構の動作状態を側面視で例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the operation state of a posture control mechanism by a side view. 姿勢制御機構の動作状態を正面視で例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the operation state of a posture control mechanism by a front view. 本発明の水底地盤掘削システムを側面視で例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the underwater ground excavation system of this invention by a side view. 図9の水底地盤掘削システムによる掘削作業の状態を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the state of the excavation operation | work by the underwater ground excavation system of FIG.

以下、本発明の水底地盤掘削装置および水底地盤掘削システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, a submarine ground excavation apparatus and a submarine ground excavation system of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings.

図1および図2に例示するように本発明の水底地盤掘削装置1は、水底地盤2を掘削する掘削機構3とこの掘削機構3が搭載されて水底地盤2上を走行するクローラ4を有する走行機構5とで構成された機体6を備えている。図面では、クローラ4により走行する機体6の前後方向をx、機体6の前後方向xに直交する水平方向となる左右方向をy、鉛直方向をzとして示している。   As illustrated in FIG. 1 and FIG. 2, a submarine ground excavation apparatus 1 according to the present invention has a excavation mechanism 3 that excavates the submarine ground 2 and a crawler 4 that travels on the submarine ground 2 with the excavation mechanism 3 mounted thereon. An airframe 6 constituted by a mechanism 5 is provided. In the drawing, the longitudinal direction of the machine body 6 traveling by the crawler 4 is indicated by x, the horizontal direction perpendicular to the longitudinal direction x of the machine body 6 is indicated by y, and the vertical direction is indicated by z.

前後方向xに平行に配置される2つのクローラ4の間には、このクローラ4よりも前後方向xに突出する位置に設置される補助クローラ4aを設置することが望ましい。この補助クローラ4aは、機体6の前方および後方にそれぞれ設置され、機体6が前後方向xに傾いて前転または後転しそうになったとき、水底地盤2と接触して機体6を支持して機体6が前転または後転してしまうことを抑制する機能を備えている。   Between the two crawlers 4 arranged in parallel in the front-rear direction x, it is desirable to install an auxiliary crawler 4a installed at a position protruding in the front-rear direction x from the crawler 4. The auxiliary crawlers 4a are respectively installed in front and rear of the airframe 6, and support the airframe 6 by contacting the underwater ground 2 when the airframe 6 tilts in the front-rear direction x and tends to roll forward or backward. It has a function of suppressing the airframe 6 from rotating forward or backward.

この走行機構5の上部には姿勢制御機構7を介して本体8が設置されている。この実施形態では姿勢制御機構7は、鉛直方向に伸縮する複数のシリンダ7aで構成され、それぞれのシリンダ7aが伸縮することにより、水底地盤2の傾きに関わらず本体8を水平状態に維持することができる。   A main body 8 is installed above the traveling mechanism 5 via an attitude control mechanism 7. In this embodiment, the attitude control mechanism 7 is composed of a plurality of cylinders 7a that expand and contract in the vertical direction, and each cylinder 7a expands and contracts to maintain the main body 8 in a horizontal state regardless of the inclination of the water bottom ground 2. Can do.

この本体8の前方と後方とに対置して配置されるそれぞれの掘削機構3は、この本体8に傾動および回転可能な状態で設置されるアーム9と、このアーム9の先端に傾動可能な状態で設置されて水底地盤2の掘削を行うヘッド10とを備える。この実施形態では、機体6の前後に掘削機構3が対置して配置されているが、機体6に設置される掘削機構3の数は1つでもよく、3つ以上でもよい。また、複数の掘削機構3を設ける場合は、それぞれを任意の位置に配置することができ、例えば平面視で本体8の中心に対して90°に直交する位置に配置することもできる。   Each excavation mechanism 3 disposed opposite to the front and rear of the main body 8 has an arm 9 installed in a tiltable and rotatable state on the main body 8 and a tiltable state on the tip of the arm 9. And a head 10 for excavating the submarine ground 2. In this embodiment, the excavation mechanisms 3 are disposed in front of and behind the body 6, but the number of excavation mechanisms 3 installed in the body 6 may be one, or three or more. Moreover, when providing the some excavation mechanism 3, each can be arrange | positioned in arbitrary positions, for example, it can also arrange | position in the position orthogonal to 90 degrees with respect to the center of the main body 8 by planar view.

このヘッド10には、機体6に接続される圧送ホース11の一端が接続されている。ヘッド10により水底地盤2を掘削して得られる泥土等は、水とともにスラリーとしてこの圧送ホース11に送られる。この圧送ホース11に送られたスラリーは、スラリーから水を分離して水中に廃棄する分水装置などを経由して水上で待機する例えば運搬船等に送られる。   One end of a pressure feeding hose 11 connected to the body 6 is connected to the head 10. Mud or the like obtained by excavating the bottom ground 2 with the head 10 is sent to the pressure hose 11 together with water as a slurry. The slurry sent to the pressure feeding hose 11 is sent to, for example, a transport ship that waits on the water via a water diverter that separates the water from the slurry and discards it in the water.

この機体6の走行機構5には、上下方向に伸縮移動して水底地盤2に先端部を埋入させることができるスパッド12と、このスパッド12を機体6の前後方向xにスライドさせるスライド機構13とを有する走行補助体14が設けられている。図3に例示するようにこの実施形態では、スパッド12はケーシング15とこのケーシング15から水底地盤2に対して伸縮移動(伸長および収縮する方向に移動)するロッド16とを備えるシリンダ機構で構成される。このロッド16の先端部の外周面にはらせん状の突起17が形成され、ロッド16はケーシング15に対してケーシング15の筒軸心(スパッド軸心)を中心にして回転可能な状態で設置される。このスパッド12は、例えばモータ等の回転駆動源により回転するボールねじで構成することができる。このロッド16の先端部は、先端に向かって細くなる状態に形成され、水底地盤2に埋入させ易い形状になっている。   In the traveling mechanism 5 of the airframe 6, a spud 12 that can extend and contract in the vertical direction and embed a tip portion in the water bottom ground 2, and a slide mechanism 13 that slides the spud 12 in the longitudinal direction x of the airframe 6. Is provided. As illustrated in FIG. 3, in this embodiment, the spud 12 is configured by a cylinder mechanism that includes a casing 15 and a rod 16 that expands and contracts (moves in a direction of extending and contracting) from the casing 15 to the water bottom ground 2. The A spiral projection 17 is formed on the outer peripheral surface of the tip of the rod 16, and the rod 16 is installed in a state in which it can rotate with respect to the casing 15 around the cylinder axis (spud axis) of the casing 15. The The spud 12 can be constituted by a ball screw that is rotated by a rotational drive source such as a motor. The distal end portion of the rod 16 is formed so as to become narrower toward the distal end, and has a shape that can be easily embedded in the water bottom ground 2.

走行機構5の両側面に設置されるスライド機構13は、スパッド12のケーシング15が固定されて、このケーシング15とともにスパッド12を機体6の前後方向xに移動さ
せる。この実施形態では、スライド機構13によるスライド方向に対してロッド16の伸縮移動方向が直交した状態で、スライド機構13にケーシング15が固定される。スライド機構13は、スパッド12を機体6の前後方向xに移動させる構成を備えていればよく、例えば前後方向xにロッドを進退させる油圧シリンダ、ラックアンドピニオン、またはレールに沿ってスパッド12を移動させる種々の機構を採用することができる。
The slide mechanism 13 installed on both side surfaces of the traveling mechanism 5 has the casing 15 of the spud 12 fixed thereto, and moves the spud 12 together with the casing 15 in the front-rear direction x of the machine body 6. In this embodiment, the casing 15 is fixed to the slide mechanism 13 in a state in which the expansion / contraction movement direction of the rod 16 is orthogonal to the slide direction by the slide mechanism 13. The slide mechanism 13 only needs to have a configuration for moving the spud 12 in the front-rear direction x of the airframe 6. For example, the slide mechanism 13 moves along the hydraulic cylinder, rack and pinion, or rail that moves the rod back and forth in the front-rear direction x. Various mechanisms can be employed.

この実施形態では、本体8に水底地盤2の上面までの距離L1、L2を測定する距離センサ19が設置されている。この距離センサ19は、機体6の左右側面からそれぞれ左右方向yに突設される水平部材18の先端部に取付けられている。この水平部材18は、水底地盤掘削装置1が掘削を行う掘削幅よりも外側の範囲まで到達する長さを有する。この距離センサ19は、例えば超音波距離センサやレーザ距離センサを利用することができる。   In this embodiment, a distance sensor 19 for measuring the distances L1 and L2 to the upper surface of the water bottom ground 2 is installed in the main body 8. The distance sensor 19 is attached to the tip of a horizontal member 18 that protrudes from the left and right side surfaces of the body 6 in the left-right direction y. The horizontal member 18 has a length that reaches a range outside the excavation width in which the submarine ground excavator 1 excavates. As the distance sensor 19, for example, an ultrasonic distance sensor or a laser distance sensor can be used.

次に水底地盤掘削装置1を用いた水底地盤2の掘削作業について説明する。まず、水上の船舶等から水底地盤掘削装置1を水底に降下させて、その後、水底地盤掘削装置1を掘削予定領域まで移動させる。このとき、水底地盤2が比較的固くクローラ4で走行可能な場合は、クローラ4を利用して水底地盤掘削装置1を走行させる。一方、水底地盤2が泥土等の堆積により形成された軟弱な地盤である場合は、走行補助体14を利用して水底地盤掘削装置1を移動させる。   Next, the excavation work of the water bottom ground 2 using the water bottom ground excavation apparatus 1 will be described. First, the submarine ground excavating apparatus 1 is lowered to the bottom of the water from a ship or the like, and then the submarine ground excavating apparatus 1 is moved to the planned excavation area. At this time, when the water bottom ground 2 is relatively hard and can be traveled by the crawler 4, the water bottom ground excavation apparatus 1 is traveled using the crawler 4. On the other hand, when the underwater ground 2 is a soft ground formed by accumulation of mud or the like, the underwater ground excavating apparatus 1 is moved using the traveling auxiliary body 14.

この水底地盤掘削装置1の移動等の制御は、船舶や、FPSOやFSOと呼ばれる浮体式の洋上設備でモニター等を確認しながらジョイスティック等でオペレータが操作する遠隔操作により行う。洋上のオペレータは、水底地盤掘削装置1に設置されるカメラやセンサ等を頼りに、水底地盤掘削装置1を操作する。水底地盤掘削装置1の制御は、この遠隔操作の他に、自動制御により自動的に移動や掘削作業等を行う構成としてもよい。また図1に例示するように水底地盤掘削装置1の操作に必要な情報取得のために、カメラ付きROV(Remotely Operated Vehicle 遠隔操作無人探査機)19aを設置する構成として
もよい。このカメラ付きROVはケーブルを介して例えば本体8に接続されている。洋上のオペレータは、遠隔操作によりこのカメラ付きROVを水中で移動させながら水底地盤2の状態や水底地盤掘削装置1の状態を確認することができる。
Control of the movement of the submarine ground excavator 1 is performed by remote control operated by an operator with a joystick or the like while checking a monitor or the like on a ship or a floating offshore facility called FPSO or FSO. An offshore operator operates the submarine ground excavation apparatus 1 by relying on cameras, sensors, and the like installed in the submarine ground excavation apparatus 1. The control of the submarine ground excavator 1 may be configured to automatically move, excavate, and the like by automatic control in addition to this remote operation. Further, as illustrated in FIG. 1, a camera-equipped ROV (Remotely Operated Vehicle) 19 a may be installed in order to acquire information necessary for the operation of the submarine ground excavator 1. This ROV with a camera is connected to the main body 8, for example, via a cable. An offshore operator can check the state of the bottom bottom ground 2 and the state of the bottom bottom ground excavator 1 while moving the ROV with a camera underwater by remote control.

走行補助体14を用いて水底地盤掘削装置1を移動させる場合は、図4(a)に例示するように、まずスライド機構13を作動させてスパッド12を機体6の前方に移動させる。その後、スパッド12のロッド16を回転させながら水底地盤2に向けて伸長移動させ、その先端部を水底地盤2に埋入させる。この実施形態では先端部にらせん状の突起17が形成されたロッド16を回転させながら水底地盤2に埋入させるので、ロッド16の先端部を水底地盤2に確実に埋入させることができる。また水底地盤2に先端部が埋入されたロッド16は、らせん状の突起17により水底地盤2から抜け難くなる。なお図4(a)、(b)では説明のため、水底地盤掘削装置1の一部を省略して図示している。   When the submarine ground excavator 1 is moved using the traveling auxiliary body 14, the slide mechanism 13 is first operated to move the spud 12 forward of the body 6 as illustrated in FIG. Thereafter, the rod 16 of the spud 12 is rotated and moved toward the underwater ground 2 while rotating, and the tip portion is embedded in the underwater ground 2. In this embodiment, since the rod 16 having the spiral protrusion 17 formed at the tip end is embedded in the water bottom ground 2 while rotating, the tip end of the rod 16 can be securely embedded in the bottom bottom ground 2. Further, the rod 16 having the tip embedded in the water bottom ground 2 is difficult to be removed from the water bottom ground 2 due to the spiral protrusion 17. In FIGS. 4 (a) and 4 (b), a part of the submarine ground excavator 1 is omitted for illustration.

ロッド16を水底地盤2に埋入させた後に、図4(b)に例示するように、スライド機構13によりスパッド12を機体6の後方に移動させる。このときスパッド12の先端部は水底地盤2に拘束されて固定された状態になっているので、水底地盤2に対して機体6が前方に移動する。即ち、スパッド12が水底地盤2から水平方向の反力を得ることにより、スパッド12をスライドさせた方向とは反対方向に機体6を前進させることができる。   After the rod 16 is embedded in the water bottom ground 2, the spud 12 is moved rearward of the machine body 6 by the slide mechanism 13 as illustrated in FIG. 4B. At this time, the tip of the spud 12 is in a state of being restrained and fixed to the water bottom ground 2, so that the body 6 moves forward with respect to the water bottom ground 2. That is, when the spud 12 obtains a reaction force in the horizontal direction from the water bottom ground 2, the airframe 6 can be advanced in the direction opposite to the direction in which the spud 12 is slid.

また水底地盤2がさらに軟弱でありスパッド12の周面が十分な反力を得られない場合であっても、スパッド12の先端に水底地盤掘削装置1の重量が集中して、スパッド12の先端と水底地盤2との間の垂直荷重が大きくなり、大きな摩擦力を得ることができるの
で、機体6を前進させることができる。
Further, even when the underwater ground 2 is further soft and the peripheral surface of the spud 12 cannot obtain a sufficient reaction force, the weight of the underwater ground excavating device 1 is concentrated on the front end of the spud 12, and Since the vertical load between the ground and the bottom ground 2 is increased and a large frictional force can be obtained, the body 6 can be advanced.

水底地盤2に埋入させるロッド16の長さは、水底地盤2の硬さに応じて変更することが望ましい。スライド機構13によりスパッド12を移動させる際に、水底地盤2が容易に崩れてしまうほど水底地盤2が軟弱な場合は、ロッド16をより深く水底地盤2に埋入させる必要がある。スライド機構13によりスパッド12を移動させる際にロッド16の先端部が水底地盤2に安定して拘束される埋入長さの範囲内で、ロッド16をより浅く水底地盤2に埋入させることが望ましい。ロッド16を埋入させる長さが短いほど、水底地盤2に対するロッド16の抜き差しを迅速に行うことができるので、走行補助体14を利用した機体6の移動をスムーズに行うことが可能となる。   It is desirable to change the length of the rod 16 to be embedded in the underwater ground 2 according to the hardness of the underwater ground 2. When the spud 12 is moved by the slide mechanism 13 and the bottom bottom ground 2 is so soft that the bottom bottom ground 2 easily collapses, it is necessary to embed the rod 16 deeply in the bottom bottom ground 2. When the spud 12 is moved by the slide mechanism 13, the rod 16 can be embedded in the submarine ground 2 more shallowly within the range of the embedding length in which the tip of the rod 16 is stably restrained by the submarine ground 2. desirable. The shorter the rod 16 is embedded, the faster the rod 16 can be inserted into and removed from the underwater ground 2, so that the airframe 6 using the travel auxiliary body 14 can be moved smoothly.

水底地盤掘削装置1が走行補助体14を利用して前進する際にはクローラ4を停止させてもよく、クローラ4により推進力が得られる場合はクローラ4を作動させてもよい。つまり、走行補助体14は単独で使用することもでき、クローラ4と同時に使用することも可能である。   The crawler 4 may be stopped when the submarine ground excavator 1 moves forward using the traveling auxiliary body 14, and the crawler 4 may be operated when a propulsive force is obtained by the crawler 4. That is, the traveling auxiliary body 14 can be used alone, or can be used simultaneously with the crawler 4.

クローラ4を停止して走行補助体14のみで機体6を移動させる際は、ロッド16の先端部を水底地盤2に単に埋入させるだけでなく、さらにロッド16を深く埋入させることにより、機体6の荷重をロッド16の先端に集中させてクローラ4の水底地盤2に対する接地圧を小さくすることが望ましい。   When the crawler 4 is stopped and the airframe 6 is moved only by the traveling auxiliary body 14, not only the tip of the rod 16 is embedded in the underwater ground 2 but also the rod 16 is embedded deeply, It is desirable to reduce the contact pressure of the crawler 4 against the water bottom ground 2 by concentrating the load 6 on the tip of the rod 16.

これにより、走行補助体14で機体6を移動させる際に、水底地盤2上を引きずられる状態で移動するクローラ4と水底地盤2との間の摩擦力が小さくなり、機体6を移動させる際の抵抗を抑制できるからである。またクローラ4と水底地盤2との間の摩擦力が小さくなることにより、クローラ4が堆積泥土をまきあげて周囲を汚濁させる問題を回避するには有利となる。   As a result, when the vehicle body 6 is moved by the traveling auxiliary body 14, the frictional force between the crawler 4 and the water bottom ground 2 that moves while being dragged on the water bottom ground 2 is reduced, and the body 6 is moved. This is because resistance can be suppressed. Further, since the frictional force between the crawler 4 and the water bottom ground 2 is reduced, it is advantageous for the crawler 4 to avoid the problem of picking up the accumulated mud and contaminating the surroundings.

スライド機構13により機体6の後方に移動させたスパッド12は、ロッド16を逆回転させて収縮移動させながら水底地盤2から抜き取る。このスパッド12を再び機体6の前方にスライド機構13により移動させて、その後、水底地盤2に埋入させる。以上を繰り返して、水底地盤掘削装置1は水底地盤2上を移動することができる。上記のスライド機構13によるスパッド12の移動方向を逆にすれば、水底地盤掘削装置1を後進させることができる。   The spud 12 moved to the rear of the machine body 6 by the slide mechanism 13 is extracted from the water bottom ground 2 while rotating the rod 16 in the reverse direction and contractingly moving it. The spud 12 is again moved to the front of the body 6 by the slide mechanism 13 and then embedded in the water bottom ground 2. By repeating the above, the submarine ground excavator 1 can move on the submarine ground 2. If the moving direction of the spud 12 by the slide mechanism 13 is reversed, the submarine ground excavating apparatus 1 can be moved backward.

スパッド12の先端部を水底地盤2に埋入させる構成により、水底地盤2とスパッド12との間に大きな摩擦力が得られるので、クローラ4で進むことが困難な軟弱な水底地盤2であっても、水底地盤掘削装置1を効率的に移動させることができる。   The structure in which the tip of the spud 12 is embedded in the water bottom ground 2 provides a large frictional force between the water bottom ground 2 and the spud 12, so that the soft water bottom ground 2 is difficult to move on the crawler 4. In addition, the submarine ground excavator 1 can be moved efficiently.

また走行補助体14は、スパッド12を埋入させるときにだけ水底地盤2と接触するので、水底地盤2の表面を過度に荒らして堆積泥土等を舞い上がらせて周囲が汚濁した状態になることを抑制できる。オペレータは水底地盤掘削装置1を遠隔操作するので、水底地盤掘削装置1に設置されるカメラによる周囲の確認等を良好に行うことができる。そのため、水底地盤掘削装置1を効率的に移動させることができ、このことは作業効率を向上させるには多大なメリットになる。また周囲の汚濁を抑制できるので、水底地盤掘削装置1に設置される各種センサ等の誤作動を抑制するには有利である。   Moreover, since the traveling auxiliary body 14 contacts with the underwater ground 2 only when the spud 12 is embedded, the surface of the underwater ground 2 is excessively roughened, and the surrounding mud soil is soared that the surroundings become contaminated. Can be suppressed. Since the operator remotely operates the submarine ground excavation apparatus 1, the surroundings can be satisfactorily confirmed by a camera installed in the submarine ground excavation apparatus 1. Therefore, the submarine ground excavation apparatus 1 can be moved efficiently, which is a great merit for improving work efficiency. Moreover, since surrounding pollution can be suppressed, it is advantageous in suppressing malfunction of various sensors etc. which are installed in the submarine ground excavation apparatus 1.

この実施形態では、機体6の左右側面にそれぞれ走行補助体14を設置する構成であるが、本発明の水底地盤掘削装置1はこの構成に限られない。機体6の左右側面に加えて、ロッド16が左右方向yに移動する状態に構成した走行補助体14を、機体6の前後側面に設置することもできる。この構成により、走行補助体14を利用して機体6を左右方向
yに移動させることが可能となる。
In this embodiment, it is the structure which installs the driving | running | working auxiliary body 14 in the left-right side surface of the body 6, respectively, However, The underwater ground excavation apparatus 1 of this invention is not restricted to this structure. In addition to the left and right side surfaces of the airframe 6, the traveling auxiliary body 14 configured so that the rod 16 moves in the left-right direction y can be installed on the front and rear side surfaces of the airframe 6. With this configuration, the airframe 6 can be moved in the left-right direction y using the travel auxiliary body 14.

図5に例示するようにスパッド12は、スライド機構13に設置される昇降機構20と、この昇降機構20により水底地盤2に対して接近離間させるロッド16とを備える構成にすることもできる。なお、スパッド12の構成は、これに限らずロッド16を水底地盤2に埋入させることができる構成であればよい。   As illustrated in FIG. 5, the spud 12 may be configured to include an elevating mechanism 20 installed on the slide mechanism 13 and a rod 16 that is moved closer to and away from the water bottom ground 2 by the elevating mechanism 20. The configuration of the spud 12 is not limited to this, and any configuration may be used as long as the rod 16 can be embedded in the water bottom ground 2.

図5の走行補助体14は、スパッド12とスライド機構13との間に、水底地盤2に対するスパッド12の伸縮方向を変化させる傾動機構21が設置されている。例えば機体6を前進させる場合に、傾動機構21によりスパッド12の先端を後方側に傾けてから、ロッド16を水底地盤2に向けて伸長移動させて埋入させる。この構成により、スライド機構13によりスパッド12を後方に移動させる際の力の分力が、スパッド12の先端と水底地盤2との間に生じるので、スパッド12と水底地盤2との間の摩擦力を増大させ、機体6を移動させるには有利となる。   In the traveling auxiliary body 14 of FIG. 5, a tilting mechanism 21 that changes the expansion / contraction direction of the spud 12 with respect to the water bottom ground 2 is installed between the spud 12 and the slide mechanism 13. For example, when the vehicle body 6 is moved forward, the tip of the spud 12 is tilted rearward by the tilting mechanism 21, and then the rod 16 is extended toward the water bottom ground 2 and embedded. With this configuration, a force component when moving the spud 12 rearward by the slide mechanism 13 is generated between the tip of the spud 12 and the water bottom ground 2, so that the frictional force between the spud 12 and the water bottom ground 2 is obtained. It is advantageous to increase the distance and move the body 6.

この走行補助体14は、ロッド16の先端部にらせん状の突起17が形成されず、先端に向かって細くなるテーパー形状になっている。この構成により、ロッド16を回転させるための機構が不要となるので、スパッド12の構造を単純化することができる。   The traveling auxiliary body 14 has a tapered shape in which the spiral protrusion 17 is not formed at the tip of the rod 16 and becomes narrower toward the tip. With this configuration, a mechanism for rotating the rod 16 becomes unnecessary, so that the structure of the spud 12 can be simplified.

上記の走行機構5や走行補助体14を利用して所定の位置まで移動した水底地盤掘削装置1は、掘削機構3による水底地盤2の掘削を開始する。掘削機構3は、アーム9の傾動によりヘッド10を水底地盤2に接地させて、アーム9を動作させながら掘削を行う。   The underwater ground excavating apparatus 1 that has moved to a predetermined position using the traveling mechanism 5 and the traveling auxiliary body 14 starts excavation of the underwater ground 2 by the excavating mechanism 3. The excavation mechanism 3 performs excavation while operating the arm 9 by grounding the head 10 to the water bottom ground 2 by tilting the arm 9.

図6に例示するようにヘッド10は、水底地盤2と対向する側に開口部22を形成される筐体23と、この筐体23の内部で回転しながら水底地盤2を掘削する掘削ローラ24とを備える。掘削ローラ24は、円柱状の回転体25と、この回転体25の外周面に突設される複数の掘削用突起26とを備える。   As illustrated in FIG. 6, the head 10 includes a housing 23 in which an opening 22 is formed on the side facing the water bottom ground 2, and an excavation roller 24 that excavates the water bottom ground 2 while rotating inside the housing 23. With. The excavation roller 24 includes a columnar rotary body 25 and a plurality of excavation projections 26 that protrude from the outer peripheral surface of the rotary body 25.

この実施形態のヘッド10は、掘削ローラ24をそれぞれ設置される2つの筐体23を有している。この2つの筐体23は、平行に配置した後に一端側を他端側よりも接近させた状態で連結部材27により連結される。   The head 10 of this embodiment has two housings 23 on which excavation rollers 24 are respectively installed. The two casings 23 are connected by a connecting member 27 in a state where one end side is closer than the other end side after being arranged in parallel.

掘削機構3により掘削された水底地盤2は、例えば連結部材27に形成された吸い込み口28から水とともにスラリーとして吸引され、アーム9の内部に配置された圧送ホース11を経由して、上方に圧送させる。この圧送ホース11により送られたスラリーは、例えば水上で待機する運搬船等に回収される。このスラリーは、運搬船等に設置されるポンプ等の稼働により吸引されて回収されてもよく、水底地盤掘削装置1に設置されるポンプの稼働により運搬船等まで圧送されて回収されてもよい。   The bottom ground 2 excavated by the excavating mechanism 3 is sucked as slurry together with water from, for example, a suction port 28 formed in the connecting member 27, and is pumped upward via a pressure hose 11 disposed inside the arm 9. Let The slurry sent by the pressure feeding hose 11 is collected, for example, on a transport ship waiting on the water. This slurry may be sucked and collected by operation of a pump or the like installed in a transport ship or the like, or may be pumped and recovered to a transport ship or the like by operation of a pump installed in the submarine ground excavation apparatus 1.

ヘッド10の構造は上記に限定されず、水底地盤2を掘削してこの掘削により得られる泥土等を水とともにスラリーとして回収できる構成であればよい。従来の浚渫作業に利用されているヘッド等を利用することもできる。   The structure of the head 10 is not limited to the above, and any structure can be used as long as it can excavate the submarine ground 2 and collect mud soil and the like obtained by the excavation as a slurry together with water. A head or the like used for a conventional dredging operation can also be used.

レアアース等の鉱物資源は海域により異なるが、水底地盤2の表面から深さがおよそ2m〜3mの範囲に薄く広く分布していることが多いので、掘削機構3により掘削を行う際は、第1層の掘削、第2層の掘削というように、同じ場所を薄層状に段階的に掘削することが望ましい。そのため、水底地盤掘削装置1は、走行補助体14等で機体6を移動させながら、アーム9の旋回等によりヘッド10を扇形状に移動させて例えば0.5m〜1.0m程度の深さで薄く広く水底地盤2を掘削する。   Mineral resources such as rare earths vary depending on the sea area, but since the depth is often thin and widely distributed in the range of about 2 m to 3 m from the surface of the submarine ground 2, when excavating with the excavating mechanism 3, the first It is desirable to excavate the same place step by step in a thin layer, such as excavation of a layer and excavation of a second layer. Therefore, the submarine ground excavation apparatus 1 moves the head 10 in a fan shape by turning the arm 9 while moving the airframe 6 with the traveling auxiliary body 14 or the like, and has a depth of about 0.5 m to 1.0 m, for example. Excavate underwater ground 2 thinly and widely.

機体6の移動にともない、まず機体6の前方に設置される掘削機構3により水底地盤2が掘削される。その直後に機体6の後方に設置される掘削機構3により同じ場所の水底地盤2は再び掘削される。つまり、水底地盤掘削装置1の1回の通過により、水底地盤2は1.0m〜2.0mの深さで掘削される。   As the airframe 6 moves, the submarine ground 2 is first excavated by the excavation mechanism 3 installed in front of the airframe 6. Immediately thereafter, the bottom ground 2 in the same place is excavated again by the excavating mechanism 3 installed behind the fuselage 6. That is, the water bottom ground 2 is excavated at a depth of 1.0 m to 2.0 m by one pass of the water bottom ground excavation apparatus 1.

このとき、図2に例示するように距離センサ19により機体6が走行して掘削を行っているレーンに対して、隣接するレーンの水底地盤2までの距離L1、L2を測定することが望ましい。これにより、掘削を既に行った領域と掘削が行われていない領域を検知することができる。また第1層まで掘削が完了したレーンと第2層まで掘削が完了したレーンなど、何層目まで掘削が完了しているかを検知することもできる。水底地盤2までの距離を測定しながら掘削を行うので、この水底地盤掘削装置1は効率的に薄く広く掘削を行うのに有利である。   At this time, as illustrated in FIG. 2, it is desirable to measure the distances L <b> 1 and L <b> 2 to the bottom ground 2 of the adjacent lane with respect to the lane where the body 6 travels and excavates by the distance sensor 19. Thereby, it is possible to detect a region where excavation has already been performed and a region where excavation has not been performed. It is also possible to detect how many layers have been excavated, such as a lane in which excavation has been completed up to the first layer and a lane in which excavation has been completed up to the second layer. Since excavation is performed while measuring the distance to the water bottom ground 2, the water bottom ground excavation apparatus 1 is advantageous for efficient and thin excavation.

図7および図8に例示するように水底地盤掘削装置1が姿勢制御機構7を備えている場合は、機体6が走行して掘削を行っているレーンが前後方向xに傾斜している場合であっても、複数のシリンダ7aが伸長または収縮することにより掘削機構3が設置される本体8を水平な状態に維持できるので、水底地盤2の傾きに関わらず掘削機構3による掘削を効率的に行うことができる。   As illustrated in FIGS. 7 and 8, when the submarine ground excavating apparatus 1 includes the attitude control mechanism 7, the lane where the airframe 6 travels and performs excavation is inclined in the front-rear direction x. Even if it exists, since the main body 8 in which the excavation mechanism 3 is installed can be maintained in a horizontal state by extending or contracting the plurality of cylinders 7a, the excavation by the excavation mechanism 3 can be efficiently performed regardless of the inclination of the submarine ground 2. It can be carried out.

またレーンが左右方向yに傾斜している場合も、距離センサ19が設置される本体8を水平な状態に維持できるので、本体8に突設される水平部材18から水底地盤2までの距離L1、L2を測定する精度を向上できる。図7では説明のため掘削機構3等の一部の構成を省略している。   Further, even when the lane is inclined in the left-right direction y, the main body 8 on which the distance sensor 19 is installed can be maintained in a horizontal state. Therefore, the distance L1 from the horizontal member 18 protruding from the main body 8 to the water bottom ground 2 , The accuracy of measuring L2 can be improved. In FIG. 7, a part of the configuration of the excavation mechanism 3 and the like is omitted for explanation.

この姿勢制御機構7を構成するシリンダ7aの数および配置は上記に限られず、水底地盤2の傾きから独立して本体8を水平に維持できる構成であればよい。また姿勢制御機構7はシリンダ7aで構成される機構に限らず、本体8を水平に維持できる構成であればよい。   The number and arrangement of the cylinders 7a constituting the posture control mechanism 7 are not limited to the above, and any structure may be used as long as the main body 8 can be maintained horizontally independently of the inclination of the water bottom ground 2. Further, the posture control mechanism 7 is not limited to the mechanism configured by the cylinder 7a, and may be any configuration that can maintain the main body 8 horizontally.

図9および図10に例示する本発明の水底地盤掘削システム29は、複数の水底地盤掘削装置1とともに水底に沈められるベース30と、このベース30に設置されて水底地盤掘削装置1に向けて圧送ホース11の巻取りおよび繰出しをするベース用リール31と、このベース用リール31に巻回される圧送ホース11の他端に接続されるベース用圧送ポンプ32と、このベース用圧送ポンプ32から延びる圧送ホース11に接続される揚泥ライン33とを備えている。このベース用リール31とベース用圧送ポンプ32との間に、スラリーから水を分離して水中に廃棄する分水装置を設置することもできる。この揚泥ライン33は、水上に向かって延設され、水上で待機する運搬船等にレアアース等を含むスラリーを搬送する。このベース用リール31とベース用圧送ポンプ32は、複数の水底地盤掘削装置1に対応する数だけベース30に設置される。複数の水底地盤掘削装置1から圧送されるスラリーは、合流部33aを介して1本の揚泥ライン33から水上に運搬される。ベース30と揚泥ライン33との間の距離が長い場合には、この間の圧送ホース11に中継車両34を接続することもできる。   A bottom ground excavation system 29 of the present invention illustrated in FIG. 9 and FIG. 10 includes a base 30 that is submerged in the bottom of the water together with a plurality of bottom ground excavation apparatuses 1, and is pumped toward the bottom bottom ground excavation apparatus 1. A base reel 31 that winds and feeds the hose 11, a base pressure pump 32 connected to the other end of the pressure hose 11 wound around the base reel 31, and the base pressure pump 32. A pumping line 33 connected to the pressure hose 11 is provided. A water diversion device for separating water from the slurry and discarding it in water can be installed between the base reel 31 and the base pressure pump 32. This mud line 33 is extended toward the surface of the water, and conveys the slurry containing rare earth or the like to a transport ship or the like waiting on the surface of the water. The base reel 31 and the base pumping pump 32 are installed on the base 30 by the number corresponding to the plurality of submarine ground excavating apparatuses 1. The slurry pumped from the plurality of submarine ground excavators 1 is transported from the single mud line 33 to the water via the junction 33a. When the distance between the base 30 and the mud line 33 is long, the relay vehicle 34 can be connected to the pressure feeding hose 11 in the meantime.

中継車両34は、圧送ホース11の巻取りおよび繰出しをする中継リール35と、この中継リール35に巻回される圧送ホース11に接続される中継圧送ポンプ36と、水底地盤2上を走行するためのクローラ37とを備えている。水底地盤掘削装置1により掘削、回収されるレアアース等を含むスラリーは、ベース用圧送ポンプ32の稼働により水底地盤掘削装置1からベース30まで圧送され、中継車両34が設置される場合にはこの中継車両34に設置される中継圧送ポンプ36の稼働によりベース30から揚泥ライン33まで圧送される。この中継車両34を設置することにより、スラリーを長距離搬送できるの
で、揚泥ライン33から離れた位置にベース30を設置して水底地盤掘削装置1による掘削作業を行うことが可能となる。そのため、FPSOなど移動させにくい洋上設備に揚泥ライン33が接続される場合には、この揚泥ライン33を移動させることなく、この地点を中心にベース30を広い範囲で移動させながら水底地盤2の掘削を行うことが可能となり、掘削作業の効率を向上できる。
The relay vehicle 34 travels on the water bottom ground 2, the relay reel 35 that winds and feeds the pressure feed hose 11, the relay pressure feed pump 36 that is connected to the pressure feed hose 11 wound around the relay reel 35, and the water bottom ground 2. Crawler 37. The slurry containing rare earth or the like excavated and collected by the submarine ground excavator 1 is pumped from the submarine ground excavator 1 to the base 30 by the operation of the base pumping pump 32, and this relay is used when the relay vehicle 34 is installed. The relay pumping pump 36 installed in the vehicle 34 is pumped from the base 30 to the pumping mud line 33 by operation. By installing this relay vehicle 34, the slurry can be conveyed for a long distance, so that the base 30 can be installed at a position away from the mud line 33 and excavation work by the submarine ground excavation apparatus 1 can be performed. For this reason, when the mud line 33 is connected to an offshore facility that is difficult to move, such as FPSO, the bottom 30 Excavation can be performed, and the efficiency of excavation work can be improved.

この中継車両34の走行や中継圧送ポンプ36の作動等は、オペレータにより遠隔操作で制御される。この遠隔操作の他に、自動制御により自動的に移動や中継圧送ポンプ36の作動の制御等を行う構成としてもよい。また水底地盤2の状態や中継車両34の状態を確認するために、図1に例示するカメラ付きROV19aを中継車両34に設置する構成としてもよい。   The running of the relay vehicle 34, the operation of the relay pumping pump 36, and the like are controlled remotely by an operator. In addition to this remote operation, it may be configured to automatically control movement and operation of the relay pumping pump 36 by automatic control. Moreover, in order to confirm the state of the underwater ground 2 and the state of the relay vehicle 34, it is good also as a structure which installs ROV19a with a camera illustrated in FIG.

ベース30を揚泥ライン33の近傍に設置して掘削を行う場合には、中継車両34を設置せずにベース用圧送ポンプ32と合流部33aとを圧送ホース11で直接連結する構成にすることもできる。また揚泥ライン33を接続される洋上設備の移動が容易な場合は、中継車両34を設置せずに、揚泥ライン33が接続される洋上設備とともにベース30を移動させながら掘削作業を行う構成にすることもできる。   When excavation is performed by installing the base 30 in the vicinity of the mud line 33, the base pumping pump 32 and the junction 33a are directly connected by the pumping hose 11 without installing the relay vehicle 34. You can also. In addition, when the offshore equipment to which the mud line 33 is connected is easy to move, the excavation work is performed while moving the base 30 together with the offshore equipment to which the mud line 33 is connected without installing the relay vehicle 34. It can also be.

また1基のベース30に対して複数台の中継車両34を直列的に接続することで、揚泥ライン33から離れた位置であってもベース30を設置して掘削作業を行うことが可能となる。この中継車両34にも、水底地盤掘削装置1と同様に走行補助体14を設置することが望ましい。   Further, by connecting a plurality of relay vehicles 34 in series to one base 30, it is possible to perform excavation work by installing the base 30 even at a position away from the mud line 33. Become. It is desirable to install the traveling auxiliary body 14 in this relay vehicle 34 as well as the submarine ground excavating device 1.

揚泥ライン33は、ホースや管などで構成され、揚泥ライン33内の被搬送物であるスラリーに気泡を供給してこの浮力によりスラリーを水上に運搬するいわゆるエアリフターと呼ばれる構造を備えている。水上の船舶等に設置されるポンプにより揚泥ライン33内のスラリーを吸引して揚送してもよいが、船舶等からベース30までの距離が長くなる程、吸引による揚泥はエネルギ効率が低下して困難となるので、エアリフターを採用することが望ましい。   The pumping line 33 is composed of a hose, a pipe, and the like, and has a structure called an air lifter that supplies bubbles to the slurry that is a transported object in the pumping mud line 33 and transports the slurry onto the water by this buoyancy. Yes. The slurry in the mud line 33 may be sucked and pumped by a pump installed in a ship on the water, etc. However, as the distance from the ship etc. to the base 30 becomes longer, the pumped mud is more energy efficient. Adopting an air lifter is desirable because it is difficult to reduce.

この実施形態ではベース30は、互いに離れた位置に設置される少なくとも3つのトランスポンダ38を備えている。この構成によれば、ベース30から離れて掘削作業を行う水底地盤掘削装置1は、それぞれのトランスポンダ38までの距離を測定することにより、ベース30に対する自己の位置(座標)を取得することができる。それぞれのトランスポンダ38を予めベース30に設置しておくと、水底でトランスポンダ38を配置する作業等が不要となるので、水底地盤2の掘削作業の作業効率を向上するには有利となる。   In this embodiment, the base 30 includes at least three transponders 38 installed at positions distant from each other. According to this configuration, the submarine ground excavation apparatus 1 that performs excavation work away from the base 30 can acquire its own position (coordinates) with respect to the base 30 by measuring the distance to each transponder 38. . If each transponder 38 is installed in the base 30 in advance, the operation of disposing the transponder 38 at the bottom of the water becomes unnecessary, which is advantageous in improving the work efficiency of the excavation work of the underwater ground 2.

水深が比較的浅く、水底地盤2の複数の地点にトランスポンダ38を容易に設置できる場合は、互いの距離を離して広い範囲に複数のトランスポンダ38を設置することが望ましい。トランスポンダ38どうしの距離が離れているほど、水底地盤掘削装置1の座標を取得する際の精度を向上できる。   In the case where the water depth is relatively shallow and the transponders 38 can be easily installed at a plurality of points on the water bottom ground 2, it is desirable to install the plurality of transponders 38 in a wide range apart from each other. As the distance between the transponders 38 increases, the accuracy in acquiring the coordinates of the submarine ground excavator 1 can be improved.

図10に例示するように、水底地盤掘削システム29を利用して水底地盤2の掘削を行う際には、水底地盤2を一定の領域ごとのセル39に区切り、1つのセル39内で1台の水底地盤掘削装置1を往復移動させながら薄層掘削を行っていく。このセル39は、例えば200m四方の正方形に設定する。この実施形態では、1つの揚泥ライン33に対して、2つのベース30を水底に沈めて、さらにこのベース30に搭載される複数の水底地盤掘削装置1により掘削作業を行っている。揚泥ライン33から遠い位置にあるベース30との圧送ホース11の接続は、中継車両34を介して行っている。図10に例示する実施形態では、揚泥ライン33を中心とした同心円上に複数のセル39を設定して、水底地盤掘削装置1により順次掘削を行っている。図10には説明のため、揚泥ライン33を中心として異なる半径を有する同心円の円弧rを図示している。   As illustrated in FIG. 10, when the submarine ground 2 is excavated using the submarine ground excavation system 29, the submarine ground 2 is divided into cells 39 for each predetermined region, and one unit in one cell 39. Thin layer excavation is carried out while reciprocating the submarine ground excavation apparatus 1. The cell 39 is set to a square of 200 m square, for example. In this embodiment, two bases 30 are submerged in the bottom of the water for one pumping mud line 33, and excavation work is performed by a plurality of submarine ground excavators 1 mounted on the base 30. The connection of the pressure hose 11 with the base 30 located far from the pumping mud line 33 is performed via a relay vehicle 34. In the embodiment illustrated in FIG. 10, a plurality of cells 39 are set on a concentric circle centering on the pumping mud line 33, and excavation is sequentially performed by the submarine ground excavation apparatus 1. For the sake of explanation, FIG. 10 shows a concentric circular arc r having different radii around the lifting line 33.

またこの実施形態の水底地盤掘削装置1は、ベース30に設置されるトランスポンダ38との信号の送受信により、ベース30に対する自己の位置(座標)を検知することができるので、予め設定されたセル39内で掘削作業を効率的に行うことができる。水底地盤掘削装置1が、自己の圧送ホース11が接続されていない他のベース30のトランスポンダ38からの信号を利用して、自己の座標を検知する構成としてもよい。これにより、水底地盤掘削装置1の座標を取得する際の精度をさらに向上できる。図10では、説明のため掘削が行われていないセル39の外周を破線で示している。   In addition, the submarine ground excavation apparatus 1 of this embodiment can detect its own position (coordinates) with respect to the base 30 by transmitting and receiving signals to and from the transponder 38 installed in the base 30, so that a preset cell 39 It is possible to efficiently perform excavation work within. It is good also as a structure which detects the own coordinate using the signal from the transponder 38 of the other base 30 to which the submerged ground excavation apparatus 1 is not connected to its own pumping hose 11. Thereby, the precision at the time of acquiring the coordinate of the underwater ground excavation apparatus 1 can further be improved. In FIG. 10, the outer periphery of the cell 39 that has not been excavated is indicated by a broken line for the sake of explanation.

レアアース等の資源は浅く広く分布しているので、水上の船舶等で回収された泥土の比重等の分析を行いながら、何層まで掘削するかを決定する。このとき、水底地盤掘削装置1は距離センサ19により水底地盤2までの距離を測定しているので、この距離のデータと水底地盤掘削装置1の座標から資源の分布状況を推定することができる。   Since resources such as rare earths are shallow and widely distributed, the number of layers to be drilled is determined while analyzing the specific gravity of the mud collected by waterborne ships. At this time, since the submarine ground excavation apparatus 1 measures the distance to the submarine ground 2 by the distance sensor 19, the distribution status of resources can be estimated from the data of this distance and the coordinates of the submarine ground excavation apparatus 1.

周辺の掘削作業が完了したベース30は、作業船等により引き上げて他の場所に移動させる。ベース30の移動は、ベース30を水上に引き上げた後に移動させる方法を採用してもよく、作業船等からワイヤ等で懸吊した状態で水底近傍を移動させる方法を採用してもよい。揚泥ライン33を中心とした同心円状にベース30を順次配置することにより、ベース30と中継車両34と揚泥ライン33が一直線状に並ぶので、圧送ホース11の取り回しが容易となり、ベース30と中継車両34等の操作制御が容易となる。   The base 30 that has completed the peripheral excavation work is lifted by a work boat or the like and moved to another location. For the movement of the base 30, a method of moving the base 30 after being pulled up on the water may be adopted, or a method of moving the vicinity of the water bottom while being suspended from a work ship or the like by a wire or the like may be adopted. By sequentially arranging the base 30 concentrically around the pumping mud line 33, the base 30, the relay vehicle 34, and the mud muting line 33 are aligned in a straight line. Operation control of the relay vehicle 34 etc. becomes easy.

揚泥ライン33から離れた位置のセル39で掘削作業を行う場合は、ベース30と揚泥ライン33との間に中継車両34を接続して、この中継車両34の中継圧送ポンプ36を利用してスラリーの長距離搬送を行う。   When excavation work is performed in the cell 39 located away from the pumping mud line 33, a relay vehicle 34 is connected between the base 30 and the pumping mud line 33, and the relay pumping pump 36 of the relay vehicle 34 is used. The slurry is transported over a long distance.

1 水底地盤掘削装置
2 水底地盤
3 掘削機構
4 クローラ
5 走行機構
6 機体
7 姿勢制御機構
8 本体
11 圧送ホース
12 スパッド
13 スライド機構
14 走行補助体
17 らせん状の突起
19 距離センサ
21 傾動機構
29 水底地盤掘削システム
30 ベース
31 ベース用リール
32 ベース用圧送ポンプ
33 揚泥ライン
34 中継車両
35 中継リール
36 中継圧送ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Submarine ground excavator 2 Submarine ground 3 Excavation mechanism 4 Crawler 5 Traveling mechanism 6 Airframe 7 Attitude control mechanism 8 Main body 11 Pumping hose 12 Spad 13 Slide mechanism 14 Traveling auxiliary body 17 Spiral protrusion 19 Distance sensor 21 Tilt mechanism 29 Underwater ground Excavation system 30 Base 31 Base reel 32 Base pump 33 Pumping mud 34 Relay vehicle 35 Relay reel 36 Relay pump

Claims (5)

水底地盤を掘削する掘削機構とこの掘削機構が搭載されて水底地盤上を走行するクローラを有する走行機構とで構成された機体を備えた水底地盤掘削装置において、
前記機体に、上下方向に伸縮移動するスパッドと、このスパッドを水平方向にスライドさせるスライド機構とを有する走行補助体が設けられ、前記スパッドの先端部を水底地盤に埋入させた状態でこのスパッドを前記スライド機構により前記機体に対して水平方向にスライドさせることにより、このスライドさせた方向とは反対方向に前記機体を移動させる構成にしたことを特徴とする水底地盤掘削装置。
In a submarine ground excavation apparatus comprising a body composed of a excavation mechanism for excavating the submarine ground and a traveling mechanism having a crawler on which the excavation mechanism is mounted and traveling on the submarine ground,
The airframe is provided with a traveling auxiliary body having a spud that expands and contracts in the vertical direction and a slide mechanism that slides the spud in the horizontal direction, and the spud is embedded in the water bottom ground. The submarine ground excavation apparatus is configured to move the airframe in a direction opposite to the sliding direction by sliding the airframe horizontally with respect to the airframe by the slide mechanism.
前記スパッドの少なくとも先端部の外周面にらせん状に突起が形成され、スパッド軸心を中心にしてこのスパッドを回転させる構成にした請求項1に記載の水底地盤掘削装置。   The submarine ground excavation device according to claim 1, wherein a spiral protrusion is formed on an outer peripheral surface of at least a tip portion of the spud, and the spud is rotated about a spud axis. 前記機体が、前記走行機構の上部に設置される本体と、この本体と前記走行機構との間に設置されてこの本体を水平状態に維持する姿勢制御機構と、前記本体に設置されて前記水底地盤までの距離を測定する距離センサとを備える請求項1または2に記載の水底地盤掘削装置。   A main body installed above the traveling mechanism; an attitude control mechanism installed between the main body and the traveling mechanism to maintain the main body in a horizontal state; and The submarine ground excavation apparatus according to claim 1, further comprising a distance sensor that measures a distance to the ground. 請求項1〜3のいずれかに記載の複数の水底地盤掘削装置と、前記掘削機構に一端が接続される圧送ホースと、この圧送ホースの他端に接続されるベース用圧送ポンプと、このベース用圧送ポンプが設置されるベースと、このベース用圧送ポンプから他の圧送ホースを介して送られる被搬送物を水上まで搬送する揚泥ラインとを備えることを特徴とする水底地盤掘削システム。   A plurality of submarine ground excavation devices according to any one of claims 1 to 3, a pumping hose having one end connected to the drilling mechanism, a pumping pump for a base connected to the other end of the pumping hose, and the base A submarine ground excavation system comprising: a base on which a pressure pump is installed; and a muddy line that conveys an object to be conveyed sent from the base pressure pump via another pressure hose to the surface of the water. 前記ベースと前記揚泥ラインとの間に配置される中継車両を備え、この中継車両が前記圧送ホースの巻き取りおよび繰出しをする中継リールと、この圧送ホースに接続される中継圧送ポンプとを有する請求項4に記載の水底地盤掘削システム。   A relay vehicle disposed between the base and the pumping mud line, the relay vehicle having a relay reel that winds and feeds the pumping hose, and a relay pumping pump connected to the pumping hose The submarine ground excavation system according to claim 4.
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