JP6859050B2 - 海中採鉱基地および採鉱基地監視装置並びに海底鉱床のチムニー回避方法 - Google Patents
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Description
海底鉱物中には、現在地上で採掘されている鉱物と比較して、高濃度で有用金属が存在していることが各種調査で明らかにされている。そこで、近年、様々な機関で試掘調査が行なわれ、また、海底鉱物の採掘方法や採掘システムも種々提案されている(例えば特許文献1参照)。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、海底鉱床の傾斜や起伏に対応できる海中採鉱基地および採鉱基地監視装置並びに海底鉱床のチムニー回避方法を提供することを課題とする。
本発明の一態様に係る海中採鉱基地によれば、海底に立設されるプラットフォームは、海底鉱物採掘装置が装備されるとともに複数の支持脚を有し、各支持脚は、垂直方向への移動機構を介してZ方向に個別に相対的スライド移動が可能に構成されているので、海底鉱床の傾斜や起伏に対応することができる。
本発明の他の一態様に係る海中採鉱基地によれば、海底に立設されるプラットフォームは、海底鉱物採掘装置が装備されるとともに、X方向およびY方向の少なくとも一方に自ら移動可能なので、海底鉱床の傾斜や起伏に対応することができる。
また、本発明のいずれか一の態様に係る海中採鉱基地において、前記海底鉱床のチムニーを検出するチムニー検出手段を更に備えることは好ましい。このような構成であれば、海底鉱床のチムニーを検出できるので、海底鉱床の傾斜や起伏に対応する上でより好適である。
本発明の一態様に係る採鉱基地監視装置によれば、オペレータが海上または陸上の基地にて海中採鉱基地を監視する際に、海底鉱床のチムニーを海上または陸上の基地にて監視できるので、海底鉱床の傾斜や起伏に対応することができる。
本発明の一態様に係る海底鉱床のチムニー回避方法によれば、超音波の送受信による水中探知で得たエコーに基づいて海底鉱床のチムニーを検出し、チムニー検出工程で得たチムニーの位置情報に基づいて作業装置とチムニーとの干渉を回避するので、海底鉱床の傾斜や起伏に対応することができる。
この採掘システムは、図1に示すように、海上採鉱基地として海上SLに配置される採鉱母船1と、海底SBに配置される採鉱ステーション20および揚鉱ユニット4とを有する。この採掘システムでは、複数の採鉱ステーション20を海中採鉱基地とする。各採鉱ステーション20には複数の海底鉱物採掘装置30が装備されている(以下、「採掘装置30」とも呼ぶ)。
図2に示すように、採鉱ステーション20は、プラットフォームとなる矩形枠体状のベースフレーム21を有する。ベースフレーム21は、枠体の四隅が複数(この例では4脚)の支持脚26で支持されている。各支持脚26は、ジャッキ機構49を介してベースフレーム21に固定されている。
ジャッキ機構49は、不図示のモータ、減速機構およびラック・ピニオン機構を有する。ラックは支持脚26の軸方向に沿って形成されている。ジャッキ機構49は、モータで減速機構を介してラック・ピニオン機構を駆動することにより、支持脚26を上下方向(Z方向)にスライド移動可能に且つその移動位置の保持が可能になっている。なお、ジャッキ機構49の駆動用のモータとしては、流体圧による駆動(例えば油圧駆動)であっても、電力による駆動(例えば電磁式モータ)であってもよい(以下、他の駆動用のモータにおいて同様)。
さらに、各採鉱ステーション20は、管理コンピュータの管理下、基地制御ユニット45によるX方向用移動機構52およびY方向用移動機構44の駆動により、ガイドシェル48をX方向およびY方向に移動するとともに、高圧水供給ポンプの駆動により、取水した海水を高圧水として採掘装置30に供給し、ガイドシェル48に設けられた採掘装置30を駆動可能になっている。
図4に示すように、ガイドシェル48には、スライダ46を介して採掘装置30が装備されている。ガイドシェル48の上部には、ガイドシェル48に沿ってスライダ46をZ方向にスライド移動させるスライド移動機構47が設けられている。スライド移動機構47は、不図示のモータ、減速機構およびラック・ピニオン機構を有し、モータで減速機構を介してラック・ピニオン機構を駆動することにより、ガイドシェル48に沿ってスライダ46をZ方向にスライド移動可能になっている。
図5に採掘装置本体の部分を拡大して示すように、この採掘装置30は、二重管ロッド40よりも前方の部分に採掘装置本体10が装備される。採掘装置本体10は、円筒状のシリンダ31を備える。シリンダ31の内周面には、略円筒状のシリンダライナ33が嵌め込まれている。シリンダ31とシリンダライナ33との間には、シリンダ31の軸方向に沿って通水孔32が形成されている。
スリーブ38には、排水用通路38aの先端側の位置に吐出孔38gが穿孔されている。吐出孔38gは、スリーブ38の外周から中心の吸入孔38tに向けて且つ二重管ロッド40の方向に向けて後方側に傾斜している。スリーブ38の吸入孔38tには、吐出孔38gの出口に、シリンダ前室41への土砂等の侵入を防ぐ為の可撓性のチェックバルブ37が取り付けられている。
まず、図1に示したように、採鉱母船1、および架設配置用母船2を目的とする海域の海上SLに停泊する。次いで、架設配置用母船2に設置されているクレーン等の作業機11を用い、採鉱ステーション20および揚鉱ユニット4を海中に降ろし、これらの機材が図1に示す配置となるように海底SBの適切な位置に設置する。これらの機材の設置前または設置後に、吸込管5、揚鉱管6および排出管7、並びにアンビリカルケーブル8等の必要な配管および配線を行い、各配管内には海水を満たす。
通水孔32に入った高圧水は、ハンマ往復動切換機構に導入される。ハンマ往復動切換機構において、ハンマ前進状態での高圧水は、シリンダライナ33の連通孔33b〜制御溝34a〜連通孔33c〜32L〜33dの順に通り、ハンマ34前端のシリンダ前室41に入る。このとき、制御溝34cは連通孔33aとハンマ34の外周面で遮断されている。これにより、ハンマ34は後退(図5において上方に移動)する。
次いで、ハンマ34が、図6に示すように、後退限に達すると、シリンダライナ33に形成された通水孔33bがハンマ34の外周面で遮断される。一方、通水孔33aは、ハンマ34の外周面に形成されている制御溝34cと連通する。そのため、シリンダ31の通水孔32からの高圧水は、ハンマ34後側のシリンダ後室42に流入する。
この高圧水のシリンダ後室42への流入により、ハンマ34は後退から前進に転じ、所期の打撃位置でビット50の後端面を打撃する。打撃されたビット50は、先端のチップ50bがさく孔面に衝撃力を加えて海底鉱物を破砕する。
さらに、この採掘装置30によれば、スリーブ38の吸入孔38tは、二重管ロッド40の内筒40bの吸入孔40tを経て吸込管5に直接導入され、揚鉱ユニット4は、採掘装置30で採掘されたスラリー状の鉱物を海水と共に吸込管5から吸入できる。よって、スラリー状の海底鉱物が海水中に舞い上がって飛散してしまうことを防止または抑制できる(回収部、回収工程)。
一方、分離されたスラリー状の鉱物のうち、所望の比重の鉱物は、揚鉱用ポンプ25に送られ、揚鉱管6を介して採鉱母船1の貯蔵器13に揚鉱される。採鉱母船1では、貯蔵器13に貯蔵するときに、スラリー状の鉱物を海水と分離し、海底鉱物が貯蔵器13内部に貯蔵され、分離された海水は海中に排出される。
例えば、図7(a)に示すように、細径用採掘装置30を装備した採鉱ステーション20で採掘後に、同じ領域に対して、図8に示すように、大径用採掘装置30を装備した他の採鉱ステーション20、または大径用採掘装置30に換装した同一の採鉱ステーション20で更に採掘することもできる。なお、図7(a)および図8での、符号50および50Bは、ビットのみを換装するのではなく、細径ビット50ないし大径ビット50Bに対応した採掘装置30全体を換装する意味である。
例えば、上記実施形態では、海上採鉱基地として採鉱母船1を例に説明したが、これに限定されず、海上揚鉱基地として機能すれば、例えば海上に建設されたプラットフォームなどであってもよい。
また、例えば上記実施形態では、スラリー状の鉱物を、採鉱母船1内に設けられた貯蔵器13まで運搬する例で説明したが、これに限定されず、海底で採掘した鉱物を有底穴である竪穴VH内部から直接運搬すれば、海上の近傍や海面下(例えば船底近くに貯蔵器を設ける)で揚鉱もしくは貯蔵、または分級を行ってもよい。
また、竪穴VHを形成する方法および装置は、打撃機構によるさく孔に限定されず、回転機構によるドリル穿孔であってもよい。但し、採掘した鉱物をスラリー状とし、粒子径を非常に細かくして粒度を均一にする上では、ドリル穿孔ではなく、打撃機構によるさく孔が好ましい。
すなわち、同図に示すように、この採掘装置130は、単管のロッド57を有し、ロッド57の前方に採掘装置本体100が装着されている。採掘装置本体100は、ロッド57の先端にテーパねじ部56aで連結されたシリンダ56を有する。シリンダ56には、上方から順に、チェックバルブ51、ハンマ54およびビット50が内装され、ハンマ54の前後には、シリンダ前室52とシリンダ後室53が画成されている。
ここで、この採掘装置130は、シリンダ56には、さく孔口の周囲を囲繞するように、フートパッド58がさく孔口側に向けて押圧可能且つ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられている。フートパッド58の上部側面には、スラリーを海底鉱物資源として採掘する吸込管5が接続される。
打撃後の高圧水は、ビット50の軸心に設けた吸入孔50aを経てビット先端に出るが、さく孔で採掘された海底鉱物は、竪穴VH内で海水と混合されてスラリーとなる(スラリー生成部、スラリー生成工程)。
また、例えば上記実施形態では、海中採鉱基地として、採鉱ステーション20が自らは水平方向には移動しない例で説明したが、これに限らず、例えば、図10に示すように、採鉱ステーションが自ら水平方向に移動可能な機構を有する構成とすることもできる。
(課題2)ドリリング時に粉砕された鉱石が水中に舞い上がり、視界が不良となる。HMSの操作は、海上のオペレータがカメラにより目視で操作する必要があるため、操業率に影響が出る可能性がある。また、環境への負荷も大きい可能性がある。
(課題3)海底の起伏に応じた操作が必要であり、カメラで目視しながらの掘削となるため、完全自動化が難しい。
(課題4)鉱山の傾斜角に対応した登坂能力が必要となる。また、傾斜地でなくても、海底の地盤が軟弱な場合には、クローラによる走行に支障が出る可能性がある。
(課題5)ドラムカッターの形状の工夫にもよるが、採掘した鉱石のサイズが均一でないため、SCU(Subsea Crushing Unit)が必要といわれている。
(効果1)鉱石が破砕され非常に細かい粉末状となるため、SCU(Subsea Crushing Unit)を省略できる可能性がある。
(効果2)海底鉱床を縦に採掘していくため、ライザー掘削と同様に、採掘で破砕された鉱石はフローラインを用いて吸い出すことになり、環境へのまき散らしが少ない。そのため、環境への負荷も小さく、海上からオペレータがカメラで監視する場合に、視界の不良も防ぐことができる。
(効果3)着底位置での区画(所定範囲)を採鉱可能なので、予め定めたプログラムに従い、視認性の問題無く自動的に採掘できる。
(効果4)海底に立設されるとともに、各支持脚は、垂直方向への移動機構を介してZ方向に個別に相対的スライド移動が可能なので、HMSでの適用が難しいであろう複雑な海底形状や軟弱地盤に適用できる。
そのため、IRVによるVMSの吊り上げ、移動、着底の作業に多くの時間とコストがかかる。また、採掘期間中に常時IRVを使用するため、用船費も大きい。これに対し、以下説明する第二および第三実施形態は、この問題を解決するものであり、X方向およびY方向の少なくとも一方に自ら移動可能なVMS、すなわち海底鉱物資源開発用自走式垂直採掘システムである。
第一のベースフレーム21Aと第二のベースフレーム21Bとは、互いにコ字状の枠体からなる。第一および第二のフレーム21A、21Bは、コ字状をなす二つの角部に、上記実施形態同様に、ジャッキ機構49を介して支持脚26がそれぞれ設けられている。第一のベースフレーム21Aのコ字状の幅は、第二のベースフレーム21Bのコ字状の幅よりも狭い。
したがって、このような構成であっても、採掘装置30をX方向およびY方向に移動可能であり、海底鉱床の傾斜や起伏に対応しつつ、さく孔により有底穴である竪穴を形成しつつ海底鉱物を採掘し、その海底鉱物を竪穴内でスラリーにするとともに、そのスラリーを竪穴の内部から直接回収することができる。
第三実施形態のジャッキ機構49は、各支持脚26の両側に1基ずつ、合計2基が装備され、各支持脚26には、図15に示すように、二条のZ移動用ラックRzが、各支持脚26の軸方向に沿って周方向で対向する位置にそれぞれ取付けられている。
これにより、第三実施形態の採鉱ステーション220は、上下のプラットフォーム21X、21YをX方向およびY方向にスライド移動させるスライド移動機構、並びに各支持脚26をZ方向にスライド移動させるスライド移動機構により、後述する歩行制御処理の手順に従い、予定採掘区域をX方向およびY方向それぞれに歩行するとともに、採掘装置30をX方向およびY方向に移動させて、所定区画を順次に掘削可能になっている。
例えば、油圧シリンダ方式でスライドさせる移動機構を用いることができる。同様に、各支持脚26は、ラック&ピニオン機構を介してZ方向に相対的スライド移動が可能な例を示すが、これに限定されず、例えば油圧シリンダ方式でスライドさせる移動機構とすることができる。また、油圧駆動に限定されず、電気駆動式としてもよい。
また、図12において、曳航時、吊り下げ時および作業時の荷重条件より、上部プラットフォーム21Xのガーダー内側のX方向の長さLxおよびY方向の幅Lyはそれぞれ23mおよび10mとした。また、上部プラットフォーム21Xのガーダー自体の幅Wgおよび厚さDgはそれぞれ1mおよび2mとした。
また、中間フレーム21Mのガーダー自体の幅Wgおよび厚さDgは、両方ともに1mとした。また、図16に示したラック&ピニオン機構部において、ラックの長さは約10mとした。また、図17に示したラック&ピニオン機構部において、ラックの長さは、約10mとした。
さらに、第三実施形態では、各支持脚26を駆動するジャッキ機構49には、不図示のトルク検出器が装備されている。各トルク検出器は、対応する各ジャッキ機構49のラック&ピニオン機構のピニオンを駆動する各駆動モータのトルクを検出可能なトルク計である。各トルク検出器は、各駆動モータの随時のモータトルクを検出し、検出したトルク情報を基地制御ユニット45に出力可能になっている。
基地制御ユニット45は、採鉱ステーション220の姿勢制御処理が実行されると、傾斜センサの出力に基づいて、採鉱ステーション220自体の姿勢の不均衡の程度を判定し、ラック&ピニオン機構のピニオンを駆動する各駆動モータの調整により、姿勢安定を維持する姿勢安定制御を行う。
海上の曳航船である架設配置用母船2から採鉱ステーション220を吊り下げロープで吊り下げて海底に着底させる場合、まず、採鉱ステーション220は、平面視が、図12に示す着底準備姿勢の状態とされる。オペレータは、図21(a)に示すように、架設配置用母船2から採鉱ステーション220をロープで吊り降ろす。
採鉱ステーション220は、図22(d)に示した初期着底状態では、上下のプラットフォーム21X、21Yの相対位置が、図11および図12に示した着底準備姿勢において、上部プラットフォーム21Xおよび下部プラットフォーム21Yの全ての支持脚26が着底している。
そのため、基地制御ユニット45は、管理コンピュータから採掘準備命令を受けると、まず、図24に平面図を示すように、同図(a)の着底準備姿勢から、上部プラットフォーム21Xの全ての支持脚26を一旦離底させ、中間フレーム21Mと下部プラットフォーム21Yを結合した状態で上部プラットフォーム21XをXの正方向に一杯に移動させる。その後、基地制御ユニット45は、上部プラットフォーム21Xの全ての支持脚26を着底させて、同図(b)に示すように、採掘の開始状態とする。これにより、上下のプラットフォーム21X、21Yの内側の所定領域が、図23に示す第一の区画Aとなる。
(手順2−1)第一の区画Aにおいて、採鉱ステーション220の基地制御ユニット45は、管理コンピュータから採掘開始命令を受けると、中間フレーム21Mの内側の所定領域(10m×10m)を採掘する。基地制御ユニット45は、一の区画の採鉱時には、採鉱ステーション220の歩行を停止した状態で、中間フレーム21Mの内側の10×10mの所定領域を、図7に示した方法で採掘装置30のX方向およびY方向の移動により順次に掘削して採鉱を行っていく(以下同様)。
つまり、第一の区画Aの採鉱を終えた状態では、図26に示すように、上部プラットフォーム21Xおよび下部プラットフォーム21Yの全ての支持脚26が着底している。
そのため、基地制御ユニット45は、まず、図27に示すように、上部プラットフォーム21Xの支持脚26を着底させたまま、下部プラットフォーム21Yの4つの支持脚26を離底させる。
(手順2−4)第二の区画Bでの所期の採鉱を終えたら(図30(c))、基地制御ユニット45は、下部プラットフォーム21Yの支持脚26を着底させたまま、上部プラットフォーム21Xの4つの支持脚26を離底させ、次いで、下部プラットフォーム21Yと中間フレーム21Mを結合した状態で、図31(a)に示すように、上部プラットフォーム21XをXの正方向一杯に移動させる。その後、上部プラットフォーム21Xの4つの支持脚26を着底させる。
(手順2−6)第四の区画Dにおいて、基地制御ユニット45は、管理コンピュータから採掘開始命令を受け、中間フレーム21Mの内側の所定領域を採掘する。
(手順2−7)以下、同様にして、Xの正方向への歩行および掘削では(2−4)〜(2−6)の手順を繰り返す。
次に、前述の(手順1)の(手順2−4)の状態からY方向に移動する手順を説明する。
(手順3−1)図31(f)に示す状態から、Y方向に採鉱ステーション220を移動するときは、基地制御ユニット45は、上部プラットフォーム21Xの支持脚26を着底させたまま、下部プラットフォーム21Yの4つの支持脚26を離底させ、次いで、上部プラットフォーム21Xと中間フレーム21Mを結合した状態で、図32(a)に示すように、下部プラットフォーム21YをYの正方向一杯に移動させる。その後、下部プラットフォーム21Yの4つの支持脚26を着底させる。
その後、基地制御ユニット45は、下部プラットフォーム21Y4つの支持脚26を着底させる。これにより、上下のプラットフォーム21X、21Yの内側の所定領域が、図23に示す第五の区画Eとなる。図33に示すように、第五の区画Eにおいて、基地制御ユニット45は、管理コンピュータから採掘開始命令を受けると、中間フレーム21Mの内側の所定領域を採掘する。
以下、図33(a)〜(c)に示すように、Xの負方向に移動する場合は、Xの正方向と同様の手順を逆方向に向けて行えばよく、予定採掘区域(40×40m)の掘削終了まで、上述した(手順2)と(手順3)の動作を繰り返し行う。また、X方向の走行に関しては、Xの正方向と負方向の手順を交互に実行すればよい。
同図の架設配置用母船2は、平面視が矩形枠状の船体を有し、船体の左右が浮体2fとされている。平面視で、船体中央は、矩形状のムーンプール2pとされ、ムーンプール2pを跨ぐようにクレーン11が船体上に跨設されている。
船体の甲板には、居住室2hおよび貯蔵室2sが設けられるとともに、適所にウインチ11wが装備され、ムーンプール2pから採鉱ステーション220を海中に吊り下ろし、および引き揚げ可能になっている。なお、同図(c)の符号DおよびUは、採鉱ステーション220の吊り下ろし、および引き揚げ可能なイメージを示している。
なお、チムニー探知部91の設置箇所は、「プラットフォーム21の中央の最も高い適所」に限定されず、所期の探査が可能であれば、採鉱ステーション220の他の位置に設置できる。例えば、プラットフォーム21の鉱床側を向く面にチムニー探知部91を設けてもよい。この場合、プラットフォーム21の鉱床側を向く面から、自身の支持脚26やガイドシェル48を含み、自身下部とその周囲の地形の高さを測定して鉱床の凹凸を検知することができる。
具体的には、図35に示すように、基地制御ユニット45は、上述した各移動機構を駆動するモータのトルクをそれぞれのトルク検出器52x、44y、47z、71r、9p、Mx、My、Mz(49)の検出値からを取得することによって監視可能に構成されている。また、基地制御ユニット45は、チムニー回避処理のプログラムを実行可能に構成されている。
ステップS22では、採鉱基地監視装置80からの回避命令(例えばオペレータによるマニュアル操作)の有無を確認し、回避命令が有れば(Yes)処理を戻して回避命令に応じた制御を行い、回避命令が無ければ(No)、続くステップS23に移行する。
例えばプラットフォーム21の鉱床側を向く面にチムニー探知部91が装備されている場合は、自身の支持脚26やガイドシェル48の位置情報から、プラットフォーム21の設定高さとの高低差を判断可能であり、さらに、採鉱ステーション220の移動方向から障害物を判定できる。
ここで、非接触時の回避対応をオペレータが行う場合、例えばプラットフォーム21の底面のチムニー探知部91により、採鉱ステーション220の支持脚26やガイドシェル48の位置情報を含む脚底情報から地形の高さを測定して鉱床の凹凸を検知するとともに、超音波画像、およびカメラによる撮像画像を参照してチムニーをマニュアル回避することが好ましい。
続くステップS28では、探知情報を再取得するか否かが判定される。つまり、海上のオペレータから、探知情報を再取得する命令が入力されていればステップS21に処理を戻し、そうでなければ処理を主制御処理に戻す。
図37に示す採鉱基地監視装置80は、採鉱ステーション220を監視するために海上基地となる採鉱母船1または架設配置用母船2に装備される上記管理コンピュータが対応する。なお、本実施形態では、採鉱基地監視装置80を海上基地に装備した例を説明するが、これに限定されず、採鉱基地監視装置80を陸上基地に装備し、監視するオペレータは海上基地でなく、離れた陸上基地において監視することもできる。
これにより、採鉱ステーション220が歩行中の随時のイメージ画像を常に表示部86に表示することができる。なお、チムニーの位置情報と採鉱ステーション220の位置情報は、緯度情報および経度情報を含むものであり、また、チムニーと採鉱ステーション220の深度情報を含むものである。これにより、より精度の高い探査が可能となる。また、界面状態を正確に判定する上で好適である。
続くステップS18では、オペレータによる入力部87からの再探査要求の入力操作の有無を見て、再探査要求があれば(Yes)ステップS12に処理を戻し、そうでなければ(No)ステップS14に処理を戻し、採鉱ステーション220の位置情報以外の情報を引き続き用いる。
上述したように、第三実施形態では、作業装置である採鉱ステーション220は、基地制御ユニット45がチムニー探知部91を含んで構成され、また、採鉱母船1または架設配置用母船2は、採鉱基地監視装置80を備えるので、第三実施形態の構成であれば、障害物となるチムニーを回避できる。
つまり、採鉱ステーション220は、上述したように、基地制御ユニット45は、検出したチムニーを避ける回避制御を実行し、チムニー探知部91が、超音波の送受信による水中探知で得たエコーに基づいて海底鉱床のチムニーを検出し(チムニー検出工程)、検出されたチムニーの位置情報に基づいて、障害物と判定したチムニーを避ける回避制御が実行されるので、障害物となるチムニーとの干渉を回避できる(干渉回避工程)。
このときは、下部プラットフォーム21Yを駆動するY駆動モータMyに異常トルクが生じることになる。そのため、Y駆動モータMyのトルク検出器は、ただちに異常値を出力する。これにより、基地制御ユニット45は、Y駆動モータMyに対応する移動機構がチムニーに接触したと判定し(図36のステップS21の「No」)、回避制御により、Y駆動モータMyのトルクが正常値の範囲に戻るまで、対応するY駆動モータMyを逆転駆動できる(図36のステップS26)。よって、チムニーに接触した場合であっても、チムニーとの過剰な衝突を防止または抑制できる。
よって、オペレータは、海中の採鉱ステーション220の状態を随時に監視し、検出されたチムニーの位置情報に基づいて、採鉱ステーション220にチムニーが干渉するおそれがあると判断したら、マニュアル操作によって、障害物となるチムニーとの干渉を事前に回避できる(干渉回避工程)。
2 架設配置用母船
3 運搬船
4 揚鉱ユニット
5 吸込管
6 揚鉱管
7 排出管
8 アンビリカルケーブル
9 高圧水供給管
10 採掘装置本体
11 作業機
12 発電機
13 貯蔵器
20、120、220 採鉱ステーション(海中採鉱基地)
21 ベースフレーム(プラットフォーム)
25 揚鉱用ポンプ
26 支持脚
27 分級器
30 採掘装置
31 シリンダ
32 通水孔
33 シリンダライナ
34 ハンマ
35 連結部材
36 シリンダブシュ
37 チェックバルブ
38 スリーブ
39 リング
40 二重管ロッド
41 シリンダ前室
42 シリンダ後室
43 移動フレーム
45 基地制御ユニット(コントローラ)
48 ガイドシェル
49 ジャッキ機構
50 ビット
71 ハウジング部
80 採鉱基地監視装置
81 制御部
82 海中探知装置
83 超音波送信器
84 超音波受信器
85 探知部
86 表示部
87 入力部
90 駆動部
91 チムニー探知部
92 超音波送受信部
93 検出部
SL 海上
SB 海底
OD 海底鉱床
VH 竪穴(有底穴)
Claims (17)
- 海中に配置されて且つ海底に立設されるとともに、海底鉱床に有底穴を形成しつつ採掘された海底鉱物を有底穴内から回収する海中採鉱基地であって、
海底鉱床に有底穴を形成する海底鉱物採掘装置と、該海底鉱物採掘装置が装備されるプラットフォームと、海底鉱床のチムニーを検出するチムニー検出手段と、を備え、
前記プラットフォームは、複数の支持脚を有し、各支持脚は、垂直方向への移動機構を介してZ方向に個別に相対的スライド移動が可能に構成されていることを特徴とする海中採鉱基地。 - 前記プラットフォームに装備された移動機構の全てまたはいずれかを制御するコントローラを備える請求項1に記載の海中採鉱基地。
- 海中姿勢の安定機構として傾斜センサを更に備え、
前記コントローラは、前記傾斜センサの出力に基づいて、基地自体の姿勢の不均衡の程度を判定し、各支持脚の垂直方向への移動機構を制御して基地自体の姿勢安定を維持する姿勢安定制御を実行する請求項2に記載の海中採鉱基地。 - 前記チムニー検出手段は、超音波を送受信する超音波送受信部と、超音波による水中探知で得たエコーに基づいて前記チムニーを検出する検出部と、を有する請求項1に記載の海中採鉱基地。
- 前記チムニー検出手段は、カメラまたは画像センサで前記海底鉱床の前記チムニーを検出する画像処理部を有する請求項1に記載の海中採鉱基地。
- 前記コントローラは、前記チムニー検出手段によって検出したチムニーを避ける回避制御を実行する請求項2に記載の海中採鉱基地。
- 前記プラットフォームに装備された各移動機構は、モータによって駆動されるものであり、
前記コントローラは、各移動機構を駆動するモータのトルクを監視し、監視するトルクが所定値を超えたときには、対応する移動機構が前記チムニーに接触したと判定して前記回避制御を実行する請求項6に記載の海中採鉱基地。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の海中採鉱基地を監視するために海上または陸上の基地に装備される採鉱基地監視装置であって、
前記海底鉱床のチムニーを監視するチムニー監視手段を備えることを特徴とする採鉱基地監視装置。 - 前記チムニー監視手段は、前記チムニーのエコー画像を監視画面上に表示する表示部を有する請求項8に記載の採鉱基地監視装置。
- 前記チムニー監視手段は、
検出された前記チムニーのエコー画像と前記チムニーの位置情報とを取得するチムニー情報取得部と、
前記取得した位置情報に基づいて、予め取得されている海底地図情報との関連付けをするとともに、前記監視画面上に、当該チムニーのエコー画像を海底地図と重畳表示させる表示合成部と、
前記海中採鉱基地への障害となるチムニーを判定する判定部と、
を備える請求項9に記載の採鉱基地監視装置。 - 前記位置情報は、緯度情報および経度情報を含む請求項10に記載の採鉱基地監視装置。
- 前記位置情報は、前記チムニーの深度情報を含む請求項10または11に記載の採鉱基地監視装置。
- 前記判定部は、前記監視画面上に表示される複数のチムニーのうち、前記海中採鉱基地の移動方向に基づいて、最も海中採鉱基地に近いチムニーを障害となるチムニーと判定する請求項10〜12のいずれか一項に記載の採鉱基地監視装置。
- 前記表示合成部は、前記海中採鉱基地の移動にあわせて、前記監視画面上に重畳表示している海底地図およびチムニーのエコー画像を移動させる請求項10〜13のいずれか一項に記載の採鉱基地監視装置。
- 海中に配置されて且つ海底に立設されるとともに、海底鉱床に有底穴を形成しつつ採掘された海底鉱物を有底穴内から回収する海中採鉱基地であって、
海底鉱床に有底穴を形成する海底鉱物採掘装置と、該海底鉱物採掘装置が装備されるとともに水平面で互いに直交するX方向およびY方向の少なくとも一方に自ら移動可能なプラットフォームと、を備え、
前記プラットフォームは、上部プラットフォーム、下部プラットフォーム、および、これら上下のプラットフォームの間に配置される中間フレームを有し、
前記中間フレームと前記上部プラットフォームとは、水平方向への第一の移動機構を介して一の方向に相対的スライド移動が可能に構成されるとともに、
前記中間フレームと前記下部プラットフォームとは、水平方向への第二の移動機構を介して前記一の方向と直交する他の方向に相対的スライド移動が可能に構成され、
前記上下のプラットフォームそれぞれは、複数の支持脚を有し、各支持脚は、垂直方向への移動機構を介してZ方向に個別に相対的スライド移動が可能に構成され、
前記上部プラットフォームまたは前記下部プラットフォームに装備されて第三の移動機構により移動可能な移動フレームを更に備え、
前記海底鉱物採掘装置は、前記第三の移動機構の駆動により前記装備されたプラットフォームに沿って水平面で互いに直交するX方向およびY方向の少なくとも一方に移動可能に前記移動フレームに装着され、
前記支持脚は、前記垂直方向への移動機構として、当該支持脚を上下にスライド移動およびその移動位置の保持が可能なジャッキ機構を介して前記移動フレームに固定されている、ことを特徴とする海中採鉱基地。 - 前記海底鉱物採掘装置は、前記移動フレームに固定されて上下方向に延びるガイドシェルと、前記ガイドシェル上部に取り付けられた給進機構と、前記給進機構に連結されて該給進機構の駆動によって前記ガイドシェルに沿って上下動する採掘装置本体と、前記採掘装置本体のロッドに連結されて該ロッドとともに前記採掘装置本体を回転させる回転機構と、を有する請求項15に記載の海中採鉱基地。
- 海底鉱床で用いられて海底を自走しつつ採掘に必要な作業を行う作業装置と海底鉱床のチムニーとの干渉を回避する方法であって、
超音波の送受信による水中探知で得たエコーに基づいて海底鉱床のチムニーを検出するチムニー検出工程と、該チムニー検出工程で得たチムニーの位置情報に基づいて前記作業装置とチムニーとの干渉を回避する干渉回避工程と、を含むことを特徴とする海底鉱床のチムニー回避方法。
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