JP6969057B2 - 破砕工法及びこれに用いられる減圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、岩盤を破砕するために用いられる破砕工法及びこれに用いられる減圧装置に関する。

地熱発電は、地殻流体を利用して発電を行っている。現在発電に利用されている地殻流体領域は、純水の臨界点（３７４℃及び２２ＭＰａ）以下である。今後、現在利用されている領域を超えた場所に存在する超臨界流体（臨界点以上の流体）を地熱発電に利用する超臨界地熱発電が検討されている。超臨界流体を地熱発電に利用するメリットは、比エンタルピーの高さである。例えば、２５０℃の飽和水蒸気圧（約４ＭＰａ）の液相の比エンタルピーは約１０００ｋＪ／ｋｇであるのに対し、４００℃の加熱蒸気の比エンタルピーは約３０００ｋＪ／ｋｇである。

従来、石油、天然ガス、シェールガス等の地下資源を採取する際に用いられる水圧破砕法が知られている。この水圧破砕法は、坑井内に満たされた水等のフラクチャリング流体を高圧で岩盤に圧入することで、岩盤に亀裂を発生させる方法である。

フラクチャリング流体には、生成した亀裂が地中の圧力等による崩壊を防ぐために、プロパントと呼ばれる亀裂支持材が添加されることもある。従来の水圧破砕法では、砂等の粒状物をプロパントとして添加したフラクチャリング流体を高圧で圧入する。また、特許文献１に開示される水圧破砕法を利用した地下資源の採掘方法では、亀裂を一時的に塞ぐ加水分解性材料をブロッキングするための加水分解性ブロッキング剤を添加したフラクチャリング流体を高圧で圧入する。

従来の水圧破砕法及び特許文献１に開示される採掘方法によれば、フラクチャリング流体を高圧で圧入して岩盤に亀裂を発生させることにより、岩盤の透水性（透過性）を向上させ、効率よく地下資源を採取できるとされている。

特開２０１６−０９８５０３号公報

ところで、超臨界流体を地熱発電に利用するためには、超臨界流体が存在する岩盤の透水性が重要となる。岩盤の透水性は、深度とともに大きく減少するとされている。

また、地殻の脆性、即ち岩盤のせん断強度は、深度が深くなるに従って大きくなる。この強度変化は、いわゆる摩擦則に従う。つまり、所定の深度までは、岩盤に力を加えることにより破壊する脆性領域の岩盤となる。一方、深度とともに、温度も上昇することから、所定の深度以降では、岩盤に力を加えることにより変形する延性領域の岩盤となる。

上述した従来の水圧破砕法及び特許文献１に開示される採取方法は、岩盤の透水性を向上させるために、フラクチャリング流体を高圧で圧入することから、あくまで力を加えることにより破壊する脆性領域の岩盤に適用できるものである。即ち、超臨界流体が存在する延性領域の岩盤にフラクチャリング流体を高圧で圧入したとしても、延性領域の岩盤に亀裂を発生させることができず、その結果、岩盤の透水性を向上させることができない。このため、従来の水圧破砕法及び特許文献１に開示される採取方法は、延性領域の岩盤に適用することができない。

したがって、延性領域の岩盤に亀裂を発生させて、延性領域の岩盤に存在する超臨界流体を利用する技術が切望されている。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、延性領域の岩盤であっても亀裂を発生させることが可能となる破砕工法及びこれに用いられる減圧装置を提供することにある。

第１発明に係る破砕工法は、岩盤に亀裂を発生させるために用いられる破砕工法であって、前記岩盤に設置された坑井の内部に、前記坑井の内部を減圧する減圧装置を設置する設置工程と、前記設置工程において設置した前記減圧装置により前記坑井の内部を減圧する減圧工程を備えることを特徴とする。

第２発明に係る破砕工法は、第１発明において、前記設置工程は、前記減圧装置に接続される接続管と、前記接続管に取り付けられるパッカーと、を前記坑井の内部に設置し、前記減圧工程は、前記パッカーにより前記坑井と前記接続管との隙間を遮断し、前記坑井の内部における前記パッカーよりも下方側の領域を前記減圧装置により減圧することを特徴とする。

第３発明に係る破砕工法は、第１発明又は第２発明において、前記設置工程は、流体が通る流路と、前記流路の連通及び閉塞を切り替える切替機構とを有する前記減圧装置を、前記流路が閉塞された状態で前記坑井の内部に設置し、前記減圧工程は、前記切替機構を切り替えて閉塞された状態の前記流路を連通させることで、前記坑井の内部を減圧することを特徴とする。

第４発明に係る破砕工法は、第３発明において、前記設置工程は、前記坑井を遮断するパッカーが取り付けられる接続管に接続される第１流路と、前記第１流路に相対移動可能に連結された第２流路と、を有する前記流路と、前記流路を閉塞する閉塞部と、前記閉塞部を係止する係止部を有する前記切替機構と、を有する前記減圧装置を前記坑井の内部に設置し、前記減圧工程は、前記第１流路と前記第２流路を相対移動させ、前記係止部に係止されていた前記閉塞部により閉塞された状態の前記流路を連通させることで、前記坑井の内部を減圧することを特徴とする。

第５発明に係る破砕工法は、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、前記減圧工程は、超臨界状態又は亜臨界状態の流体を含む前記岩盤に設置された前記坑井の内部を減圧することを特徴とする。

第６発明に係る減圧装置は、第１発明〜第５発明の何れかの破砕工法に用いられる減圧装置であって、前記坑井の内部を減圧するものであることを特徴とする。

第７発明に係る減圧装置は、第６発明において、流体が通る流路と、前記流路の連通及び閉塞を切り替える切替機構とを備えることを特徴とする。

本発明を適用した破砕工法によれば、坑井の内部を減圧装置により減圧する減圧工程を備える。これにより、本発明を適用した破砕工法によれば、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、本発明を適用した破砕工法によれば、減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤に亀裂を発生させることが可能となる。

本発明を適用した減圧装置によれば、坑井の内部を減圧する。これにより、本発明を適用した減圧装置によれば、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、本発明を適用した減圧装置によれば、減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤に亀裂を発生させることが可能となる。

本発明を適用した破砕工法に用いられる破砕システムを示す図である。 本発明を適用した減圧装置の第１実施形態を主に示す図である。 本発明を適用した破砕工法の開始時における坑井を示す図である。 本発明を適用した破砕工法の設置工程を示す図である。 設置工程における第１実施形態に係る減圧装置を主に示す図である。 減圧工程においてパッカーにより坑井と接続管との隙間を遮断した状態の破砕システムを示す図である。 減圧工程において減圧装置により減圧する際の破砕システムを示す図である。 図７の減圧装置を主に示す図である。 減圧工程終了時における破砕システムを示す図である。 本発明を適用した減圧装置の第２実施形態を主に示す図である。 減圧工程において第１流路と第２流路との連結を解除した状態の減圧装置を主に示す図である。 減圧工程において固定部と閉塞部との連結を解除した状態の減圧装置を主に示す図である。

以下、本発明を適用した破砕工法及びこれに用いられる減圧装置を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した破砕工法に用いられる破砕システム１００を示す図である。

破砕システム１００は、本発明を適用した破砕工法に用いられ、坑井８の坑底近傍の岩盤９に亀裂を発生させるために用いられる。破砕システム１００は、坑井８の内側に設置される。坑井８には、複数のケーシング管８１が設置されている。坑井８の坑底近傍の岩盤９は、延性領域となっており、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が含まれる。また、岩盤９に含まれる流体は、例えば、水、二酸化炭素、石油、天然ガス、シェールガスである。坑井８の長さは、設置される岩盤９にもよるが、例えば、３ｋｍ以上である。

破砕システム１００は、本発明を適用した減圧装置１と、管体２と、接続管３と、パッカー４と、を備える。

減圧装置１は、坑井８の内部を減圧するものである。減圧装置１は、上端側に管体２が接続され、下端側に接続管３が接続される。なお、減圧装置１の上端側に、管体２に接続された接続管３が接続されてもよい。

管体２は、鋼管、ドリルパイプ等の管状部材が複数連結されるものである。管体２は、、坑井８のケーシング管８１に挿入され、地上近傍から坑井８の坑底近傍まで延びている。

接続管３は、その周囲にパッカー４が取り付けられる金属製等の管状部材である。

パッカー４は、所定の機構により膨張することで、坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間（アニュラス部）を遮断するものである。

パッカー４は、例えば、樹脂製、金属製のものが用いられる。この他、パッカー４は、その内部に水等の封入液が封入されて、封入液の熱膨張によって膨張するものであってもよい。封入液が封入されたパッカー４は、岩盤９の温度が水の臨界点である３７４℃以上であっても使用することができる。

なお、図１に示す形態において、接続管３及びパッカー４は、減圧装置１の下方側に配置されるが、減圧装置１の上方側に配置されてもよい。

図２は、本発明を適用した減圧装置１の第１実施形態を主に示す図である。第１実施形態に係る減圧装置１は、流体が通るための筒状の流路１１と、流路１１の連通と閉塞とを切り替える切替機構１２とを有する。

流路１１は、接続管３側に接続される筒状の第１流路１１１と、管体２側に接続される筒状の第２流路１１２と、有する。第１流路１１１は、第２流路１１２の下方側に配置され、第２流路１１２に挿通される。

第１流路１１１と第２流路１１２とは、シャーピン等が用いられる第１連結部１１３を介して互いに連結される。第１連結部１１３を破断させることで、第１流路１１１と第２流路１１２との連結が解除され、第１流路１１１と第２流路１１２とが相対移動可能となる。

切替機構１２は、第２流路１１２に固定される棒状の接触部１２１と、第１流路１１１に取り付けられる伸縮部１２２と、伸縮部１２２の上端に取り付けられるとともに流路１１を閉塞する閉塞部１２３と、閉塞部１２３を係止する係止部１２４とを有する。

接触部１２１は、下端に円錐形状等に窪ませられた窪み部１２１ａが形成される。

伸縮部１２２は、例えば、スプリング等の伸縮可能な弾性部材が用いられる。伸縮部１２２は、第１流路１１１の延伸方向に伸縮可能に第１流路１１１に取り付けられる。

係止部１２４は、第１流路１１１の上端側が第１流路の他の部分よりも縮径されて、第１流路１１１に形成される。

閉塞部１２３は、係止部１２４に係止されることで流路１１を閉塞するものとなる。閉塞部１２３は、上端が接触部１２１の窪み部１２１ａに嵌合可能な形状であり、例えば、円錐形状等に形成される。

次に、第１実施形態に係る減圧装置１を用いた、本発明を適用した破砕工法について説明する。

図３は、本発明を適用した破砕工法の開始時における坑井８を示す図である。本発明を適用した破砕工法は、先ず、坑井８の掘削が完了した状態から開始する。この坑井８には、ケーシング管８１が複数連結されている。坑井８の坑底近傍の岩盤９は、延性領域となっており、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が含まれる。

本発明を適用した破砕工法は、設置工程と、減圧工程とを備える。

図４は、本発明を適用した破砕工法の設置工程を示す図である。図５は、設置工程における第１実施形態に係る減圧装置１を主に示す図である。

図４に示すように、設置工程は、減圧装置１と、管体２と、接続管３と、パッカー４とを備える破砕システム１００を坑井８の坑底近傍まで降下し、坑井８の内部に設置する。坑井８に設置されるパッカー４の周辺の岩盤９には、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が含まれている。

図５に示すように、設置工程において、減圧装置１の流路１１は、閉塞部１２３により閉塞された状態で坑井８の内部に設置される。設置工程においては、閉塞部１２３を挟んで下方側の流路１１（第１流路１１１）内の圧力は、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体により、閉塞部１２３を挟んで上方側の流路１１（第２流路１１２）内の圧力よりも高圧となっている。

また、設置工程では、第１流路１１１と第２流路１１２とは、第１連結部１１３を介して互いに連結されている。

設置工程の後に、減圧工程を行う。図６は、減圧工程においてパッカー４により坑井８と接続管３との隙間を遮断した状態の破砕システム１００を示す図である。減圧工程は、設置したパッカー４を膨張させる。減圧工程は、膨張させたパッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間を遮断する。つまり、減圧工程では、パッカー４を膨張させることにより、坑井８の内部を、パッカー４よりも上方側の領域と、パッカー４よりも下方側の領域と、に遮断する。

図７は、減圧工程において減圧装置１により減圧する際の破砕システム１００を示す図である。図８は、図７の減圧装置１を主に示す図である。パッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間を遮断した後、減圧工程は、坑井８の内部におけるパッカー４よりも下方側の領域を減圧装置１により減圧する。これにより、岩盤９に含まれる流体が図中矢印Ｐ方向に示すように接続管３に流入する。

詳細には、図８に示すように、減圧工程は、第１流路１１１と第２流路１１２とを連結した第１連結部１１３を破断させ、第２流路１１２を第１流路１１１に対して下方側に相対移動させる。坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間をパッカー４により遮断したことにより、接続管３の位置が固定される。このため、接続管３に接続される第１流路１１１の位置も固定される。したがって、第２流路１１２に下方に向けて力を加えることにより第１連結部１１３を破断させ、第１流路１１１に対して第２流路１１２を下方に押し下げて移動させることができる。第２流路１１２を下方に移動させることで、切替機構１２の接触部１２１が閉塞部１２３に接触される。このとき、接触部１２１の窪み部１２１ａが閉塞部１２３の上端に嵌合される。

そして、第２流路１１２を第１流路１１１に対して更に下方側に移動させることにより、接触部１２１に接触した閉塞部１２３を介して伸縮部１２２が縮むように変形する。これにより、係止部１２４に係止されていた閉塞部１２３の係止が解除され、閉塞部１２３と第１流路１１１との間に隙間が生じる、その結果、閉塞部１２３により閉塞した状態の流路１１が連通される。このようにして、閉塞した状態の流路１１が切替機構１２により切り替えられ、流路１１が連通されることとなる。

このとき、パッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間が遮断されている。このため、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体は、接続管３から図中矢印Ｐ方向で流路１１を通り、管体２まで流入する。流路１１及び管体２に流体が流入することにより、パッカー４よりも下方側の領域が減圧されることとなる。このようにして、減圧工程は、坑井８の内部におけるパッカー４よりも下方側の領域を減圧装置１により減圧する。

減圧工程において、坑井８の内部を減圧装置１により減圧することにより、岩盤９に含まれる超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、その減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤９が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤９に亀裂を発生させることが可能となる。

図９は、減圧工程終了時における破砕システム１００を示す図である。図９に示すように、流路１１に流入した流体は、管体２にも流入し、管体２が流体で満たされることとなる。管体２に流体が満たされた後、膨張させていたパッカー４を収縮させ、坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間の遮断を解除する。その後、減圧装置１、管体２、接続管３、パッカー４を坑井８の外部に取り出して、管体２に満たされた流体を回収する。

そして、管体２に満たされた流体を回収した後に、新たに設置工程と、減圧工程とを行う。新たに設置工程を行う前には、既に破断させた第１連結部１１３を破断していない新たな第１連結部１１３に交換し、第１流路１１１と第２流路１１２とを連結しておく。

設置工程と、減圧工程とを複数回行い、本発明を適用した破砕工法が完了する。

次に、本発明を適用した破砕工法の作用効果について説明する。

本発明を適用した破砕工法によれば、坑井８の内部を減圧装置１により減圧する減圧工程を備える。これにより、本発明を適用した破砕工法によれば、超臨界状態又は亜臨界状態の流体が減圧沸騰することとなる。このため、本発明を適用した破砕工法によれば、減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤９が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤９に亀裂を発生させることが可能となる。

本発明を適用した破砕工法によれば、岩盤９に亀裂を発生させることにより、岩盤９の透水性（透過性）を向上させることができ、その結果、岩盤９に含まれる流体を効率よく回収することが可能となる。

本発明を適用した破砕工法によれば、従来の水圧破砕法のように、フラクチャリング流体を岩盤９に高圧で圧入しない。このため、高圧に加圧するための設備を必要としないため、コストを低減することが可能となる。また、本発明を適用した破砕工法によれば、フラクチャリング流体自体を必要としない。このため、周囲の水資源の枯渇を防止し、環境への負荷を低減することが可能となる。

本発明を適用した破砕工法によれば、設置工程は、流路１１が閉塞された状態の減圧装置１を坑井８の内部に設置し、減圧工程は、切替機構１２を切り替えて閉塞された状態の流路１１を連通させることで、坑井８の内部を減圧する。これにより、本発明によれば、減圧装置１の切替機構１２の切り替えだけで、坑井８の内部を減圧することが可能となる。即ち、坑井８の内部の減圧を容易に行うことが可能となる。

本発明を適用した破砕工法によれば、設置工程は、減圧装置１に接続される接続管３と、接続管３の周囲に取り付けられるパッカー４と、を坑井８の内部に設置し、減圧工程は、パッカー４により坑井８と接続管３との隙間を遮断し、坑井８の内部におけるパッカー４の下方側の領域を減圧装置１により減圧する。これにより、本発明を適用した破砕工法によれば、パッカー４により遮断した坑井８のケーシング管８１と接続管３の隙間から流体が漏れるのを防止できる。このため、流体を接続管３に確実に流入させることができ、効果的に坑井８の内部を減圧することが可能となる。

更に、本発明を適用した破砕工法によれば、減圧工程は、接続管３から流入した流体を流路１１を介して管体２に流入させる。これにより、本発明を適用した破砕工法は、流体を効率よく回収することが可能となる。

特に、本発明を適用した破砕工法によれば、減圧工程により減圧する坑井８の近傍の岩盤９に超臨界状態又は亜臨界状態の流体が含まれる。このとき、当該流体が高い比エンタルピーを有するため、この流体を超臨界地熱発電に好適に利用することが可能となる。

次に、第１実施形態に係る減圧装置１の作用効果について説明する。

本発明を適用した減圧装置１によれば、坑井８の内部を減圧する。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、本発明を適用した減圧装置１によれば、減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤９が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤９に亀裂を発生させることが可能となる。

本発明を適用した減圧装置１によれば、岩盤９に含まれる流体が通る流路１１と、流路１１の連通と閉塞とを切り替える切替機構１２とを備える。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、切替機構１２の切り替えだけで坑井８の内部を減圧することができる。即ち、坑井８の内部の減圧を容易に行うことが可能となる。

本発明を適用した減圧装置１によれば、パッカー４が周囲に取り付けられる接続管３が、流路１１に接続される。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、ケーシング管８１と接続管３の隙間から流体が漏れるのを防止できる。このため、流体を接続管３に確実に流入させることができ、効果的に坑井８の内部を減圧することが可能となる。

更に、本発明を適用した減圧装置１によれば、接続管３と管体２とが流路１１に接続される。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、接続管３から流入した流体を流路１１を介して管体２に流入させることができる。このため、流体を効率よく回収することが可能となる。

本発明を適用した減圧装置１によれば、流路１１は、接続管３に接続される第１流路１１１と、第１流路１１１に対して相対移動可能に連結された第２流路１１２とを有し、切替機構１２が流路１１を閉塞する閉塞部１２３と、閉塞部１２３を係止する係止部１２４とを有し、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させることで、係止部１２４に係止された閉塞部１２３の係止が解除されて、流路１１が連通される。

これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させるだけで、閉塞された状態の流路１１を連通させることができる。このため、本発明を適用した減圧装置１によれば、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させるだけで坑井８の内部を減圧することができる。即ち、坑井８の内部の減圧を一層容易に行うことが可能となる。

本発明を適用した減圧装置１によれば、第１流路１１１と第２流路１１２とが第１連結部１１３を介して連結され、第１連結部１１３を破断させることで、第１流路１１１と第２流路１１２とが相対移動可能となる。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、坑井８の内部の減圧を任意の位置で行うことが可能となる。

本発明を適用した減圧装置１によれば、接触部１２１に嵌合可能な形状に形成される閉塞部１２３を有する。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、閉塞部１２３が接触部１２１に接触したとき、閉塞部１２３が接触部１２１に嵌合される。このため、流体が流路１１を通ったとしても、閉塞部１２３を安定した状態に保つことができる。その結果、流路１１を連通させた状態を維持することが可能となる。

次に、本発明を適用した減圧装置の第２実施形態について説明する。第１実施形態に係る減圧装置と同一の構成は同一の符号を付すことにより、以下での詳細な説明を省略する。

図１０は、本発明を適用した減圧装置１の第２実施形態を主に示す図である。第２実施形態に係る減圧装置１は、図１０に示すように、岩盤９に含まれる流体が通るための筒状の流路１１と、流路１１の連通と閉塞とを切り替える切替機構１５とを備える。

切替機構１５は、第１流路１１１に固定される棒状の接触部１５１と、第２流路１１２の内側に固定される筒状の固定部１５２と、流路１１を閉塞する閉塞部１５３と、閉塞部１５３を係止する係止部１５４と、を有する。

固定部１５２と閉塞部１５３とは、シャーピン等が用いられる第２連結部１５５を介して互いに連結される。第２連結部１５５を破断させることで、固定部１５２と閉塞部１５３との連結が解除され、固定部１５２と閉塞部１５３とが相対移動可能となる。固定部１５２は、下端側に他の部分よりも縮径されて形成される係止部１５４を有する。図示の形態では、固定部１５２に形成される係止部１５４と閉塞部１５３とが第２連結部１５５を介して互いに連結されている。

閉塞部１５３は、係止部１５４に係止されることで流路１１を閉塞するものとなる。

次に、第２実施形態に係る減圧装置１を用いた、本発明を適用した破砕工法について説明する。

本発明を適用した破砕工法は、設置工程と、減圧工程とを備える。

設置工程では、第１流路１１１と第２流路１１２とは、第１連結部１１３を介して互いに連結されている。また、設置工程では、固定部１５２と閉塞部１５３とは、第２連結部１５５を介して互いに連結されている。その他については、上述した設置工程と同様であるため、説明を省略する。

設置工程の後に、減圧工程を行う。減圧工程は、設置したパッカー４を膨張させる。減圧工程は、膨張させたパッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間を遮断する。

そして、パッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間を遮断した後、減圧工程は、坑井８の内部におけるパッカー４の下方側の領域を減圧装置１により減圧する。

図１１は、減圧工程において第１流路１１１と第２流路１１２との連結を解除した状態の減圧装置１を主に示す図である。詳細には、図１１に示すように、減圧工程は、第１流路１１１と第２流路１１２とを連結した第１連結部１１３を破断させ、第２流路１１２を第１流路１１１に対して下方側に相対移動させる。坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間をパッカー４により遮断したことにより、接続管３の位置が固定される。このため、接続管３に接続される第１流路１１１の位置も固定される。したがって、第２流路１１２に下方に向けて力を加えることにより第１連結部１１３を破断させ、第１流路１１１に対して第２流路１１２を下方に押し下げて移動させることができる。第２流路１１２を下方に移動させることで、切替機構１５の閉塞部１５３が接触部１５１に接触される。

図１２は、減圧工程において固定部１５２と閉塞部１５３との連結を解除した状態の減圧装置１を主に示す図である。切替機構１５の閉塞部１５３が接触部１５１に接触したことにより、閉塞部１５３の位置が固定される。このため、第２流路１１２に更に下方に向けて力を加えることにより、第２流路１１２に固定された固定部１５２と閉塞部１５３とを連結した第２連結部１５５を破断させ、第２流路１１２を第１流路１１１に対して更に下方に移動させることができる。第２流路１１２を更に下方に移動させることにより、係止部１５４に係止されていた閉塞部１５３の係止が解除され、閉塞部１５３と固定部１５２との間に隙間が生じる。その結果、閉塞部１５３により閉塞した状態の流路１１が連通される。このようにして、閉塞した状態の流路１１が切替機構１５により切り替えられ、流路１１が連通されることとなる。

このとき、パッカー４により坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間が遮断されている。このため、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体は、接続管３から図中矢印Ｐ方向で流路１１を通り、管体２まで流入する。流路１１及び管体２に流体が流入することにより、パッカー４よりも下方側の領域が減圧されることとなる。このようにして、減圧工程は、坑井８の内部におけるパッカー４よりも下方側の領域を減圧装置１により減圧する。

減圧工程において、坑井８の内部を減圧装置１により減圧することにより、岩盤９に含まれる超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、その減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤９が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤９に亀裂を発生させることが可能となる。

流路１１に流入した流体は、管体２にも流入し、管体２が流体で満たされることとなる。管体２が流体に満たされた後、膨張させていたパッカー４を収縮させ、坑井８のケーシング管８１と接続管３との隙間の遮断を解除する。その後、減圧装置１、管体２、接続管３、パッカー４を坑井８の外部に取り出して、管体２に満たされた流体を回収する。

そして、管体２に満たされた流体を回収した後に、新たに設置工程と、減圧工程とを行う。新たに設置工程を行う前には、既に破断させた第１連結部１１３を破断していない新たな第１連結部１１３に交換し、第１流路１１１と第２流路１１２とを連結しておく。また、既に破断させた第２連結部１５５も同様に、破断していない新たな第２連結部１５５に交換し、固定部１５２と閉塞部１５３とを互いに連結しておく。

設置工程と、減圧工程とを複数回行い、本発明を適用した破砕工法が完了する。

次に、第２実施形態に係る減圧装置１の作用効果について説明する。

第２実施形態に係る減圧装置１によれば、上述した第１実施形態に係る減圧装置１と同様に、坑井８の内部を減圧する。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、超臨界状態又は亜臨界状態の高温高圧な流体が減圧沸騰することとなる。このため、本発明を適用した減圧装置１によれば、減圧沸騰の際の蒸発潜熱により岩盤９が急冷却され、急冷部分と他の部分との熱応力差により岩盤９に亀裂を発生させることが可能となる。

本発明を適用した減圧装置１によれば、岩盤９に含まれる流体が通る流路１１と、流路１１の連通と閉塞とを切り替える切替機構１５とを備える。これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、切替機構１５の切り替えだけで、岩盤９に含まれる流体を減圧することができる。即ち、坑井８の内部の減圧を容易に行うことが可能となる。

本発明を適用した減圧装置１によれば、流路１１は、接続管３に連通される第１流路１１１と、第１流路１１１に対して相対移動可能な第２流路１１２とを有し、切替機構１５が流路１１を閉塞する閉塞部１５３と、閉塞部１５３を係止する係止部１５４とを有し、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させることで、係止部１５４に係止された閉塞部１２３の係止が解除されて、流路１１が連通される。

これにより、本発明を適用した減圧装置１によれば、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させるだけで、閉塞された状態の流路１１を連通させることができる。このため、本発明を適用した減圧装置１によれば、第１流路１１１と第２流路１１２とを相対移動させるだけで坑井８の内部を減圧することができる。即ち、坑井８の内部の減圧を一層容易に行うことが可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

１００ ：破砕システム
１ ：減圧装置
１１ ：流路
１１１ ：第１流路
１１２ ：第２流路
１１３ ：第１連結部
１２ ：切替機構
１２１ ：接触部
１２１ａ ：窪み部
１２２ ：伸縮部
１２３ ：閉塞部
１２４ ：係止部
１５ ：切替機構
１５１ ：接触部
１５２ ：固定部
１５３ ：閉塞部
１５４ ：係止部
１５５ ：第２連結部
２ ：管体
３ ：接続管
４ ：パッカー
８ ：坑井
８１ ：ケーシング管
９ ：岩盤

Claims (7)

1. 岩盤に亀裂を発生させるために用いられる破砕工法であって、
   前記岩盤に設置された坑井の内部に、前記坑井の内部を減圧する減圧装置を設置する設置工程と、
   前記設置工程において設置した前記減圧装置により前記坑井の内部を減圧する減圧工程を備えること
   を特徴とする破砕工法。
2. 前記設置工程は、前記減圧装置に接続される接続管と、前記接続管に取り付けられるパッカーと、を前記坑井の内部に設置し、
   前記減圧工程は、前記パッカーにより前記坑井と前記接続管との隙間を遮断し、前記坑井の内部における前記パッカーよりも下方側の領域を前記減圧装置により減圧すること
   を特徴とする請求項１記載の破砕工法。
3. 前記設置工程は、流体が通る流路と、前記流路の連通及び閉塞を切り替える切替機構とを有する前記減圧装置を、前記流路が閉塞された状態で前記坑井の内部に設置し、
   前記減圧工程は、前記切替機構を切り替えて閉塞された状態の前記流路を連通させることで、前記坑井の内部を減圧すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の破砕工法。
4. 前記設置工程は、
   前記坑井を遮断するパッカーが取り付けられる接続管に接続される第１流路と、前記第１流路に相対移動可能に連結された第２流路と、を有する前記流路と、
   前記流路を閉塞する閉塞部と、前記閉塞部を係止する係止部を有する前記切替機構と、
   を有する前記減圧装置を前記坑井の内部に設置し、
   前記減圧工程は、前記第１流路と前記第２流路を相対移動させ、前記係止部に係止されていた前記閉塞部により閉塞された状態の前記流路を連通させることで、前記坑井の内部を減圧すること
   を特徴とする請求項３記載の破砕工法。
5. 前記減圧工程は、超臨界状態又は亜臨界状態の流体を含む前記岩盤に設置された前記坑井の内部を減圧すること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の破砕工法。
6. 請求項１〜５の何れか１項記載の破砕工法に用いられる減圧装置であって、
   前記坑井の内部を減圧するものであること
   を特徴とする減圧装置。
7. 流体が通る流路と、前記流路の連通及び閉塞を切り替える切替機構とを備えること
   を特徴とする請求項６記載の減圧装置。

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