JP7016077B2

JP7016077B2 - ガスハイドレート採掘装置および採掘方法

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Publication number: JP7016077B2
Application number: JP2018026339A
Authority: JP
Inventors: 和夫谷; 澤友博森; 中洋輔田
Original assignee: Tokyo University of Marine Science and Technology NUC; Toa Corp
Current assignee: Tokyo University of Marine Science and Technology NUC; Toa Corp
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2022-02-04
Anticipated expiration: 2038-02-16
Also published as: JP2019143309A

Description

特許法第３０条第２項適用１．刊行物第４５回岩盤力学に関するシンポジウム講演集（ＣＤ－ＲＯＭ版）２．発行日平成２９年１２月２１日３．発行者公益社団法人土木学会（東京都新宿区四谷１丁目外濠公園内）〔刊行物等〕１．集会名第４５回岩盤力学に関するシンポジウム２．開催日平成３０年１月１５日～１７日（公開日平成３０年１月１７日）３．開催場所土木学会「土木会館」、東京都新宿区四谷１丁目外濠公園内

本発明は、ガスハイドレート採掘装置および採掘方法、例えば海底の表層型メタンハイドレートの採掘に適用可能なガスハイドレート採掘装置および採掘方法に関する。

メタンハイドレートは、低温および高圧下で安定であり、海底面下の浅部ないし深部の地盤や寒冷地の深部地盤に賦存することが知られている。図７は、海底におけるメタンハイドレートの分布の様子を示す図であり、より詳しくは、日本近海の海底地盤中におけるメタンハイドレート層（ＭＨ層）の賦存形態の想定図である。海水温の深度分布と平均的な地温勾配（０．０３℃／ｍ）を仮定し、メタンハイドレートが安定な温度・圧力条件を考慮すると、ＭＨ層が存在することが可能な海底の深さＤ_Ｓは数百メートル以上となる。さらに、海底面からＭＨ層の基底（ＢＳＲ）までの深さＤ_ＭＨは、水深Ｄ_Ｓが大きくなるほど大きく、数百メートルのオーダーと見積もられている。掘削長が数千メートルにも及ぶ海底の油田やガス田の開発実績を考慮すれば削井は容易であるが、最深部までの明かり掘削（海底露天掘り）は極めて困難と考えられる。

また、図７に示すように、海底の堆積層に賦存するＭＨ層の性状としては、未固結な砂層や固結した砂岩層の間隙をメタンハイドレートが充填する場合（いわゆる間隙充填型）の他に、塊状の単体で連続した地層を形成する場合も想定される。

地下深部に賦存する砂層型メタンハイドレートについては、坑井を利用して加熱したり減圧したりして分解するメタンガスを回収する方法の技術開発が進められているが、未だ実用化はしていない。

特許文献１には、ガスハイドレートのハンドリング性を向上させ、回収効率や輸送効率を向上させることを目的としたガスハイドレートの掘削回収方法および掘削回収システムが記載されている。

特開２００３－１９３７８８号公報

しかし、メタンハイドレート層等のガスハイドレート層の周辺地盤は強度が低い可能性があるため、特許文献１のような所謂虫食い方式による掘削ではガスハイドレートの回収効率（採掘効率）を向上させることが困難となることが想定される。また、露天掘り方式による掘削の場合は、海底地盤を掘削する際の法面勾配を緩くせざるを得ず、掘削する土量および掘削範囲が過大となるおそれがある。このように海底地盤を虫食い方式や露天掘りにより掘削することは経済性および環境親和性の観点から好適ではない。

一方、掘削範囲を限定すべく法面勾配を鉛直にするためには、土留め工や泥水などの安定液の使用が必要となるが、海底地盤では施工が困難である。さらに、掘削したガスハイドレート層をガスハイドレートと土砂に分離する選鉱を行う必要がある。また、選鉱の際にガスハイドレートから分離される土砂を仮置きないし排土するための土捨て場も必要である。

本発明は、上記認識に基づいてなされたものであり、その目的は、経済的で環境への影響が少なく、採掘効率が高いガスハイドレート採掘装置および採掘方法を提供することである。

本発明に係るガスハイドレート採掘装置は、
地盤を掘削するように構成された掘削機構と、
ガスハイドレート層が賦存する領域内の掘削地点に前記掘削機構を位置決めするように構成された位置決め機構と、
ガスハイドレートを回収するように構成された回収機構と、を備え、
前記掘削機構は、前記地盤を鉛直方向に掘削することにより発生する土砂を掘削坑内に存置したまま前記掘削地点における前記ガスハイドレート層を破砕し、前記破砕されたガスハイドレート層を撹拌することにより前記ガスハイドレート層に含まれるガスハイドレートを土砂から分離させ、
前記回収機構は、ガスハイドレートと土砂の比重の違いにより前記掘削坑内に浮上したガスハイドレートを回収することを特徴とする。

また、前記ガスハイドレート採掘装置において、
前記掘削機構は、ジェット水流を噴射することにより、前記破砕されたガスハイドレート層の撹拌を促進する撹拌促進部をさらに有してもよい。

また、前記ガスハイドレート採掘装置において、
前記撹拌促進部は、前記掘削坑の開口側に向けてジェット水流を噴射するようにしてもよい。

また、前記ガスハイドレート採掘装置において、
前記回収機構は、少なくとも前記掘削坑の開口を覆うドーム状の膜構造体を有してもよい。

また、前記ガスハイドレート採掘装置において、
前記位置決め機構は、
所定の方向に延在するガイドレール部と、
前記ガイドレール部を支持する支持部と、
前記所定の方向に沿って前記ガイドレール部の上を移動可能に設けられ、前記掘削機構を懸垂するワイヤーケーブルを巻き上げ、または巻き下げる移動懸垂部と、を有し、
前記掘削機構は、水平方向または鉛直方向に延びる回転軸を中心に回転する１つまたは複数のビットを有してもよい。

また、前記ガスハイドレート採掘装置において、
前記掘削機構は、トレンチカッターで構成され、
前記位置決め機構は、先端に前記トレンチカッターが設けられたクレーン部と、前記クレーン部の基端が取り付けられた支持部とを有してもよい。

また、前記ガスハイドレート採掘装置において、
前記位置決め機構を前記ガスハイドレート層が賦存する領域まで前記地盤の表面に沿って移動させる移動機構をさらに有してもよい。

本発明に係るガスハイドレート採掘方法は、
地盤を掘削するように構成された掘削機構をガスハイドレート層が賦存する領域内の掘削地点に位置決めする工程と、
前記地盤を鉛直方向に掘削することにより発生する土砂を掘削坑内に存置したまま前記掘削地点における前記ガスハイドレート層を破砕し、前記破砕されたガスハイドレート層を撹拌することにより前記ガスハイドレート層に含まれるガスハイドレートを土砂から分離させる工程と、
ガスハイドレートと土砂の比重の違いにより前記掘削坑内に浮上したガスハイドレートを回収する工程と
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、経済的で環境への影響が少なく、採掘効率が高いガスハイドレート採掘装置および採掘方法を提供することができる。

第１の実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置の側面図である。第１の実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置の平面図である。第１の実施形態の変形例１に係るメタンハイドレート採掘装置の一部（撹拌促進部が設けられた掘削機構）の側面図である。第１の実施形態の変形例２に係るメタンハイドレート採掘装置の側面図である。第２の実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置の側面図である。第３の実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置の側面図である。海底におけるメタンハイドレートの分布の様子を説明するための図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付す。また、以下の実施形態および変形例ではメタンハイドレートの場合について説明するが、本発明はメタンハイドレート以外のガスハイドレートの採掘に適用することも可能である。

（第１の実施形態）
図１および図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置について説明する。

本実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置１は、図１に示すように、掘削機構１０と、位置決め機構２０と、回収機構３０と、を備えている。

掘削機構１０は、地盤を鉛直方向に掘削するように構成されている。掘削により掘削坑Ｈが形成される。なお、地盤としては主として海底や湖底等の水中地盤が想定されるが、永久凍土等の地盤であってもよい。

掘削機構１０は、水平方向または鉛直方向に延びる回転軸を中心に回転する１つまたは複数のビット（回転カッターとも呼ばれる。）１１を有する。図１の例では、ビット１１は水平方向に延びる回転軸を中心に回転する。ビット１１が回転軸を中心に回転することにより地盤が掘削される。掘削範囲は、水平面内で幅および奥行きが１～４メートル程度が標準であるが、ビット１１の径や回転軸の長さを大きくしたり水平面内で並置する数を増やしたりすることで大きくすることが可能である。

位置決め機構２０は、図２に示すように、メタンハイドレート層が賦存する領域ＰＡ内の掘削地点に掘削機構１０を位置決めするように構成されている。より詳しくは、位置決め機構２０は、所定の方向に延在するガイドレール部（走行桁とも呼ばれる。）２１と、地盤上に設置され、ガイドレール部２１を支持する支持部２２と、上記所定の方向に沿ってガイドレール部２１上を移動可能に設けられた移動懸垂部２３と、を有している。

支持部２２は、図１および図２に示すように、部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄから構成される枠状の構造体である。部材２２ａと部材２２ｂは互いに平行に延在しており、部材２２ｃ，２２ｄは部材２２ａ，２２ｂの両端間を繋ぐように設けられている。ガイドレール部２１の両端は部材２２ａ，２２ｂにより支持されている。なお、部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの長さは、領域ＰＡの大きさ、海底面（または地表面）の傾斜や不陸の程度にもよるが、例えば数十メートル～百数十メートル程度である。

移動懸垂部２３には、図１に示すように、ワイヤーケーブル２４を介して掘削機構１０が接続されている。移動懸垂部２３は、ガイドレール部２１に沿って移動可能である。すなわち、移動懸垂部２３は、図２の矢印Ａの方向に移動可能に構成されている。これにより、掘削機構１０の水平方向の位置を決めることが可能である。

なお、ガイドレール部２１は、領域ＰＡをスイープ可能に構成されてもよい。すなわち、ガイドレール部２１は、部材２２ａ，２２ｂが延在する方向（図２の矢印Ｂ参照）に移動可能なように部材２２ａ，２２ｂに設けられてもよい。これにより、４つの部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄにより囲まれる領域の任意の地点に掘削機構１０を位置決めすることが可能になる。

移動懸垂部２３は、掘削機構１０を懸垂するワイヤーケーブル２４を巻き上げ、または巻き下げる巻上げ機としての機能を有する。これにより、掘削機構１０の鉛直方向の位置を決めることが可能である。最大掘削深度は、ワイヤーケーブル２４を長くすることで数百メートル程度まで大きくすることが可能である。

移動懸垂部２３は、船舶または陸上の基地（図示せず）から遠隔制御される。例えば、回収機構３０の回収管３２に沿って設けられた通信ケーブルを介して船舶と移動懸垂部２３との間の通信が行われる。なお、通信は音波等を利用した水中無線通信により行われてもよい。

回収機構３０は、掘削坑Ｈ内に浮上したメタンハイドレートを回収するように構成されている。回収機構３０は、ドーム状の膜構造体３１と、膜構造体３１に接続された回収管３２と、回収管３２に接続され、掘削坑Ｈ内に浮上したメタンハイドレートを吸引する吸引ポンプ３３と、を有する。膜構造体３１は、本実施形態では、図１に示すように、掘削坑Ｈの開口を覆い、移動懸垂部２３とともに移動するように構成されている。この膜構造体３１は、例えば塩化ビニル等の樹脂から構成されるが、他の材料（金属等）から構成されてもよい。

次に、メタンハイドレート採掘装置１によるメタンハイドレートの採掘動作について詳しく説明する。

掘削機構１０は、地盤を鉛直方向に掘削することにより発生する土砂を掘削坑Ｈ内に存置したまま、掘削地点におけるメタンハイドレート層ＭＨＬを破砕する。地盤を掘削すると一般に間隙部分が増えるため、掘削部分の体積はある程度増加する。しかし、掘削機構１０による掘削においては、後述のようにメタンハイドレートが土砂と分離して回収されるので、掘削坑Ｈ中に残る土砂は回収されたメタンハイドレートの分だけ減少する。よって、掘削により発生した土砂が掘削坑Ｈ外に排出されることは抑制され、土捨て場が不要になる。

掘削機構１０は、ビット１１の回転運動により、破砕されたメタンハイドレート層を撹拌する。メタンハイドレート層を撹拌することにより、掘削機構１０はメタンハイドレート層ＭＨＬに含まれるメタンハイドレートを土砂から分離させる。

回収機構３０は、メタンハイドレートと土砂の比重の違いにより掘削坑Ｈ内に浮上したメタンハイドレートを回収する。メタンハイドレートの比重は約０．９ｇ／ｃｍ^３と水や海水よりも低いため、土砂から分離されたメタンハイドレートは、掘削坑Ｈ内を浮上する。このようにして浮上した固体のメタンハイドレートが回収機構３０により回収される。掘削坑Ｈ内を浮上するメタンハイドレートは、塊状、スラリー（氷粒状）あるいはＭＨ粒子の状態である。なお、本実施形態では、メタンハイドレートが分解して発生するメタンガスも膜構造体３１により捕集され、回収される。

上記のように、掘削機構１０は掘削により発生する土砂を掘削坑Ｈ内に存置したまま掘削地点におけるメタンハイドレート層ＭＨＬを破砕し、回収機構３０は掘削坑Ｈ内を浮上する固体のメタンハイドレートを回収する。これにより、本実施形態によれば、海底に土捨て場を設ける必要をなくすことができる。また、掘削坑Ｈ内に存置される土砂の土圧により、掘削坑Ｈの壁面の安定性を高めることができる。その結果、地盤の強度によっては、安定液を用いずに掘削を行うことも可能になる。このように本実施形態によれば、経済的で環境への影響が少ないメタンハイドレートの掘削を行うことができる。ここで、環境への影響が少ない点について付言すれば、本実施形態によれば、土捨て場を設ける必要が無いだけではなく、立坑（掘削坑Ｈ）や周辺斜面などの周辺地盤の崩壊を引き起こさず、さらに土砂の巻き上げによる周辺海域（水域）の濁りを抑制することもできる。

さらに、本実施形態によるメタンハイドレートの回収では、基本的にはメタンハイドレートは土砂とともに回収されるのではなく、土砂からある程度（少なくともセパレータで分離可能な程度まで）分離した状態で回収される。よって、土砂とともにメタンハイドレートを回収する従来の方式に比べて効率的なメタンハイドレートの採掘が可能となる。

また、掘削機構１０は位置決め機構２０によりメタンハイドレート層ＭＨＬが賦存する領域ＰＡ内に位置決めされてから掘削を行うため、従来の掘削方式（露天掘り方式、土留め工を利用する立て坑方式、シールドマシンやＴＢＭ（トンネル・ボーリング・マシン）を利用するトンネル方式等）に比べて精度の高い掘削を行うことができる。

また、掘削機構１０は、メタンハイドレート層を破砕するとともに、破砕されたメタンハイドレート層を撹拌することでメタンハイドレートを土砂から分離させる。これにより、掘削作業と並行してメタンハイドレートの選鉱を行うことができる。

また、移動懸垂部２３がワイヤーケーブル２４の長さを調整することで掘削機構１０の鉛直方向の位置を容易に制御することができる。これにより、メタンハイドレート層ＭＨＬの下端まで容易に掘削することができる。

さらに、本実施形態では、回収機構３０がドーム状の膜構造体３１を有する。これにより、掘削により発生する土砂の巻き上げ等による周辺海域（水域）への環境に対する影響の範囲と程度を抑制することができる。加えて、メタンハイドレート層ＭＨＬから分離されるメタンハイドレートだけでなく、地盤から噴出するメタンガス（メタンプルーム）も回収することもできる。

上記のように、本実施形態によれば、経済的で環境への影響が少なく、かつ採掘効率が高いメタンハイドレート採掘装置を提供することができる。

なお、撹拌によるメタンハイドレートと土砂の分離の程度については、高い方が望ましいが、メタンハイドレートと土砂の混合粒子が海中（水中）を浮上するために密度が海水（水）よりも小さく、かつ回収管３２の先に設けられたセパレータ（図示せず）で分離可能な程度であればよい。後者の条件は、すなわち、セパレータによって、メタンハイドレートを含まない土砂のみの土塊と区別してメタンハイドレートを含む土塊が回収可能な程度の分離であればよい。

また、掘削機構１０によるメタンハイドレート層ＭＨＬの破砕および撹拌においては、メタンハイドレート層ＭＨＬを構成するメタンハイドレート粒子（ＭＨ粒子）の大きさ程度（例えば数ミリメートル～数センチメートル）、あるいはそれより小さい粒度にまで細粒化することが望ましい。これにより、回収管３２による移送が容易になるとともに、メタンハイドレートの回収率が向上し、海上に輸送される土砂の量を減らすことができる。

また、本実施形態に係る採掘装置は、メタンハイドレートに限らず、比重が水より小さければ他のガスハイドレートの採掘に適用することも可能である。

また、水深が浅く、流れや波浪の影響が小さい穏やかな水域で用いられる場合には、位置決め機構２０は船舶により実現されてもよい。すなわち、船舶がワイヤーケーブルを介して掘削機構１０を懸垂してもよい。

なお、回収機構３０の吸引ポンプ３３の吸引動作をビット１１の回転動作（掘削動作）に連係させてもよい。例えば、ビット１１が停止し、所定時間が経過してから吸引ポンプ３３を動作させる。これにより、土砂から分離され、掘削坑Ｈ内に浮上したメタンハイドレートを精度良く回収することができる。

＜メタンハイドレートの採掘方法＞
ここで、上記メタンハイドレート採掘装置１によるメタンハイドレートの採掘方法について説明する。

まず、位置決め機構２０が、地盤を掘削するように構成された掘削機構１０をメタンハイドレート層ＭＨＬが賦存する領域ＰＡ内の掘削地点に位置決めする。

次に、掘削機構１０が、地盤を鉛直方向に掘削することにより発生する土砂を掘削坑Ｈ内に存置したまま掘削地点におけるメタンハイドレート層ＭＨＬを破砕し、破砕されたメタンハイドレート層を撹拌することによりメタンハイドレート層に含まれるメタンハイドレートを土砂から分離させる。

次に、回収機構３０が、メタンハイドレートと土砂の比重の違いにより掘削坑Ｈ内に浮上したメタンハイドレートを回収する。メタンハイドレートの比重は海水や水よりも低く、土砂の比重は海水や水よりも高いため、掘削坑Ｈ内の海水（水）中においてメタンハイドレートは浮上し、土砂は沈降することとなる。このように、回収機構３０は、メタンハイドレートと土砂の比重の違いにより海水等の媒体を介して掘削坑Ｈ内に浮上したメタンハイドレートを回収する。なお、メタンハイドレートが土砂から完全に分離されていなくても、メタンハイドレートと土砂の混合粒子の密度が海水（水）よりも低ければ、混合粒子は掘削坑Ｈ内の海水中を浮上する。

上記の採掘方法によれば、経済的で環境への影響が少なく、かつ採掘効率が高いメタンハイドレート採掘方法を提供することができる。

次に、第１の実施形態に係る２つの変形例について説明する。いずれの変形例によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜変形例１＞
図３を参照して、第１の実施形態の変形例１に係るメタンハイドレート採掘装置について説明する。

本変形例に係るメタンハイドレート採掘装置の掘削機構１０Ａは、図３に示すように、撹拌促進部１２をさらに有する。この撹拌促進部１２は、ウォータジェットのノズルとして構成され、ジェット水流（ウォータジェット）を噴射することにより、破砕されたメタンハイドレート層の撹拌を促進する。具体的には、高圧水供給管１４に供給された高圧水ＨＰＷが撹拌促進部１２のノズルからジェット水流として噴射される。高圧水ＨＰＷは、水底面より上で取水された水がウォータジェット用ポンプ（図示せず）により圧縮・加圧されて生成される。

撹拌促進部１２は、図３に示すように、掘削坑Ｈの開口側（すなわち、掘削機構１０Ａからみて上側）に向けてジェット水流を噴射することが好ましい。これにより、掘削坑Ｈ内の、土砂が付着したメタンハイドレートを効果的に撹拌することができる。

また、図３に示すように、掘削機構１０Ａは、ジェット水流を掘削坑Ｈの掘削面（切羽）に噴射する掘削促進部１３をさらに有してもよい。これにより、撹拌効率に加えて掘削効率も向上させることができる。

本変形例によれば、このように撹拌促進部１２によりメタンハイドレートの撹拌が促進されるため、ビット１１の回転による撹拌のみの場合に比べてより効率良くメタンハイドレートを土砂から分離させることができる。その結果、メタンハイドレートの採掘効率を向上させることができる。

＜変形例２＞
図４を参照して、第１の実施形態の変形例２に係るメタンハイドレート採掘装置について説明する。

本変形例に係るメタンハイドレート採掘装置の膜構造体３１Ａは、図４に示すように、固定具３４により支持部２２に固定され、支持部２２全体を覆っている。これにより、上述の実施形態に比べて、土砂の巻き上げをより抑制することができるとともに、掘削坑Ｈから上昇するメタンハイドレートおよび地盤から噴出するメタンガス（メタンプルーム）の回収効率を向上させることができる。

（第２の実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置について説明する。第２の実施形態と第１の実施形態との間の相違点の一つは、移動機構を備えることである。以下、相違点を中心に第２の実施形態について説明する。

本実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置１Ａは、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、掘削機構１０と、位置決め機構２０Ａと、回収機構３０Ｂと、移動機構（クローラ）４０と、を備えている。

位置決め機構２０Ａは、互いに並行に設けられた複数のガイドレール部２１と、移動機構４０上に設けられ、ガイドレール部２１を支持する支持部２２Ａと、各ガイドレール部２１に設けられた複数の移動懸垂部２３と、を有している。各移動懸垂部２３には、ワイヤーケーブル２４を介して掘削機構１０が接続されている。

回収機構３０Ｂの膜構造体３１Ｂは、固定具３４により支持部２２Ａに固定されており、支持部２２Ａ全体を覆っている。

移動機構４０は、位置決め機構２０Ａを地盤の表面（海底面等）に沿って移動させるように構成されている。移動機構４０は、船舶または陸上の基地（図示せず）から遠隔制御される。この移動機構４０により、位置決め機構２０Ａは、メタンハイドレート層が賦存する領域まで移動することができる。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した効果に加えて、メタンハイドレート層が賦存する領域内の地盤上に支持部２２Ａを設置する手間を省略することができるとともに、メタンハイドレートの賦存領域間を容易に移動することができる。これにより、メタンハイドレートの採掘効率をさらに高めることができる。また、複数の掘削機構１０を備えることにより、掘削および採掘の効率をさらに向上させることができる。

（第３の実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置について説明する。第３の実施形態と第２の実施形態との間の相違点の一つは、掘削手段がビットではなく、トレンチカッター（チェーン式カッター）であることである。すなわち、掘削方式が立坑掘削方式ではなく、トレンチ（溝）掘削方式である。以下、相違点を中心に第３の実施形態について説明する。

本実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置１Ｂは、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、トレンチカッター１７で構成された掘削機構と、位置決め機構２０Ｂと、回収機構３０Ｃと、移動機構（クローラ）４０と、を備えている。

トレンチカッター１７には複数の撹拌翼１７ａが設けられている。撹拌翼１７ａは、地盤中に位置するため、本実施形態においても，トレンチカッター１７による掘削で発生した土砂は掘削された溝の内部に留まり、溝の外には排出されない。

位置決め機構２０Ｂは、先端にトレンチカッター１７が設けられたクレーン部２６と、クレーン部２６の基端が取り付けられた支持部２２Ｂとを有する。なお、クレーン部２６の基端は支持部２２Ｂに回転自在に設けられてもよい。

回収機構３０Ｃの膜構造体３１Ｃは、固定具３４により位置決め機構２０Ｂ全体を覆っている。

移動機構４０は、位置決め機構２０Ｂを移動させるように構成されている。この移動機構４０により、位置決め機構２０Ｂは、メタンハイドレート層が賦存する領域まで移動することができる。

第３の実施形態によれば、第２の実施形態で説明した効果と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明に係る実施形態および変形例について説明した。本発明に係るメタンハイドレート採掘装置およびメタンハイドレート採掘方法は、表層型メタンハイドレートに限らず、砂層型メタンハイドレートの採掘にも適用可能である。また、本発明は、前述のように、メタンハイドレート以外のガスハイドレートの採掘に適用することも可能である。すなわち、本発明に係るガスハイドレート採掘装置およびガスハイドレート採掘方法は、メタンハイドレートに限らず、他のガスハイドレートの採掘にも適用可能である。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１，１Ａ，１Ｂメタンハイドレート採掘装置
１０，１０Ａ掘削機構
１１ビット
１２撹拌促進部
１３掘削促進部
１４高圧水供給管
１７トレンチカッター
１７ａ撹拌翼
２０，２０Ａ，２０Ｂ位置決め機構
２１ガイドレール部
２２，２２Ａ，２２Ｂ支持部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ部材
２３移動懸垂部
２４ワイヤーケーブル
２６クレーン部
３０，３０Ｂ，３０Ｃ回収機構
３１膜構造体
３２回収管
３３吸引ポンプ
３４固定具
４０移動機構
ＨＰＷ高圧水
Ｈ掘削坑
ＭＨＬメタンハイドレート層
ＰＡ領域

Claims

地盤を掘削するように構成された掘削機構と、
ガスハイドレート層が賦存する領域内の掘削地点に前記掘削機構を位置決めするように構成された位置決め機構と、
ガスハイドレートを回収するように構成された回収機構とを備え、
前記掘削機構は、前記地盤を鉛直方向に掘削することにより発生する土砂を掘削坑内に存置したまま前記掘削地点における前記ガスハイドレート層を破砕し、前記破砕されたガスハイドレート層を撹拌することにより前記ガスハイドレート層に含まれるガスハイドレートを土砂から分離させ、
前記回収機構は、ガスハイドレートと土砂の比重の違いにより前記掘削坑内に浮上したガスハイドレートを回収することを特徴とするガスハイドレート採掘装置。
前記掘削機構は、ジェット水流を噴射することにより、前記破砕されたガスハイドレート層の撹拌を促進する撹拌促進部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレート採掘装置。
前記撹拌促進部は、前記掘削坑の開口側に向けてジェット水流を噴射することを特徴とする請求項２に記載のガスハイドレート採掘装置。
前記回収機構は、少なくとも前記掘削坑の開口を覆うドーム状の膜構造体を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のガスハイドレート採掘装置。
前記位置決め機構は、
所定の方向に延在するガイドレール部と、
前記ガイドレール部を支持する支持部と、
前記所定の方向に沿って前記ガイドレール部の上を移動可能に設けられ、前記掘削機構を懸垂するワイヤーケーブルを巻き上げ、または巻き下げる移動懸垂部と、を有し、
前記掘削機構は、水平方向または鉛直方向に延びる回転軸を中心に回転する１つまたは複数のビットを有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のガスハイドレート採掘装置。
前記掘削機構は、トレンチカッターで構成され、
前記位置決め機構は、先端に前記トレンチカッターが設けられたクレーン部と、前記クレーン部の基端が取り付けられた支持部とを有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のガスハイドレート採掘装置。
前記位置決め機構を前記ガスハイドレート層が賦存する領域まで前記地盤の表面に沿って移動させる移動機構をさらに有することを特徴とする請求項５または６に記載のガスハイドレート採掘装置。
地盤を掘削するように構成された掘削機構をガスハイドレート層が賦存する領域内の掘削地点に位置決めする工程と、
前記地盤を鉛直方向に掘削することにより発生する土砂を掘削坑内に存置したまま前記掘削地点における前記ガスハイドレート層を破砕し、前記破砕されたガスハイドレート層を撹拌することにより前記ガスハイドレート層に含まれるガスハイドレートを土砂から分離させる工程と、
ガスハイドレートと土砂の比重の違いにより前記掘削坑内に浮上したガスハイドレートを回収する工程と
を備えることを特徴とするガスハイドレート採掘方法。