JPS6327517B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、海底面上を移動しながら集鉱ダク
ト内に発生させた水流により該ダクトの先端に設
けたサクシヨンヘツドより海底面に賦存するマン
ガン団塊等の団塊を吸引して集鉱するマンガン団
塊等の集鉱装置に関する。

以下マンガン団塊の場合について説明するが本
発明はマンガン団塊に類似のものの集鉱装置にも
適用することができる。

ニツケル、コバルト、銅、マンガン等の無尽蔵
な鉱物資源として注目されているマンガン団塊は
深海底の海底堆積物上にあたかも玉石を敷いた如
く平面的に賦存している。そこで、これを採鉱す
るには海底面に分布する団塊を集鉱した上、海上
に揚鉱することが必要となる。

マンガン団塊集鉱装置としては、冒頭に掲げ
た、いわゆる流体ドレツジ方式が機構が簡単で故
障が少なく優れている。

さて、マンガン団塊の賦存する海底は必らずし
も平坦な所ばかりとは限らず、起伏があり、上り
勾配や下り勾配があり、その移り替る所は弧状の
場合やある角度の稜線をなす場合もある。マンガ
ン団塊集鉱装置の設計に際しては最大8/100程度
の海底勾配を念頭に置く必要があると云われてい
る。

又、海底堆積物は一般に柔らかいが、その程度
は一様でなく、地耐力は200〜700Kg／m²の範囲に
及んでいる。そのため集鉱装置は接地面積の大き
なスキー上に塔載して海底面に支えるのが一般的
であるが、海底の柔らかさの相違によつてスキー
の沈下量が変化し、その差は約30cmにも達する。
又スキーが前述の海底勾配の稜線に乗つた場合
は、スキーの一部が海底面よりめり込んだり海底
面から離れたりする。これらの結果、サクシヨン
ヘツドが海底面から離れすぎると海水ばかりを吸
引し、逆にサクシヨンヘツドが海底面よりめり込
むと、ドレツジヤーの如く海底堆積物を大量に吸
込むことになる。

マンガン団塊の海底面上の状態は、地面にボー
ルが転がつている如く全体が露出しているものか
ら半分程度海底面上に露出したもの、氷山の如く
殆んど海底面下に没したもの等まちまちである。

又、マンガン団塊の大きさも種々であるが、揚
鉱管の直径や経済性等のかね合いから賦存率の少
い例えば80〜100mm以上の大径のものはサクシヨ
ンヘツドに入らないように選別して排除する必要
がある。

上述の海底地形、土質、マンガン団塊の状態に
かんがみ、集鉱装置のサクシヨンヘツドは海底面
との相対高さ及び傾斜を調整し、かつ所定の揚鉱
団塊粒径範囲を超す大径の団塊を選別排除しなが
ら操業する必要がある。

従来サクシヨンヘツドの位置、傾斜調整手段と
しては、集鉱ダクトとサクシヨンヘツドとの間に
ベローズを設け、その伸縮によつて海底の高さ、
傾斜の変化に追随させる方法が提案されている
が、約30cmに及ぶ海底高さの変化に追随させるた
めにはベローズの長さが極めて長くなり、又ベロ
ーズは肉厚が薄いため内部を通過する団塊によつ
て急速に摩耗し寿命が短かくなる。又、母船によ
る曳航力をサクシヨンヘツドに確実に伝達できな
い等の種々の問題点がある。仮りにベローズの強
度を増すために板厚を増せば海底高さ、傾斜に追
随しにくゝなる。

又、揚鉱粒径範囲を超す大径の団塊を選別排除
するいわゆる一次団塊選別手段としては、従来サ
クシヨンヘツドの前面に、海底面の上下にわたつ
て進行方向に対して斜め方向に、鉛直な選別格子
を設け、これで除外すべき団塊を外側方に押し出
す方法が提案されているが、この選別装置で円滑
に大径団塊を外側方に押し出すには、該選別格子
の集鉱装置の進行方向に対する角度をかなり鋭角
にすることが必要であり、サクシヨンヘツドの幅
が大きくなると、この選別装置が非常に大きくな
ると云う不都合が起る。

この発明は、従来提案されている集鉱装置のサ
クシヨンヘツドに関連する上述の欠点を除去し
た、ベローズを用いることなく簡単な構成でサク
シヨンヘツドを確実に海底高さ、傾斜に追随させ
ることができるとともに、従来よりもはるかに小
さい部材で円滑に大径団塊の選別除去が可能なマ
ンガン団塊集鉱装置を提供することを目的とす
る。

以下、本発明をその実施例を示す図面にもとず
いて詳細に説明する。

第１図及び第２図に示す本発明の実施例の集鉱
装置は、実質的に密閉容器として構成されたホツ
パー１と、これより前方に伸びた複数本（図の場
合は４本）の集鉱ダクト２と、その垂下した先端
部に取付けられたサクシヨンヘツド３と、前記ホ
ツパー１より後方に伸び外海に開口する泥水排出
管４と、その中間に設けられた集鉱用ポンプ５と
その駆動モータ６と、ホツパー底部の団塊排出口
１ａに接続され図示せぬ海上の母船により該集鉱
装置を曳航するとともに途中に設けた図示せぬ揚
鉱ポンプにより団塊を母船に揚鉱する揚鉱管７を
接続する揚鉱用接続管８とを有し、これらの装置
は一つのフレーム９に塔載されている。なお、第
２図には繁雑をさけるため揚鉱用接続管８及びフ
レーム９は省略されている。フレーム９の前端に
は、本集鉱装置が曳航中に障害物に衝突した場合
の緩衝のためにバンパー１０がバネ１１を介して
取付けられている。

フレーム９の集鉱ダクト２を固定している部分
の直前の位置、すなわちサクシヨンヘツド３の直
上の位置で、４つのサクシヨンヘツドの間及び両
外側の５個所にアーム１２の一端が、集鉱装置進
行方向に平行な鉛直面内でアーム１２が揺動出来
る如く軸支されており、該アーム１２の他端には
横方向の水平軸のまわりに回転自在に海底高さ検
出用ホイール１３が軸支されている。該ホイール
１３は内部に浮力材を充填する等の手段により比
重を海水より僅かに大きい程度に調整され、集鉱
装置の前進の際、海底堆積物表面よりめり込むこ
となく、又反動等で跳ね上がつたりすることなく
常に海底面に接触しつゝ転動することができるよ
うになつている。

フレーム９の下面には複数の案内筒１４が垂直
に４列に配設されており、これに対応して、下端
がスキー１５の上面に軸支された柱１６が上記案
内筒１４に遊嵌している。柱１６の周りには圧縮
バネ１７が設けられ、フレーム９及びその上に塔
載された前記の装置の重量はバネ１７を介してス
キー１５に支持されている。スキー１５は撓み易
い鋼板等で作られており、海底地形に追随してた
わむのでスキーが部分的に海底堆積物中にめり込
んだり、一部が海底面より遊離することがなく、
しかもばね１７の伸縮によりフレーム９に無理な
力が掛ることも防止されている。

次に、サクシヨンヘツドの詳細を第３図及び第
４図により説明する。各サクシヨンヘツド３は第
４図に示す如く先端が横方向に漸次拡がつた、断
面が長方形の集鉱ダクト２の下端部の前後壁中心
線上に前後方向に設けられた支持軸２０に所定の
角度範囲（即ち前述の海底勾配8/100に対応する
角度範囲）揺動可能に軸支されている。この揺動
範囲は集鉱ダクトの側壁に取付けられたストツパ
２０′により限定される。

サクシヨンヘツド３は、上記の支持軸２０に軸
支され集鉱ダクト２の端部を僅かの遊隙を介して
囲繞する長方形枠形のサクシヨンヘツドネツク部
材２１と、該部材の両側板に連続して下方に固定
され集鉱装置移動方向に伸びた１対の鉛直のサク
シヨンヘツド側板２２と、上記ネツク部材２１の
前後壁の下端に夫々接続する如く、その上端を揺
動可能に上記サクシヨンヘツド側板で軸支された
サクシヨンヘツド前後ブレード２３，２４を有す
る。上記の１対のサクシヨンヘツド側板２２の内
面と前後ブレード２３，２４で囲まれたサクシヨ
ンヘツド開口は前後ブレード２３，２４の揺動位
置によつてフレーム９に対する高さが変化する。
前後ブレード２３，２４の両側縁とサクシヨンヘ
ツド側板２２との間には僅かの遊隙が設けられて
いる。

サクシヨンヘツド側板２２は、第３図に示す如
く高位置及び低位置の海底面BL，BL′の上下に
またがつて前後ブレード２３，２４の範囲の前後
ある範囲にのびており、その下縁は前端の海底面
上の点から水平線と約30゜程度の傾斜で後方に向
つて下つておりネツク部材２１の直下あたりより
水平に後方に向つている。

両側板２２の間にはその下縁と平行に複数本の
フラツトバー２５が、揚鉱団塊最大径を間隔とし
て配列されており、一次団塊選別用格子を形成し
ている。

この装置は以上の如く構成されているので、こ
れを海底に降し、母船で曳航しながら集鉱用ポン
プ５を運転すると、ホツパー１内の圧力は外海の
圧力よりも低下し、サクシヨンヘツド３の両側板
２２と前後ブレード２３，２４の先端縁で囲まれ
て形成される開口から海水がその近傍のマンガン
団塊及び海底堆積物を伴つて集鉱ダクト２内に流
入し、ホツパー１内に入つて流速が落ちると団塊
は自重でホツパー１の底部に向つて落下して蓄積
され、海底堆積物は海水に懸濁して泥水排出管４
より海中に排出される。ホツパー底部に貯つた団
塊は順次下部開口１ａより揚鉱用接続管８に供給
され、団塊スラリー濃度調整弁１９より流入する
海水とともにスラリーとなつて揚鉱管７内を海上
の母船に揚鉱される。

サクシヨンヘツド３の直前における海底の高さ
（フレーム９に対する相対高さ）及び左右方向の
海底断面形状は、５個の海底高さ検知ホイール１
３の上下動により変化するアーム１２とフレーム
９の挾角θより実用上充分な精度で簡単に検知す
ることができる。なお、この場合、海底高さ検知
ホイール１３が団塊の上を乗越えると、ホイール
は一瞬上昇するので、ごく短時間の角度θの変動
は計測から除外するようにするのがよい。

例えば、第５図に示す如く、サクシヨンヘツド
の幅方向の海底断面形状がサクシヨンヘツドの全
掃査幅の間に「へ」の字形の勾配があつた場合
は、５個の海底高さ検知ホイール１３は夫々異る
高さになるので夫々の検知信号から海底傾斜の量
及び稜線の位置は容易に検知できる。この検知信
号より、あらかじめ定められたプログラムに従つ
て図示せぬ油圧駆動装置により、各サクシヨンヘ
ツド３毎にそのネツク部材２１を支持軸２０のま
わりに回動させることにより、第５図に示す如
く、各サクシヨンヘツド毎にその部分の海底傾斜
に適合させることができる。

又、第３図に示す如く、サクシヨンヘツド前後
ブレード２３，２４を海底高さ検知ホイールによ
る検知信号により同じく図示せぬ油圧駆動装置で
夫々の上端の軸支点を中心に第３図中に破線と実
線とで示す２つの位置の間の適宜の位置に変位さ
せることにより、サクシヨンヘツド開口位置を海
底高さに適応させることが出来る。

第３図に示す如く、サクシヨンヘツド前ブレー
ド２３は前端縁が上方に強く反り返つた断面形状
をしており、後ブレード２４はゆるやかな弧状と
なつているので、外部の海水がブレードに沿つて
サクシヨンヘツドに流入し易く、又後ブレード２
４の先端を海底面より若干下つた位置にもたらす
ことにより、海底堆積物の表面に転がつている団
塊はもとより、半ば堆積物中に埋れた団塊、殆ん
ど堆積物中に没した団塊も、じやがいもをすきで
収獲する如く、掘り起してサクシヨンヘツド内に
回収することができる。なお、海底土質、マンガ
ン団塊の賦存状態によつては、後ブレード２４を
第３図中に一点鎖線で示す２４′の位置に変位さ
せて、吸引口の面積を増加させることも可能であ
る。

サクシヨンヘツドより海水及び団塊を吸引する
際、サクシヨンヘツド内外の圧力差により、集鉱
ダクト２の外面とサクシヨンヘツドネツク部材２
１の外面との間の遊隙及びサクシヨンヘツド前後
ブレード２３，２４の側縁とサクシヨンヘツド側
板内面との間の遊隙を通じて外部の水がサクシヨ
ンヘツド又は集鉱ダクト内に流入するが遊隙は僅
かであり、又粘性抵抗もあるので流入量は無視す
ることができるのみならず、水がこの遊隙を流れ
ることにより、遊隙に入つた海底堆積物等の異物
を洗い流して作動を円滑にすることができる。

両側のサクシヨンヘツド側板２２の下縁の間に
は複数のフラツトバー２５を所定の選別粒径の間
隔で平行に配設した格子が一次団塊選別手段とし
て設けられているので、揚鉱団塊粒径の範囲の団
塊はこの格子を通過してサクシヨンヘツド内に吸
引されるが、これより大きい粒径の団塊はこの格
子に遮られてサクシヨンヘツド内に入ることが出
来ず、集鉱装置の前進に伴つて、傾斜した格子の
下面で海底堆積物中を下方に押し下げられる。団
塊を押し下げる深さはせいぜい数十cmですむか
ら、この選別格子は従来の如く数ｍの幅を横方向
に押し出す一次選別手段よりもはるかに小規模な
ものとすることができる。

なお、上記の実施例では、サクシヨンヘツドの
傾斜及びその開口の高さの調整を、海底高さ検知
ホイールによる検知信号により油圧装置を介して
自動的に行うものとしたが、海底高さ検知手段は
これ以外に例えば音波の利用等公知の各種の方法
を用いることができる。又、サクシヨンヘツド開
口の高さ調整は、海底土質等の状態があらかじめ
判明している場合は、これに適する位置にあらか
じめセツトしておいてもよく、又海上の母船より
遠隔操作により行なうこともできる。

以上の如く、本発明によれば、簡単な構成で、
海底地形、土質に対応してサクシヨンヘツドの高
さ及び傾斜を調整し団塊の一次選別を行なうこと
が出来るのでマンガン団塊等の揚鉱能率の向上に
顕著な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の集鉱装置の側面図、
第２図はその一部部材を省略して示した平面図、
第３図はそのサクシヨンヘツドを詳細に示す縦断
面図、第４図はその正面図、第５図は各サクシヨ
ンヘツドが海底面傾斜に対応して傾斜した状態の
一例を示す正面図である。 ２……集鉱ダクト、３……サクシヨンヘツド、
９……フレーム、１２……アーム、１３……海底
高さ検知ホイール、２０……サクシヨンヘツド支
持軸、２１……サクシヨンヘツドネツク部材、２
２……サクシヨンヘツド側板、２３……サクシヨ
ンヘツド前ブレード、２４……サクシヨンヘツド
後ブレード、２５……フラツトバー（選別格子を
形成する棒）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 海底面上を移動しながら集鉱ダクト内に発生
   させた水流により該集鉱ダクトの先端に設けたサ
   クシヨンヘツドより海底面に賦存せるマンガン団
   塊等の団塊を吸込んで集鉱するマンガン団塊等の
   集鉱装置において、 該集鉱装置の移動方向に対して横方向に並んだ
   複数のサクシヨンヘツドを有し、各サクシヨンヘ
   ツドは夫々集鉱ダクトの前端垂れ下り部の下端部
   に設けられた前後方向に伸びる軸線のまわりに所
   定の角度範囲内傾斜可能に軸支されていることを
   特徴とするマンガン団塊等の集鉱装置。 ２ 上記のサクシヨンヘツドが上記の集鉱ダクト
   下端部に設けられた前後方向に伸びる軸線のまわ
   りに所定の角度範囲内傾斜可能に軸支された長方
   形枠形のサクシヨンヘツドネツク部材と、該部材
   の側板に連続して下方に固定され、前後方向に伸
   びた１対の鉛直のサクシヨンヘツド側板と、上記
   ネツク部材の前後壁の下端に夫々接続する如くそ
   の上端を揺動可能に軸支されたサクシヨンヘツド
   前後ブレードとを有して成ることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のマンガン団塊等の集
   鉱装置。 ３ 上記サクシヨンヘツドの前後方向の伸びる軸
   線のまわりの傾斜角度の調整が、サクシヨンヘツ
   ドの直前に設けられた複数個の海底面高さ検知手
   段の検知信号により行なわれることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のマンガ
   ン団塊等の集鉱装置。