KR100381624B1 - 심해저 광물의 무삭 연속채굴 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 채굴방식과는 달리 수면의 모선과는 어떠한 연결매체도 없이 집광기가 독립적으로 심해저의 광물을 연속적으로 채굴할 수 있도록 하는 심해저 광물의 채굴 방법에 관한 것으로, 본 발명은, 통제 모선을 통하여 채굴지역 탐사 및 선정하는 작업을 시행한 후 장비이송 크레인을 사용하여 작업 지원용 무인 잠수정과 채굴장비를 단괴를 탐지한 지정위치에 잠수시키는 단계; 상기 채굴장비가 해저면 표면에 도달하면 상기 채굴장비를 이용하여 해저 표면의 단괴를 단괴이송 카세트에 저장시키는 단계; 상기 카세트를 채굴장비에 설치된 추진기를 사용하여 채굴장비와 일차적인 분리를 시행한 후 상기 카세트가 수면을 향해 부상하게 되고 이때 카세트에 설치된 가스튜브가 작동될 수 있는 수심층에 상기 카세트가 이르게 되면 이차적으로 가스튜브가 작동하여 수면까지 부력에 의하여 카세트가 부상하는 단계; 및 상기 카세트는 장비이송 크레인에 의해 인양되고 인양된 카세트를 수집 선박에 안착시켜 상기 카세트의 광물을 수집하는 단계로 구성된 심해저 광물의 연속채굴 방법을 제공한다.

Description

심해저 광물의 무삭 연속채굴 방법{Untethered continuous deep sea mining}

본 발명은 심해저에 존재하는 광물을 채굴하는 방식에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 채굴 방식과는 달리 수면의 모선과는 어떠한 연결매체도 없이 집광기가 독립적으로 심해저의 광물을 연속적으로 채굴할 수 있도록 하는 심해저 광물의 채굴 방법에 관한 것이다.

일반적으로 선진국인 일본, 중국, 독일, 호주 등 심해저 광물에 관심이 많은 해양 선진국가들은 해저면의 표면에 있는 광물을 채굴하는 경우 수면의 통제 모선과 해저면에서 작업하는 집광기의 사이에는 파이프 관인 양광관을 수 km씩 연결하여 그 양광관을 통하여 광물을 채굴하게 되는데, 상기 양광관을 이용한 채굴 방법은 공기, 물 등이 파쇄된 심해저 광물을 싣고 상부에 있는 통제 모선의 방향으로 이동되는 방법을 사용하므로 양광관에 대한 파손이 있는 경우 전체적인 작업이 중단되는 등 많은 문제점을 안고 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은, 심해저에 존재하는 광물을 효율적으로 채굴하기 위해 작업 통제용 모선, 버켓 수거용 예인선, 보조 무인잠수정, 집광기(또는 채굴기) 및 카세트 타입의 버켓으로 구성시켜 심해저의 광물을 독립된 카세트형의 버켓에 저장하여 자동적으로 예인선에적재할 수 있도록 하는 심해저 광물의 연속채굴 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 통제 모선, 보조 무인잠수정 및 집광기를 포함하여 해저면의 표면에 위치한 광물을 채굴하는 방법에 있어서, 상기 통제 모선을 통하여 채굴지역 탐사 및 선정하는 작업을 시행한 후 장비이송 크레인을 사용하여 작업 지원용 무인 잠수정과 채굴장비를 단괴를 탐지한 지정위치에 잠수시키는 단계; 상기 채굴장비가 해저면 표면에 도달하면 상기 채굴장비를 이용하여 해저 표면의 단괴를 단괴이송 카세트에 저장시키는 단계; 상기 카세트를 채굴장비에 설치된 추진기를 사용하여 채굴장비와 일차적인 분리를 시행한 후 상기 카세트가 수면을 향해 부상하게 되고 이때 카세트에 설치된 가스튜브가 작동될 수 있는 수심층에 상기 카세트가 이르게 되면 이차적으로 가스튜브가 작동하여 수면까지 부력에 의하여 카세트가 부상하는 단계; 및 상기 카세트는 장비이송 크레인에 의해 인양되고 인양된 카세트를 수집 선박에 안착시켜 상기 카세트의 광물을 수집하는 단계로 구성된 심해저 광물의 연속채굴 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 채굴 작업을 설명하기 위한 개요도.

도 2는 본 발명의 심해저 광물 연속채굴 방식을 설명하는 도면.

도 3a는 본 발명의 심해저 광물 연속채굴 방식에 사용되는 무인 잠수정에 카세트가 저장된 단부를 설명하는 도면, 도 3b는 본 발명의 심해저 광물 연속채굴 방식에 사용되는 집광기와 버켓의 작동 상태를 설명하는 도면, 도 3c는 본 발명의 심해저 광물 연속채굴 방식에 사용되는 집광기와 보조 잠수정의 작동 상태를 설명하는 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >

30 : 통제 모선 32 : 수집 선박

34 : 장비이송 크레인 36 : 집광기(또는 채굴기)

38 : 보조 무인잠수정 40 : 카세트 수집부

42 : 카세트 44 : 카세트 보관부

46 : 도킹 소켓부 48 : 작업 아암

50 : 도킹 플러그 52 : 구동 레일

54 : 단괴 이동부 56 : 카세트 날개

58 : 가스 부이 60 : 적재부

62 : 망간 단괴 64 : 조종 라인

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동 상태를 설명한다.

도 1은 본 발명의 채굴 작업을 설명하기 위한 개요도로서, 통제 모선(30)에는 상부 일측에 장비이송 크레인(34)이 설치되고 상기 장비이송 크레인(34)을 통해 집광기(또는 채굴기)(36)가 심해로 위치된다.

즉, 상기 통제 모선(30)은 채굴지역 탐사 및 선정 작업이 완료되면 그 위치에 정박한 뒤 장비이송 크레인(34)을 사용하여 집광기(36)를 지정한 장소에 여러대 배치시킨다.

도 2는 본 발명의 심해저 광물 연속채굴 방식을 설명하는 도면으로서, 통제 모선(30)은 채굴 지역의 수면에 위치하고 그 인접한 곳에는 장비이송 크레인(34)을 사용하여 채굴된 광물을 수집하는 수집 선박(32)이 위치되며, 상기 통제 모선(30)에는 수중에서 작동하는 보조 무인잠수정(38)이 조종 라인(64)을 매개로 하여 상호 연결되어 있으며, 상기 보조 무인잠수정(38)은 집광기(36)가 고장이 나서 수리를 하거나 집광기(36)에 카세트(42)를 교체시키는 경우 사용된다.상기 조종라인(64)은 보조 무인잠수정(38)의 동력 케이블과 컨트롤케이블로 이루어져 무인 잠수정의 동력을 통제모선(30)에서 제공하고 이동을 제어한다.

상기 통제 모선(30)과는 어떠한 연결 매체도 없이 집광기(36)는 독립적으로 채취 작업을 수행할 수 있으며, 상기 집광기(36)가 채취한 망간 단괴(62)의 회수 방법은 통제 모선(30)의 위치나 상태(예를 들면 해수면의 기후 조건, 기상 상태, 피치못할 이동 등)와는 관계없이 회수할 수 있도록 구성된다.

상기 집광기(36)에서 채취된 망간 단괴(62)는 독립된 카세트(42)에 자동으로 저장되며, 상기 카세트(42)는 가스튜브(수심이 비교적 얕은 곳에서 사용)나 자체 추진력을 갖는 카세트 날개(56)에 의해 집광기(36)에서 분리되어 수면으로 부상하게 되고 상기 카세트(42)는 일정한 수심에 이르면 작동되는 가스 부이(58)를 펼치게 되어 수면으로의 이동이 더욱 원활하게 되며, 특히 상기 카세트(42)는 통제 모선(30)이나 수집 선박(32)의 위치를 파악하여 특정 범위안으로 집결하도록 제작한다.위에서 해저표면의 단괴를 단괴이송 카세트에 저장시키는 단계는 집광기(36)가 해저면에 위치한 망간 단괴(62)를 채굴하기 위해 에어를 사용하는 워터제트를 분사하여 단괴를 해저면으로부터 띄우고, 이때 망간 단괴(62)가 수면방향으로 상승한 뒤 서서히 해저면의 바닥으로 낙하하게 된다. 그 낙하하는 망간 단괴(62)를 단괴 이동부(54)에 적재한 후 상기 단괴이동부(54)의 단부를 이동시켜 카세트(42)에 삽입하여 단괴이동부(54)를 따라 움직이는 단괴를 카세트(42)에 저장하고 단괴가 카세트(42)에 다 저장되면 상기 단괴이동부(54)가 카세트(42)로부터 분리된다.

상기 카세트(42)가 수면까지 부상하게 되면 수집 선박(32)에서 카세트(42)를회수하고 수집된 카세트(42)는 보조 무인잠수정(38)을 통하여 해저면의 집광기(36)로 다시 공급되는 방식으로 구성된다.

도 3a는 본 발명의 심해저 광물 연속채굴 방식에 사용되는 무인 잠수정에 카세트가 저장된 단부를 설명하는 도면이고, 도 3b는 본 발명의 심해저 광물 연속채굴 방식에 사용되는 집광기와 버켓의 작동 상태를 설명하는 도면이고, 도 3c는 본 발명의 심해저 광물 연속채굴 방식에 사용되는 집광기와 보조 잠수정의 작동 상태를 설명하는 도면이다.

통제 모선(30)에서 해저로 이동된 집광기(36)에는 그 일측에 카세트 보관부(44)가 형성되고 그 카세트 보관부(44)에는 내측에 카세트(42)가 적재되어 있으며, 상기 카세트(42)는 보관 홀더인 카세트 보관부(44)에서 차례로 분리되어지고 접어진 상태에서 이동되어 정위치에 장착되면 위로 펼쳐지게 된다.

상기 카세트(42)가 망간 단괴(62)를 저장할 준비가 완료되면 단괴 이동부(54)가 작동되어 단괴를 공급하게되고 카세트(42)에 저장량이 포화상태가 되면 추진기가 작동하여 집광기(36)에서 분리되어 수면(통제 모선이나 수집 선박)의 위치를 향하여 부상하게 된다. 상기 카세트(42)가 집광기(36)에서 분리되는 경우 카세트(42)의 상부에 형성된 카세트 날개(56)가 펼쳐지게 되면서 카세트(42)를 상부로 이송시키게 된다.

이때, 상기 카세트(42)는 가스 튜브가 작동될 수 있는 수심층에 도달하면 2단계의 가스 부이(58)가 작동하여 원형의 튜브로 형성되고 상기 가스 부이(58)의 부력에 의해 카세트(42)는 수면으로 이송된다.

상기 카세트(42)가 수면으로 올라오면 수집 선박(32)에서 카세트(42)를 인양하여 단괴를 하역하고 빈 카세트를 다시 압축하여 가스나 충전지의 전력을 다시 공급하여 저장 쎌에 장착하며, 상기 저장 쎌은 보조 무인잠수정(38)의 카세트 수집부(40)에 적재되어 심해저로 이동되며 다시 집광기(36)에 카세트를 공급하여 연속작업을 진행시키게 된다.

상기 설명과 같이, 집광기(36)는 해저면에 위치한 망간 단괴(62)를 채굴시 에어를 분사하여 단괴를 해저면으로부터 띄우게 되는데, 이때 집광기(36)를 통해 에어가 분사되면 망간 단괴(62)가 수면방향으로 상승한 뒤 서서히 해저면의 바닥으로 낙하하게 되고 그 낙하하는 망간 단괴(62)를 단괴 이동부(54)에 적재한 후 컨베이어 시스템 방식으로 작동하는 단괴 이동부(54)를 통하여 곧 바로 카세트(42)로 이송하여 저장하게 된다.

상술한 본 발명의 구성과 작동 상태에 따른 효과를 설명한다.

본 발명에 의한 심해저 광물을 연속적으로 채굴하는 방식은 해저면에 다수의 집광기를 투입시킬 수 있어 여러 광구에서 동시 작업이 이루어질 수 있으며 그로인해 망간 단괴에 대한 대량의 채굴이 가능하고, 또한 상기 집광기를 사용하여 망간 단괴를 채굴하는 경우는 장애물이 있는 지역에서도 작업이 가능하므로 지상 자원이 고갈되어 가는 시점에서 다량의 광물 자원을 회수할 수 있고 그로인해 채굴 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 심해저 광물을 연속적으로 채굴하는 방식은 채굴 광석으로 망간단괴를 채굴하게 되는데, 이때 망간 단괴에 포함된 다수의 광물을 한꺼번에 얻을 수 있는 효과를 가진다.

Claims (3)

1. 통제 모선, 보조 잠수정 및 집광기를 포함하여 해저면의 표면에 위치한 광물을 채굴하는 방법에 있어서, 상기 통제 모선을 통하여 채굴지역 탐사 및 선정하는 작업을 시행한 후 장비이송 크레인을 사용하여 작업 지원용 무인 잠수정과 채굴장비를 단괴를 탐지한 지정위치에 잠수시키는 단계; 상기 채굴장비가 해저면 표면에 도달하면 상기 채굴장비를 이용하여 해저 표면의 단괴를 단괴이송 카세트에 저장시키는 단계; 상기 카세트를 채굴장비에 설치된 추진기를 사용하여 채굴장비와 일차적인 분리를 시행한 후 상기 카세트가 수면을 향해 부상하게 되고 이때 카세트에 설치된 가스튜브가 작동될 수 있는 수심층에 상기 카세트가 이르게 되면 이차적으로 가스튜브가 작동하여 수면까지 부력에 의하여 카세트가 부상하는 단계; 및 상기 카세트는 장비이송 크레인에 의해 인양되고 인양된 카세트를 수집 선박에 안착시켜 상기 카세트의 광물을 수집하는 단계로 구성된 심해저 광물의 연속채굴 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 카세트는 접이식 타입으로 다수개가 묶음으로 형성되며, 상기 카세트는 상부에 추진기의 작동에 의해 수평방향으로 펼쳐지는 카세트 날개가 형성되고 하부에 단괴를 적재하는 적재부(60)가 형성되며, 상기 카세트는 일정 수심에서 작동되는 가스 부이를 카세트의 상부 정중앙에 형성시켜 카세트에 의해 단괴를 수심으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 심해저 광물의 연속채굴 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 채굴장치는 구동 레일에 의해 구동되며, 상기 구동 레일의 상부에는 카세트를 적재하는 카세트 보관부가 형성되고 상기 카세트 보관부의 후방에는 도킹 소켓부가 형성되며, 상기 채굴장치에는 무인 잠수정의 카세트 수집부에 압축된 상태로 카세트를 적재하고 있는 무인 잠수정에 의해 카세트가 공급되며, 상기 채굴장치는 무인 잠수정의 전방에 형성된 도킹 플러그와 채굴장치의 도킹 소켓부의 도킹장치에 의해 채굴장치의 밧데리 충전 및 고장 수리 작업이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 심해저 광물의 연속채굴 방법.