JP2016000930A - 水底地盤掘削装置および水底地盤掘削システム - Google Patents

Abstract

【課題】軟弱な水底地盤であっても地盤表面を過度に荒らすことなく効率的に移動することのできる水底地盤掘削装置およびこれを用いた水底地盤掘削システムを提供する。【解決手段】水底地盤２に向かって伸縮可能に構成されるスパッド１２とこのスパッド１２を水平方向にスライドさせるスライド機構１３とを有する走行補助体１４を備え、軟弱な水底地盤２ではスパッド１２を伸長移動させて水底地盤２にその先端部を埋入させた状態で、スライド機構１３によりスパッド１２を水平方向にスライドさせることにより、このスライドさせた方向とは反対方向に機体６を移動させ、比較的堅い水底地盤２ではクローラ４により機体６を移動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、水底地盤上を移動機構により移動しながら掘削機構により水底地盤を掘削する水底地盤掘削装置および水底地盤掘削システムに関し、詳しくは軽量化を図りつつ、軟弱な水底地盤であっても地盤表面を過度に荒らすことなく効率的に移動することのできる水底地盤掘削装置およびこれを用いた水底地盤掘削システムに関するものである。

水深６０００ｍ付近の海底に、レアアースやレアメタルが分布しているエリアが確認されている。レアアース等が分布しているエリアは広く、レアアース等の含有率の高い泥土が薄く層状に存在すると予想されている。このレアアース等の含有率の高い泥土の層は、レアアース等をほとんど含んでいない表土で覆われた状態である。泥土内に含まれるレアアース等の鉱物資源を利用するために、水底地盤掘削装置で表土を除去または回収して、泥土を回収することが検討されている。

水底で掘削作業を行う水底地盤掘削装置として、クローラを有する走行機構とショベルで構成される掘削機構と姿勢制御機構とを搭載したバックホウが提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載のバックホウは、姿勢制御機構により水底の傾きの影響を受けずに掘削作業を行うことができる。

しかし、このバックホウは水底地盤上で作業を行う際に、水底地盤を乱して走行不能に陥ることがある。水底の土砂から十分な反力を得られない場合、クローラの回転による推力や掘削作業時の反力を受けた際にバックホウが水底地盤に沈み込むことが要因である。

特開２０１２−０６２６８４号公報

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は軟弱な水底地盤であっても地盤表面を過度に荒らすことなく効率的に移動することのできる水底地盤掘削装置およびこれを用いた水底地盤掘削システムを提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の水底地盤掘削装置は、水底地盤を掘削する掘削機構とこの掘削機構が搭載されて水底地盤上を走行するクローラを有する走行機構とで構成された機体を備えた水底地盤掘削装置において、前記機体に、上下方向に伸縮移動するスパッドと、このスパッドを水平方向にスライドさせるスライド機構とを有する走行補助体が設けられ、前記スパッドの先端部を水底地盤に埋入させた状態でこのスパッドを前記スライド機構により前記機体に対して水平方向にスライドさせることにより、このスライドさせた方向とは反対方向に前記機体を移動させる構成にしたことを特徴とする。

本発明の水底地盤掘削システムは、複数の上記の水底地盤掘削装置と、前記掘削機構に一端が接続される圧送ホースと、この圧送ホースの他端に接続されるベース用圧送ポンプと、このベース用圧送ポンプが設置されるベースと、このベース用圧送ポンプから他の圧送ホースを介して送られる被搬送物を水上まで搬送する揚泥ラインとを備えることを特徴とする。

本発明によれば走行機構にクローラを有しているので、水底地盤掘削装置は水底地盤上を機動的に走行することができる。また、水底地盤にスパッドを埋入させると、このスパッドは水底地盤上にあるクローラに比して水底地盤に対して十分な反力を生じさせるので機体姿勢を保持することができる。この状態でスライド機構によってこのスパッドをスライドさせることで、機体を移動させることができる。即ち、軟弱な水底地盤の場合は、走行補助体によって機体を移動させることができるので、地盤表面を崩して過度に荒らすこともない。それ故、機体周辺を浮泥等によって汚濁させることがなく、機体の移動にも支障が生じない。このように、水底地盤の性状に応じて機体を効率的に移動させることができる。

スパッドの少なくとも先端部の外周面にらせん状に突起が形成され、スパッド軸心を中心にしてこのスパッドを回転させる構成にすることもできる。この構成によれば、より確実にスパッドの先端部を水底地盤に埋入させることができる。さらにスパッドを水底地盤から引き抜く際に、クローラに引き抜きに伴う反力を生じさせないため、水底地盤の乱れを減少させることができる。

機体が、走行機構の上部に設置される本体と、この上部旋回と走行機構との間に設置されてこの本体を水平状態に維持する姿勢制御機構と、本体に設置されて水底地盤までの距離を測定する距離センサとを備える構成にすることもできる。

この構成によれば、本体の水平状態を保ちながら水平地盤までの距離を正確に測定できるので、掘削機構で掘削した水底地盤とまだ掘削が行われていない水底地盤とを区別しながら水底地盤掘削装置は掘削作業を行うことができる。レアアースやレアメタル等が含まれる泥土を平面かつ層状に掘削する場合、掘削中の水底地盤の高さを揃えることで広範囲の掘削作業を効率的に行うことができる。

本発明の水底地盤掘削システムでは、複数のそれぞれの水底地盤掘削装置はベースを中心とする広い範囲で並行して掘削作業を行えるので、効率的な水底地盤の掘削を行うには有利となる。

この水底地盤掘削システムでは、ベースと揚泥ラインとの間に配置される中継車両を備え、この中継車両が圧送ホースの巻き取りおよび繰出しをする中継リールと、この圧送ホースに接続される中継圧送ポンプとを有する構成にすることもできる。中継車両に設置される中継圧送ポンプを利用して水底地盤掘削装置により掘削される泥土等をベースから揚泥ラインまで圧送できるので、ベースは揚泥ラインからより離れた位置で掘削作業を広範囲で行うことができる。

本発明の水底地盤掘削装置を側面視で例示する説明図である。 図１の水底地盤掘削装置を正面視で例示する説明図である。 走行補助体を例示する説明図である。 走行補助体による走行時の状態を示す説明図である。 走行補助体の変形例を示す説明図である。 掘削機構を底面視で例示する説明図である。 姿勢制御機構の動作状態を側面視で例示する説明図である。 姿勢制御機構の動作状態を正面視で例示する説明図である。 本発明の水底地盤掘削システムを側面視で例示する説明図である。 図９の水底地盤掘削システムによる掘削作業の状態を例示する説明図である。

以下、本発明の水底地盤掘削装置および水底地盤掘削システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１および図２に例示するように本発明の水底地盤掘削装置１は、水底地盤２を掘削する掘削機構３とこの掘削機構３が搭載されて水底地盤２上を走行するクローラ４を有する走行機構５とで構成された機体６を備えている。図面では、クローラ４により走行する機体６の前後方向をｘ、機体６の前後方向ｘに直交する水平方向となる左右方向をｙ、鉛直方向をｚとして示している。

前後方向ｘに平行に配置される２つのクローラ４の間には、このクローラ４よりも前後方向ｘに突出する位置に設置される補助クローラ４ａを設置することが望ましい。この補助クローラ４ａは、機体６の前方および後方にそれぞれ設置され、機体６が前後方向ｘに傾いて前転または後転しそうになったとき、水底地盤２と接触して機体６を支持して機体６が前転または後転してしまうことを抑制する機能を備えている。

この走行機構５の上部には姿勢制御機構７を介して本体８が設置されている。この実施形態では姿勢制御機構７は、鉛直方向に伸縮する複数のシリンダ７ａで構成され、それぞれのシリンダ７ａが伸縮することにより、水底地盤２の傾きに関わらず本体８を水平状態に維持することができる。

この本体８の前方と後方とに対置して配置されるそれぞれの掘削機構３は、この本体８に傾動および回転可能な状態で設置されるアーム９と、このアーム９の先端に傾動可能な状態で設置されて水底地盤２の掘削を行うヘッド１０とを備える。この実施形態では、機体６の前後に掘削機構３が対置して配置されているが、機体６に設置される掘削機構３の数は１つでもよく、３つ以上でもよい。また、複数の掘削機構３を設ける場合は、それぞれを任意の位置に配置することができ、例えば平面視で本体８の中心に対して９０°に直交する位置に配置することもできる。

このヘッド１０には、機体６に接続される圧送ホース１１の一端が接続されている。ヘッド１０により水底地盤２を掘削して得られる泥土等は、水とともにスラリーとしてこの圧送ホース１１に送られる。この圧送ホース１１に送られたスラリーは、スラリーから水を分離して水中に廃棄する分水装置などを経由して水上で待機する例えば運搬船等に送られる。

この機体６の走行機構５には、上下方向に伸縮移動して水底地盤２に先端部を埋入させることができるスパッド１２と、このスパッド１２を機体６の前後方向ｘにスライドさせるスライド機構１３とを有する走行補助体１４が設けられている。図３に例示するようにこの実施形態では、スパッド１２はケーシング１５とこのケーシング１５から水底地盤２に対して伸縮移動（伸長および収縮する方向に移動）するロッド１６とを備えるシリンダ機構で構成される。このロッド１６の先端部の外周面にはらせん状の突起１７が形成され、ロッド１６はケーシング１５に対してケーシング１５の筒軸心（スパッド軸心）を中心にして回転可能な状態で設置される。このスパッド１２は、例えばモータ等の回転駆動源により回転するボールねじで構成することができる。このロッド１６の先端部は、先端に向かって細くなる状態に形成され、水底地盤２に埋入させ易い形状になっている。

走行機構５の両側面に設置されるスライド機構１３は、スパッド１２のケーシング１５が固定されて、このケーシング１５とともにスパッド１２を機体６の前後方向ｘに移動さ
せる。この実施形態では、スライド機構１３によるスライド方向に対してロッド１６の伸縮移動方向が直交した状態で、スライド機構１３にケーシング１５が固定される。スライド機構１３は、スパッド１２を機体６の前後方向ｘに移動させる構成を備えていればよく、例えば前後方向ｘにロッドを進退させる油圧シリンダ、ラックアンドピニオン、またはレールに沿ってスパッド１２を移動させる種々の機構を採用することができる。

この実施形態では、本体８に水底地盤２の上面までの距離Ｌ１、Ｌ２を測定する距離センサ１９が設置されている。この距離センサ１９は、機体６の左右側面からそれぞれ左右方向ｙに突設される水平部材１８の先端部に取付けられている。この水平部材１８は、水底地盤掘削装置１が掘削を行う掘削幅よりも外側の範囲まで到達する長さを有する。この距離センサ１９は、例えば超音波距離センサやレーザ距離センサを利用することができる。

次に水底地盤掘削装置１を用いた水底地盤２の掘削作業について説明する。まず、水上の船舶等から水底地盤掘削装置１を水底に降下させて、その後、水底地盤掘削装置１を掘削予定領域まで移動させる。このとき、水底地盤２が比較的固くクローラ４で走行可能な場合は、クローラ４を利用して水底地盤掘削装置１を走行させる。一方、水底地盤２が泥土等の堆積により形成された軟弱な地盤である場合は、走行補助体１４を利用して水底地盤掘削装置１を移動させる。

この水底地盤掘削装置１の移動等の制御は、船舶や、ＦＰＳＯやＦＳＯと呼ばれる浮体式の洋上設備でモニター等を確認しながらジョイスティック等でオペレータが操作する遠隔操作により行う。洋上のオペレータは、水底地盤掘削装置１に設置されるカメラやセンサ等を頼りに、水底地盤掘削装置１を操作する。水底地盤掘削装置１の制御は、この遠隔操作の他に、自動制御により自動的に移動や掘削作業等を行う構成としてもよい。また図１に例示するように水底地盤掘削装置１の操作に必要な情報取得のために、カメラ付きＲＯＶ（Remotely Operated Vehicle 遠隔操作無人探査機）１９ａを設置する構成として
もよい。このカメラ付きＲＯＶはケーブルを介して例えば本体８に接続されている。洋上のオペレータは、遠隔操作によりこのカメラ付きＲＯＶを水中で移動させながら水底地盤２の状態や水底地盤掘削装置１の状態を確認することができる。

走行補助体１４を用いて水底地盤掘削装置１を移動させる場合は、図４（ａ）に例示するように、まずスライド機構１３を作動させてスパッド１２を機体６の前方に移動させる。その後、スパッド１２のロッド１６を回転させながら水底地盤２に向けて伸長移動させ、その先端部を水底地盤２に埋入させる。この実施形態では先端部にらせん状の突起１７が形成されたロッド１６を回転させながら水底地盤２に埋入させるので、ロッド１６の先端部を水底地盤２に確実に埋入させることができる。また水底地盤２に先端部が埋入されたロッド１６は、らせん状の突起１７により水底地盤２から抜け難くなる。なお図４（ａ）、（ｂ）では説明のため、水底地盤掘削装置１の一部を省略して図示している。

ロッド１６を水底地盤２に埋入させた後に、図４（ｂ）に例示するように、スライド機構１３によりスパッド１２を機体６の後方に移動させる。このときスパッド１２の先端部は水底地盤２に拘束されて固定された状態になっているので、水底地盤２に対して機体６が前方に移動する。即ち、スパッド１２が水底地盤２から水平方向の反力を得ることにより、スパッド１２をスライドさせた方向とは反対方向に機体６を前進させることができる。

また水底地盤２がさらに軟弱でありスパッド１２の周面が十分な反力を得られない場合であっても、スパッド１２の先端に水底地盤掘削装置１の重量が集中して、スパッド１２の先端と水底地盤２との間の垂直荷重が大きくなり、大きな摩擦力を得ることができるの
で、機体６を前進させることができる。

水底地盤２に埋入させるロッド１６の長さは、水底地盤２の硬さに応じて変更することが望ましい。スライド機構１３によりスパッド１２を移動させる際に、水底地盤２が容易に崩れてしまうほど水底地盤２が軟弱な場合は、ロッド１６をより深く水底地盤２に埋入させる必要がある。スライド機構１３によりスパッド１２を移動させる際にロッド１６の先端部が水底地盤２に安定して拘束される埋入長さの範囲内で、ロッド１６をより浅く水底地盤２に埋入させることが望ましい。ロッド１６を埋入させる長さが短いほど、水底地盤２に対するロッド１６の抜き差しを迅速に行うことができるので、走行補助体１４を利用した機体６の移動をスムーズに行うことが可能となる。

水底地盤掘削装置１が走行補助体１４を利用して前進する際にはクローラ４を停止させてもよく、クローラ４により推進力が得られる場合はクローラ４を作動させてもよい。つまり、走行補助体１４は単独で使用することもでき、クローラ４と同時に使用することも可能である。

クローラ４を停止して走行補助体１４のみで機体６を移動させる際は、ロッド１６の先端部を水底地盤２に単に埋入させるだけでなく、さらにロッド１６を深く埋入させることにより、機体６の荷重をロッド１６の先端に集中させてクローラ４の水底地盤２に対する接地圧を小さくすることが望ましい。

これにより、走行補助体１４で機体６を移動させる際に、水底地盤２上を引きずられる状態で移動するクローラ４と水底地盤２との間の摩擦力が小さくなり、機体６を移動させる際の抵抗を抑制できるからである。またクローラ４と水底地盤２との間の摩擦力が小さくなることにより、クローラ４が堆積泥土をまきあげて周囲を汚濁させる問題を回避するには有利となる。

スライド機構１３により機体６の後方に移動させたスパッド１２は、ロッド１６を逆回転させて収縮移動させながら水底地盤２から抜き取る。このスパッド１２を再び機体６の前方にスライド機構１３により移動させて、その後、水底地盤２に埋入させる。以上を繰り返して、水底地盤掘削装置１は水底地盤２上を移動することができる。上記のスライド機構１３によるスパッド１２の移動方向を逆にすれば、水底地盤掘削装置１を後進させることができる。

スパッド１２の先端部を水底地盤２に埋入させる構成により、水底地盤２とスパッド１２との間に大きな摩擦力が得られるので、クローラ４で進むことが困難な軟弱な水底地盤２であっても、水底地盤掘削装置１を効率的に移動させることができる。

また走行補助体１４は、スパッド１２を埋入させるときにだけ水底地盤２と接触するので、水底地盤２の表面を過度に荒らして堆積泥土等を舞い上がらせて周囲が汚濁した状態になることを抑制できる。オペレータは水底地盤掘削装置１を遠隔操作するので、水底地盤掘削装置１に設置されるカメラによる周囲の確認等を良好に行うことができる。そのため、水底地盤掘削装置１を効率的に移動させることができ、このことは作業効率を向上させるには多大なメリットになる。また周囲の汚濁を抑制できるので、水底地盤掘削装置１に設置される各種センサ等の誤作動を抑制するには有利である。

この実施形態では、機体６の左右側面にそれぞれ走行補助体１４を設置する構成であるが、本発明の水底地盤掘削装置１はこの構成に限られない。機体６の左右側面に加えて、ロッド１６が左右方向ｙに移動する状態に構成した走行補助体１４を、機体６の前後側面に設置することもできる。この構成により、走行補助体１４を利用して機体６を左右方向
ｙに移動させることが可能となる。

図５に例示するようにスパッド１２は、スライド機構１３に設置される昇降機構２０と、この昇降機構２０により水底地盤２に対して接近離間させるロッド１６とを備える構成にすることもできる。なお、スパッド１２の構成は、これに限らずロッド１６を水底地盤２に埋入させることができる構成であればよい。

図５の走行補助体１４は、スパッド１２とスライド機構１３との間に、水底地盤２に対するスパッド１２の伸縮方向を変化させる傾動機構２１が設置されている。例えば機体６を前進させる場合に、傾動機構２１によりスパッド１２の先端を後方側に傾けてから、ロッド１６を水底地盤２に向けて伸長移動させて埋入させる。この構成により、スライド機構１３によりスパッド１２を後方に移動させる際の力の分力が、スパッド１２の先端と水底地盤２との間に生じるので、スパッド１２と水底地盤２との間の摩擦力を増大させ、機体６を移動させるには有利となる。

この走行補助体１４は、ロッド１６の先端部にらせん状の突起１７が形成されず、先端に向かって細くなるテーパー形状になっている。この構成により、ロッド１６を回転させるための機構が不要となるので、スパッド１２の構造を単純化することができる。

上記の走行機構５や走行補助体１４を利用して所定の位置まで移動した水底地盤掘削装置１は、掘削機構３による水底地盤２の掘削を開始する。掘削機構３は、アーム９の傾動によりヘッド１０を水底地盤２に接地させて、アーム９を動作させながら掘削を行う。

図６に例示するようにヘッド１０は、水底地盤２と対向する側に開口部２２を形成される筐体２３と、この筐体２３の内部で回転しながら水底地盤２を掘削する掘削ローラ２４とを備える。掘削ローラ２４は、円柱状の回転体２５と、この回転体２５の外周面に突設される複数の掘削用突起２６とを備える。

この実施形態のヘッド１０は、掘削ローラ２４をそれぞれ設置される２つの筐体２３を有している。この２つの筐体２３は、平行に配置した後に一端側を他端側よりも接近させた状態で連結部材２７により連結される。

掘削機構３により掘削された水底地盤２は、例えば連結部材２７に形成された吸い込み口２８から水とともにスラリーとして吸引され、アーム９の内部に配置された圧送ホース１１を経由して、上方に圧送させる。この圧送ホース１１により送られたスラリーは、例えば水上で待機する運搬船等に回収される。このスラリーは、運搬船等に設置されるポンプ等の稼働により吸引されて回収されてもよく、水底地盤掘削装置１に設置されるポンプの稼働により運搬船等まで圧送されて回収されてもよい。

ヘッド１０の構造は上記に限定されず、水底地盤２を掘削してこの掘削により得られる泥土等を水とともにスラリーとして回収できる構成であればよい。従来の浚渫作業に利用されているヘッド等を利用することもできる。

レアアース等の鉱物資源は海域により異なるが、水底地盤２の表面から深さがおよそ２ｍ〜３ｍの範囲に薄く広く分布していることが多いので、掘削機構３により掘削を行う際は、第１層の掘削、第２層の掘削というように、同じ場所を薄層状に段階的に掘削することが望ましい。そのため、水底地盤掘削装置１は、走行補助体１４等で機体６を移動させながら、アーム９の旋回等によりヘッド１０を扇形状に移動させて例えば０．５ｍ〜１．０ｍ程度の深さで薄く広く水底地盤２を掘削する。

機体６の移動にともない、まず機体６の前方に設置される掘削機構３により水底地盤２が掘削される。その直後に機体６の後方に設置される掘削機構３により同じ場所の水底地盤２は再び掘削される。つまり、水底地盤掘削装置１の１回の通過により、水底地盤２は１．０ｍ〜２．０ｍの深さで掘削される。

このとき、図２に例示するように距離センサ１９により機体６が走行して掘削を行っているレーンに対して、隣接するレーンの水底地盤２までの距離Ｌ１、Ｌ２を測定することが望ましい。これにより、掘削を既に行った領域と掘削が行われていない領域を検知することができる。また第１層まで掘削が完了したレーンと第２層まで掘削が完了したレーンなど、何層目まで掘削が完了しているかを検知することもできる。水底地盤２までの距離を測定しながら掘削を行うので、この水底地盤掘削装置１は効率的に薄く広く掘削を行うのに有利である。

図７および図８に例示するように水底地盤掘削装置１が姿勢制御機構７を備えている場合は、機体６が走行して掘削を行っているレーンが前後方向ｘに傾斜している場合であっても、複数のシリンダ７ａが伸長または収縮することにより掘削機構３が設置される本体８を水平な状態に維持できるので、水底地盤２の傾きに関わらず掘削機構３による掘削を効率的に行うことができる。

またレーンが左右方向ｙに傾斜している場合も、距離センサ１９が設置される本体８を水平な状態に維持できるので、本体８に突設される水平部材１８から水底地盤２までの距離Ｌ１、Ｌ２を測定する精度を向上できる。図７では説明のため掘削機構３等の一部の構成を省略している。

この姿勢制御機構７を構成するシリンダ７ａの数および配置は上記に限られず、水底地盤２の傾きから独立して本体８を水平に維持できる構成であればよい。また姿勢制御機構７はシリンダ７ａで構成される機構に限らず、本体８を水平に維持できる構成であればよい。

図９および図１０に例示する本発明の水底地盤掘削システム２９は、複数の水底地盤掘削装置１とともに水底に沈められるベース３０と、このベース３０に設置されて水底地盤掘削装置１に向けて圧送ホース１１の巻取りおよび繰出しをするベース用リール３１と、このベース用リール３１に巻回される圧送ホース１１の他端に接続されるベース用圧送ポンプ３２と、このベース用圧送ポンプ３２から延びる圧送ホース１１に接続される揚泥ライン３３とを備えている。このベース用リール３１とベース用圧送ポンプ３２との間に、スラリーから水を分離して水中に廃棄する分水装置を設置することもできる。この揚泥ライン３３は、水上に向かって延設され、水上で待機する運搬船等にレアアース等を含むスラリーを搬送する。このベース用リール３１とベース用圧送ポンプ３２は、複数の水底地盤掘削装置１に対応する数だけベース３０に設置される。複数の水底地盤掘削装置１から圧送されるスラリーは、合流部３３ａを介して１本の揚泥ライン３３から水上に運搬される。ベース３０と揚泥ライン３３との間の距離が長い場合には、この間の圧送ホース１１に中継車両３４を接続することもできる。

中継車両３４は、圧送ホース１１の巻取りおよび繰出しをする中継リール３５と、この中継リール３５に巻回される圧送ホース１１に接続される中継圧送ポンプ３６と、水底地盤２上を走行するためのクローラ３７とを備えている。水底地盤掘削装置１により掘削、回収されるレアアース等を含むスラリーは、ベース用圧送ポンプ３２の稼働により水底地盤掘削装置１からベース３０まで圧送され、中継車両３４が設置される場合にはこの中継車両３４に設置される中継圧送ポンプ３６の稼働によりベース３０から揚泥ライン３３まで圧送される。この中継車両３４を設置することにより、スラリーを長距離搬送できるの
で、揚泥ライン３３から離れた位置にベース３０を設置して水底地盤掘削装置１による掘削作業を行うことが可能となる。そのため、ＦＰＳＯなど移動させにくい洋上設備に揚泥ライン３３が接続される場合には、この揚泥ライン３３を移動させることなく、この地点を中心にベース３０を広い範囲で移動させながら水底地盤２の掘削を行うことが可能となり、掘削作業の効率を向上できる。

この中継車両３４の走行や中継圧送ポンプ３６の作動等は、オペレータにより遠隔操作で制御される。この遠隔操作の他に、自動制御により自動的に移動や中継圧送ポンプ３６の作動の制御等を行う構成としてもよい。また水底地盤２の状態や中継車両３４の状態を確認するために、図１に例示するカメラ付きＲＯＶ１９ａを中継車両３４に設置する構成としてもよい。

ベース３０を揚泥ライン３３の近傍に設置して掘削を行う場合には、中継車両３４を設置せずにベース用圧送ポンプ３２と合流部３３ａとを圧送ホース１１で直接連結する構成にすることもできる。また揚泥ライン３３を接続される洋上設備の移動が容易な場合は、中継車両３４を設置せずに、揚泥ライン３３が接続される洋上設備とともにベース３０を移動させながら掘削作業を行う構成にすることもできる。

また１基のベース３０に対して複数台の中継車両３４を直列的に接続することで、揚泥ライン３３から離れた位置であってもベース３０を設置して掘削作業を行うことが可能となる。この中継車両３４にも、水底地盤掘削装置１と同様に走行補助体１４を設置することが望ましい。

揚泥ライン３３は、ホースや管などで構成され、揚泥ライン３３内の被搬送物であるスラリーに気泡を供給してこの浮力によりスラリーを水上に運搬するいわゆるエアリフターと呼ばれる構造を備えている。水上の船舶等に設置されるポンプにより揚泥ライン３３内のスラリーを吸引して揚送してもよいが、船舶等からベース３０までの距離が長くなる程、吸引による揚泥はエネルギ効率が低下して困難となるので、エアリフターを採用することが望ましい。

この実施形態ではベース３０は、互いに離れた位置に設置される少なくとも３つのトランスポンダ３８を備えている。この構成によれば、ベース３０から離れて掘削作業を行う水底地盤掘削装置１は、それぞれのトランスポンダ３８までの距離を測定することにより、ベース３０に対する自己の位置（座標）を取得することができる。それぞれのトランスポンダ３８を予めベース３０に設置しておくと、水底でトランスポンダ３８を配置する作業等が不要となるので、水底地盤２の掘削作業の作業効率を向上するには有利となる。

水深が比較的浅く、水底地盤２の複数の地点にトランスポンダ３８を容易に設置できる場合は、互いの距離を離して広い範囲に複数のトランスポンダ３８を設置することが望ましい。トランスポンダ３８どうしの距離が離れているほど、水底地盤掘削装置１の座標を取得する際の精度を向上できる。

図１０に例示するように、水底地盤掘削システム２９を利用して水底地盤２の掘削を行う際には、水底地盤２を一定の領域ごとのセル３９に区切り、１つのセル３９内で１台の水底地盤掘削装置１を往復移動させながら薄層掘削を行っていく。このセル３９は、例えば２００ｍ四方の正方形に設定する。この実施形態では、１つの揚泥ライン３３に対して、２つのベース３０を水底に沈めて、さらにこのベース３０に搭載される複数の水底地盤掘削装置１により掘削作業を行っている。揚泥ライン３３から遠い位置にあるベース３０との圧送ホース１１の接続は、中継車両３４を介して行っている。図１０に例示する実施形態では、揚泥ライン３３を中心とした同心円上に複数のセル３９を設定して、水底地盤掘削装置１により順次掘削を行っている。図１０には説明のため、揚泥ライン３３を中心として異なる半径を有する同心円の円弧ｒを図示している。

またこの実施形態の水底地盤掘削装置１は、ベース３０に設置されるトランスポンダ３８との信号の送受信により、ベース３０に対する自己の位置（座標）を検知することができるので、予め設定されたセル３９内で掘削作業を効率的に行うことができる。水底地盤掘削装置１が、自己の圧送ホース１１が接続されていない他のベース３０のトランスポンダ３８からの信号を利用して、自己の座標を検知する構成としてもよい。これにより、水底地盤掘削装置１の座標を取得する際の精度をさらに向上できる。図１０では、説明のため掘削が行われていないセル３９の外周を破線で示している。

レアアース等の資源は浅く広く分布しているので、水上の船舶等で回収された泥土の比重等の分析を行いながら、何層まで掘削するかを決定する。このとき、水底地盤掘削装置１は距離センサ１９により水底地盤２までの距離を測定しているので、この距離のデータと水底地盤掘削装置１の座標から資源の分布状況を推定することができる。

周辺の掘削作業が完了したベース３０は、作業船等により引き上げて他の場所に移動させる。ベース３０の移動は、ベース３０を水上に引き上げた後に移動させる方法を採用してもよく、作業船等からワイヤ等で懸吊した状態で水底近傍を移動させる方法を採用してもよい。揚泥ライン３３を中心とした同心円状にベース３０を順次配置することにより、ベース３０と中継車両３４と揚泥ライン３３が一直線状に並ぶので、圧送ホース１１の取り回しが容易となり、ベース３０と中継車両３４等の操作制御が容易となる。

揚泥ライン３３から離れた位置のセル３９で掘削作業を行う場合は、ベース３０と揚泥ライン３３との間に中継車両３４を接続して、この中継車両３４の中継圧送ポンプ３６を利用してスラリーの長距離搬送を行う。

１ 水底地盤掘削装置
２ 水底地盤
３ 掘削機構
４ クローラ
５ 走行機構
６ 機体
７ 姿勢制御機構
８ 本体
１１ 圧送ホース
１２ スパッド
１３ スライド機構
１４ 走行補助体
１７ らせん状の突起
１９ 距離センサ
２１ 傾動機構
２９ 水底地盤掘削システム
３０ ベース
３１ ベース用リール
３２ ベース用圧送ポンプ
３３ 揚泥ライン
３４ 中継車両
３５ 中継リール
３６ 中継圧送ポンプ

Claims (5)

1. 水底地盤を掘削する掘削機構とこの掘削機構が搭載されて水底地盤上を走行するクローラを有する走行機構とで構成された機体を備えた水底地盤掘削装置において、
   前記機体に、上下方向に伸縮移動するスパッドと、このスパッドを水平方向にスライドさせるスライド機構とを有する走行補助体が設けられ、前記スパッドの先端部を水底地盤に埋入させた状態でこのスパッドを前記スライド機構により前記機体に対して水平方向にスライドさせることにより、このスライドさせた方向とは反対方向に前記機体を移動させる構成にしたことを特徴とする水底地盤掘削装置。
2. 前記スパッドの少なくとも先端部の外周面にらせん状に突起が形成され、スパッド軸心を中心にしてこのスパッドを回転させる構成にした請求項１に記載の水底地盤掘削装置。
3. 前記機体が、前記走行機構の上部に設置される本体と、この本体と前記走行機構との間に設置されてこの本体を水平状態に維持する姿勢制御機構と、前記本体に設置されて前記水底地盤までの距離を測定する距離センサとを備える請求項１または２に記載の水底地盤掘削装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の複数の水底地盤掘削装置と、前記掘削機構に一端が接続される圧送ホースと、この圧送ホースの他端に接続されるベース用圧送ポンプと、このベース用圧送ポンプが設置されるベースと、このベース用圧送ポンプから他の圧送ホースを介して送られる被搬送物を水上まで搬送する揚泥ラインとを備えることを特徴とする水底地盤掘削システム。
5. 前記ベースと前記揚泥ラインとの間に配置される中継車両を備え、この中継車両が前記圧送ホースの巻き取りおよび繰出しをする中継リールと、この圧送ホースに接続される中継圧送ポンプとを有する請求項４に記載の水底地盤掘削システム。

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