JP2016102375A - 海底鉱床採鉱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の海底掘削機により掘削された掘削ズリを大きな出力の水中ポンプを用いることなく少ない労力と少ない作業時間で海上に停泊している採鉱母船に集積が可能な海底鉱床採鉱装置を提供する。【解決手段】海底および海底鉱床上を走行する左右一対のクローラ３，３が備えられている本体フレーム２の前方に配置されているアーム６の先端に別途海底鉱床掘削機により海底に堆積している掘削ズリ（塊）Ｄｍを掬い取るための掬取口７１ならびに前記掬い取った掘削ズリＤｍを水中吸引可能な大きさに粗砕するためのクラッシャー８、更に前記粗砕された海底鉱床を排出するための排出口７２を有するバケット７が少なくとも俯仰可能に且つ前記掬取口７１を前方から上方に旋回可能に取り付けた。【選択図】図１

Description

本発明は、海底、特に深海に存在する鉱床を海底鉱床掘削機により掘削した掘削ズリを例えば海上に停泊している採鉱船に集積するために用いられる海底鉱床採鉱装置に関するものである。

近頃、水深１０００ｍを超える大深海の海底に金、銅、鉛、亜鉛、ニッケル、コバルト、白金その他レアメタル、レアアースなどのメタル資源を有する海底鉱床が多数存在することが各種の探査により確認されている。

ところで、前記海底鉱床の資源を利用するには海底鉱床を破砕して採鉱する手段が必要であり、従来から例えば特開昭６３−１３０８２９号公報、特開２０１３−１７０３８０号公報などに海底に沈降させて鉱床を掘削する海底掘削機が提示されている。

ところが、この公報に提示されている海底掘削機は、海底鉱床を掘削して例えば数１０ｃｍ程度の掘削ズリを得るものであり、この掘削ズリを海上に停泊している採鉱母船に引き上げる必要がある。

そこで、例えば特開２０１２−１４４９４３号公報、特開２０１２−１４４９４４号公報などに海底掘削機に掘削ズリを水中ポンプで吸い込み海上に停泊している採鉱母船に搬送して採鉱母船に設置された船倉に積載する手段が開示されている。

特開昭６３−１３０８２９号公報 特開２０１３−１７０３８０号公報 特開２０１２−１４４９４３号公報 特開２０１２−１４４９４４号公報

ところが前記公報に提示されているような水中ポンプを用いた採鉱装置により海上に停泊している採鉱船まで採鉱物を搬送するには大きな出力の水中ポンプが必要であり経済的でない。特に、通常の海底掘削機により掘削された掘削ズリ（採鉱）は例えば直径が大きなものが多く水中ポンプによる吸引搬送では深海から海上の採鉱母船まで搬送するのは困難であり、また、前記従来の海底掘削機により掘削された掘削ズリは前記水中ポンプの搬送には向かないほどに大きいものもあり、例えば海底鉱床を粉砕するような掘削手段も必要であり、このような場合には掘削作業に多大な労力と時間とを費やすことになる。

本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、前記従来の海底掘削機により掘削された掘削ズリを大きな出力の水中ポンプを用いることなく少ない労力と少ない作業時間で海上に停泊している採鉱母船に集積が可能な海底鉱床採鉱装置を提供するものである。

前記課題を解決するためになされた本発明は、海底および海底鉱床上を走行する左右一対のクローラが備えられている本体フレームの前方に配置されているアームの先端に別途
海底鉱床掘削機により海底に堆積している掘削ズリ（塊）を掬い取るための掬取口ならびに前記掬い取った掘削ズリを水中吸引可能な大きさに粗砕するためのクラッシャー、更に前記粗砕された海底鉱床を排出するための排出口を有するバケットが少なくとも俯仰可能に且つ前記掬取口を前方から上方に旋回可能に取り付けられていることを特徴とする。

本発明によると従来の海底鉱床掘削機より普通に掘削された大きさの掘削ズリ（塊）、つまり、水中ポンプでの搬送に適しない大きさのものを含む掘削ズリを簡単な操作で水中ポンプにより吸引して海上に停泊している採鉱母船に容易且つ確実に搬送することを可能にすることができるものである。

また、本発明において、前記クラッシャーがジョークラッシャーである場合には１枚の固定破砕板と１枚の可動破砕板とをバケット内に対向して配備すればよく、構成が複雑でなく重量的にも支障なく、殊に、深海において作業することから破砕作業中にバケット内に収容されている海底鉱床の掘削ズリ（塊）が海水圧や潮流などにより流失してしまう心配もない。

更に、本発明において、前記本体フレームに水中カメラならびに水中ライトが備えられていることにより、暗闇の深海における海底において海底掘削機により掘削された海底鉱床の掘削ズリ（塊）の堆積箇所や堆積状況更には粗砕物の堆積位置などを容易に確認することができ、前記水中カメラからの映像を使用して海上の採鉱母船から確実且つ迅速に遠隔操作をすることができる。

更にまた、前記アームが前記本体フレームへの取付部を中心として水平方向に回動可能である場合には海底鉱床採鉱装置を停止した状態でバケットを左右に回動させることが可能であり、作業効率の向上を図ることができる。

加えて、前記本体フレームの前方に水中吸引装置に接続された吸引管が吸引口を前方に向けて配置されている場合には粗砕作業が終わって海底に堆積した粗砕物は言うまでもなく粗砕作業中であってもバケットから海底に排出されている粗砕物を吸引することも可能である。

本発明によると、従来の海底鉱床掘削機より普通に掘削された大きさの掘削ズリ（塊）を簡単な操作で水中ポンプにより吸引して海上に停泊している採鉱母船に容易且つ確実に搬送することを可能にすることができる。

本発明の好ましい実施の形態を示すものであり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 図１に示した実施の形態の使用状態を示す説明図である。 本発明の異なる実施の形態を示す側面図である。 本発明の更に異なる実施の形態を示す側面図である。

以下に、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明における好ましい実施の形態を示すものであり、掘削した海底鉱床の採取機１は、海上に停泊している採鉱母船に搭載されている各種の操作機器（図示せず）により有線または無線により遠隔操作される各種の通信機器、制御機器更には各種のアクチュエータなどの原動機など（いずれも図示せず）を搭載した本体フレーム２に搭載されてい
る。

そして、前記本体フレーム２の両側には海底および海底鉱床上を走行するための左右一対のクローラ３，３が備えられている。このクローラ３，３は通常のこの種の走行装置と同様にそれぞれ連動して或いは独立して正回転、逆回転更には異なる速度で回動可能であり、前記本体フレーム２を進行、後行、更には左右方向に向きを変換することが可能であり、前記採鉱母船（図示せず）からの操作により海底或いは海底鉱床上を指令の方向に走行可能に構成されている。

特に、本実施の形態では前記本体フレーム２の前後ならびに左右の四隅に水中カメラ３１と水中ライト３２とがそれぞれ対となって配置されている。また、前記本体フレーム２の前方ならびに後方には海底での地形などを探査するためのソナー４１，４２が設置されている。

そして、前記本体フレーム２の前方には基端部６１，６１を軸着するとともにシリンダ式のアクチュエータ５，５により前記基端部６１，６１を回動させて前記本体フレーム２に対して俯仰可能に取り付けられた側面が上方を頂角とした三角形状のアーム６が延設されている。

更に、前記アーム６の先端には、先方に海底に堆積された海底鉱床の掘削ズリ（塊）の掬取口７１が開口しているとともに内部にクラッシャー８を内蔵し、且つ後方に前記クラッシャー８により粗砕された海底鉱床の排出口７２を後方に形成したバケット７が軸着されており、更に、前記バケット７と前記アーム６の中間に架設されたシリンダ式のアクチュエータ９，９により、前記バケット７が後方に配置される前記アーム６の軸着部を基点として少なくとも前記掬取口７１が水平方向から上方を向く垂直方向へと回動可能に取り付けられている。

尚、本実施の形態では海底鉱床の掘削ズリ（塊）が堆積している海底或いは海底鉱床が必ずしも水平或いは上方へと***しているとは限らず下がっていることも考えられることからバケット７を水平位置よりも下方に向けて俯仰可能とされている。

更にまた、前記バケット７に内蔵されたクラッシャー８はジョークラッシャーであり、前記バケット７の掬取口７１の開口から内部へと固定破砕板８１と対向する可動破砕板８２が対峙している。

次に、本実施の形態についての使用方法について説明する。尚、本実施の形態では各操作の指令は採鉱母船に搭載してある制御装置を用いて遠隔操作により行われるものであり、それらの技術は周知のものを使用することができるのでその詳細についての説明は省略する。

まず、掘削した海底鉱床の採取機１を採鉱母船（図示せず）から海底Ｓｂに沈降し、それ以前に海底鉱床掘削機（図示せず）により掘削されて海底Ｓｂに堆積している海底鉱床の掘削ズリ（塊）Ｄｍの位置を図１に示したように搭載している水中カメラ３１と水中ライト３２を用いて確認する。

このとき、必要であれば、搭載しているソナー４１，４２や各種のセンサーを併用して海底Ｓｂの地形などを確認しながら沈降位置と掘削ズリ（塊）Ｄｍの位置を確認することも可能であり、更に、予め海底鉱床の掘削ズリ（塊）Ｄｍの堆積位置に発信器を設置して置いても良い。また、本実施の形態では予め掘削ズリ（塊）Ｄｍが形成されていることを前提としているが、掘削機と併行して作業をすることも可能である。

そして、掘削ズリ（塊）Ｄｍの堆積位置を確認したならば、図２（ａ）に示すように、クローラ３，３を駆動させて海底Ｓｂを走行させて掘削ズリ（塊）Ｄｍの堆積位置に接近する。このとき、バケット７が海底の突起障害物に衝突するのを避けるため所定の距離だけ上昇させて海底Ｓｂと距離を隔てて走行させるが、あまり高い位置に保持すると海水の抵抗が増加し、また水中カメラ３１と水中ライト３２との視界の妨げにもなるので不要に上げない。

そして、掘削ズリ（塊）Ｄｍの堆積位置に近づいたら図２（ｂ）に示すようにアクチュエータ５およびアクチュエータ９を調節してバケット７、掬取口７１を前方に向けた状態で海底Ｓｂに降ろす。

次いで、前述のようにバケット７を降ろした状態でクローラ３，３を駆動させて前進させ、図２（ｃ）（ｄ）に示したように前方に位置する掬取口７１からバケット７を堆積している掘削ズリ（塊）Ｄｍに差し込み、次いで、図２（ｅ）に示すように、アクチュエータ５，５を調節してバケット７を回動させて掬取口７１が上方を向く位置にし、更にアクチュエータ９，９を調節してバケット７を排出口７２が下方となるように持ち上げ、その状態でバケット７に内蔵されているクラッシャー８を作動させてバケット内に収容した掘削ズリ（塊）Ｄｍを固定破砕板８１と対向する可動破砕板８２により粗砕して排出口７２から海底Ｓｂに排出し、これを集積機により海上に停泊している採鉱母船に搬送するものである。

また、図３に示すものは本発明の異なる実施の形態を示すものであり、全体の構成は前記図１および図２に示した実施の形態とほぼ同様であるが、本体フレーム２の前方に水中ポンプを利用した水中吸引装置（図示せず）に接続された吸引管１０が吸引口１０１を前方に向けて配置されている点が異なるものである。

この実施の形態ではバケット７に内蔵したクラッシャー８により粗砕作業が終わって海底Ｓｂに堆積した粗砕物Ｄｐを吸引して海上に停泊している採鉱母船（図示せず）に搬送することが可能であり、特に、クローラ３，３により前記掘削ズリ（塊）Ｄｍの堆積位置を探索するのと同様に海底Ｓｂに堆積した粗砕物Ｄｐを容易に確認することができる。

尚、本実施の形態では吸引管１０の吸引口１０１を本体フレーム２の前方位置に配置したことにより吸引作業が容易であり、特に、図２（ｇ）に示したようにバケット７の排出口７２の下方に粗砕物Ｄｐの落下位置に合わせて吸引口１０１を設置しておくことにより粗砕作業により排出口７２と海底Ｓｂに沈降してくる粗砕物Ｄｐをそのまま吸引してしまうことも可能であり、この場合には大幅に作業効率を上げることができる。

更に、図４に示すものは本発明の更に異なる実施の形態を示すものであり、全体の構成は前記図１，図２および図３に示した実施の形態とほぼ同様であるが、図３に示した実施の形態における吸引管１０の吸引口１０１をバケット７の排出口７２に直接接続するようにした点で異なるものである。

この実施の形態では図３に示した実施の形態においてバケット７の排出口７２の下方に粗砕物Ｄｐの落下位置に合わせて吸引口１０１を設置するよりも更に確実に、かつ一度落下させる無駄が無く粗砕物Ｄｐの集積作業を行う事ができる。

１ 掘削した海底鉱床の採取機、２ 本体フレーム、３ クローラ、５ アクチュエータ、６ アーム、７ バケット、８ クラッシャー、９ アクチュエータ、１０ 吸引管
、３１ 水中カメラ、３２ 水中ライト、４１，４２ ソナー、６１ 基端部、７１ 掬取口、７２ 排出口、８１ 固定破砕板、８２ 可動破砕板、１０１ 吸引口、Ｓｂ 海底、Ｄｍ 掘削ズリ（塊）、Ｄｐ 粗砕物

Claims (6)

1. 海底および海底鉱床上を走行する左右一対のクローラが備えられている本体フレームの前方に配置されているアームの先端に別途海底鉱床掘削機により海底に堆積している掘削ズリ（塊）を掬い取るための掬取口ならびに前記掬い取った掘削ズリを水中吸引可能な大きさに粗砕するためのクラッシャー、更に前記粗砕された海底鉱床を排出するための排出口を有するバケットが少なくとも俯仰可能に且つ前記掬取口を前方から上方に旋回可能に取り付けられていることを特徴とする海底鉱床採鉱装置。
2. 前記アームが前記本体フレームへの取付部を中心として水平方向に回動可能であることを特徴とする請求項１記載の海底鉱床採鉱装置。
3. 前記クラッシャーがジョークラッシャーである請求項１または２記載の海底鉱床採鉱装置。
4. 前記本体フレームに水中カメラならびに水中ライトが備えられていることを特徴とする請求項１，２または３記載の海底鉱床採鉱装置。
5. 前記本体フレームの前方に水中吸引装置に接続された吸引管が吸引口を前方に向けて配置されていることを特徴とする請求項１，２，３または４記載の海底鉱床採鉱装置。
6. 前記排出口に水中吸引装置に接続された吸引管が直接接続されていることを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載の海底鉱床採鉱装置。