(57)【要約】【課題】繊維質等を含む混濁水の障害を除去し、かさばらず簡素な構成の水中ポンプ支援器具を提供する。【解決手段】繊維状物質（１）を含む混濁水（２）を排水又は揚水する縦型の水中ポンプ（１０）の機能を支援する水中ポンプ支援器具（９０）であって、上縁（２１）に開口（２２）が形成されて水中ポンプ（１０）を出し入れ容易な形状の有底容器（２０）と、その有底容器（２０）の内部に収納された水中ポンプ（１０）の収納位置及び姿勢を規定するかさ上げ台（３０）と、を備え、有底容器（２０）の側面（２３）には外側底面又は内側底面（２８）から所定範囲の高さ（Ｕ〜Ｌ）に開口して混濁水（２）を流入可能な吸入窓（２５）が開口し、吸入窓（２５）の少なくとも開口面にネット（４０）が隙間なく展張され、ネット（４０）の目開きは繊維状物質（１）を通過阻止する大きさである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状物質を含む混濁水を排水又は揚水する縦型の水中ポンプの機能を支援する水中ポンプ支援器具であって、
上縁に開口が形成されて前記水中ポンプを出し入れ容易な形状の有底容器と、
該有底容器の内部に収納された前記水中ポンプの収納位置及び姿勢を規定するかさ上げ台と、
を備え、
前記有底容器の側面には外側底面又は内側底面から所定範囲の高さに開口して前記混濁水を流入可能な吸入窓が開口し、
該吸入窓の少なくとも開口面にネットが隙間なく展張され、
該ネットの目開きは前記繊維状物質を通過阻止する大きさである、
水中ポンプ支援器具。
【請求項２】
前記上縁の高さは前記排水又は揚水すべき前記混濁水の水深より高く、
前記かさ上げ台は、
前記有底容器の内側底面と前記水中ポンプの底面との間に介在して所定の底上げ高さを設定し、
該底上げ高さは前記上縁の高さより低い位置に設定された、
請求項１に記載の水中ポンプ支援器具。
【請求項３】
前記有底容器はバケツに前記吸入窓を穿設して形成され、
前記かさ上げ台は前記底上げ高さに相当する長さに切断されたパイプを束ねて構成され、
前記ネットはポリエチレン製ネットで形成された、
請求項１又は２に記載の水中ポンプ支援器具。
【請求項４】
前記繊維状物質は坑道内壁に補強用として壁面保護材と共に吹き付けられているファイバーである、
請求項１〜３の何れかに記載の水中ポンプ支援器具。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の水中ポンプ支援器具を用いた水中ポンプ支援システムであって、
前記水中ポンプが収納された前記水中ポンプ支援器具ごと水溜まりに設置された状態で、
前記水中ポンプの駆動と停止を制御するポンプ駆動制御部と、
前記水溜まりに併設して水深を検知し、予め設定された第１深さ及び第２深さに到達したとき、それぞれの場合に応じた深さ信号を発する深さ検知手段と、
を備え、
前記第１深さは前記上縁の高さと前記吸入窓の上辺の高さとの間に設定され、
前記第２深さは前記吸入窓の上辺の高さと下辺の高さとの間に設定され、
前記ポンプ駆動制御部は、前記深さ検知手段の発する深さ信号に基づいて、前記水溜まりの水深が上昇中は、前記上縁に届く前の前記第１深さを超えると前記水中ポンプを出力上昇させ、逆に、前記水深が下降中は、前記有底容器内の前記水中ポンプの吸い込み口の高さより低くなる前の前記第２深さを下回ると前記水中ポンプを出力減少させる、
水中ポンプ支援システム。
【請求項６】
前記ポンプ駆動制御部は、前記深さ検知手段の発する深さ信号に基づいて、前記水溜まりの水深が上昇中に前記第１深さを超えると前記水中ポンプを稼働させ、逆に、前記水深が下降中に前記第２深さを下回ると前記水中ポンプを停止させる、
請求項５に記載の水中ポンプ支援システム。
【請求項７】
請求項１〜４の何れかに記載の水中ポンプ支援器具を用いて坑内の水溜まりから繊維状物質を含む混濁水を排水又は揚水する坑内揚排水方法であって、
前記水中ポンプ支援器具に前記水中ポンプを収納した状態で、
前記水中ポンプ支援器具ごと水溜まりに設置すると共に、
前記水溜まりの水深を検知して、予め設定された第１深さ及び第２深さに到達したとき、それぞれの場合に応じた深さ信号を発する深さ検知手段を併設し、
前記第１深さは前記上縁の高さと前記吸入窓の上辺の高さとの間に設定され、
前記第２深さは前記吸入窓の上辺の高さと下辺の高さとの間に設定され、
前記深さ検知手段の発する深さ信号に基づいて、前記水溜まりの水深が上昇中は、前記上縁に届く前の前記第１深さを超えると前記水中ポンプを出力上昇させ、逆に、前記水深が下降中は、前記有底容器内の前記水中ポンプの前記吸い込み口の高さより低くなる前の前記第２深さを下回ると前記水中ポンプを出力減少させる、
坑内揚排水方法。
【請求項８】
前記水溜まりの水深が上昇中に前記第１深さを超えると前記水中ポンプを稼働させ、逆に、前記水深が下降中に前記第２深さを下回ると前記水中ポンプを停止させる、
請求項７に記載の坑内揚排水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中ポンプ支援器具、水中ポンプ支援システム及びそれらを用いた坑内揚排水方法に関し、より詳しくは、繊維質等を含む混濁水を取り扱う環境での排水作業を円滑にする水中ポンプ支援器具、水中ポンプ支援システム及びそれらを用いた坑内揚排水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
＜坑内排水＞
金属鉱山などの坑内作業では、掘削作業に伴って不要な水（作業後水）が発生する。また、地下水が湧き出す（地下湧水）場合があり、この作業後水と地下湧水を含めた廃水は水中ポンプを使用して坑内から坑外へ向けて排出されている。このように、坑内作業で発生する廃水を、水中ポンプを使用して排水する際に、排水管の閉塞を抑制する技術が要望されている。
【０００３】
掘削作業には、発破用の炸薬を充填するための孔の掘削、湧水を抑制するためのグラウト孔の掘削、また、地質を確認するためのボーリング孔の掘削などサイズや深さなどは多様であるが、いずれの場合も水を供給しながら掘削される。また、グラウト孔の掘削直後は、孔内に止水用のセメントミルクなどを充填する前に、孔内に残った不要な砂礫や泥土を除去するためにフラッシング水で洗い流している。
【０００４】
掘削後の水もフラッシング後の水（作業後水）及び地下湧水は、孔または坑道壁面の亀裂などから坑内床面へ排出される。坑道の掘進方向が、水平ないし水平方向よりも上方である場合は、掘削作業に対して大きな影響はないが、掘進方向が水平方向よりも下方である場合は坑道先端の床面に作業後水や地下湧水が集積されて水溜まりを形成するため、水没した部分の掘削作業が困難になる。
【０００５】
このようにして形成された水溜まりには、水相だけでなく、固相成分として上述の砂礫や泥土が、濃厚なスラリー状態で含まれている。水溜まりを除去して坑道床面を露出させ、掘削作業に好適な状態にするために、上述の固相成分を移送可能な能力を備えた水中ポンプが使用されている。
【０００６】
＜坑道内壁＞
坑道内壁は掘進作業後のままだと、浮石や砂礫などが落下するので、壁面保護が施されている。しかし、金属鉱山における坑道内壁の壁面保護は、後述する簡易的な手法により行われている。その第１の理由は、半永久的に維持される自動車道のトンネルなどとは違って、商業的な鉱山寿命が尽きて閉山を迎えると維持する必要がなくなるからである。また、第２の理由は、様々な種類の車両が通過することはなく、鉱山作業用の特殊な車両だけが通過するからである。
【０００７】
上述の第１、第２の理由により、金属鉱山における坑道内壁の壁面保護のため、補強ファイバー（以下、「繊維状物質」ともいう）がコンクリートなどの壁面保護材とともに吹き付けられている。補強ファイバーとして、例えば、ＣＭＣ株式会社製の商品名で「ＣＨファイバー」と称されているものが適用されている。このＣＨファイバーは、耐水性のポリプロピレン製の繊維状物質で、円柱状の外径が０．７２ｍｍ程度、長さは３５ｍｍ程度のものが好適である。
【０００８】
＜排水作業＞
坑内での排水作業は、水溜まりの水底近傍に水中ポンプを据え置いて稼働し、吸い込み口から吸い上げた水溜まりの混濁水を、排出管により揚水又は坑外へ排水（以下、「揚排水」ともいう）する。あるいは、坑道先端よりも抗外に近づく場所へ揚水して移送することもある。なお、水溜まりは、坑道先端の床面に生ずるばかりではない。
【０００９】
＜不具合点＞
使用される水中ポンプは、前記のとおり濃厚なスラリーを含む液体を移送可能な能力を備えている。しかし、坑道先端では吹付時に坑壁より跳ね返った繊維状物質が路盤上に散在している。この繊維状物質が作業後水や地下湧水に流されて、水溜まりに流れ込む場合がある。このような水溜まりの混濁水を揚排水しようとすると、水中ポンプの吸込み口が繊維状物質とスラリーにより閉塞して排水ができなくなるという第１の不具合が生ずる。
【００１０】
また、吸込み口が閉塞するという第１の問題にまで至らなくとも、繊維状物質とスラリーが混錬して形成される塊状物質によって下流の配管が閉塞するという第２の不具合もある。これら第１、第２の不具合により、本来できたはずの通常の坑内作業に対する稼働率低下の損失に加え、通常の坑内作業を阻害された状況に対し、復旧のための労力や時間等の負担が必要になるという問題がある。
【００１１】
＜公知例＞
排水作業に関連し、例えば、特許文献１に、逆止弁を備え、高揚程ポンプへの泥水の逆流を防止する技術が記載されている。また、特許文献２に、吸込口の周囲を覆う網篭と、内側に配設された部分を有する回転羽根で網篭の周囲に粘土や木片等の固形沈殿物の付着を抑制する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０９−２９１８９４号公報
【特許文献２】特開２００５−０６９０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２の何れの技術であっても、ポンプ部分とは別の装置（逆止弁、網篭及び回転羽根）を付設し、当該装置の設置場所を確保することが必要であるため、必ずしも簡便ではなく、狭隘な坑内への適用が困難であるという問題がある。本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、繊維質等を含む混濁水を取り扱う環境における揚排水に対する障害を除去するため、かさばらず簡素な構成で水中ポンプの機能を支援する水中ポンプ支援器具を提供することにある。また、実施形態によっては、水中ポンプの設置場所以外、それほど大きな設置場所を必要とせず、排水管の閉塞を抑制できる方法を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、補強ファイバーが水中ポンプに吸い込まれることを抑制することによって排水管の閉塞防止ができることを見出して本発明を完成した。
【００１５】
［１］本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、その一態様は、繊維状物質（１）を含む混濁水（２）を排水又は揚水する縦型の水中ポンプ（１０）の機能を支援する水中ポンプ支援器具（９０）であって、
上縁（２１）に開口（２２）が形成されて前記水中ポンプ（１０）を出し入れ容易な形状の有底容器（２０）と、
該有底容器（２０）の内部に収納された前記水中ポンプ（１０）の収納位置及び姿勢を規定するかさ上げ台（３０）と、
を備え、
前記有底容器（２０）の側面（２３）には外側底面（２４）又は内側底面（２８）から所定範囲の高さ（Ｕ〜Ｌ）に開口して前記混濁水（２）を流入可能な吸入窓（２５）が開口し、
該吸入窓（２５）の少なくとも開口面にネット（４０）が隙間なく展張され、
該ネット（４０）の目開きは前記繊維状物質（１）を通過阻止する大きさに設定されたものである。
【００１６】
［２］また、本発明の他の態様において、前記上縁（２１）の高さ（Ｈ）は前記排水又は揚水すべき前記混濁水（２）の水深（Ｄ）より高く、
前記かさ上げ台（３０）は、
前記有底容器（２０）の内側底面（２８）と前記水中ポンプ（１０）の底面（１１）との間に介在して所定の底上げ高さ（Ｇ）を設定し、
該底上げ高さ（Ｇ）は前記上縁（２１）の高さ（Ｈ）より低い位置に設定されたものである。
【００１７】
［３］また、本発明の他の態様において、前記有底容器（２０）はバケツに前記吸入窓（２５）を穿設して形成され、
前記かさ上げ台（３０）は前記底上げ高さ（Ｇ）に相当する長さに切断されたパイプを束ねて構成され、
前記ネット（４０）はポリエチレン製ネットで形成されたものである。
【００１８】
［４］また、本発明の他の態様において、前記繊維状物質（１）は坑道内壁に補強用として壁面保護材と共に吹き付けられているファイバーである。
【００１９】
［５］また、本発明の他の態様は、前記［１］〜［４］の何れかに記載の水中ポンプ支援器具（９０）を用いた水中ポンプ支援システム（１００）であって、
前記水中ポンプ（１０）が収納された前記水中ポンプ支援器具（９０）ごと水溜まり（３）に設置された状態で、
前記水中ポンプ（１０）の駆動と停止を制御するポンプ駆動制御部（６０）と、
前記水溜まり（３）に併設して水深（Ｄ）を検知し、予め設定された第１深さ（Ｄ１）及び第２深さ（Ｄ２）に到達したとき、それぞれの場合に応じた深さ信号（Ｓ）を発する深さ検知手段（５０）と、
を備え、
前記第１深さ（Ｄ１）は前記上縁（２１）の高さ（Ｈ）と前記吸入窓（２５）の上辺（２６）の高さ（Ｕ）との間に設定され、
前記第２深さ（Ｄ２）は前記吸入窓（２５）の上辺（２６）の高さ（Ｕ）と下辺（２７）の高さ（Ｌ）との間に設定され、
前記ポンプ駆動制御部（６０）は、前記深さ検知手段（５０）の発する深さ信号（Ｓ）に基づいて、前記水溜まり（３）の水深（Ｄ）が上昇中は、前記上縁（２１）に届く前の前記第１深さ（Ｄ１）を超えると前記水中ポンプ（１０）を出力上昇させ、逆に、前記水深（Ｄ）が下降中は、前記有底容器（２０）内の前記水中ポンプ（１０）の吸い込み口（１２）の高さより低くなる前の前記第２深さ（Ｄ２）を下回ると前記水中ポンプ（１０）を出力減少させるものである。
【００２０】
［６］また、本発明の他の態様において、前記ポンプ駆動制御部（６０）は、前記深さ検知手段（５０）の発する深さ信号（Ｓ）に基づいて、前記水溜まり（３）の水深（Ｄ）が上昇中に前記第１深さ（Ｄ１）を超えると前記水中ポンプ（１０）を稼働させ、逆に、前記水深（Ｄ）が下降中に前記第２深さ（Ｄ２）を下回ると前記水中ポンプ（１０）を停止させる水中ポンプ支援システム（１００）である。
【００２１】
［７］また、本発明の他の態様は、前記［１］〜［４］の何れかに記載の水中ポンプ支援器具（９０）を用いて坑内の水溜まり（３）から繊維状物質（１）を含む混濁水（２）を排水又は揚水する坑内揚排水方法であって、
前記水中ポンプ支援器具（９０）に前記水中ポンプ（１０）を収納した状態で、
前記水中ポンプ支援器具（９０）ごと水溜まり（３）に設置すると共に、
前記水溜まり（３）の水深（Ｄ）を検知して、予め設定された第１深さ（Ｄ１）及び第２深さ（Ｄ２）に到達したとき、それぞれの場合に応じた深さ信号（Ｓ）を発する深さ検知手段（５０）を併設し、
前記第１深さ（Ｄ１）は前記上縁（２１）の高さ（Ｈ）と前記吸入窓（２５）の上辺（２６）の高さ（Ｕ）との間に設定され、
前記第２深さ（Ｄ２）は前記吸入窓（２５）の上辺（２６）の高さ（Ｕ）と下辺（２７）の高さ（Ｌ）との間に設定され、
前記深さ検知手段（５０）の発する深さ信号（Ｓ）に基づいて、前記水溜まり（３）の水深（Ｄ）が上昇中は、前記上縁（２１）に届く前の前記第１深さ（Ｄ１）を超えると前記水中ポンプ（１０）を出力上昇させ、逆に、前記水深（Ｄ）が下降中は、前記有底容器（２０）内の前記水中ポンプ（１０）の前記吸い込み口（１２）の高さより低くなる前の前記第２深さ（Ｄ２）を下回ると前記水中ポンプ（１０）を出力減少させる坑内揚排水方法である。
【００２２】
［８］また、本発明の他の態様は、前記水溜まり（３）の水深（Ｄ）が上昇中に前記第１深さ（Ｄ１）を超えると前記水中ポンプ（１０）を稼働させ、逆に、前記水深（Ｄ）が下降中に前記第２深さ（Ｄ２）を下回ると前記水中ポンプ（１０）を停止させる坑内揚排水方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、繊維質等を含む混濁水を取り扱う環境における排水や揚水に対する障害を除去するため、かさばらず簡素な構成で水中ポンプの機能を支援する水中ポンプ支援器具を提供できる。また、実施形態によっては、水中ポンプの設置場所以外、それほど大きな設置場所を必要とせず、排水管の閉塞を抑制できる方法も提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る水中ポンプ支援器具（以下、「本器具」ともいう）の使用形態を説明する図であり、図１（Ａ）は本器具を使用した状態を示す一部透視した斜視図、図１（Ｂ）は本器具を使用しない状態を示す斜視図である。
【図２】図１（Ａ）に示した本器具の構造を説明するための図であり、図２（Ａ）は一部透視した正面図、図２（Ｂ）は平面図である。
【図３】図１（Ａ）、及び図２に示した本器具の外観を説明するための正面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る水中ポンプ支援システム（以下、「本システム」ともいう）、及びそれを用いた坑内揚排水方法（以下、「本方法」ともいう）を説明するための一部断面による正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。また、各図にわたって、同一効果の部材及び箇所には、外形に多少の違いがあっても同一符号を付して説明の重複を避けている。
【００２６】
図１は、本器具の使用形態を説明する図であり、図１（Ａ）は本器具を使用した状態を示す一部透視した斜視図、図１（Ｂ）は本器具を使用しない状態を示す斜視図である。図１に示す水深（以下、「深さ」又は「液面レベル」ともいう）Ｄの水溜まり３は、一例として下り勾配で掘り進められた坑内の最奥部、すなわち坑道先端部で湧水等によって生じたものであり、水中ポンプ１０で排水又は揚水する必要がある。
【００２７】
その際、砂礫や泥土等の固形沈殿物４に加えて、混濁水２に含まれる繊維状物質１が、水中ポンプ１０の吸込み口１２に吸い寄せられ、さらに吸い込まれて、水中ポンプ１０につながる流路を閉塞させる不具合の原因となっている。図１（Ｂ）に示す不具合を解消するために、図１（Ａ）に示す本器具９０を使用している。本発明の適用対象は、坑内の水溜まり３である。繊維状物質１は、その坑内の坑道内壁に補強用として、セメント等の壁面保護材と共に吹き付けられているファイバーである。
【００２８】
＜閉塞の原因＞
水中ポンプ１０の吸込み口１２、吐出口１３、及び排水管１４を閉塞させた上述の不具合の原因は、混濁水２に含まれる補強ファイバー（繊維状物質）１と砂礫や泥土等の固相成分が絡まって形成された塊状物であることが確認されている。詳しくは、補強ファイバー１は、比重が小さく水溜まり３に浮遊しているため、水底に近い水中ポンプ１０の吸込み口１２には吸い込まれ難いと考えられていた。
【００２９】
ところが、実際には、吸込み口１２や排水管１４を閉塞させた塊状物に補強ファイバー１が絡まっていることが判明した。つまり、この現象は、図１（Ｂ）に示すように、比重の小さな材質のため水面近くに浮遊している補強ファイバー１であっても、水中ポンプ１０の下方に位置する吸込み口１２への下向きの吸引水流によって、水底近くまで沈められると共に、吸込み口１２に接近して吸い込まれているということが確認された。
【００３０】
また、水中ポンプ１０内に吸い込まれるタイミングについて、砂礫や泥土に対し、補強ファイバー１も、ほぼ同時であることが、塊状物を生成する原因であると仮定し、その仮定を検証した。その結果、以下のことが判明した。まず、補強ファイバー１は水溜まり３に浮遊しているものの、水中ポンプ１０が稼働を始めると、水溜まり３の混濁水２を揚排水に伴って、水中ポンプ１０を設置した付近の水面に折り重なるように集積される。
【００３１】
つぎに、水中ポンプ１０の稼働中は水溜まり３の液面レベルＤが低下することも相まって、補強ファイバー１の一部が水中ポンプ１０の下方に位置する吸込み口１２へ接近すると共に吸い込まれる。このとき、水溜まり３の底部付近に沈殿している砂礫や泥土などの固形沈殿物（以下、「固形沈殿物」ともいう）４が同時に吸い込まれ、その固形沈殿物４が補強ファイバー１と混錬状態となり塊状物質を形成する。その結果、排水管１４の内部が閉塞し易い状態となる現象が確認された。この現象について、より詳細に説明する。
【００３２】
一般的に、水中ポンプ１０は、空転予防の安全機能により、吸い込み口１２付近まで液面レベルＤが低下すると水中ポンプ１０は停止する。このように水中ポンプ１０が空転予防停止する直前には、浮いていた補強ファイバー１が吸い込み口１２に接近すると共に、それらの一部が吸い込まれている。そこから暫時、ポンプ停止している間に、湧出又は周囲からの流入によって、水溜まり３の液面レベルＤが上昇する。すると、空転予防停止機能が解除されるので水中ポンプ１０は再稼働する。この再稼働のタイミングでは、主に水溜まり３の底部付近の固形沈殿物４が、吸い込み口１２に吸い込まれる。
【００３３】
このような一連の現象は繰り返される。つまり、水中ポンプ１０は、空転予防機能による停止と、その解除による再稼働と、暫時停止の短時間を挟んで繰り返す。その結果、固形沈殿物４と補強ファイバー１が、流路内で混錬されて塊状物質を形成する。この塊状物質を形成する補強ファイバー１と固形沈殿物４は、ほぼ同時に排水管１４へと送られる。その途中経過、又は行き着く結果、排水管１４までの流路において、塊状物質が絡み易い状態であったことを確認した。
【００３４】
＜水中ポンプ＞
水中ポンプ１０は縦型（竪型）であり、モータの回転軸を鉛直方向にして水底に据え置かれ、本体の下方に吸い込み口１２が配設され、原則としてその吸い込み口１２を水没させた状態で揚水するものが用いられる。また、モータの回転軸を水平方向にして用いるものであっても、自立できる本体の下方に吸い込み口１２が配設され、その吸い込み口１２を水没させて据え置いた状態で揚水するものであれば、ここではそれも縦型と称して使用可能である。一例として、鶴見製作所製、型番ＫＴＶ２−２２が好適である。
【００３５】
図１（Ａ）に示す実施例は、坑内の水溜まり３に対する排水作業に適用し、本器具９０に水中ポンプ１０を収納して使用した。また、図１（Ｂ）に示す比較例は、水中ポンプ１０を直接水溜まり３に設置して使用した。また、実施例において水中ポンプ支援器具の側面又は外周面（以下、単に「外周面」という）２３に覆い被せたネット４０は、ポリエチレン製、目開き１×１ｍｍ、線径は０．２１ｍｍ程度である。なお、図１に示すように、浅い水溜まり３の状況は、水中ポンプ１０の上部までは水没しない程度の深さＤで、繊維状物質１を含む混濁水（泥水・スラリー）２の底部に固形沈殿物４が堆積している。
【００３６】
図２は、図１（Ａ）に示した本器具の構造を説明するための図であり、図２（Ａ）は一部透視した正面図、図２（Ｂ）は平面図である。本器具９０は、有底容器２０と、かさ上げ台３０と、ネット４０と、を備えて構成されている。有底容器２０は、上縁２１に開口２２が形成されて水中ポンプ１０を出し入れ容易な形状の容器であり、素材の一例としてポリバケツが好適である。なお、上縁２１の高さＨは排水又は揚水すべき混濁水２の水深Ｄより高く設定されている。つまり、本器具９０の有底容器２０は、水溜まり３の水深Ｄに水没しない高さＨのバケツ形状で加工容易な容器が好適である。
【００３７】
かさ上げ台３０は、有底容器２０の内部に収納された水中ポンプ１０の収納位置及び姿勢を規定するものであり、有底容器２０の内側底面２８と水中ポンプ１０の底面１１との間に介在するスペーサとして機能する。このかさ上げ台３０は、一例としてポリパイプ（以下、単に「パイプ」ともいう）３１をかさ上げしたい長さ（底上げ高さ）Ｇに切断したものをビニールテープ３２等で束ねて概ね円形のテーブル状に形成したものが用いられる。
【００３８】
ネット４０は、有底容器２０の外周全面より広い面積のネット４０が、有底容器２０の外周面２３全体を周回して被覆する構成である。なお、図１（Ａ）では、本器具９０の内部構成を説明のために正面の一部を断裁して除去したかのように透視しているに過ぎない。また、図２（Ａ）ではネット４０を省略している。なお、以下にいう吸入窓２５は、バケツ等の有底容器２０の外周面２３に穿設して形成されている。
【００３９】
有底容器２０の外周面２３には外側底面２４又は内側底面２８から所定範囲の高さＵ〜Ｌに開口して混濁水２を流入可能な長方形の吸入窓２５が開口している。また、有底容器２０の上縁２１の高さＨに対する吸入窓２５の高さ、すなわち、吸入窓２５の上辺２６の高さＵ及び下辺２７の高さＬとの関係と、かさ上げ台３０による底上げ高さＧとの関係と、これらに加え、水溜まり３の水深Ｄを特定する第１深さＤ１及び第２深さＤ２との関係と、については図３も交えて後述する。なお、有底容器２０は、その底板部や側板部を形成する部材に、それぞれ数ｍｍの厚さを有するが、全図に渡ってその厚さを０ｍｍとして簡略に描いている。
【００４０】
ネット４０は、図３を用いて後述するように、少なくとも吸入窓２５の全面に隙間なく展張されていれば足りる。あるいは、図１（Ａ）を用いて上述したように、広い面積のネット４０が、有底容器２０の外周面２３全体を周回して被覆する構成でも良い。ネット４０の目開き１×１ｍｍは、繊維状物質１を通過阻止する大きさである。
【００４１】
本器具９０を上方から平面視認して図２（Ｂ）に示すように、かさ上げ台３０は、有底容器２０の底部内周面の外径に対し、ある程度の隙間を持つ程度に縮径された外径の範囲内で、概ね円形のテーブル状に形成されている。このかさ上げ台３０は、有底容器２０の底部中央で同心円状に位置付けて載置されるが、同心円状という程に必ずしも底部中央に位置付けられる必要もない。
【００４２】
さらに、必ずしも円形のテーブル状に形成されている必要もなく、水中ポンプ１０の底面１１に当接し、水中ポンプ１０を安定的に載置できて、下部にある程度の収容スペース３３を残せるものであれば、特に形状を限定されるものではない。本器具９０の場合、この収納スペース３３は、かさ上げ台３０を構成するポリパイプ３１の周面近傍に形成されている。
【００４３】
図３は、図１（Ａ）、及び図２に示した本器具の外観を説明するための正面図である。図１（Ａ）、図２（Ａ）及び図３に示した有底容器２０の外周に開口する吸入窓２５はネット４０が隙間なく展張されてろ過フィルタを形成している。ただし、図２（Ａ）ではネット４０を省略している。このろ過フィルタは、巻き上げた固形沈殿物４や吸い寄せた繊維状物質１を含む混濁水２に対し、ある程度ろ過して流入させることにより、水中ポンプ１０の円滑な稼働を支援する作用効果がある。特に、塊状物を生成する主因となる繊維状物質１を排除して流路に生ずる害を抑制する作用効果がある。この作用効果を得るために、以下のように設定することが好ましい。
【００４４】
図２（Ａ）に示すように、有底容器２０の上縁２１の高さＨに対し、約３０％低下した高さＵに吸入窓２５の上辺２６が設定されている。この上辺２６の高さＵから約４０％低下した高さＬに吸入窓２５の下辺２７が設定されている。この下辺２７の高さＬから約５％低下した高さＧに底上げ高さＧが設定されている。なお、本器具９０に水中ポンプ１０が収納できるように、底上げ高さＧは、上縁２１の高さＨよりもはるかに低い位置に設定されている。
【００４５】
これらを交え、水溜まり３の水深Ｄを特定する第１深さＤ１及び第２深さＤ２との関係は、以下の通りである。すなわち、第１深さＤ１は上縁２１の高さＨと吸入窓２５の上辺２６の高さＵとの間に設定されている。また、第２深さＤ２は吸入窓２５の上辺２６の高さＵと下辺２７の高さＬとの間に設定されている。なお、第１深さＤ１及び第２深さＤ２の臨界意義については、図４を交えて後述する。
【００４６】
図４は、本発明の一実施形態に係る水中ポンプ支援システム（本システム）、及びそれを用いた坑内揚排水方法（本方法）を説明するための一部断面による正面図である。図４に示すように、本システム１００は、水中ポンプ１０と、本器具９０と、深さ検知手段（以下、「レベル計」ともいう）５０と、ポンプ駆動制御部６０と、を備えて構成されている。
【００４７】
水中ポンプ１０は、水溜まり３の水底近傍に据え置かれ、水溜まり３に溜まった混濁水２を排水又は揚水する。本器具９０は、水中ポンプ１０と組み合わせて用いられ、その水中ポンプ１０が収納された状態で、本器具９０ごと水溜まり３に設置される。本器具９０は、混濁水２に含まれた繊維状物質１と、ある程度の固相成分と、を水中ポンプ１０に吸い込ませないように機能する。
【００４８】
深さ検知手段５０は、水溜まり３で、水中ポンプ１０のそばに併設され、水深Ｄを検知し、検知した深さＤに応じて深さ信号Ｓを発する。ポンプ駆動制御部６０は、深さ検知手段５０の発する深さ信号Ｓに応じて水中ポンプ１０の駆動と停止を制御する。深さ検知手段５０は水溜まり３の液面レベルＤを検知できる不図示の電極棒を備えている。深さ検知手段５０は、水溜まり３の水深Ｄを検知し、予め設定された第１深さＤ１及び第２深さＤ２に到達したとき、それぞれの場合に応じた深さ信号を発する。
【００４９】
ポンプ駆動制御部６０は、この深さ検知手段５０を組み合わせ、液面レベルＤが、所定の深さ（第１深さＤ１）以上になったら水中ポンプ３を稼働させ、また、所定の深さ（第２深さＤ２）以下になったら停止させるように制御する。これにより、水中ポンプ３の空回りを防止し、無人作業が可能となるようにしている。なお、ポンプ駆動制御部６０の制御出力は、単に現在の深さ信号Ｓのみに基づいてＯＮ−ＯＦＦの制御するわけでなく、現在の深さＤ以前の状況に対する履歴も参照しながらＯＮ−ＯＦＦの制御を行う。
【００５０】
ポンプ駆動制御部６０は、深さ検知手段５０が発する深さ信号に基づいて、水中ポンプ１０を稼働又は停止させる。すなわち、ポンプ駆動制御部６０は、水溜まり３の混濁水２の液面レベルＤが上昇中、上縁２１に届く前の第１深さＤ１を超えると水中ポンプ１０を稼働させる。逆に、ポンプ駆動制御部６０は、水溜まり３の水深Ｄが、有底容器２０内の水中ポンプ１０の吸い込み口１２の高さより低くなる前に、第２深さＤ２を下回ると水中ポンプ１０を停止させる。
【００５１】
ポンプ駆動制御部６０は、現在値を閾値と比較した結果に基づいてＯＮ−ＯＦＦの制御を行う場合、閾値に所定幅を設け、ＯＦＦした閾値よりも所定幅だけ高い閾値まで上昇しなければＯＮさせず、ＯＮした後にはＯＮした閾値よりも所定幅だけ低い閾値まで下落しなければＯＮさせない、という一般的な制御方法である。もし、ＯＮ―ＯＦＦ切り替えを決定する閾値に、履歴に基づく所定幅が設けられていない場合、現在値が変化する際、単一の閾値を跨ぐ都度、頻回にＯＮ―ＯＦＦを繰り返す弊害を避けるためである。
【００５２】
本器具９０、本システム１００、又は本方法で用いられる水中ポンプ１０は、水溜まり３の増水量を上回る揚排水能力を有するので、それが稼働している間は、水溜まり３の液面レベルＤは低下する。そして、液面レベルＤが水中ポンプ１０の吸い込み口１２より低くなる前に、ポンプ駆動制御部６０が水中ポンプ１０を停止する。この水中ポンプ１０の揚排水能力と、水溜まり３の増水量と、の差が少なければ、水中ポンプ１０がＯＮ―ＯＦＦを繰り返す頻度も少ないが、逆に両者の差が大きい場合はＯＮ―ＯＦＦを繰り返す頻度が高くなり、機械装置の運用上好ましくない。
【００５３】
この点について、ポンプ駆動制御部６０と、深さ検知手段５０と、水中ポンプ３と、のを組み合わせにおいて、より使い勝手を改善した変形も可能である。すなわち、上述のように、ポンプ駆動制御部６０が、現在値を閾値と比較した結果に基づいてＯＮ−ＯＦＦの制御を行う代わりに、ＯＮ―ＯＦＦの間で出力を加減できるように制御しても良い。その場合、ＯＮの代わりにそのタイミングで出力上昇させ、ＯＦＦの代わりにそのタイミングで出力減少させる。
【００５４】
すなわち、ポンプ駆動制御部６０は、深さ検知手段５０の発する深さ信号Ｓに基づいて、水溜まり３の水深Ｄが上昇中は、上縁２１に届く前の第１深さＤ１を超えると水中ポンプ１０を出力上昇させ、逆に、水深Ｄが下降中は、有底容器２０内の水中ポンプ１０の吸い込み口１２の高さより低くなる前の第２深さＤ２を下回ると水中ポンプ１０を出力減少させる。そうすることによって、水溜まり３の液面レベルＤの変動を少なくして、揚排水を安定的に継続させられる。なお、場合によっては、上述のとおり、明確にＯＮ−ＯＦＦの制御を行うように、制御方法を選択可能にすると良い。
【００５５】
第１深さＤ１は上縁２１の高さＨと吸入窓２５の上辺２６の高さＵとの間に設定されている。また、第２深さＤ２は吸入窓２５の上辺２６の高さＵと下辺２７の高さＬとの間に設定されている。水溜まり３の水深Ｄが、第１深さＤ１と第２深さＤ２との間であれば、水中ポンプ１０の動作に都合が良く、それ以外の場合は水中ポンプ１０の動作に都合が悪い。以下、この理由が明らかになるように、本器具９０の構成、作用及び効果を併せて説明する。
【００５６】
本支援器具９０は、繊維状物質１を始めとする閉塞原因物質を含む混濁水２の水溜まり３に、水中ポンプ１０を設置した際、閉塞原因物質の吸い込みに対してその吸入口１２が直接露出しないように、防護する機能を有する。吸入口１２の防護機能は、水中ポンプ１０の下方に位置付けられた吸入口１２を有底容器２０で緩やかに覆い被せることにより構成されている。
【００５７】
その有底容器２０はバケツ状又はドラム缶状の略円筒形であることが好ましい。有底容器２０の形状については、上縁２１が解放されて開口２２を形成し、水中ポンプ１０がその上縁２１でなる開口２２から出し入れ容易であれば、どのような形状でも良い。一例として、この有底容器２０にポリバケツが採用されており、その場合、吸入窓２５を穿設する際の加工容易性と、材料調達の容易性と、についても優れている。
【００５８】
また、吸入窓２５について、そのサイズや形状は、有底容器２０の強度が維持可能であれば、特段の限定は無いが、その高さＵ，Ｌには上述の規定を適用する。そのため、略円筒形の有底容器２０は、縦長の長方形の吸入窓２５を、外周の全周にわたり、概ね等間隔で複数を穿設することが好ましい。その場合、窓枠に相当する箇所が有底容器２０の形状維持に寄与する。
【００５９】
さらに、吸入窓２５の配置やそれぞれの形状がどんな場合でも、有底容器２０が略円筒形ならば、その外周の全周にわたってネット４０を簡単に被覆し固定できる（図１（Ａ））。また、そうするだけで、上述したフィルタによる防護機能を構成できるので好適である。そのようなわけで、この有底容器２０の素材にポリバケツが採用されている。
【００６０】
有底容器２０の高さＨは、水溜まり３の深さＤよりも高く、有底容器２０の外周面２３には吸入窓２５が形成されている。少なくとも吸入窓２５の全部は、隙間なくネット４０で覆われている。このネット４０の目開きは、補強ファイバー（繊維状物質）１のサイズより小さいので、その繊維状物質１の通過を阻止できる。
【００６１】
有底容器２０の底面２８にはかさ上げ台３０が備えられている。このかさ上げ台３０の高さＧは、有底容器２０の高さＨより低い位置である。目安として、水中ポンプ１０本体より大きな有底容器２０に、水中ポンプ１０の全体が収納される程度である。また、本器具９０の使用時には、本器具９０と併設された水溜まり３の深さ（液面レベル）Ｄを検知し信号を発するレベル計（深さ検出手段）５０も使用される。
【００６２】
本方法で揚排水の対象となる水溜まり３は、放置すれば徐々に水かさが増す性質がある。水溜まり３の液面レベルＤが、有底容器２０の上縁２１に届く前に、ポンプ駆動制御部６０が水中ポンプ１０を稼働する。ここで、本器具９０に収納された水中ポンプ１０の外周面２３に形成された吸入窓２５は、上辺２６の高さＵから、下辺２７の高さＬにかけて開口している。このように開口した吸入窓２５から水溜まり３の中の水相部分が有底容器２０内に流入できるので、揚排水作業の妨げとはならない。
【００６３】
本方法で用いられる水中ポンプ１０は、上述のように、水溜まり３の増水量を上回る揚排水能力を有するので、それが稼働している間は、水溜まり３の液面レベルＤは低下する。そして、液面レベルＤが水中ポンプ１０の吸い込み口１２より低くなる前に、ポンプ駆動制御部６０が水中ポンプ１０を停止する。
【００６４】
本方法で用いられる本器具９０は、その高さＨが水溜まり３の深さＤより高く、かつ、有底容器２０の外周面２３に穿設された吸入窓２５が、補強ファイバー１のサイズより小さな目開きのネット４０で覆われて防護フィルタを形成している。そのため、周辺の水面付近に浮遊している補強ファイバー１が吸入窓２５から有底容器２０内へと流入する混濁水２に含まれて流れ込むことは阻止される。したがって、補強ファイバー１が水中ポンプ１０に吸い込まれて生じる不具合も大幅に抑制される。
【００６５】
一方、本方法で揚排水の対象となる水溜まり３の底部付近に沈殿している砂礫や泥土などの固形沈殿物４についても、図１（Ａ）及び図４に示すように、本器具９０の上縁２１の高さＨを乗り越えて水中ポンプ１０の吸い込み口１２に侵入する量がある程度は抑制される。さらに、本器具９０のかさ上げ台３０に載置された水中ポンプ１０は、その吸い込み口１２が水溜まり３の底部よりも高い位置に据え置かれる。このため、水溜まり３の底部付近に沈殿している砂礫、泥土の吸い込みが少なくなる。
【００６６】
したがって、本方法の作用効果として、塊状物を生成する材料が少なくなる。その結果、塊状物の形成が抑制されるので、排水管１４の閉塞を防止することができる。このため、塊状物が形成される原因、すなわち、補強ファイバー１及び固形沈殿物４が同時に排水管１４へと送られて塊状物の形成が抑制される。その結果、排水管１４の閉塞を抑制することができる。
【００６７】
このように、繊維状物質１及び固形沈殿物４が、水中ポンプ１０の吸い込み口１２に吸入される現象を抑制する作用効果を高めるためには条件がある。その条件は、水溜まり３の水深Ｄが、第１深さＤ１と第２深さＤ２との間に位置することである。この条件を満たすとき、水中ポンプ１０の動作に都合が良く、それ以外の場合は水中ポンプ１０の動作に都合が悪いのである。
【００６８】
［実施例］
実施例において、水中ポンプ１０は、土木・建築工事における雨水・湧水・溜まり水の排水用の縦型であり、鶴見製作所製、型番ＫＴＶ２−２２を採用した。これは以下の仕様である。
口径：５０（ｍｍ）、吐出量：２００（Ｌ／ｍｉｎ）、全揚程：２０（ｍ）
電源：三相２００（Ｖ）、周波数：５０（Ｈｚ）、電流：８．５（Ａ）、出力：２．２（ｋＷ）
【００６９】
図１（Ａ）及び図４に示すように、水中ポンプ１０、本器具９０、本システム１００及びそれらを用いた本方法を適用して排水作業をした。その結果、１週間の排水作業を通じて、水中ポンプ１０の吸込み口１２や排水管１４の閉塞は１度も発生しなかった。
【００７０】
［比較例］
比較例において、水中ポンプ１０は、実施例で用いた型番ＫＴＶ２−２２を共通に使用したが、本器具９０、本システム１００及びそれらを用いた本方法を適用せず、図１（Ｂ）に示すように排水作業をした。その結果、２回／１日の頻度で、水中ポンプ１０の吸込み口１２に閉塞の不具合が発生し、作業を中断しなければならなかった。また下流の排水管１４の閉塞も発生するため、作業を中断し、定期的な配管の清掃作業が必要である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る水中ポンプ支援器具、水中ポンプ支援システム及びそれらを用いた坑内揚排水方法は、あらゆる資源採掘用の鉱山に採用できる可能性がある。
【００７２】
なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【００７３】
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、水中ポンプ支援器具、水中ポンプ、深さ検知手段、及びポンプ駆動制御部の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１  補強ファイバー（繊維状物質）、２  混濁水、３  （坑内の）水溜まり、４  固形沈殿物、１０  水中ポンプ、１１  （水中ポンプ１０の）底面、１２  吸込み口、１３  （水中ポンプ１０の）吐出口、１４  （水中ポンプ１０の）排水管、２０  有底容器、２１  上縁、２２  開口、２３  （有底容器２０の）側面又は外周面、２４  （有底容器２０の）外側底面、２５  吸入窓、２６  （吸入窓２５の）上辺、２７  （吸入窓２５の）下辺、２８  （有底容器２０の）内側底面、３０  かさ上げ台、３１  ポリパイプ、３２  ビニールテープ、４０  ネット、５０  深さ検知手段、６０  ポンプ駆動制御部、９０  水中ポンプ支援器具（本器具）、１００  水中ポンプ支援システム（本システム）、Ｇ  底上げ高さ、Ｄ  （水溜まり３の）水深、Ｄ１  第１深さ、Ｄ２  第２深さ、Ｈ  （上縁２１の）高さ、Ｌ  （吸入窓２５の下辺２７の）高さ、Ｓ  （深さ検知手段５０の発する）信号、Ｕ  （吸入窓２５の上辺２６）の高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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