(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底鉱床を掘削して鉱砕とするための切削ドラムを先方に備えるとともにクローラ    により自走する採鉱機と、海底の採鉱位置に配置した水中ポンプに接続する集鉱ノズ    ルを先端に有するとともに前記採鉱機により形成される鉱砕を集鉱するためのクロー    ラにより自走する集鉱機を採鉱母船に積載して採掘現場に停泊し、前記採鉱機および 集鉱機に搭載した水中位置測位装置、ソナーからの画像および少なくとも先方を含む １方向以上に向けて配置したファインダーテレビ付き深海カメラを用いて前記採鉱機 および集鉱機の位置を採鉱母船上で確認し、前記採鉱機および集鉱機に配置したスラ スターで姿勢修正を行いながら海底の採鉱位置に沈降させて、前記海底の採鉱位置お よびその周辺の情報を前記採鉱機および集鉱機に搭載した水中位置測位装置、ソナー からの画像および少なくとも先方を含む１方向以上に向けて配置したファインダーテ レビ付き深海カメラにより採鉱母船上で確認して後に前記採鉱機および集鉱機を着底 させ、前記採鉱機により海底鉱床を掘削するとともに得られた鉱砕を集鉱機により集    鉱して前記海底に設置した水中ポンプにより前記採鉱母船上に搬送することを特徴と    する海底鉱床の採鉱方法。
【請求項２】
前記海底の採鉱位置に着底後に、前記採鉱機および集鉱機に搭載した水中位置測位    装置、ファインダーテレビ付き深海カメラ、ソナー画像により前記採鉱機および集鉱    機のクローラおよび切削ドラムなどの駆動機構についての異常を採鉱母船上で確認す    ることを特徴とする請求項１記載の海底鉱床の採鉱方法。
【請求項３】
前記海底の採鉱位置に着底後に、前記採鉱機および集鉱機に搭載した水中位置測位    装置、ファインダーテレビ付き深海カメラ、ソナーからの画像により船上において移    動距離および移動ルートを確認しながら前記採鉱機および集鉱機を走行させて所定の    採鉱位置に移動させることを特徴とする請求項１または２記載の海底鉱床の採鉱方法    。
【請求項４】
前記海底の採鉱位置に着底後に、前記採鉱機に搭載したファインダーテレビ付き深    海カメラ、水準器、方位計、ソナーからの画像などを基にして船上において前記採鉱    機の位置、姿勢などを確認しながら前記クローラおよび切削ドラムなどを遠隔駆動さ    せて掘削を行うことを特徴とする請求項１，２または３記載の海底鉱床の採鉱方法。    
【請求項５】
前記海底の採鉱位置に着底後に、前記集鉱機に搭載したファインダーテレビ付き深    海カメラ、水準器、方位計、ソナーからの信号や画像などにより船上において前記集    鉱機の位置、姿勢などを確認しながら前記クローラおよび集鉱ノズルなどを遠隔駆動    させて集鉱を行うことを特徴とする請求項１，２，３または４記載の海底鉱床の採鉱    方法。
【請求項６】
海底鉱床を掘削して鉱砕とするための切削ドラムを先方に備えるとともにクローラ    により自走する採鉱機と、海底の採鉱位置に配置した水中ポンプと、前記水中ポンプ    に接続する集鉱ノズルを先端に有するとともにクローラにより自走する前記採鉱機に    より形成される鉱砕を集鉱するための集鉱機と、前記採鉱機と集鉱機を積載する採鉱    母船とを有し、前記請求項１，２，３，４または５記載の海底鉱床の採鉱方法を実施    する海底鉱床の採鉱ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底、特に深海に存在する鉱床の採鉱方法およびその採鉱ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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平７−２１７３６１号公報や特開２００４−１４３７４１号公報に提示されているように船から掻き取り機を降下させたり岩盤破砕用爪を落下させたりする手段が知られているが、殆どが比較的浅い海域での使用を前提としたものやサンプリングに関するものであり、実際に採鉱する技術については開示されていない。
【０００４】
また、直接、海底に沈降させて海底の岩盤を掘削する海底掘削機が特開昭６３−１３０８２９号公報に提示されているが、この公報に提示されている海底掘削機は、平面が矩形状の枠体の四隅に伸縮脚を設けた本体フレームと同様な移動フレームとを長手方向に直交する方向に移動可能にスライダーにより支持するとともに、本体フレームの先方に切削ドラムであるロードヘッタと下方にドラムカッターを備えたものである。
【０００５】
従って、海底や海底鉱床上を自由に且つ迅速に走行して効率よく採鉱をすることができず、海底が凹凸であったり、傾斜している場合には本体フレームおよび移動フレームの四隅に配置した伸縮脚の長さをそれぞれ調節しないと移動することができないという問題があり、特に、海底鉱床にあっては資源が山形に堆積していることから傾斜面を登坂した状態で掘削する必要があり使用することが困難である。
【０００６】
また、前記従来の海底採鉱機は比較的浅い海底土木の目的で岩盤を切削するためのものであり、例えばマンガン団塊やコバルトクラフトのように３０００ｍを越える大深海において使用するには着底や切削操作に困難な面が多い、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２１７３６１号公報
【特許文献２】特開２００４−１４３７４１号公報
【特許文献３】特開昭６３−１３０８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、大深海に存在する海底鉱床を容易且つ確実に採鉱、集鉱が可能である作業効率のよい海底鉱床の採鉱方法およびそのユニットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するためになされた本発明である海底鉱床の採鉱方法は、海底鉱床を掘削して鉱砕とするための切削ドラムを先方に備えるとともにクローラにより自走する採鉱機と、海底の採鉱位置に配置した水中ポンプに接続する集鉱ノズルを先端に有するとともに前記採鉱機により形成される鉱砕を集鉱するためのクローラにより自走する集鉱機を採鉱母船に積載して採掘現場に停泊し、前記採鉱機および集鉱機を海底の採鉱位置に着底させて、前記採鉱機により海底鉱床を掘削するとともに得られた鉱砕を集鉱機により集鉱して前記海底に設置した水中ポンプにより前記採鉱母船上に搬送することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、採掘現場に停泊させた採鉱母船から積載している海底の鉱床を掘削する採鉱機と前記採鉱機により形成される鉱砕を集鉱するための集鉱機を海底における所定の採鉱位置に着底させ、採鉱機と集鉱機をクローラにより自走させることにより、効率よく採鉱作業を行うことができる。
【００１１】
また、本発明において、前記採鉱機および集鉱機を採鉱母船から海底における所定の採鉱位置に着底させる際に、前記採鉱機および集鉱機に搭載した水中位置測位装置、ファインダーテレビ付き深海カメラからの信号により採鉱機または集鉱機の位置を採鉱母船上で確認しながら採鉱機または集鉱機に付設したスラスターにより位置を調整しながら下降させることにより、暗視野状態で潮流などがある大深海であっても容易に且つ簡単に計画した所定の採鉱現場に着底させることができる。
【００１２】
更に、海底の採鉱位置およびその周辺の情報を前記採鉱機および集鉱機に搭載した水中位置測位装置、ファインダーテレビ付き深海カメラ、ソナー画像により採鉱母船上に送信し、船上で確認して後に採鉱機および集鉱機を着底させることにより確実に計画した所定の採鉱位置に採鉱機または集鉱機を着底させることができる。
【００１３】
更にまた、前記海底の採鉱位置に着底後に、前記採鉱機および集鉱機に搭載した水中位置測位装置、ファインダーテレビ付き深海カメラ、ソナー画像により前記採鉱機または集鉱機のクローラおよび切削ドラムなどの駆動機構についての異常を採鉱母船上で確認することにより、即座に対応することができ、無駄な時間と作業を省くことができる。
【００１４】
加えて、前記海底の採鉱位置に着底後に、前記採鉱機および集鉱機に搭載した水中位置測位装置、ファインダーテレビ付き深海カメラ、ソナーからの画像により船上において移動距離および移動ルートを確認しながら前記採鉱機および集鉱機を走行させて所定の採鉱位置に移動させることができ、前記海底の採鉱位置に着底後に、前記採鉱機に搭載したファインダーテレビ付き深海カメラ、ソナーからの画像により船上において前記採鉱機の位置、姿勢などを確認しながら前記クローラおよび切削ドラムなどを遠隔駆動させて掘削を行うことにより大深海においても容易且つ確実に海底鉱床を採鉱することができる。
【００１５】
そして、海底鉱床の採鉱ユニットは、海底鉱床を掘削して鉱砕とするための切削ドラムを先方に備えるとともにクローラにより自走する採鉱機と、海底の採鉱位置に配置した水中ポンプと、前記水中ポンプに接続する集鉱ノズルを先端に有するとともにクローラにより自走する前記採鉱機により形成される鉱砕を集鉱するための集鉱機と、前記採鉱機と集鉱機を積載する採鉱母船とを有するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、大深海に存在する海底鉱床を容易且つ確実に採鉱、集鉱が可能であり、殊に、採鉱母船からの採鉱機や集鉱機の昇降や海底での作業効率を向上させて、きわめて効率のよい採鉱、集鉱をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の採鉱ユニットについての好ましい実施の形態を示す側面図である。
【図２】図１に示した実施の形態における採鉱機の側面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】図１に示した実施の形態における集鉱機の側面図である。
【図５】図４の平面図である。
【図６】図１に示した本発明の採鉱ユニットの使用状態を示す説明図である。
【図７】図１に示した本発明の採鉱ユニットの使用状態を示す説明図である。
【図８】図２および図３に示した採鉱機における使用状態を示す説明図である。
【図９】図２および図３に示した採鉱機における異なる使用状態を示す説明図である。
【図１０】図４に示した集鉱機における使用状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は本発明である海底鉱床の採鉱方法を実施するために用いられる採鉱ユニットの好ましい実施の形態を示すものであり、主として、海底鉱床を掘削して鉱砕とするために用いられる採鉱機１と、採鉱機１により形成される鉱砕を集鉱するための集鉱機２と、前記集鉱機により集鉱された鉱砕を海上に搬送するための水中ポンプ３と、これらの採鉱機１、集鉱機２ならびに水中ポンプ３を積載して採掘現場に搬送するとともに、これらの機器を海底に着底させて制御するための制御装置４を備えた採鉱母船５とから構成される。
【００２０】
そして、海底鉱床を採掘するための採鉱機１は、図２および図３に示すように、本体フレーム１１に左右一対のクローラ１２，１２が備えられており、このクローラ１２，１２は陸上で使用されるものと変わりないが高圧の海水中でも作動が可能なものであり、例えば後方の駆動輪１３に配置したモータや減速機などの本体フレームに搭載される駆動手段（図示せず）により走行するものであり、本実施の形態では船上から例えばアンピリカルケーブル１４などを用い有線により運転される。
【００２１】
また、前記本体フレーム１１には前後方向へスライド可能なスライドブーム１５が配置されているとともに、このスライドブーム１５の先方に前記海底鉱床を掘削する切削ドラム１６が、伸縮シリンダにより駆動して切削ドラム１６を上下左右方向に揺動する掘削ブーム１７を介して固着されている。
【００２２】
更に、本実施の形態では、本体フレーム１１に、採鉱機１が深海での高圧下においても正常に走行できるようにするためや切削ドラム１６により掘削時に前記採鉱機１が安定した姿勢を保つことができるようにするためにカウンターウェイト１８を後方に配置しており、また、海底や海底鉱床において安定した状態を保つように、アウトリガー１９が設置されている。
【００２３】
また、本実施の形態では、採鉱機１には水中位置測定装置、ソナー、スラスター、（図示せず）並びにファインダーテレビ付き深海カメラ（ＦＤＣ）１１１等が設置されている。
【００２４】
前記採鉱機１により掘削されて海底に堆積している鉱砕を集めて水中ポンプ３に搬送するために用いられる集鉱機２は、図４および図５に示すように、前記採鉱機１と同様に、本体フレーム２１に高圧の海水中でも作動が可能な左右一対のクローラ２２，２２が備えられており、後方の駆動輪２３に配置したモータや減速機などの本体フレームに搭載される駆動手段（図示せず）により走行するものであり、船上から例えば図１に示すようにアンピリカルケーブル１４などを用いて有線により運転される。
【００２５】
また、前記本体フレーム２１には前後方向へスライド可能なスライドブーム２５が配置されているとともに、このスライドブーム２５の先方に先端に吸込口２６を形成した集鉱ノズル２７が、伸縮シリンダにより駆動して集鉱ノズル２７を上下左右方向に揺動する集鉱ブーム２８を介して固着されている。
【００２６】
更に、前記集鉱ノズル２７の後端はフレキシブル管２９を介して本体フレーム２１に設置された集鉱管２１２に接続されているとともに、集鉱管２１２の後端が移送ホース３１を介して水中ポンプ３に接続されている。
【００２７】
また、図１に示すように、前記採鉱機１、集鉱機２並びに水中ポンプ３などの機器や機材を海底鉱床の現場に搬送するとともに前記機器を制御して採鉱するための採鉱母船５は、少なくとも前記各機器ならびに採鉱した鉱砕を積載、運搬可能な容積と推進力とを要し、また、採鉱機１、集鉱機２の海底への昇降および操作するための各種の制御装置４を必要とする。
【００２８】
次に、前記海底鉱床の採鉱ユニットを用いた本発明である海底鉱床の採鉱方法について説明する。
【００２９】
図６乃至図１０は前記図１乃至図５に示した海底鉱床の採鉱ユニットについての実施の形態を用いた本発明である海底鉱床の採鉱方法についての一例を示すものであり、図６に示すように、前記採鉱機１，集鉱機２などの機器を採鉱母船５に積載して採鉱現場の海域に搬送し、採鉱機１などを船上に備えた昇降機５１を用いて予め調査しておいた海底の所定の位置に着底させる。
【００３０】
このとき、ワイヤーなどで吊下げた機器を海底に着底させることになるが、鉱床のある海底までは数千メートルもあるのが通常であり、海上は風や波浪があったりするので採鉱母船５は海上の所定位置にピンポイントに停泊している訳にはいかず、海中では潮流もあり吊り下げられた機器が浮遊状態になるので深海における海底の所定位置に着底させることはきわめて困難な作業となる。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、採鉱機１に搭載した水中位置測位装置、スラスターおよびファインダーテレビ付き深海カメラ１１１を用いて採鉱機１の位置を採鉱母船５上で確認しながら海底６に降下させるので、予め測定してある所定の採鉱位置に確実に降下させることができる。
【００３２】
具体的には、例えば潮流の影響により所定の着底地点に対して水平方向への変位が生じた場合には採鉱母船５を操舵して位置を修正し、潮流などにより採鉱機１自身が回転したりした場合には採鉱機１に搭載している水準器や方位径で確認してスラスター（図示せず）により正位に修正する。尚、採鉱機１の機構ならびに搭載機器の操作などの全ては採鉱母船５に設置された制御装置４により基本的に有線により遠隔制御される（以下同様）。
【００３３】
そして、本実施の形態では、海底近くまで降下させた採鉱機１を着底させる前に、採鉱機１に搭載した水中位置測位装置からの位置情報、およびファインダーテレビ付き深海カメラ１１１やソナーからの画像を採鉱母船５における制御装置４の制御監視モニタ（図示せず）により視認して所定の位置であることと着底に支障のないことを確認した後に着底させる。
【００３４】
従って、安全に着底が行われるので採鉱機１などの機器が損傷する心配がなく、また、着底地点の情報を入手できることからその後の作業を無駄なく迅速且つ確実に行うことができる。
【００３５】
さらに、本実施の形態では着底後に、切削ドラム１６やクローラ１２，１２の動作などを確認して着底時の衝撃力や水圧などによる影響がないことを確認する。これらの確認については各機器に各種のセンサーなどを設置しておき、それらからの検知信号を採鉱母船５上の制御装置４により確認することができる（図示せず）。殊に、本実施の形態では採鉱機１はファインダーテレビ付き深海カメラ１１１やソナーなどを搭載しているので、これらの機器を採鉱機１の周囲だけでなく採鉱機１自身の機器についても映像が得られる位置に設置し、或いは自身の機器の映像が得られるものを別に搭載することにより、主要機材に異常がないことを採鉱母船５の制御装置４に送信して画像で確認することによりクローラ１２，１２および切削ドラム１６などの駆動機構についての異常を確認することができる。
【００３６】
このようにして着底した採鉱機１は、クローラ１２，１２を駆動して海底を走行させて所定の海底鉱床に向けて走行、移動させる。このとき、本実施の形態では、採鉱機１に搭載した水中位置測位装置や方位計からの検知信号、ファインダーテレビ付き深海カメラ１１１、ソナーからの画像を採鉱母船５における制御装置４の制御監視モニタ（図示せず）により視認して船上において移動距離および移動ルートを確認しながら走行させて所定の採鉱位置に確実に且つ迅速に移動させることができる。勿論、前記水中位置測位装置、ファインダーテレビ付き深海カメラ１１１、ソナーからの採鉱機１の前方の情報を確認しながら行うことにより障害箇所をさけて目的箇所へ移動させることができる。
【００３７】
本実施の形態では走行手段としてクローラ１２、１２を用いているので海底に凹凸があったり傾斜面であっても支障なく迅速に且つ方向を問わずに走行可能であり、また所定の採鉱箇所で確実に停止させることができる。
【００３８】
尚、ここでは採鉱機１について海底に着底して所定の位置へ移動するまでを説明したが、集鉱機２についてもほぼ同様にして海底の所定位置に着底させるものであり、詳細についての説明は省略する。
【００３９】
以上の手順で図７に示すように、海底鉱床７の所定の採鉱位置に採鉱機１が配置され、その後方に集鉱機２が配置されて、集鉱機２の集鉱管２１２の後端が移送ホース３１を介して海底６に設置された水中ポンプ３に接続され、更に水中ポンプ３の排出口と採鉱母船５との間にフレキシブルライザー３２が連結される。
【００４０】
そして、図８に示すように、海底鉱床７を海底鉱床採鉱機１の先端に備えた切削ドラム１６により採鉱して鉱砕８にする。このとき、本実施の形態では、採鉱機１に搭載したファインダーテレビ付き深海カメラ１１１、ソナーからの画像により採鉱母船５における制御装置４の制御監視モニタにおいて前記採鉱機の位置、姿勢などを確認しながらクローラ１２，１２および切削ドラム１６などを遠隔駆動させて掘削を行う。殊に、図９に示すように、海底鉱床７が上りの急傾斜地である場合には状況に応じてアウトリガー１９を用いて停止させた状態で安定姿勢により掘削を行う。
【００４１】
このようにして海底鉱床７を掘削して鉱砕８を形成し、これをクローラ１２，１２により整地しながら採鉱機１を進行する。掘削作業は、予め計画した所定の採掘量もしくは掘削時間が経過したら停止して採鉱機１を採鉱母船５に引き上げる。
【００４２】
一方、本実施の形態では採鉱機１の後方に集鉱機２を配置して、採鉱機１により形成される鉱砕８を同時進行で集鉱し、採鉱母船５へ搬送することにより短時間で効率よく海底資源を採取することができる。
【００４３】
更に詳しく説明すると、本実施の形態では、集鉱機２はたとえば図１０に示すように採鉱機１により掘削して形成した鉱砕８を集鉱ノズル２７の先端に形成される吸込口２６から吸い込み、集鉱ノズル２７の後端に接続したフレキシブル管２９を介して本体フレーム２１に設置された集鉱管２１２の後端に接続した移送ホース３１を介して水中ポンプ３に搬送され、更に、図７に示すようにフレキシブルライザー３２により採鉱母船５に搬送され、採鉱母船５に設置された船倉に積載される。
【００４４】
そして、所定の採鉱作業が終了したら、採鉱機１、集鉱機２、水中ポンプ３などの機器を採鉱母船５に引き上げて帰港し、採取した海底鉱材を荷揚げする。
【符号の説明】
【００４５】
１  採鉱機、２  集鉱機、３  水中ポンプ、４  制御装置、５  採鉱母船、６  海底、７  海底鉱床、８  鉱砕、１１  本体フレーム、１２  クローラ、１３  駆動輪、１４  アンピリカルケーブル、１５  スライドブーム、１６  切削ドラム、１７  掘削ブーム、１８  カウンターウェイト、１９  アウトリガー、２１  本体フレーム、２２  クローラ、２３  駆動輪、２５  スライドブーム、２６  吸込口、２７  集鉱ノズル、２８  集鉱ブーム、２９  フレキシブル管、３１  移送ホース、３２  フレキシブルライザー、５１  昇降機、１１１  ファインダーテレビ付き深海カメラ、２１１  ファインダーテレビ付き深海カメラ、２１２  集鉱管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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