(57)【要約】【課題】昇温脱気システムよりも経済的に且つ脱気効率の優れたコア採取ボーリングシステム、脱酸素水生成装置及びコア採取ボーリング方法を提供すること【解決手段】先端にビット９を備えた回転可能な管状のロッド１４、ロッドの内側下端に配置されるインナーチューブ１７、ロッド内へ圧送された脱酸素水がロッドの内側からロッドの内面とインナーチューブの外面との間を通過し、ロッドの先端を介してロッドの外面に沿って地上に排出される経路を備える掘削機３と、水と不活性ガスとを高速で混合し供給水中の酸素を微粒状に分散する窒素によって抽出する無動力式の高速酸素抽出器４５と、高速酸素抽出器に接続される自然脱気式の気液分離器４３と、第１気液分離器によって分離された脱酸素水をロッド内へ供給する手段７７とを備える。【選択図】        図１
2004332206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にビットを備えた回転可能な管状のロッド、該ロッドの内側下端に配置されるインナーチューブ、及び前記ロッド内へ圧送された脱酸素水が前記ロッドの内側から該ロッドの内面と前記インナーチューブの外面との間を通過し、前記ロッドの先端を介して前記ロッドの外面に沿って地上に排出される経路を備える掘削機と、
不活性ガスを供給水に高速で微粒状に分散混合し、供給水中の酸素を急速且つ高速に抽出する無動力式の第１高速酸素抽出器と、
前記第１高速酸素抽出器に接続され、前記不活性ガスが微粒状に分散混合された供給水中の酸素を抽出した不活性ガスを、急激な容積拡大と重力と遠心力とによる急速な気液分離作用により自然放出させる自然脱気式の第１気液分離器と、
前記第１気液分離器によって分離された脱酸素水を前記ロッド内へ供給する手段とを備えることを特徴とするコア採取ボーリングシステム。
【請求項２】
請求項１において、前記第１高速酸素抽出器と第１気液分離器との組合せと同様な構造を備える無動力式の第２高速酸素抽出器と自然脱気式の第２気液分離器とを備え、前記第１気液分離器によって分離された減酸素水が前記第２高速酸素抽出器に供給されるようになっていることを特徴とするコア採取ボーリングシステム。
【請求項３】
請求項２において、前記第１高速酸素抽出器と第１気液分離器との組合せと同様な構造を備える１または２以上の無動力式の高速酸素抽出器と、前記高速酸素抽出器に対応する数の自然脱気式の気液分離器との組合せを備え、これら各組合せの高速酸素抽出器には、その一つ前の組合せの気液分離器によって分離された水が供給されるようになっていることを特徴とするコア採取ボーリングシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記不活性ガスは窒素であることを特徴とするコア採取ボーリングシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記無動力式の高速酸素抽出器は、上下方向に延びる筒体の中にワイヤブラシや金属たわしのように細長い金属針の集合体や金属繊維片等を塊状にした泡を微粒化し分散する要素が収容されており、前記筒体の下方から不活性ガスが微粒状に分散した供給水を供給したときに、気体の大きな泡が泡微粒化分散要素間を通過するときに、小さな泡に分裂する過程で生じる渦流等の撹拌効果により、気体を供給水に微粒状に分散し混合するミキサであることを特徴とするコア採取ボーリングシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、前記気液分離器はサイクロン式気液分離器であることを特徴とするコア採取ボーリングシステム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、前記高速酸素抽出器には、不活性ガスの混合された水を直接に前記ロッド内へ供給するための不活性ガス混合水供給口が形成されていることを特徴とするコア採取ボーリングシステム。
【請求項８】
掘削機の管状ロッド内へ供給する脱酸素水を生成する装置であって、
水と不活性ガスとを高速で混合する無動力式の第１高速酸素抽出器と、
前記第１高速酸素抽出器に接続される自然脱気式の第１気液分離器と、
前記第１気液分離器によって分離された脱酸素水を前記ロッド内へ供給する手段とを備えることを特徴とする脱酸素水生成装置。
【請求項９】
請求項８において、前記第１高速酸素抽出器と第１気液分離器との組合せと同様な構造を備える無動力式の第２高速酸素抽出器と自然脱気式の第２気液分離器とを備え、前記第１気液分離器によって分離された水が前記第２高速酸素抽出器に供給されるようになっていることを脱酸素水生成装置。
【請求項１０】
先端にビットを備えた回転可能な管状のロッド、該ロッドの内側下端に配置されるインナーチューブ、及び前記ロッド内へ圧送された脱酸素水が前記ロッドの内側から該ロッドの内面と前記インナーチューブの外面との間を通過し、前記ロッドの先端を介して前記ロッドの外面に沿って地上に排出される経路を備える掘削機を準備する工程と、
無動力式の高速酸素抽出器を使用して水と不活性ガスとを高速で混合する工程と、
この混合水を狭所から広所へ解放することにより気体と水とに分離し、気体を自然脱気する分離工程と、
前記混合工程及び分離工程を混合水中の酸素が十分に減少するまで繰り返して脱酸素水を生成する工程と、
前記脱酸素水を、前記ロッド内へ圧送しながら、前記掘削機による掘削を行う工程とを備えることを特徴とするコア採取ボーリング方法。
【請求項１１】
請求項１０において、前記不活性ガスは窒素であることを特徴とするコア採取ボーリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地質調査や水文地質調査用のコアを採取するためと調査ボーリング孔掘削のためのコア採取ボーリングシステム及びコア採取ボーリング方法に関するものであり、特に、コアの酸素汚染を防止するために微酸素環境でのコア採取を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子力施設の立地・設計における環境安全事前評価用のコアとしては、酸素汚染のないものを採取する必要がある。また、一般環境調査においても、地下水汚染の原因とされるクローム、砒素、マンガン等は、酸化によって化合物（イオン）の形が異なってしまうため、酸素存在下において採取されたコアサンプルでは、高精度な環境調査を行うことができない。
【０００３】
更に地下微生物調査においては、嫌気性・好気性の別を問わず、試料採取に伴う地下環境中の酸素濃度あるいは有機物濃度に対する撹乱を避けなければ、高精度の試料採取・環境調査を行うことができない。このため、試料に対する還元剤の添加や水素添加によって還元的雰囲気を再現しようという努力は、無益であるばかりか、試験・調査に対して有害である。
【０００４】
そこでコアサンプルを微酸素環境下においてボーリングにより採取するため、昇温脱気システムが考えられてきた。即ち、このシステムは、水を加熱して密封チャンバ内に供給し、密封チャンバの上部に位置する気層から気体を強制脱気することにより、一定の温度で一定量の液体に溶解する気体の量はその気体の圧力（分圧）に比例するというヘンリーの原則を利用して、水に溶存する酸素を気相に追い出して低酸素水を作成し、この低酸素水をビット付きのロッド内へ圧送してコアサンプル周辺を微酸素環境にするというものである。
【０００５】
このような方法では、水温をある程度高めに上昇させないと、水中に溶存している酸素を十分に取り除くことができず、しかも１００°Ｃにおいてすら酸素は水に対する溶解度から、常温に比較して３分の１量に低減するに留まっている。更にこれを実現するためには、大量の水を、高めの水温になるように加熱するのに大量のエネルギーを必要とするため、コスト高になってしまう。
【０００６】
また密封チャンバ内から温水を下流側に送水ポンプで送る際に、送水ポンプの上流側で気泡を生じがちであるため、キャビテーションの問題が生じる。従って、これを防止するために送水ポンプを密封チャンバに対して相対的に低い位置に設置しなければならず、そのための設備設置にも追加の費用と時間が掛かるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記の昇温脱気システムよりも経済的に且つ脱気効率の優れたコア採取ボーリングシステム、脱酸素水生成装置及びコア採取ボーリング方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明の第１の態様に係るコア採取ボーリングシステムは、先端にビットを備えた回転可能な管状のロッド、該ロッドの内側下端に配置されるインナーチューブ、及び前記ロッド内へ圧送された脱酸素水が前記ロッドの内側から該ロッドの内面と前記インナーチューブの外面との間を通過し、前記ロッドの先端を介して前記ロッドの外面に沿って地上に排出される経路を備える掘削機と、不活性ガスを供給水に高速で微粒状に分散混合し、供給水中の酸素を急速且つ高速に抽出する無動力式の第１高速酸素抽出器と、前記第１高速酸素抽出器に接続され、前記不活性ガスが微粒状に分散混合された供給水中の酸素を抽出した不活性ガスを、急激な容積拡大と重力と遠心力とによる急速な気液分離作用により自然放出させる自然脱気式の第１気液分離器と、前記第１気液分離器によって分離された脱酸素水を前記ロッド内へ供給する手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、不活性ガス、例えば窒素が水と混合されることで水中に溶存している酸素が抽出され、抽出された酸素を含有する不活性ガス懸濁気泡の状態となる。この不活性ガス懸濁気泡の混合水は第１気液分離器において、水と気体とに高速分離され、気体は強制的な動力を要することなく定圧排気弁を経由して自然に外部へ排出される。また水は脱酸素水となってロッドの内側へ供給され、微酸素環境下でコアをサンプリングするためのボーリングが可能となる。このように第１高速酸素抽出器と第１気液分離器とでは気液の混合及び分離のために動力を要しないため、経済的なコア採取ボーリングシステムを提供することができる。
【００１０】
また、本発明の第２の態様に係るコア採取ボーリングシステムは、上記第１の態様において、前記第１高速酸素抽出器と第１気液分離器との組合せと同様な構造を備える無動力式の第２高速酸素抽出器と自然脱気式の第２気液分離器とを備え、前記第１気液分離器によって分離された減酸素水が前記第２高速酸素抽出器に供給されるようになっていることを特徴とするものである。本発明の第２の態様によれば、第１の態様における水からの酸素の抽出作用と、水と気体との分離作用とが繰り返されるため一層酸素濃度が低い脱酸素水をロッドへ供給することができる。また第２気液分離器では自然に気体が脱気されて圧力が低下するので、第１気液分離器と第２高速酸素抽出器の各々の定圧排気弁間に圧力差を設定することにより、送水ポンプを設けなくても第１気液分離器から第２高速酸素抽出器へ自然に混合水が供給される。
【００１１】
また、本発明の第３の態様に係るコア採取ボーリングシステムは、上記第２の態様において、前記第１高速酸素抽出器と第１気液分離器との組合せと同様な構造を備える１または２以上の無動力式の高速酸素抽出器と、前記高速酸素抽出器に対応する数の自然脱気式の気液分離器との組合せを備え、これら各組合せの高速酸素抽出器には、その一つ前の組合せの気液分離器によって分離された水が供給されるようになっていることを特徴とするものである。本発明の第３の態様によれば、第１の態様における水からの酸素の追い出し作用と、水と気体との分離作用とが更に繰り返されるため、より一層水中の酸素濃度を下げることができる。また高速酸素抽出器と気液分離器との組合せを複数組設けることで、脱酸素水を迅速に且つ大量に生成することができるので、大口径ボーリング、大深度ボーリングでも脱酸素水を使用したコアの採取が可能となる。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係るコア採取ボーリングシステムは、上記第１〜第３のいずれかの態様において、前記不活性ガスは窒素であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の第５の態様に係るコア採取ボーリングシステムは、上記第１〜第４のいずれかの態様において、前記無動力式の高速酸素抽出器は、上下方向に延びる筒体の中にワイヤブラシや金属たわしのように細長い金属針の集合体や金属繊維片等を塊状にした泡を微粒化し分散する要素が収容されており、前記筒体の下方から不活性ガスが微粒状に分散した供給水を供給したときに、気体の大きな泡が泡微粒化分散要素間を通過するときに、小さな泡に分裂する過程で生じる渦流等の撹拌効果により、気体を供給水に微粒状に分散し混合するミキサであることを特徴とするものである。本発明の第５の態様によれば、気体が混合された供給水を泡微粒化分散要素が収容された筒体内で下方から上方へ導くことにより、気体の大きな泡が泡微粒化分散要素間を通過するときに、小さな泡に分裂する過程で生じる渦流等の撹拌効果により気体と水とが混合される。
【００１４】
また、本発明の第６の態様に係るコア採取ボーリングシステムは、上記第１〜第５のいずれかの態様において、前記気液分離器はサイクロン式気液分離器であることを特徴とするものである。本発明の第６の態様によれば、高速酸素抽出器からサイクロン内に供給された混合水はサイクロン内で急激に体積が膨張し、液相は比重が大きいので器壁に沿って急降下し、一方混合水に懸濁または溶存している酸素等の気体は比重が小さいので上部に滞留し、混合水から分離され、抽出酸素を含有する不活性ガスは定圧排気弁を経由して自然に脱気されていく。
【００１５】
また、本発明の第７の態様に係るコア採取ボーリングシステムは、上記第１〜第６のいずれかの態様において、前記高速酸素抽出器には、不活性ガスの混合された水を直接に前記ロッド内へ供給するための不活性ガス混合水供給口が形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の第８の態様に係る脱酸素水生成装置は、掘削機の管状ロッド内へ供給する脱酸素水を生成する装置であって、水と不活性ガスとを高速で混合する無動力式の第１高速酸素抽出器と、前記第１高速酸素抽出器に接続される自然脱気式の第１気液分離器と、前記第１気液分離器によって分離された脱酸素水を前記ロッド内へ供給する手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の第９の態様に係る脱酸素水生成装置は、上記第８の態様において、前記第１高速酸素抽出器と第１気液分離器との組合せと同様な構造を備える無動力式の第２高速酸素抽出器と自然脱気式の第２気液分離器とを備え、前記第１気液分離器によって分離された水が前記第２高速酸素抽出器に供給されるようになっていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の第１０の態様に係るコア採取ボーリング方法は、先端にビットを備えた回転可能な管状のロッド、該ロッドの内側下端に配置されるインナーチューブ、及び前記ロッド内へ圧送された脱酸素水が前記ロッドの内側から該ロッドの内面と前記インナーチューブの外面との間を通過し、前記ロッドの先端を介して前記ロッドの外面に沿って地上に排出される経路を備える掘削機を準備する工程と、無動力式の高速酸素抽出器を使用して水と不活性ガスとを高速で混合する工程と、この混合水を狭所から広所へ解放することにより気体と水とに分離し、気体を自然脱気する分離工程と、前記混合工程及び分離工程を混合水中の酸素が十分に減少するまで繰り返して脱酸素水を生成する工程と、前記脱酸素水を、前記ロッド内へ圧送しながら、前記掘削機による掘削を行う工程とを備えることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の第１１の態様に係るコア採取ボーリング方法は、上記第１０の態様において、前記不活性ガスは窒素であることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１中、符号１は本発明に係るコア採取ボーリングシステムを示し、このシステム１は、大きく分けて掘削機３と、脱酸素環境作業部５と、脱酸素水生成装置７とを備えている。
【００２１】
掘削機３は、図２（ａ）に示す３重管式または図２（ｂ）に示す２重管式の構造を備えている。３重管式は沖積層のように孔壁が自立しない場合に使用され、２重管式は孔壁が自立する深度以深で使用するのが一般的である、また地表より洪積層や三紀層が出現するような場合には２重管式を適用した掘削機を使用する。
【００２２】
図２（ａ）に示す３重管式を適用する場合には、先端にビット９を有するインナーロッド１１と、該インナーロッド１１の外側に位置し先端にケーシングビット１３を備えるケーシング１５と、インナーロッド１１の内側下端に設けられたインナーチューブ１７と、インナーチューブ１７の内側下端に設けられ、その内側にコアを収納することができる包装部１９（図３参照）とを備えている。包装部１９は、採取直後のコアを周囲の環境から隔離された状態で包装することができるものであり、例えば、ビニルスリーブやアクリルパイプなどを用いることができる。またビットとしては、ダイモンモンドビットやメタルクラウンを使用することができる。
【００２３】
インナーロッド１１及びケーシング１５には駆動部２１が接続されており、該駆動部２１はインナーロッド１１及びケーシング１５を回転駆動する。このような構造により高速回転でインナーロッド１１及びケーシング１５を駆動することができる。この場合、ビットの給圧・回転数を変更する工程を備えるようにしてもよい。
【００２４】
一方、図２（ｂ）に示す２重管式では、自立性のない地層の掘削時以外ではケーシング１５に相当する部材を使用せず、ロッド１４と、ロッド１４の内側下端に設けられたインナーチューブ１７と、インナーチューブ１７の内側下端に設けられ、その内側にコアを収納することができる包装部１９とを備えている。２重管式の場合にはロッド１４が駆動部２１に接続されており、３重管の場合同様に、該駆動部２１によりロッド１４が回転駆動する。なお、包装部１９は、３重管式と同様な機能を有する。
【００２５】
次に脱酸素環境作業部５は、図５に示すように、掘削孔３１を取り囲むように貯水槽３３を備えており、貯水槽３３内には供給水が一定の水位まで溜められている。また貯水槽３３内には閉鎖時に内部が気密可能となる脱酸素水作業室３５が設けられており、脱酸素水作業室３５の上部には、脱酸素水作業室３５を作業中できる限り気密状態に保つために大部分または全てを閉鎖可能な蓋部３７が設けられている。この蓋部３７の部分的な開閉により、採取したコアを脱酸素水作業室３５内に収納し、あるいは取り出すことが可能である。脱酸素水作業室３５内には、後述する脱酸素水生成装置７から供給される脱酸素水を脱酸素水作業室３５に供給するための脱酸素水供給パイプ３９が敷設されていると共に、脱酸素水作業室３５内の底壁及び周囲壁には、脱酸素水作業室３５内の供給水に残存する酸素を確実に取り除くための脱酸素剤４１が設けられている。
【００２６】
このように脱酸素水作業室３５は、蓋部３７を閉鎖し、脱酸素水供給パイプ３９から脱酸素水を供給することにより、内部が脱酸素水で満たされた環境を作り出すことができる。脱酸素水作業室３５は、上述の掘削機３により微酸素環境で採取したコアサンプルをインナーチューブから取り出し、気密性容器で完全包装するまでの作業を行うための部屋である。脱酸素水作業室３５での作業については後述する。
【００２７】
次に脱酸素水生成装置７は図６に示すように、無動力式の第１高速酸素抽出器に相当する第１スタティックミキサ４５を備えている。第１スタティックミキサ４５を含め、本発明で使用する全てのスタティックミキサは、上下方向に延びる筒体の中にワイヤブラシや金属たわしのように細長い金属片、金属繊維片等を塊状にした泡微粒化分散要素が収容されている。そして筒体の下方から不活性ガスと供給水とを混合した状態で供給したときに、不活性ガスが微粒に分散した混合水が上方へ移動し、気体の大きな泡が泡微粒化分散要素間を通過するときに、小さな泡に分裂する過程で生じる渦流等の撹拌効果により不活性ガスと供給水とを混合する作用をなすものである。このようにスタティックミキサは撹拌のために何の動力も使用することなく、供給水に窒素を混合し、酸素抽出を行わせることができる。
【００２８】
高速酸素抽出器である第１スタティックミキサ４５の下端付近には、水供給口４７と不活性ガス供給口４９とが形成されており、水供給口４７には供給水５１を送水ポンプ５３により第１スタティックミキサ４５に供給するための水供給管５５が接続されている。一方、不活性ガス供給口４９には、窒素ボンベ５７から窒素を第１スタティックミキサ４５に供給するための不活性ガス供給管５９が接続されている。第１スタティックミキサ４５の上部には排出口６１が形成されており、排出口６１は後述のサイクロン気液分離器に接続されている。第１スタティックミキサ４５に供給された窒素は、供給水と混合されることにより、地下水に懸濁または溶存している酸素を追い出すように作用する。
【００２９】
尚、本実施の形態では不活性ガスとして窒素を使用しているが、例えばヘリウム、アルゴン、ネオン等を使用することも可能であり、地下水環境に対して与える影響を厭わなければ水素、炭酸ガス等の不活性ガスを窒素等に混合して使用することも可能である。
【００３０】
第１スタティックミキサ４５に隣接して第１サイクロン気液分離器４３が設けられている。第１サイクロン気液分離器４３は、円筒部４４と、円筒部４４の下方に接続している円錐部４６と、円錐部４６の下端から下方へ延びる排出管４８とを備えてなり、円筒部４４の天面には気体排出口５０が形成されている。
【００３１】
円筒部４４の側面には、第１スタティックミキサ４５の排出口６１に接続する供給管５２が形成されている。円筒部４４内は供給管５２の断面積よりも十分に広く形成されており、狭い供給管５２を通って円筒部４４内に供給された微粒状に窒素が分散した酸素を含有する窒素混合水は円筒部４４内の壁に沿って一気に薄流層となり、このとき窒素により抽出された酸素と窒素との混合物は円筒部４４内に気体として放出されることになり、その後、気体排出口５０から窒素とともに酸素は自然に外部へ排出される。一方、窒素を溶解した減酸素水は円筒部４４から円錐部４６に掛けて壁沿いに螺旋状に落下してゆき、その後排出管４８の下端に接続された接続管５４に流れ出していく。このようにサイクロン気液分離器では円筒部４４内の気体が自然に脱気されるので、脱気ポンプ等を設ける必要がない。
【００３２】
第１サイクロン気液分離器４３の下流側には第１スタティックミキサ４５と基本的に同様な構造を備える第２高速酸素抽出器に相当する第２スタティックミキサ４５ａが設けられ、第２スタティックミキサ４５ａに隣接して、第１サイクロン気液分離器４３と同様な構造を備える第２サイクロン気液分離器４３ａが設けられている。図１及び図６において、第２スタティックミキサ４５ａ及び第２サイクロン気液分離器４３ａの構成要素が、それぞれ第１スタティックミキサ４５及び第１サイクロン気液分離器４３の構成要素と同一の構造を有する場合には、第２スタティックミキサ４５ａ及び第２サイクロン気液分離器４３ａの構成要素には、第１スタティックミキサ４５及び第１サイクロン気液分離器４３の構成要素に関して使用する符号に「ａ」を付して示している。
【００３３】
上記接続管５４の他端側は第２スタティックミキサ４５ａの水供給口４７ａに接続しており、また窒素ボンベ５７ａから窒素を第２スタティックミキサ４５ａに供給するための不活性ガス供給管５９ａが、第２スタティックミキサ４５ａの不活性ガス供給口４９ａに接続されている。第２スタティックミキサ４５ａの排出口６１ａは第２サイクロン気液分離器４３ａの供給管５２ａに接続されている。第２スタティックミキサ４５ａの排出管４８ａの下端には脱酸素水供給管７５が接続され、脱酸素水供給管７５の途中に設けられた送水ポンプ７７により、脱酸素水がそれぞれ脱酸素水供給管７５、７５ａ、脱酸素水供給管７５、７５ｂ（図１参照）を介してロッド１４の上端及び脱酸素水作業室３５へ供給可能である。各脱酸素水供給管７５ａ、７５ｂには調節弁７９、８１が設けられ、各脱酸素水供給管での流量を調節可能としている。
【００３４】
第２スタティックミキサ４５ａの頂部には不活性ガス混合水供給口に相当する窒素混合水供給口６５が形成されており、この供給口は弁（図示せず）により必要に応じて開閉可能となっている。この弁が閉鎖されているときには窒素混合水は排出口６１から第２サイクロン気液分離器４３ａへ供給され、弁が開放されたときには窒素混合水供給口６５から窒素混合水供給経路６７を経て、窒素混合水を掘削機３で使用することができる。
【００３５】
以上説明した実施の形態では、スタティックミキサとサイクロン気液分離器の組合せが２組であるが、地下水中の酸素を一層除去するためにこれらを３組以上直列に配列するようにしてもよい。またスタティックミキサとサイクロン気液分離器の組合せを１組とすることもできる。
【００３６】
尚、図６中符号６９で示すものは界面活性剤注入装置であり、脱酸素水に界面活性剤を混入し、これを発泡させてロッド１４の内側に供給するときに使用するものである。即ち、１気圧における窒素ガスの気泡と脱酸素水との容積比が５：１〜１：３となるように脱酸素水を窒素ガスと混合して懸濁窒素気泡水を生成し、これをロッド１４の上部から脱酸素水に代えて供給するようにしてもよい。このような懸濁窒素気泡水は孔壁、孔底でのボイリングがなく、コアサンプルの流出や孔を壊すこともない。また地下水脈の流水が多いところでも懸濁窒素気泡水の泡が消えることがなく、懸濁窒素気泡水の泡が上昇してくるときに急激に膨張して孔の壁を壊すこともない。更に懸濁気泡水の潤滑性と自動的なスライム排除により、礫や破砕岩と粘度や砂のようなマトリックスからなる地層に対しても円滑な掘進が可能となり、ビット先端部において適度の気泡を発生してビットを冷却するとともに、掘削に伴い発生するスライムを気泡に付着させて排出することが可能となる。
【００３７】
本願発明では、地層とその深度に応じて、上記のような脱酸素水を使用するボーリングと、懸濁窒素気泡を含有する脱酸素水コアサンプリング工法との切換えが迅速且つ容易に実施可能であり、また界面活性剤の使用を省略することも可能である。
【００３８】
３重管式を適用した掘削機を示す図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、インナーチューブ１７の上端にはヘッド２３が形成されており、該ヘッド２３には把持部２５が形成されている。掘削機３に設けられた懸吊機構２７から延びるワイヤ２９の先端に接続されたラッチで把持部２５を把持することで、コアの入った包装部１９を備えたインナーチューブ１７を吊り上げて採取することができる。
【００３９】
以上が本発明のコア採取ボーリングシステム１及び脱酸素水生成装置７の構成であり、以下、本発明のコア採取ボーリングシステムを使用してコアを採取する工程について説明する。図２（ａ）に示すように、掘削機は軟弱地層では３重管式を使用して掘削を行い、次いで孔壁が自立するような地層では図２（ｂ）に示すように２重管式を使用して掘削するなど、両方式を適宜併用できる。即ち地山が表層で軟柔な場合には３重管式を先ず使用し、次いで掘進とともに地山の自立性が向上するに従い、２重管ケーシング併用方式へ移行し、地山あるいは岩盤がしっかりしている地層では、もはやケーシングを併用せずに２重管式を適用する。
【００４０】
まず脱酸素水を生成するために送水ポンプ５３、７７を駆動状態とし、併せて窒素ボンベ５７、５７ａの弁を開放して定圧・所定流量の窒素を第１スタティックミキサ４５、第２スタティックミキサ４５ａ内へ供給する。尚、本例では窒素混合水供給口６５のバルブは閉鎖する。送水ポンプ５３の駆動により、供給水５１が水供給管５５を介して第１スタティックミキサ４５に供給されると、地下水は第１スタティックミキサ４５内で微粒化された窒素と混合されながら上方へ移行し、排出口６１から供給管５２を介して第１サイクロン気液分離器４３の円筒部４４に供給される。
【００４１】
窒素が供給水中で微粒状に混合分散されながら第１スタティックミキサ４５内を上昇する過程で、供給水中に溶存している酸素の一部が窒素によって抽出され、懸濁窒素気泡中に含有される形で微粒分散（含酸素）窒素混合水中に存在することになる。断面積の小さな供給管５２から広くなった円筒部４４内の内壁に沿って一気に薄層流となり、水相部分は比重が大きいので鉛直下方向への速度が大きくなり、このため減酸素水は円錐部４６を経由して円筒部４８内に流れ込み、一方比重の小さな酸素及び窒素を含む気体は気相として円筒部４４内に残り、併せて円筒部４４内に落下した混合水中に溶解していた酸素及び窒素とともに、定圧放出弁付きの気体排出口５０を通じて、圧力低下とともに水中から放出され、外部へ自然に排出される。
【００４２】
円錐部４４に至った減酸素水は、排出管４８及び接続管５４を介して水供給口４７ａから第２スタティックミキサ４５ａへ供給される。第２スタティックミキサ４５ａでは、第１スタティックミキサ４５と同様な作用により混合水中の酸素が窒素により抽出され、脱酸素水中の残存酸素は極めて少なくなる。第２サイクロン気液分離器４３ａの円筒部４４ａに至った脱酸素水中に溶解している微量酸素もまた圧力低下とともに、上記同様の作用により水中から放出され、気体は気体排出口５０ａから外部へ排出され、残りは脱酸素水として円錐部４６ａ、排出管４８ａを介して脱酸素水供給管７５に至る。
【００４３】
そして図１に示すように、送水ポンプ７７により脱酸素水供給管７５ａを介してロッド１４の上端へ及び脱酸素水供給管７５ｂを介して脱酸素水作業室３５へ供給される。そしてロッド１４の上端へ供給された脱酸素水は掘削工程において以下のように使用される。尚、以上の工程では、窒素の減酸素水への混合による酸素抽出過程と、抽出酸素混入窒素（気相）と水との分離過程を２段階に亘って行うので、供給水に残留する酸素は極めて少なくなり酸素濃度の小さい脱酸素水をロッド１４内へ供給することができる。
【００４４】
３重管式に脱酸素水を適用する工程では、ロッド１１を回転させ、ビット９の掘削作用により所定深さの孔を掘削する。サンプリングする深さまで掘削したら、包装部１９（図３）を備えたインナーチューブ１７をロッド１４内に入れ込み、図４（ｂ）に示すようにロッド１４を継ぎ足して、その上端に駆動部２１を接続する。
【００４５】
この状態でインナーチューブ１７を再び駆動させて更に深く掘削する。このときロッド１４の上端へ供給された脱酸素水が供給ノズル８３（図２参照）からロッド１４内へ供給され、図２（ｂ）中、矢印で示すように、インナーチューブ１７とロッド１４の内壁との間を通った後、ビット９を介してロッド１４の外側へ回り込み、ロッド１４の外面に沿って上昇し、最終的に貯水槽３３内へ排出される。
【００４６】
インナーチューブ１７へ連続的に脱酸素水が供給されることにより、コアサンプルの周囲は微酸素状態となり、コアサンプルの酸素汚染が防止される。またビット周辺への脱酸素水の連続供給により、ビット９が冷却され、円滑な掘進をもたらすという付随的効果もある。
【００４７】
掘削中に、インナーチューブ１７内に備えられた包装部１９内には、微酸素環境下でコアが入り込むため、コアが酸素に触れることはない。次に図４（Ｃ）に示すように、インナーチューブ１７の把持部２５をワイヤ２９の先端に設けられたラッチで把持し、包装部１９内に採取されたコアを含むインナーチューブ１７を貯水槽３３まで吊り上げる（図５中、インナーチューブ１７を吊り上げた状態を参照）。
【００４８】
一方、送水ポンプ７７によって脱酸素水作業室３５へ脱酸素水が供給されており、また脱酸素剤４１が存在することにより、脱酸素水作業室３５は微酸素環境に維持されている。インナーチューブ１７が貯水槽３３まで吊り上げられたら、把持部２５に設けられた空気抜き孔をシールし、インナーチューブ１７中の脱酸素水の空気置換阻止を図り、蓋部３７を開け、インナーチューブ１７を脱酸素水作業室３５内へ移行して、図５に示すように寝かせた状態とする。この状態から脱酸素水中でインナーチューブ１７からコアを取り出し、コアを空気中で取り扱っても酸素汚染されないように完全な包装をする。完全包装されたコアを貯蔵・輸送するに当たっては、液体窒素で急冷する等により、その形状の安定化・化学的な安定化を図ることができる。
【００４９】
供給水には、原位置の地下水を使用することが、地下環境に対する攪乱をさけることから厳密であるが、現地の状況によっては、沢水、水道水を使用しても最使えない。
【００５０】
掘削施工の全深度にわたり、経費の都合等により脱酸素水を使用したボーリングによるコア採取を必要としない場合には、窒素等の不活性ガスの使用に代えて、空気を使用することは容易であり、また礫質あるいは破砕岩と砂・粘土等の混在する地層では、微粒気体混合水を、脱酸素水を使用したコア採取工法との間で、相互に切り替えて使用する等の施工が、迅速に且つ円滑に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコア採取ボーリングシステムの全体構成を示す概略図である。
【図２】（ａ）は３重管式を適用した場合の脱酸素水の流通経路を示す説明図であり、
（ｂ）は２重管式を適用した場合の脱酸素水の流通経路を示す説明図である。
【図３】本発明で使用可能なビットの例で、ビット先端部（ボーリング孔底面）を経て、供給、排出される脱酸素水の流通経路を示すビット周辺の拡大図である。
【図４】３重管式を適用してロータリーパーカッション・ワイヤライン工法により、コアを採取する工程を段階的に示す説明図である。
【図５】微酸素環境作業部を示す側断面図である。
【図６】脱酸素水生成装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１  コア採取ボーリングシステム
３  掘削機
５  脱酸素環境作業部
７  脱酸素水生成装置
９  ビット
１０  自走式車両
１１  インナーロッド
１３  ケーシングビット
１４  ロッド
１５  ケーシング
１７  インナーチューブ
１９  包装部
２１  駆動部
２３  ヘッド
２５  把持部
２７  懸吊機構
２９  ワイヤ
３１  掘削孔
３３  貯水槽
３５  脱酸素水作業室
３７  蓋部
３９  脱酸素水供給パイプ
４１  脱酸素剤
４３  第１サイクロン気液分離器
４３ａ  第２サイクロン気液分離器
４４  円筒部
４５  第１スタティックミキサ
４５ａ  第２スタティックミキサ
４６、４６ａ  円錐部
４７、４７ａ  水供給口
４８、４８ａ  排出管
４９、４９ａ  不活性ガス供給口
５０、５０ａ  気体排出口
５１  供給水
５２、５２ａ  供給管
５３  送水ポンプ
５４  接続管
５５  水供給管
５７、５７ａ  窒素ボンベ
５９、５９ａ  不活性ガス供給管
６１、６１ａ  排出口
６５  窒素混合水供給口
６７  窒素混合水供給経路
６９  界面活性剤注入装置
７３  脱酸素水供給口
７５、７５ａ、７５ｂ  脱酸素水供給管
７７  送水ポンプ
７９  調節弁
８１  調節弁
８３  供給ノズル
【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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