(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に連結された複数のケーシングパイプと、
前記複数のケーシングパイプのうち基準となる基準ケーシングパイプに設けられ、着磁方向が前記基準ケーシングパイプの軸方向と直交する磁石と、
前記複数のケーシングパイプに挿入され、前記複数のケーシングパイプの軸方向に移動して前記磁石の磁力を検知すると共に、地磁気の値がオフセットされた磁気センサと、を備え、
前記磁気センサは、前記磁石の着磁方向と直交する方向の磁力を検知する
深度測定システム。
【請求項２】
前記基準ケーシングパイプは、非磁性体によって形成される
請求項１に記載の深度測定システム。
【請求項３】
前記磁石は、前記基準ケーシングパイプの外周面に取り付けられる
請求項１または２に記載の深度測定システム。
【請求項４】
地面にボーリング孔を掘削する工程と、
複数のケーシングパイプを軸方向に連結し、ボーリング孔に設置する工程と、
前記複数のケーシングパイプの軸方向を移動するように地磁気の値がオフセットされた磁気センサを挿入する工程と、
前記複数のケーシングパイプのうち基準となる基準ケーシングパイプに設けられた、着磁方向が前記基準ケーシングパイプの軸方向と直交する磁石の磁力を前記磁気センサにより検知する工程と、
前記磁気センサの検知結果から前記磁気センサの位置を検出する工程と、
を含み、
前記磁気センサは、前記磁石の着磁方向と直交する方向の磁力を検知する
深度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボーリング孔に観測装置を設置する際に用いられる深度測定システム及び深度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から地震研究のために、地表面から岩盤に、例えば深度５００〜１０００ｍの穴（以下、「ボーリング孔」という）を掘り、そのボーリング孔の中に歪計や応力計、地震計、温度計等の各種センサを備えた観測装置を設置することが行われている。通常、荷重に対して強化された電源線や信号線からなるケーブルを取り付け、このケーブルに吊り下げられた状態で、観測装置は、ボーリング孔の中に挿入される。
【０００３】
また、観測精度を高めるために、正確な位置に観測装置を設置する必要がある。観測装置の位置を確認するために、従来では、観測装置を吊り下げるケーブルの長さから観測装置の設置する位置の深度を求めていた。しかしながら、ケーブルは、自身の重量や観測装置の重みによって、伸長するため、観測装置の正確な位置を特定することは、困難であった。
【０００４】
そのため、観測装置の深度を正確に確認するための技術として、例えば特許文献１に記載されているようなものが開示されている。特許文献１に記載された技術では、ボーリング孔の孔壁を保護するケーシングパイプとして、磁性体である鉄製のケーシングパイプと、非磁性体であるステンレス製のケーシングパイプとを備えている。また、鉄製のケーシングパイプとステンレス製のケーシングパイプを軸方向に連結している。そして、鉄製のケーシングパイプとステンレス製のケーシングパイプのつなぎ目に生じる磁力の変化を観測装置に設けた磁気センサで検出することで、観測装置の設置深度を測定している。
【０００５】
次に、図８を参照して従来の観測装置の設置深度測定方法について説明する。
図８は、従来の観測装置の設置深度測定方法を模式的に示す説明図である。
【０００６】
図８に示すように、従来の観測装置の設置深度測定方法は、ボーリング孔の孔壁を保護する鉄製の第１のケーシングパイプ１０１と、ステンレス製の第２のケーシングパイプ１０２とを有している。第１のケーシングパイプ１０１と第２のケーシングパイプ１０２の磁化性は異なっており、第１のケーシングパイプ１０１は、強磁性体からなり、第２のケーシングパイプ１０２は、非磁性体からなる。
【０００７】
複数の第１のケーシングパイプ１０１は、その軸方向に連結されている。また、複数の第１のケーシングパイプ１０１の所定の箇所には、第２のケーシングパイプが介在されている。そして、複数の第１のケーシングパイプ１０１と第２のケーシングパイプ１０２の筒孔内に、ケーブル１０４で吊り下げられた観測装置１０３が挿入される。なお、観測装置１０３には、磁気センサ１０５が搭載されている。
【０００８】
観測装置１０３が強磁性体で形成された第１のケーシングパイプ１０１を通過するとき、地磁気が第１のケーシングパイプ１０１で遮蔽されるため、磁気センサ１０５は、地磁気を検出せず、第１のケーシングパイプ１０１の帯磁を検出する。しかしながら、ケーシングパイプ１０１、１０２のつなぎ目１０６から地磁気が筒孔内に漏れやすいため、磁気センサ１０５の出力が微小に変化する。
【０００９】
さらに、第２のケーシングパイプ１０２が非磁体から形成されているため、地磁気は、第２のケーシングパイプ１０２から筒孔内に漏れ出る。そのため、観測装置１０３が第１のケーシングパイプ１０１と第２のケーシングパイプ１０２のつなぎ目１０６通過するとき、磁気センサ１０５の出力が大きく変化する。
【００１０】
また、第２のケーシングパイプ１０２の位置は、予め決められている。これにより、従来の観測装置の設置深度測定方法では、磁気が変化した位置から観測装置１０３の深度を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１１４５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、磁性体である鉄製のケーシングパイプの帯磁率が一様ではなく、鉄製のケーシングパイプとステンレス製のケーシングパイプのつなぎ目の磁気の変化がしばしば分かり難い。さらに、ケーシングパイプの筒孔の軸中心と、筒孔の壁面側では、磁気センサによって検出される磁気の変化量が異なる。そのため、特許文献１に記載された技術では、鉄製のケーシングパイプとステンレス製のケーシングパイプのつなぎ目を正確に決定することが難しく、観測装置の設置深度を正確に検出することが困難である、という問題を有していた。
【００１３】
本発明の目的は、上記従来技術における実情を考慮し、観測装置の設置深度の測定精度を向上させることができる深度測定システム及び深度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の深度測定システムは、複数のケーシングパイプと、磁石と、磁気センサとを備えている。複数のケーシングパイプは、軸方向に連結される。磁石は、複数のケーシングパイプのうち基準となる基準ケーシングパイプに設けられる。磁気センサは、複数のケーシングパイプの筒孔に挿入され、基準ケーシングパイプ内の磁石の磁力を検知する。
【００１５】
また、本発明の深度測定方法は、以下の（１）から（５）に示す工程を含む。
（１）地面にボーリング孔を掘削する工程。
（２）複数のケーシングパイプを軸方向に連結し、ボーリング孔に設置する工程。
（３）複数のケーシングパイプに磁気センサを挿入する工程。
（４）複数のケーシングパイプのうち基準となる基準ケーシングパイプに設けられた磁石の磁力を磁気センサにより検知する工程。
（５）磁気センサの検知結果から磁気センサの位置を検出する工程。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成の深度測定システム及び深度測定方法によれば、磁気センサで基準となる基準ケーシングパイプに設けられた磁石の磁力を検知することで、位置検出の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ボーリング孔に観測装置を設置する状態を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の深度測定システムの実施の形態例における要部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の深度測定システムの実施の形態例における基準ケーシングパイプを軸方向と直交する方向で断面した断面図である。
【図４】本発明の深度測定システムの実施の形態例における基準ケーシングパイプを示す側面図である。
【図５】本発明の深度測定システムの実施の形態例における測定方法を示すもので、図５Ａは磁石の磁力線の向きを示す説明図、図５Ｂは磁気センサが出力する信号を示す説明図である。
【図６】本発明の深度測定システムにおける基準ケーシングパイプの変型例を示すもので、図６Ａは第１の変型例にかかる基準ケーシングパイプを示す断面図、図６Ｂは第２の変型例にかかる基準ケーシングパイプを示す断面図、図６Ｃは第４の変型例にかかる基準ケーシングパイプの断面図である。
【図７】本発明の深度測定システムにおける基準ケーシングパイプの変型例を示すもので、図７Ａは第３の変型例にかかる基準ケーシングパイプの側面図、図７Ｂは第４の変型例にかかる基準ケーシングパイプの側面図である。
【図８】従来の深度測定方法の構成を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、深度測定システム及び深度測定方法を実施するための形態について、図１〜図７を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
【００１９】
１．実施の形態例
１−１．深度測定システムの構成例
まず、本発明の深度測定システムの実施の形態例（以下、「本例」という。）について、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、ボーリング孔に観測装置を設置する状態を模式的に示す説明図、図２は、本例の深度測定システムの要部を拡大して示す断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本例の深度測定システム１は、例えば地震の研究のためにボーリング孔２に観測装置３を設置する際における観測装置３の設置深度を測定するために用いられる。観測装置３は、歪計や応力計、地震計、温度計や磁気センサ５等の各種センサを備えている。また、観測装置３に設けられた磁気センサ５は、鉛直方向（以下、Ｚ軸方向という）に指向性を有するセンサである。そして、観測装置３には、荷重に対して強化された電源線や信号線からなるケーブル４が取り付けられる。
【００２１】
また、地上には、ケーブル４が装架される滑車１１と、滑車１１の近傍に配設されたウィンチ１２と、観測装置３からの信号を受信する監視装置１３が設置されている。ウィンチ１２には、ケーブル４が巻き掛けられている。そして、観測者は、ウィンチ１２を操作することで観測装置３を昇降させる。
【００２２】
ケーブル４で吊り下げられた状態で観測装置３は、例えば５００〜１０００ｍの深さに掘られたボーリング孔２に挿入されて、後述する基準ケーシングパイプ７に設けた磁石１０の中心位置Ｐ１から所定の距離Ｔ２の位置に設置される。また、観測装置３は、ボーリング孔２及び岩盤Ｍ１に充填されたモルタル内に埋設され、岩盤Ｍ１の歪や応力、地震動、地温等がモルタルを介して観測装置３に伝えられる。
【００２３】
また、深度測定システム１は、ボーリング孔２の孔壁を保護するために、複数のケーシングパイプ６と、基準ケーシングパイプ７とを有している。図２に示すように、複数のケーシングパイプ６及び基準ケーシングパイプ７は、それぞれ略円筒状に形成される。
【００２４】
なお、本例では、複数のケーシングパイプ６及び基準ケーシングパイプ７を略円筒状に形成した例を説明したが、これに限定されるものではなく、複数のケーシングパイプ６及び基準ケーシングパイプ７を四角筒や六角筒等の角筒状に形成してもよい。
【００２５】
また、複数のケーシングパイプ６及び基準ケーシングパイプ７における軸方向の両端には、それぞれ連結部８が設けられている。そして、複数のケーシングパイプ６及び基準ケーシングパイプ７は、連結部８を介して軸方向に連結される。
【００２６】
ケーブル４に吊り下げられた状態で、観測装置３は、連結されたケーシングパイプ６の筒孔６ｂ及び基準ケーシングパイプ７の筒孔７ｂ内に挿入される
【００２７】
複数のケーシングパイプ６は、磁性体によって形成され、例えば鉄製のケーシングパイプである。これに対し、基準ケーシングパイプ７は、非磁性体によって形成され、例えばステンレス製のケーシングパイプである。
【００２８】
図３は、基準ケーシングパイプ７を軸方向と直交する方向で断面した断面図、図４は、基準ケーシングパイプ７を示す側面図である。
【００２９】
図２及び図３に示すように、基準ケーシングパイプ７には、磁石１０が設けられている。また、図３及び図４に示すように、基準ケーシングパイプ７の外周面における所定の位置には、略円形の座グリ穴７ａが設けられている。この座グリ穴７ａには、略円柱状の磁石１０が接着や嵌合等の固定方法によって取り付けられている。
【００３０】
なお、図１に示すように、基準ケーシングパイプ７は、地表面Ｇ１から磁石１０の中心位置Ｐ１まで所定の距離Ｔ１の位置になるように、複数のケーシングパイプ６の間に介在される。そして、基準ケーシングパイプ７の磁石１０の中心位置Ｐ１を基準にすることで、観測装置３が磁石１０の中心位置Ｐ１から所定の距離Ｔ２の位置に配置される。また、基準ケーシングパイプ７に取り付けられた磁石１０の中心位置Ｐ１から地表面Ｇ１までの距離Ｔ１及び観測装置３の設置位置までの距離Ｔ２は、既知である。
【００３１】
磁石１０は、着磁方向が基準ケーシングパイプ７の軸方向と直交するように着磁されている。本例では、基準ケーシングパイプ７の半径方向の外側がＮ極に設定され、基準ケーシングパイプ７の半径方向の内側がＳ極に設定される。なお、半径方向の内側をＮ極に設定し、半径方向の外側をＳ極に設定してもよい。
【００３２】
１−２．深度測定方法
次に、上述した構成を有する深度測定システム１を用いた観測装置３の深度測定方法について図１、図５を参照して説明する。
図５は深度測定システムの測定方法を示す説明図である。
【００３３】
まず、図１に示すように、地面に孔底Ｍ２まで達するボーリング孔２を掘削する。そして、ボーリング孔２の孔壁が崩れることを防止するために、複数のケーシングパイプ６及び基準ケーシングパイプ７を連結し、ボーリング孔２へ設置する。なお、基準ケーシングパイプ７は、固定した磁石１０の中心位置Ｐ１から地表面までの距離Ｔ１の位置に設置される。なお、ケーシングパイプ６の下端から孔底Ｍ２までの区間Ｔ３は、岩盤Ｍ１が露出している裸孔である。
【００３４】
次に、図１及び図５Ａに示すように、連結された複数のケーシングパイプ６の筒孔６ｂ及び基準ケーシングパイプ７の筒孔７ｂ内にケーブル４で吊り下げた状態で観測装置３を挿入する。また、地上に設置されている監視装置１３には、設置中の観測装置３から信号が送信される。そして、観測者は、監視装置１３を用いて観測装置３に設けた磁気センサ５の出力信号を監視する。
【００３５】
ケーシングパイプ６は、磁性体であるため、観測装置３が複数のケーシングパイプ６を通過するとき、磁気センサ５は、ケーシングパイプ６の帯磁を検出し不安定な信号を出力する。
【００３６】
これに対し、基準ケーシングパイプ７は、非磁性体であるため、帯磁していない。そのため、観測装置３が基準ケーシングパイプ７を通過するとき、磁気センサ５の信号は、安定し、ほぼ０Ｖになる。なお、基準ケーシングパイプ７の区間は、地磁気が検出されるため、磁気センサ５において地磁気をオフセットするようにしてもよい。
【００３７】
そして、観測装置３が基準ケーシングパイプ７の磁石１０を通過すると、磁気センサ５は、基準ケーシングパイプ７に設けた磁石１０の磁力を検出する。
【００３８】
ここで、観測装置３に設けられた磁気センサ５は、磁石１０の着磁方向と直交するＺ軸方向に指向性を有するセンサである。また、磁石１０の着磁方向は、基準ケーシングパイプ７の軸方向、すなわち鉛直方向と直交する方向に向けられている。そのため、磁石１０には、図５Ａに示すような磁場Ｓ１が生じる。そして、磁石１０における磁場Ｓ１のＺ軸方向の成分に注目すると、磁石１０におけるＺ軸方向の中心位置Ｐ１が最も小さくなり、中心位置Ｐ１を境に磁力線の向く方向が変わる。
【００３９】
そのため、磁気センサ５は、図５Ｂに示すような、信号を出力する。具体的には、Ｚ軸方向の信号は、磁石１０の中心位置Ｐ１においてその値が最小（ほぼ０Ｖ）となる。また、磁石１０の磁力線の向きは、中心位置Ｐ１を境に反対方向と向くため、磁気センサ５が出力する信号の正負が反転する。以下、信号の正負が反転した地点をゼロクロス地点Ｑ１という。
【００４０】
したがって、観測者は、磁気センサ５が出力する信号からゼロクロス地点Ｑ１を見つける。そして、このゼロクロス地点Ｑ１は磁石１０の中心位置Ｐ１であるため、観測装置３の深度位置を正確に検出することができる。
【００４１】
また、磁石１０の中心位置Ｐ１の設置深度を基準にすることで、ケーブル４の伸び率を測定することができる。そして、地表面Ｇ１から磁石１０の中心位置Ｐ１までの距離Ｔ１は、予め設定されているため、ゼロクロス地点Ｑ１を検出してから更に所定距離Ｔ２だけ降下させることにより、観測装置３を所定の位置に設置することができる。
【００４２】
なお、図５Ｂに示すように、水平方向であるＸ軸方向及びＹ軸方向の信号は、磁石１０の中心で最大となる。そのため、磁気センサ５の値が最大となった地点を磁石１０の中心位置Ｐ１として検出してもよい。
【００４３】
磁石１０からの磁力は、地磁気より強力で安定しているため、磁気センサ５によって再現性のある信号を得ることができる。また前記と同じ理由により、磁気センサ５は特に高精度である必要が無く低感度で安価な製品を使用することができる。なお、基準ケーシングパイプ７の筒孔７ｂの軸心と筒孔７ｂの壁面側とでは、磁石１０からの磁力の大きさが異なる。しかしながら、筒孔７ｂの軸心または筒孔７ｂの壁面であってもゼロクロス地点Ｑ１の位置は、変わらない。そのため、筒孔７ｂの水平方向において磁気センサ５の位置が変化しても、正確に深度位置を特定することができる。
【００４４】
また、本例では、地磁気をオフセットするようにした例を説明したが、これに限定されるものではなく、地磁気をオフセットしなくてもよい。すなわち、地磁気をオフセットしない場合、磁気センサ５によって出力される信号は、地磁気の値を加えたものとなる。したがって、観測者は、図５Ｂに示すような波形を検出することで、観測装置３の深度位置を正確に特定することができる。
【００４５】
なお、本例では、磁石１０の着磁の向きをＺ軸方向と直交するように設定したがこれに限定されるものではなく、磁石１０の着磁の向きをＺ軸方向に向けて設定してもよい。磁石１０の着磁の向きをＺ軸方向に向けた場合、磁気センサ５は、Ｚ軸方向と直交する水平方向、すなわちＸＹ軸方向の磁力を検知する。すなわち、磁気センサ５として、ＸＹ軸方向に指向性を有するセンサを用いる。
【００４６】
この場合、磁気センサ５は、図５Ｂに示すＺ軸信号とＸ、Ｙ軸信号が入れ替わったような信号を出力する。したがって、着磁の向きをＺ軸方向に向けた場合でも、Ｘ、Ｙ軸信号からゼロクロス地点Ｑ１を検出することで、磁気センサ５、すなわち観測装置３の位置を正確に検出することができる。
【００４７】
なお、本例の深度測定システム１では、磁石１０を設けた基準ケーシングパイプ７を１つだけ設けた例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、磁石１０を設けた基準ケーシングパイプ７を２つ以上設けてもよい。これにより、複数の基準ケーシングパイプ７の磁石１０を検出し、各基準ケーシングパイプ７の磁石１０の間隔を測定することで信頼性をより高めることができる。
【００４８】
２．変型例
次に、図６〜図７を参照して、基準ケーシングパイプの変型例について説明する。
図６は、基準ケーシングパイプを軸方向と直交する方向で切断した断面図、図７は基準ケーシングパイプ７の側面図である。
【００４９】
図６Ａに示す基準ケーシングパイプ２７は、その外周面に磁石１０Ａ、１０Ｂを２つ設けたものである。第１の磁石１０Ａ及び第２の磁石１０Ｂは、基準ケーシングパイプ２７の軸方向と直交する方向で互いに対向して配置される。
【００５０】
図６Ｂに示す基準ケーシングパイプ３７は、その外周面に４つの磁石１０Ａ〜１０Ｄを設けたものである。４つの磁石１０Ａ〜１０Ｄは、基準ケーシングパイプ３７の外周面に等角度間隔に配置される。なお、４つの磁石１０Ａ〜１０Ｄにおける基準ケーシングパイプ３７の軸方向の高さは、全て等しく設定される。
【００５１】
なお、基準ケーシングパイプ７，２７，３７に設ける磁石１０の数は、上述したものに限定されるものではなく、基準ケーシングパイプ７，２７，３７に磁石１０を５つ以上設置してもよい。
【００５２】
図７Ａに示す基準ケーシングパイプ４７は、その外周面に矩形状に形成された磁石４０が取り付けられている。磁石１０，４０の形状は、略円柱状や矩形状に限定されるものではなく、角柱状や楕円柱状等その他各種の形状にしてもよい。
【００５３】
図６Ｃ及び図７Ｂに示す基準ケーシングパイプ５７は、リング状に形成された磁石５０が取り付けられている。磁石５０の内径は、基準ケーシングパイプ５７の外径と略等しく設定されている。そして、磁石５０は、基準ケーシングパイプ５７の外周面に接着や嵌合等の固定方法によって固定されている。
【００５４】
図６Ｃ及び図７Ｂに示す基準ケーシングパイプ５７によれば、磁石５０からの磁力は、筒穴５７ｂの軸心において一番小さくなる。しかしながら、本例の深度測定システム１は、磁石５０の磁力の大きさではなく、磁力線の向きの変化を検出している。そのため、図６Ｃ及び図７Ｂに示すような基準ケーシングパイプ５７及び磁石５０を用いても検出精度が低下することがない。
【００５５】
以上、本発明の深度測定システム及び深度測定方法の実施の形態について、その作用効果も含めて説明した。しかしながら、本発明の深度測定システム及び深度測定方法は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変型実施が可能である。
【００５６】
上述した実施の形態例では、ボーリング孔２を補強するケーシングパイプとして、鉄製のケーシングパイプ６とステンレス製の基準ケーシングパイプを用いたが、ケーシングパイプを全てステンレス製にしてもよい。
【００５７】
また、基準ケーシングパイプの外周面に磁石を設けた例を説明したが、磁石を基準ケーシングパイプの内側に設置してもよい。さらに、地表面に対して垂直に穿孔する垂直ボーリング孔に限らず、水平ボーリング孔や斜めボーリング孔に対しても本発明の深度測定システム及び深度測定方法を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…深度測定システム、  ２…ボーリング孔、  ３…観測装置、  ４…ケーブル、  ５…磁気センサ、  ６…ケーシングパイプ、  ６ｂ…筒孔、  ７，２７，３７，４７，５７…基準ケーシングパイプ、  ７ａ…座グリ穴、  ７ｂ…筒孔、  １０，４０，５０…磁石、Ｇ１…地表面、  Ｍ１…岩盤、  Ｍ２…孔底、  Ｐ１…中心位置、  Ｑ１…ゼロクロス地点
【要約】
【課題】位置検出の精度を向上させることができる深度測定システム及び深度測定方法を提供する。
【解決手段】深度測定システム１は、複数のケーシングパイプ６、７と、磁石１０と、磁気センサ５とを備えている。複数のケーシングパイプ６，７は、軸方向に連結される。磁石１０は、複数のケーシングパイプ６のうち基準となる基準ケーシングパイプ７に設けられる。磁気センサ５は、複数のケーシングパイプ６，７の筒孔に挿入され、磁石１０の磁力を検知する。
【選択図】図５【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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