(57)【要約】      （修正有）【課題】複雑なシステムを要することもなく、簡便に掘削工程で用いる掘削水中の生菌数を減少させることができ、微生物汚染が低減されたコアや地下水試料の採取が可能なボーリング孔掘削方法を提供する。【解決手段】本発明のボーリング孔掘削システム１０は、岩盤のコアを採取するボーリングマシン１００と、ボーリングマシン１００へ前記掘削水を供給する掘削水循環手段４００とで構成する掘削システム１０であり、掘削水循環手段４００には、掘削水の殺菌を行う紫外線殺菌装置６００と、掘削水循環経路においてボーリング孔内部への掘削水供給の有無の切替を行う掘削水切替部Ｒと、を備えている。また、掘削水切替部Ｒは、ボーリング孔掘削作業の準備段階においては、予め定められた期間、掘削水をボーリング孔内部へは供給せず、掘削水循環経路へ還流させるボーリング孔掘削システム１０である。【選択図】図１
2012233325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤のコアを採取するボーリングマシンと、前記ボーリングマシンへ掘削水を供給する掘削水循環手段とで構成する掘削システムであって、
前記掘削水循環手段には、掘削水の殺菌を行う紫外線殺菌装置と、掘削水循環経路においてボーリング孔内部への掘削水供給の有無の切替を行う掘削水切替部と、を備えていることを特徴とするボーリング孔掘削システム。
【請求項２】
前記掘削水切替部は、ボーリング孔掘削作業の準備段階においては、予め定められた期間、前記掘削水をボーリング孔内部へは供給せず、掘削水循環経路へ還流させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のボーリング孔掘削システム。
【請求項３】
掘削水循環手段によって掘削水を供給し、岩盤のコアを採取するボーリング孔掘削システムであって、
前記掘削水は、掘削水循環の途中に配設された紫外線殺菌装置によって殺菌を行い、かつ、前記掘削水は、掘削水切替部によってボーリング孔内部への掘削水供給の切替を行うことを特徴とするボーリング孔掘削方法。
【請求項４】
ボーリング孔掘削作業の準備段階においては、前記掘削水切替部によって、予め定められた期間、前記掘削水をボーリング孔内部へは供給せず、掘削水循環経路へ還流させるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のボーリング孔掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボーリングマシンを用いた掘削システムにおいて、微生物汚染の低減化技術を用いた掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下における微生物学的調査に用いる岩芯試料（コア）や地下水試料を採取することを目的とするボーリングマシンを用いた掘削システムが知られている。このような掘削システムでは、タンクに溜められた水を、ボーリングマシンを介して掘削最先端部に放出しつつ、掘削最先端部におけるコアチューブ内にコアを採取するようにしている。掘削作業の間、継続的に新しい掘削水を供給することが困難な場合には、掘削孔から溢れ出る、掘削最先端部で放出した掘削水（湧水を含む場合もあり）は、掘削孔において回収され、さらに土砂が除かれ、再び掘削に利用されるようになっている。
【０００３】
微生物学的調査を行うためのコアや地下水試料の採取、特に花崗岩のような亀裂性媒体のコアの採取において、上記のようなボーリングマシンで放水される掘削水については無菌であることが理想である。そこで、コア採取におけるボーリング工程で用いる掘削水を無菌水とする技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１（特開２００８−８０６６号公報）には、原水を処理して無菌水を生成する無菌水生成工程と、前記無菌水生成工程で生成した前記無菌水から水中酸素濃度が無酸素状態の懸濁気泡水を生成する懸濁気泡水生成工程と、前記懸濁気泡水生成工程で生成した前記懸濁気泡水を用いてコアを掘削して採取するコア採取工程と、前記コア採取工程で採取された前記コアを加工するコア加工工程とを備えるコア採取加工方法において、前記無菌水生成工程は、第１フィルタにより原水をろ過して第２原水を生成する第２原水生成工程と、前記第２原水生成工程で生成された前記第２原水を、逆浸透膜製の第２フィルタによりろ過して前記無菌水を生成する無菌水生成工程と、前記無菌水生成工程で生成した前記無菌水により、前記第２フィルタを洗浄する洗浄工程とを備えることを特徴とするコア採取加工方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００８−８０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、原水を処理して無菌水を生成し、さらにこの無菌水から水中酸素濃度が無酸素状態の懸濁気泡水を生成して、この懸濁気泡水を用いてコアを掘削して採取するものであるが、無菌水の生成においては、原水をろ過して第２原水を生成する第１フィルタと、第１フィルタにより生成された第２原水をろ過して無菌水を生成する、逆浸透膜製の第２フィルタと、第２フィルタを無菌水により洗浄する洗浄ラインなどが必要であり、システムが非常に複雑で高価である、という問題があった。
【０００６】
発明者らは、地下数１００ｍに設けられた研究用地下坑道から、水平に掘削を行ってコアや地下水試料の採取を試みているが、地下数１００ｍに特許文献１に記載されているようなシステムを持ち込むことは不可能であり、より簡便な微生物汚染の低減化技術を用いたボーリング孔掘削方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のような問題点を解決するために、本発明の第１の発明は、岩盤よりコアを採取す
るボーリングマシンと、前記ボーリングマシンへ掘削水を供給する掘削水循環手段とで構成する掘削システムであって、前記掘削水循環手段には、掘削水の殺菌を行う紫外線殺菌装置と、掘削水循環経路においてボーリング孔内部への掘削水供給の有無の切替を行う掘削水切替部と、を備えているボーリング孔掘削システムである。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記掘削水切替部は、ボーリング孔掘削作業の準備段階においては、予め定められた期間、前記掘削水をボーリング孔内部へは供給せず、掘削水循環経路へ還流させるようにしたボーリング孔掘削システムである。
【０００９】
第３の発明は、掘削水循環手段によって掘削水を供給し、岩盤よりコアを採取するボーリング孔掘削システムであって、前記掘削水は、掘削水循環の途中に配設された紫外線殺菌装置によって殺菌を行い、かつ、前記掘削水は、掘削水切替部によってボーリング孔内部への掘削水供給の切替を行うことを特徴とするボーリング孔掘削方法である。
【００１０】
第４の発明は、第３の発明において、ボーリング孔掘削作業の準備段階においては、前記掘削水切替部によって、予め定められた期間、前記掘削水をボーリング孔内部へは供給せず、掘削水循環経路へ還流させるようにしたボーリング孔掘削方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法においては、掘削システム内を循環させる掘削水は、紫外線殺菌装置を動作させた上で、さらに試錐ポンプと循環ポンプとを動作させてから所定の経過を待って生菌数を減少させるようにしている。このような本発明のボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法によれば、複雑なシステムを要することもなく、簡便に掘削工程で用いる掘削水中の生菌数を減少させることができ、微生物汚染が低減されたコアや地下水試料の採取が可能となる。
【００１２】
また、予め定められた期間、掘削水をボーリング孔内部へは供給せず、掘削水循環経路へ還流させるようにして、その間に、循環掘削水の紫外線殺菌を行うことによって、準備段階の作業が基準化でき、安定した準備段階の作業が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法で用いる掘削システム１０の概要を示す図である。
【図２】紫外線殺菌装置６００の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法におけるボーリング孔掘削開始時の準備手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係るボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法における掘削水の補給時の準備手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係るボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法における作業一時停止後の再開時の準備手順を示すフローチャートである。
【図６】掘削システム１０で掘削を行うボーリング孔掘削開始時における準備段階における掘削水の循環を示す図である。
【図７】掘削システム１０で掘削を行う掘削水の補給時および作業一時停止後の準備段階における掘削水の循環を示す図である。
【図８】掘削システム１０による掘削水中の生菌数の減少効果を説明する図である。
【図９】掘削システム１０による紫外線殺菌装置６００を通過した周回数に応じた掘削水中の生菌数の減少効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係
るボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法で用いる掘削システム１０の概要を示す図であり、掘削システム１０の平面図である。図１において、１００はボーリングマシン、２００はボーリングロッド、３００は沈殿タンク、４００は循環ポンプ、５００はサクションタンク、６００は紫外線殺菌装置、７００は試錐ポンプをそれぞれ示しており、また白抜き矢印は配管（不図示）を通しての掘削水の流れを示すものであり、実線矢印は、掘削孔及び掘削水切替部Ｒにおける細部の掘削水の流れを示すものである。
【００１５】
図１に示す例では、地下数１００ｍに設けられた研究用地下坑道から、ボーリングマシン１００により、水平に掘削を行うボーリング孔掘削システムを模式化しているが、本発明に係るボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法は、このような水平方向のボーリングのみならず、鉛直方向のボーリングにも対応することが可能である。
【００１６】
ボーリングマシン１００は、先端に掘削用ビットおよびコアチューブ（不図示）が配されたボーリングロッド２００によって地盤を掘り進めていき、コアチューブ内に地盤のコアの採取を行う構成となっている。また、ボーリングマシン１００は、掘削時においてボーリングロッド２００を介して掘削孔の最先端部に掘削水を放出するようになっている。このため、ボーリングにより形成された掘削孔の開口部からは、この最先端部に放出された掘削水が溢れ出る。なお、掘削を進めていくと、掘削孔には湧水が発生する場合があるが、この場合、前記開口部からはボーリングマシン１００から放出された掘削水に加え、湧水が溢れ出ることとなる。
【００１７】
ボーリングマシン１００から掘削孔先端部に放出される掘削水は、沈殿タンク３００を経由してサクションタンク５００に貯水されている。試錐ポンプ７００は、サクションタンク５００に貯水された掘削水を吸引し、ボーリングマシン１００に圧送するものである。
【００１８】
このサクションタンク５００と、試錐ポンプ７００との間には紫外線殺菌装置６００が設けられており、この紫外線殺菌装置６００により掘削水中の一般細菌やカビなどの微生物の殺菌を行う。図２は紫外線殺菌装置６００の概略構成を示す図である。紫外線殺菌装置６００における掘削水の流路は、円筒状の第１反応槽６１０と、円筒状の第２反応槽６２０と、これらの反応槽との間に設けられた連結部６１５とから構成されている。第１反応槽６１０に設けられた給水口６０１から掘削水が装置内に給水され、第２反応槽６２０に設けられた出水口６２１から掘削水が装置外へと出水される。
【００１９】
第１反応槽６１０及び第２反応槽６２０の双方には、石英ジャケット管６３０に収納された紫外線ランプ６４０が長手方向にわたって設けられており、紫外線ランプ６４０の照射により、第１反応槽６１０及び第２反応槽６２０を流れる掘削水中の微生物の殺菌が行われる。
【００２０】
給水口６０１から給水された掘削水は、第１反応槽６１０を左から右へと流れ、さらに連結部６１５を経て第２反応槽６２０に流れ込み、第２反応槽６２０の右から左へと流れて、出水口６２１から出水する。そして、第１反応槽６１０及び第２反応槽６２０を流れる間に、紫外線ランプ６４０からの照射を受けて殺菌処理がなされるようになっている。
【００２１】
ボーリングにより形成された掘削孔の開口部からは、ボーリングマシン１００から放出された掘削水、そして、場合により湧水が溢れ出るが、溢れ出た水は沈殿タンク３００に回収され貯溜される。沈殿タンク３００で回収される掘削水は泥水であるが、その土砂成分は沈殿タンク３００で沈殿するようになっている。
【００２２】
沈殿タンク３００で貯溜されている掘削水は、循環ポンプ４００の動作により、沈殿タ
ンク３００からサクションタンク５００に供給されるようになっている。サクションタンク５００の掘削水は、再び紫外線殺菌装置６００を経て、試錐ポンプ７００によりボーリングマシン１００に圧送されることとなる。
【００２３】
以上に説明したように、掘削システム１０では、紫外線殺菌装置６００を経由して掘削水がシステム内を循環するようになっている。
【００２４】
以上のように構成される掘削システム１０で、掘削を開始する前の段階で準備（いわゆる準備段階）を行う手順について図３〜５を参照して説明する。準備段階は、ボーリング孔掘削開始時、掘削水の補給時、および作業一時停止後の再開時の３つのパターンに分けられる。図３〜５は本発明の実施形態に係るボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法におけるそれぞれの準備手順を示すフローチャートである。尚、図３〜５のフローチャートで同一処理内容の場合には、同一ステップ番号を付与して表示している。
【００２５】
図３に示すフローチャートは、ボーリング孔掘削開始時における準備段階の手順である。ステップＳ１００で手順が開始されると、ステップＳ１０１においては、ボーリングマシン１００からの放水が沈殿タンク３００に流れるようにセッティングする。このセッティングの様子を図６に示す。図６に示すように、ボーリングロッド２００の先端部から放出される掘削水は、直接的に沈殿タンク３００に流れ込むようにする。次のステップＳ１０２においては、サクションタンク５００への注水を開始する。サクションタンク５００に注水する水は湧水であってもよいし、水道水であってもよい。続く、ステップＳ１０３では、試錐ポンプ７００の上流側（サクションタンク５００より下流側の配管〜紫外線殺菌装置６００〜配管）を掘削水で満たす。ステップＳ１０４では、紫外線殺菌装置６００をオンとして、掘削水の殺菌準備を行う。ステップＳ１０５では、試錐ポンプ７００及び循環ポンプ４００をオンとして、掘削水の圧送動作、及び、掘削水の循環動作を開始する。ステップＳ１０６では、全てのタンク（沈殿タンク３００及びサクションタンク５００）が満水となったか否かを判定する。ステップ１０６における判定がＹＥＳとなると、ステップＳ１０７に進み、サクションタンク５００への注水を停止する。ステップＳ１０８では、ポンプ動作後所定時間が経過したか否かを判定する。このような判定を行うのは、システム内で循環する全ての掘削水が、少なくとも１回は紫外線殺菌装置６００を通過して、減菌されたことを確認するためである。なお、紫外線殺菌装置６００の能力（紫外線ランプ６４０の照度）によっては、システム内で循環する全ての掘削水が、２回以上紫外線殺菌装置６００を通過することを確認する場合もあり得る。ステップＳ１０９で、準備手順を終了する。
【００２６】
図４に示すフローチャートは、掘削水の補給時における準備段階の手順である。ステップＳ２００で手順が開始されると、ステップＳ２０１においては、試錐ポンプ７００からの掘削水が沈殿タンク３００に流れるように経路を切り替える。このセッティングの様子を図７に示す。図７におけるＲで囲まれているように、試錐ポンプ７００からの掘削水を、例えば三方弁により切替え、直接的に沈殿タンク３００に流れるようにする。ここで、前記の試錐ポンプ７００から圧送される掘削水を直接的に沈殿タンク３００に流し込む方法、いわゆる、図７の掘削水切替部Ｒについて説明する。本発明においては、ボーリング孔掘削を開始し、殺菌処理された掘削水により掘削を進めていくと、ボーリングマシン１００およびボーリングロッド２００内部は、その殺菌処理された掘削水の通過により微生物汚染の低減がなされているとみなす。このことから、図示しないが、試錐ポンプ７００の下流側に三方弁を設置し、ボーリング掘削中は、掘削水がボーリングマシン１００の方へ流れ、作業準備段階には、ボーリングマシン１００ではなく沈殿タンク３００へ流れるようにすることによって実現できる。三方弁については、一般的に利用されている三方弁を利用し、電気的に三方弁の開閉を制御できる機能を掘削システム１０に組み込むこと、あるいは、直接的に三方弁の切り替えスイッチを設けることによって実現できる。次のス
テップＳ１０２においては、サクションタンク５００への注水を開始する。続く、ステップＳ１０４では、紫外線殺菌装置６００をオンとして、掘削水の殺菌準備を行う。ステップＳ１０５では、試錐ポンプ７００及び循環ポンプ４００をオンとして、掘削水の圧送動作、及び、掘削水の循環動作を開始する。ステップＳ１０６では、全てのタンク（沈殿タンク３００及びサクションタンク５００）が満水となったか否かを判定する。ステップ１０６における判定がＹＥＳとなると、ステップＳ１０７に進み、サクションタンク５００への注水を停止する。ステップＳ１０８では、ポンプ動作後所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ２０９で、準備手順を終了する。
【００２７】
最後に、作業一時停止後の再開時における準備段階の手順を図５に示す。Ｓ３００で手順が開始されると、続く、ステップＳ２０１においては、試錐ポンプ７００からの掘削水が沈殿タンク３００に流れるように経路を切り替える。このセッティングは、図４のステップＳ２０１と同様である。次のステップＳ１０４においては、紫外線殺菌装置６００をオンとして、掘削水の殺菌準備を行う。ステップＳ１０５では、試錐ポンプ７００及び循環ポンプ４００をオンとして、掘削水の圧送動作、及び、掘削水の循環動作を開始する。ステップＳ１０８では、ポンプ動作後所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ１０９で、準備手順を終了する。
【００２８】
以上のような図３〜図5のステップＳ１０９、Ｓ２０９およびＳ３０９の終了後におい
ても、紫外線殺菌装置６００、及び、試錐ポンプ７００との循環ポンプ４００の動作は継続させ続けることが好ましい。本発明に係るボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法においては、上記の３つの作業開始パターンに応じて、各ステップが終了した後に、本番の掘削の作業を行うようにする。
【００２９】
以上のように、本発明に係るボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法においては、掘削システム１０内を循環させる掘削水は、紫外線殺菌装置６００を動作させた上で、さらに試錐ポンプ７００との循環ポンプ４００とを動作させてから所定の経過を待って生菌数を減少させるようにしている。このような本発明のボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法によれば、複雑なシステムを要することもなく、簡便に掘削工程で用いる掘削水中の生菌数を減少させることができ、微生物汚染が低減されたコアや地下水試料の採取が可能となる。
【００３０】
次に、本発明の実施形態に係るボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法で用いた掘削システム１０の効果を説明する。図８（Ａ）は水平方向にボーリングを行ったときにおける、掘進長と湧水量との関係を示すグラフである。また、図８（Ｂ）は図８（Ａ）と同じボーリング時において、所定の掘進長で、掘削孔開口部から採取した掘削水試料を一般微生物用培地（LB培地）の希釈倍率１倍の培地、及び１０分の１の希釈培地で培養した後の生菌数を示すグラフである。生菌数の単位は１ｍｌあたりのコロニー形成単位で示されている。
【００３１】
図８（Ａ）における（１）に示すように、約２０ｍａｂｈから約３５ｍａｂｈで湧水量が著しく増加し、（２）に示すように、約３５ｍａｂｈ以後の掘進長では湧水量の変化がない。図８（Ｂ）における（１）に示すように、湧水量の増加に伴い、生菌数が減少している。
【００３２】
図８における測定では、さらに、掘進長が４０ｍａｂｈを越えたところで、紫外線殺菌装置６００の動作を開始した。この紫外線殺菌装置６００による効果は、図８（Ｂ）の（２）において示されるものであり、これによれば紫外線殺菌装置６００の動作の開始に伴い、生菌数が減少することがわかる。また、図８（Ｂ）の（２）における生菌数の減少は、図８（Ｂ）の（１）における生菌数の減少より顕著であることから、湧水量の増加によ
る効果以上に紫外線殺菌装置６００の効果があることが確認できる。
【００３３】
図９は紫外線殺菌装置６００を通過した周回数に応じた掘削水中の生菌数の減少効果を説明する図である。掘削システム１０内で循環する掘削水が紫外線殺菌装置６００を周回した周回数（推定値）と、生菌数との対応関係を示す図である。図９における生菌数は、掘削孔開口部から採取した掘削水試料を１倍培地、及び希釈培地で培養した後のものである。
【００３４】
図９によれば、掘削システム１０内で循環する掘削水は、紫外線殺菌装置６００を通過する回数が増えれば増えるほど、掘削水中に含まれる生菌数が減少することがわかる。
【００３５】
以上、本発明のコア採取方法においては、掘削システム内を循環させる掘削水は、紫外線殺菌装置を動作させた上で、さらに試錐ポンプと循環ポンプとを動作させてから所定の経過を待って生菌数を減少させるようにしている。このような本発明のボーリング孔掘削システム及びボーリング孔掘削方法によれば、複雑なシステムを要することもなく、簡便に掘削工程で用いる掘削水中の生菌数を減少させることができ、微生物汚染が低減されたコアや地下水試料の採取が可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・掘削システム
１００・・・ボーリングマシン
２００・・・ボーリングロッド
３００・・・沈殿タンク
４００・・・循環ポンプ
５００・・・サクションタンク
６００・・・紫外線殺菌装置
６０１・・・給水口
６１０・・・第１反応槽
６１５・・・連結部
６２０・・・第２反応槽
６２１・・・出水口
６３０・・・石英ジャケット管
６４０・・・紫外線ランプ
７００・・・試錐ポンプ
Ｒ・・・・・掘削水切替部
【図１】
2012233325.tif 000003
【図２】
2012233325.tif 000004
【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】
2012233325.tif 000011