(57)【要約】【課題】水底の表層に存在している鉱物資源を多く含む地層等の水底表層資源の採掘が容易にし、採掘コストの低くする。【解決手段】下側が解放された鋼函製の採掘器本体１内に、上下方向に向けた筒状の胴部とその上端を閉鎖した天井部とによって囲まれ、下端が解放された採掘チャンバー１１を備え、その下端開口内に、水底面表層部の資源含有層表面を粉砕しつつ掘削する掘削手段３１を備え、天井部に、水面上の採取支援船Ａに通じる揚水パイプ１６を連通させ、掘削手段によって掘削粉砕された掘削物を、揚水パイプを通して掘削チャンバー内の水と共に採取支援船へ搬出可能とし、揚水パイプには、その内部の水を上昇させる揚水機１３を備え、採掘器本体に自走手段４３を備えて水平移動させることができるようする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下側が解放された鋼函製の採掘器本体を有し、
該採掘器本体内には、上下方向に向けた筒状の胴部とその上端を閉鎖した天井部とによって囲まれ、下端が解放された採掘チャンバーを一体に備え、
該採掘チャンバーの下端開口内に、前記採掘器本体を水底に沈めた状態で水底面表層部の資源含有層表面を粉砕しつつ掘削する掘削手段を備え、
前記採掘チャンバーの天井部には、水面上の採取支援船に通じる揚水パイプが連通され、前記掘削手段によって掘削粉砕された掘削物を、前記揚水パイプを通して採掘チャンバー内の水と共に前記採取支援船へ搬出可能とし、
前記揚水パイプには、その内部の水を上昇させる揚水機を備え、
前記採掘器本体には、これを前後左右に移動させることができる自走手段を備え、該自走手段により、前記採掘器本体を水平移動させることができるようにした水底表層資源採取装置。
【請求項２】
前記掘削手段は、採掘チャンバーの下端内周に沿って水底面をリング状に掘削する掘削機である請求項１に記載の水底表層資源採取装置。
【請求項３】
前記掘削機は、前記採掘チャンバーの下端部内周面に備えたガイドレールに支持させこれに沿って移動しつつ水底面をリング状に掘削するようにした請求項２に記載の水底表層資源採取装置。
【請求項４】
前記採掘器本体は、鋼製の外筒と内筒とをからなる二重筒状の胴部を有し、該内筒の内部を前記採掘チャンバーとするとともに前記外筒と内筒の間の空間を、浮力調整装置を構成する浮力調整用空洞部とし、該空洞部内に注排水することによって前記採掘器本体の浮力を調整するようにした請求項１〜３の何れか１に記載の水底表層資源採取装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１に記載の水底表層資源採取装置を使用し、前記自走手段により前記採掘器本体を移動させて水底面を水平に走査しつつ一定深さずつ掘削する作業を繰り返して、所望の深さまで掘削する水底表層資源採取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水底の表層部分に存在しているレアアースを高濃度に含有する泥土層やメタンハイドレートからのメタンガス等の水底表層資源を採取する水底表層資源採取方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水底地盤の表層や地盤内に存在しているメタンハイドレート（Ｍethane Hydrate）からのメタンガスの採取技術の開発がなされている。
【０００３】
メタンハイドレートは、水に閉じ込められたメタンガスが、海底地盤表面や地盤中の各種の深さで条件が揃うと水と共に凍り、シャーベット状の氷塊（結晶）となって存在するものであり、このメタンハイドレートの安定条件、即ち安定化を維持するための温度及び圧力の条件を崩すことによって氷塊からメタンガスを分離して取り出すことができる。
【０００４】
しかし、数百ｍ〜数千ｍもの深さの水底面を掘削し、水底地盤表面や地盤内の深さ１０００ｍもの深さに存在するメタンハイドレートを不安定化させるメタンガスの採掘は、他の化石燃料の代替とするには採掘コストがかかり過ぎ、実現化が困難な状況となっている。
【０００５】
一方、近年において、下端が解放された筒状の容器を使用し、これをメタンハイドレート層に貫入させ、下端部内のメタンハイドレートをウォータージェットによって掘削し、容器内の上部でメタンガスを解離させることによって、メタンガス濃度が高くなった水を容器内から船上に揚水し、その高濃度水から分離したメタンガスを採取する方法が開発されている（例えば特許文献１，２）。
【０００６】
また、水底表層に露出しているメタンハイドレートの上面に、傘状をしたコレクターを載せ、そのコレクター内で、メタンハイドレートに対する通電や機械的掘削によって不安定化させ、これによって生じたガスが高濃度に含まれた水を、パイプを通して船上に運び、ガスを採取する方法が提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５２９４１１０号公報
【特許文献２】特許第５３６５８６５号公報
【特許文献３】特許第３３９５００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１，２に示されているように、下端が解放した筒状の容器を水底のメタンハイドレート層まで貫入させ、その内部のメタンハイドレートをウォータージェットによって掘削する方法や、傘状のコレクターをメタンハイドレート層の上面に置いてメタンハイドレートを不安定化する方法では、掘削の範囲が筒状の容器やコレクター（以下採取容器と記す）の口径内に限られるため、いわば掘削縦穴を点状に形成しつつガスを採取することとなる。
【０００９】
また、３００ｍ〜数千ｍもの深海において、採取容器を規則正しく移動させることは困難であるためメタン採取の作業効率が低く、且つメタンハイドレートの採り残しが多くなるとともに、その採り残し分の採掘が困難となる等の問題があった。
【００１０】
本発明は上述の如き従来の問題に鑑み、水底の表層に存在しているメタンハイドレートやレアアース等の希少鉱物資源を多く含む地層等の水底表層資源の採掘が容易にでき、採り残しを少なくして効率よく、採掘コストの低い水底表層資源採取装置及び同採取方法の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した従来の問題を解決するための請求項１の発明は、下側が解放された鋼函製の採掘器本体を有し、該採掘器本体内には、上下方向に向けた筒状の胴部とその上端を閉鎖した天井部とによって囲まれ、下端が解放された採掘チャンバーを一体に備え、該採掘チャンバーの下端開口内に、前記採掘器本体を水底に沈めた状態で水底面表層部の資源含有層表面を粉砕しつつ掘削する掘削手段を備え、前記採掘チャンバーの天井部には、水面上の採取支援船に通じる揚水パイプが連通され、前記掘削手段によって掘削粉砕された掘削物を、前記揚水パイプを通して掘削チャンバー内の水と共に前記採取支援船へ搬出可能とし、前記揚水パイプには、その内部の水を上昇させる揚水機を備え、前記採掘器本体には、これを前後左右に移動させることができる自走手段を備え、該自走手段により、前記採掘器本体を水平移動させることができるようにした水底表層資源採取装置にある。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加え、前記掘削手段は、採掘チャンバーの下端内周に沿って水底面をリング状に掘削する掘削機であることにある。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の構成に加え、前記掘削機は、前記採掘チャンバーの下端部内周面に備えたガイドレールに支持させこれに沿って移動しつつ水底面をリング状に掘削するようにしたことにある。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１の構成に加え、前記採掘器本体は、鋼製の外筒と内筒とをからなる二重筒状の胴部を有し、該内筒の内部を前記採掘チャンバーとするとともに前記外筒と内筒の間の空間を、浮力調整装置を構成する浮力調整用空洞部とし、該空洞部内に注排水することによって前記採掘器本体の浮力を調整するようにしたことにある。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１に記載の水底表層資源採取装置を使用し、前記自走手段により前記採掘器本体を移動させて水底面を水平に走査しつつ一定深さずつ掘削する作業を繰り返して、所望の深さまで掘削する水底表層資源採取方法にある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の水底表層資源採取装置は、請求項１に記載のように、下側が解放された鋼函製の採掘器本体を有し、該採掘器本体内には、上下方向に向けた筒状の胴部とその上端を閉鎖した天井部とによって囲まれ、下端が解放された採掘チャンバーを一体に備え、該採掘チャンバーの下端開口内に、前記採掘器本体を水底に沈めた状態で水底面表層部の資源含有層表面を粉砕しつつ掘削する掘削手段を備え、前記採掘チャンバーの天井部には、水面上の採取支援船に通じる揚水パイプが連通され、前記掘削手段によって掘削粉砕された掘削物を、前記揚水パイプを通して掘削チャンバー内の水と共に前記採取支援船へ搬出可能とし、前記揚水パイプには、その内部の水を上昇させる揚水機を備え、前記採掘器本体には、これを前後左右に移動させることができる自走手段を備え、該自走手段により、前記採掘器本体を水平移動させることができるようにしたことにより、水底表層資源の掘削が、閉鎖採掘チャンバー内でなされ、汚濁水が周囲に漏れ出すことが少なく、周囲の海域水底を汚濁することなく採掘作業がなされる。
【００１７】
また、自走しつつ掘削作業がなされるため、水底表層資源の表面を隈なく走査した状態で掘削が可能となり、従来のように定点毎に所定深さまでの掘削を行うものに比べ、掘り残しなく表面を平らに綺麗な状態に掘削できる。
【００１８】
更に、採掘器本体は、ドックや陸上の製作ヤードで製造したものを水上輸送し、必要な位置で沈めて使用でき、低コストで製造でき資源採取コストも低くでき、従来の化石燃料の採掘コストと比べたコストパフォーマンスも良好なものとなる。
【００１９】
本発明は請求項２に記載のように、掘削手段は、採掘チャンバーの下端内周に沿って水底面をリング状に掘削する掘削機であることにより、前述した自走手段による水平移動機能と合わせることにより、少ない動力で、水底面を走査しつつ掘削することが可能であり、装置の製造コストを低くし、掘削効率の良いものとできる。
【００２０】
本発明は請求項３に記載のように掘削機は、前記採掘チャンバーの下端部内周面に備えたガイドレールに支持させこれに沿って移動しつつ水底面をリング状に掘削するようにしたことにより、使用する掘削機の製造が容易であり、少ない機材で効率よく掘削できる。
【００２１】
本発明は請求項４に記載のように採掘器本体は、鋼製の外筒と内筒とをからなる二重筒状の胴部を有し、該内筒の内部を前記採掘チャンバーとするとともに前記外筒と内筒の間の空間を、浮力調整装置を構成する浮力調整用空洞部とし、該空洞部内に注排水することによって前記採掘器本体の浮力を調整するようにしたことにより、従来の鋼殻ケーソンの技術を利用することができ、捕集容器製造のための技術的困難さはなく、信頼性の高い浮力調整機能付きの捕集容器が容易に製造できる。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１に記載の水底表層資源採取装置を使用し、前記自走手段により前記採掘器本体を移動させて水底面を水平に走査しつつ一定深さずつ掘削する作業を繰り返して、所望の深さまで掘削することにより、掘り残しが少なく、表面を平らな状態に掘削でき、採掘効率が良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る水底表層資源採取装置の一例の概略を示す縦断面図である。
【図２】同上の平面図である。
【図３】同上の撹拌手段部分の横断面図である。
【図４】同上の掘削手段の一例のジェットノズルを示す側面図である。
【図５】同上の掘削手段の他の例の回転掘削機を示す側面図である。
【図６】本発明の水底表層資源採取方法の概略を示す側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２５】
図は本発明に係る水底表層資源採取装置を水底表層のメタンハイドレートからのメタンガス採取に実施した例を示している。図において符号1は採掘器本体である。この採掘器本体１は、筒状をした中空の胴部２を有し、その下端が解放され上端が天井板３により閉鎖された円筒状に形成されている。
【００２６】
胴部２は鋼板性の内筒２ａと外筒２ｂとによる二重壁構造となっており、両筒２ａ，２ｂを同心配置とし、両者間の空隙部にスペーサを介在させて、所定の間隔を維持させている。この二重壁間に浮力調整装置を構成する浮力調整用空洞部４が形成されており、内部空洞の容積を調整することによって、浮力を調整するようになっている。また、二重壁構造は、水圧に対する補強の役目をも受け持つ。
【００２７】
尚、この浮力調整用空洞部４は、胴部２の上半部に、その周方向に複数設け、各浮力調整用空洞部４、４......の浮力を個別に調整することによって採掘器本体１全体の姿勢を制御するようにしている。
【００２８】
浮力調整用空洞部４内への注水は、底部の注排水バルブ５を開くとともに上部の排気バルブ６を開くことにより、注水・排気して浮力を減少させる。また、浮力の増加は、排気バルブ６を閉じ、底部の注排水バルブ５を開き高圧空気を充填した空気ボンベ７から空気を注入し、注入された空気容積分の水を排出することによって行う。
【００２９】
胴部２の上端には、鋼材を使用した桁材による格子状の天端補強構１０が、天端内を閉じる配置に一体化され、その下側に天井板３が固定され、該天井板３により胴部２の上端を気密に閉鎖している。この天井板３によって上端が閉じられた内筒２ａ内が採掘チャンバー１１となっている。
【００３０】
この天井板３は、図１に示すように中央部分を高くした逆さ漏斗状に形成され、その中央部分に揚水口１２が形成され、その揚水口１２に揚水機１３が連結されている。この揚水機１３は、一例としてリボンスクリューコンベア１４を使用し、これを電動モータ１５によって回転させることによって揚水口１２から採掘チャンバー１１内の泥土やメタンハイドレート等の掘削物が混じった水を上昇させるようになっている。
【００３１】
また、図には示してないが、揚水パイプ１６の途中からエアリフト用の空気を注入し、注入された空気の浮力による上昇によって揚水能力を高めるようにしてもよい。
【００３２】
胴部２の下端部分には、揚水口１２から揚水される分の水が、採掘チャンバー１１内に流入できるように、取水口１７が内外に連通開口されている。
【００３３】
揚水機１３の上端には図６に示すように水面上の採取支援船Ａに通じる揚水パイプ１６が連結されている。
【００３４】
この揚水パイプ１６には、電源コード及びコントロール用コード等の所望の電線（umbilical cable、図示せず）を埋設しており、前述したバルブの開閉用等の各種電動装置の電源を供給するとともにこれらをコントロールする信号を採取支援船Ａから送ることができるようになっている。尚、上記の各種電動装置のコントロールは、無線装置によって行わせるようにしてもよい。
【００３５】
採掘器本体１には、沈降時に使用する推進装置が装備されている。この推進装置として、一対の水平移動スクリュー２０，２０及び上下移動スクリュー２１，２１とを使用し、それぞれ図示しないが電動モータにて駆動されるようになっている。
【００３６】
水平移動スクリュー２０，２０は、胴部２の外周面の対称な位置に回転軸を水平方向に向けて取り付けられ、その後方に方向舵２３を有している。この方向舵の角度をパルスモータ等の駆動器によって必要な向きに変換することによって推進方向を調整することができるようになっている。
【００３７】
また、水平移動スクリュー２０，２０の回転速度及び正逆回転のコントロールができるようになっており、回転方向を変化させることによって沈降時における採掘器本体１全体の向きを変更させることもできる。
【００３８】
上下移動スクリュー２１，２１は、胴部２の外周にあって前述した水平移動スクリュー２０，２０とは、胴部周方向に９０度ずらせた位置に設置され、回転軸を上下方向に向け、胴部２の外側に突設させた構造となっており、電動モータにて駆動されるようになっている。この上下移動スクリュー２１，２１は、回転速度及び正逆回転のコントロールができるようになっており、沈降速度、上昇速度を調整することができるようになっている。
【００３９】
胴部２の下部外周にはライト付カメラ２４が複数設置され、このカメラを通じて水底を船上にて監視できるようになっている。
【００４０】
尚、この例では、採掘器本体１に設置した機器類の動力源を揚水パイプ１６に沿わせた電源コードを通じて船上から供給するようにしているが、電源にリチューム電池を使用し、無線コントロールにより各機器を作動させるようにしてもよい。
【００４１】
この採掘器本体１の沈降作業は、浮力調整用空洞部４の浮力を調整して水面上に浮かべ、揚水パイプ１６を沈降支援船上から繰り出しつつ浮力調整用空洞部４内に注水して浮力を減じることによって沈降させる。
【００４２】
沈降中の採掘器本体１の位置は、採掘器本体１に取り付けた水深計（図示せず）からのデータ及び沈降支援船に備えたソナーによって確認し、水平移動スクリュー２０によって潮流によって目標位置からずれないようにコントロールしながら沈降させる。また浮力調整により沈降させるとともに上下移動スクリュー２１によって沈降速度をコントロールする。また着底時の沈降速度の減速や着底直前にホバーリングさせ、水平移動スクリュー２０による水平位置の微調整を行う。
【００４３】
これらの位置調整作業は水中カメラからのデータを沈降支援船上で視認しつつ採掘器本体１に備えた各種機器を操作し、所定の位置に沈降させる。尚この沈降支援船は、前述した採掘支援船Ａを使用してもよい。
【００４４】
また、図には示してないが、無人の潜水艇を沈降の支援に使用し、沈降状態や水底面の状態などの画像情報を沈降支援船上に送り、これを目視しつつ沈降作業を進めてもよい。
【００４５】
採掘器本体１の採掘チャンバー１１内には、水底表層のメタンハイドレート層３０を粉砕しつつ掘削する掘削手段３１と、掘削された掘削物、即ち粒状のメタンハイドレートを採掘チャンバー１１内で撹拌し、水中に浮遊させるための撹拌手段を備えている。また、採掘器本体１外の下端部には自走手段４３を備えている。
【００４６】
掘削された掘削物、即ち粒状のメタンハイドレートを採掘チャンバー１１内で撹拌し、水中に浮遊させるための撹拌手段は、採掘チャンバー１１内に渦流を発生させるものであり、内筒２ａの内周面に中心方向より周方向側に傾斜させて水を噴射させる渦流発生用ノズル４０，４０......を所要数備えて構成されている。
【００４７】
この撹拌手段を構成するノズル４０，４０......から水を噴射することによって採掘チャンバー１１内にその中心軸線部分を中心とした渦流が発生し、前述した揚水機１３を同時に作動させることによって、掘削されたメタンハイドレート粒が、この渦流に乗って上昇し、水と共に揚水機１３から揚水パイプ１６内を通して採取支援船Ａまで搬送されるようになっている。
【００４８】
採掘器本体１の下端部外周には、これを水平移動させるための自走手段４３が備えられている。この自走手段４３としては、一対又は複数対のクローラ４４を基体４５の左右に備え、基体４５内の電動モータによってこれを駆動させることにより自走する走行装置が使用されている。
【００４９】
基体４５は、外筒２ｂの外周に突設したブラケット４６の下に油圧シリンダーを用いた昇降手段４７を介して支持されており、この昇降手段４７によって基体４５を押し下げることによって、クローラ４４を設置させて、採掘器本体１を持ち上げ、その下端が水底面より高く持ち上げられるようになっている。
【００５０】
自走手段４３は、採掘器本体１の外周面の前後にそれぞれ２対が、左右方向に走行できるように設置され、且つ該外周面の左右にそれぞれ２対が、前後方向に走行できるように設置されている。そして前後方向又は左右方向の何れかに移動させる際には、前後又は左右の各基体４５を押し下げて採掘器本体１を持ち上げた状態で、クローラ４４を動作させることによって、前後又は左右に移動できる。
【００５１】
尚、図には示してないが、ステアリング機構を備えた自走手段４３を使用し、これを採掘器本体１の外周に３基又は４基備えておき、これらの自走手段によって全採掘器本体１を持ち上げ、ステアリング機構を使用して全自走手段を同方向に向けて作動させることができるようにし、採掘器本体１を３６０度の何れの方向にも移動させることができるようにしてもよい。
【００５２】
掘削手段３１は、採掘チャンバー１１の下端開口部の内周面に沿ってリング状にメタンハイドレート層３０の表面を掘削するものであり、一例として図１、図３、図４に示すように、採掘チャンバー１１の下端部内周面に沿って無端のガイドレール５０を設置し、このガイドレール５０に自走式の移動架台５１を支持させ、この移動架台５１に水底地盤掘削用のウォータージェットノズル５２を固定する。
【００５３】
ウォータージェットノズル５２は、移動架台５１の移動方向前方下側に向けてジェット水を斜めに噴射させること、即ち、メタンハイドレート層表面に対して、ノズル進行方向に向けて斜めに突き刺す方向に向けることが好ましい。また、ウォータージェットノズル５２を水平方向に所定角度だけ搖動させて、扇形状にジェット水を噴射させ、１ノズルによる掘削幅を広げるようにしてもよい。
【００５４】
ウォータージェットノズル５２へのジェット水は、天端補強構１０の上に設置したポンプ５３よりフレキシブルホース５４を介して供給する。
【００５５】
尚、架台５１の移動は、例えば、該架台５１をガイドレール５０に沿って移動可能に支持させ、ガイドレール５０に設置したラック５５に対して架台５１に支持させた駆動歯車５６を噛合させておき、これをモータ５７によって回転させる構造が採用できる。
【００５６】
また、掘削手段３１は、上述のウォータージェットノズルの他、図５に示すように、回転ドラム５８の外周に多数の掘削歯５９を突設した回転掘削機６０を使用し、これを前述した移動架台５１に支持させて移動させる構造を採用することができ、ことによってメタンハイドレート層３０の表面をリング状に掘削するとともにメタンハイドレートを粒状に粉砕するようにしてもよい。
【００５７】
この他、図には示してないが、回転軸の外周に多数の掘削歯を突設した農用トラクタの耕耘用ローター状のものを使用してもよく、更に、ドーザーブレードやドーザーショベルを移動架台に対して上下動できるように支持させ、これらによってメタンハイドレート層表面を掻き取るようにしてもよい。
【００５８】
更にこれらの機械的な掘削手段の他、超音波をメタンハイドレート層表面に照射し、メタンハイドレート層の結晶状粒子を破壊するようにしてもよく、水中で超音波を発生すると衝撃波によってメタンハイドレート粒子が破砕され、表面が凹凸になり、表面積が大きくなって水とメタンガスの分解が促進される。このようにして分離されたガス成分を揚水パイプを通して上昇させるようにしてもよい。
【００５９】
これらの掘削手段３１として回転掘削機６０を使用する場合には、これを油圧ジャッキ等の昇降装置６１に支持させ、採掘チャンバー１１の下端に対する高さを調節できるようにし、掘削深さの調節、及び掘削停止時に上方に退避させるようにする。
【００６０】
次に上述した水底表層資源採取装置を使用した水底表面のメタンハイドレートからのメタンガス採取方法について説明する。
【００６１】
先ず、前述した採掘器本体１を沈降支援船から揚水パイプ１６を延長しつつ前述した浮力調整及び各スクリュー２０，２１を必要に応じて駆動させて所望の水底表面のメタンハイドレート層３０上に降下させる。この降下地点は、メタンハイドレート層表面の何れかの縁部上であることが好ましい。
【００６２】
このようにして採掘器本体１を水底面に接地させた状態では、自走手段４３は接地しない状態まで上昇させて置く。また、この状態では水底面のメタンハイドレート層３０の強度が高い場合は、その表面の不陸によって採掘器本体１の下縁と水底面との間に隙間が生じるところができ、これが取水口１７と同じ役目を果たすことになる。
【００６３】
この状態で、掘削手段３１を作動させ、採掘チャンバー１１の下端内周に沿ってメタンハイドレート層３０の表面をリング状に掘削する。これと同時に撹拌手段である渦流発生ノズル４０から水を噴射させて採掘チャンバー１１内の水を旋回撹拌させるとともに揚水機１３を作動させて採掘チャンバー１１内の水を揚水させる。
【００６４】
採掘チャンバー１１内では、掘削手段３１によって掘削粉砕された粒状のメタンハイドレートが、水に混合された状態で撹拌手段である渦流発生ノズル４０からの水の噴射によって採掘チャンバー１１内を旋回されることにより、沈降することなく揚水機１３によって水と共に揚水パイプ１６内に送り込まれる。
【００６５】
また、メタンハイドレート層の表面に泥土は、メタンハイドレートとともに採取されるが、小石などの比重の大きい物質は、採掘チャンバー１１内で沈降し、揚水機１３に吸い上げられることなく水底に残される。
【００６６】
この揚水によって減少する採掘チャンバー１１内の水は、前述した水底面と採掘器本体下縁との隙間、及び採掘器本体１の下端部の取水口１７から補給され、採掘粉砕した粒状のメタンハイドレートを水流に乗せて上昇させる。
【００６７】
これによって採掘チャンバー１１内で粉砕されて水中に浮いている状態のメタンハイドレートは、水と共に揚水パイプ１６内を通して採取支援船Ａに搬送される。この搬送途中において、水圧が低下するためメタンハイドレートの安定化が損なわれ、水とガスに解離する。解離したメタンガスは水に溶解し、高濃度の水となり、一部のガスは気泡のまま上昇する。
【００６８】
採取支援船Ａ上では、気液分離器によって高濃度の水からガス成分を分離し、残された水は水中に排気し、ガス成分は一時貯留タンク内に貯蔵し、必要に応じて輸送船の貯蔵タンクに移し、地上基地に搬送する。
【００６９】
このようにして定点において、メタンハイドレート層表面を所定の深さのリング状に掘削した後、自走手段４３を降下させて採掘器本体１を持ち上げ、自走手段４３を駆動させて採掘器本体１を水平移動させる。この水平移動量は、先にリング状に掘削することによって形成された掘削溝の幅と同じかそれより小さくする。
【００７０】
このようにして水平移動させた後、自走手段４３を上昇させて採掘器本体１を水底面上に降下させ、前述と同様にメタンハイドレートをリング状に掘削する。この作業を繰り返して、メタンハイドレート層表面を、採掘器本体１の下端内周直径と同じ幅に掘削しつつ走査することにより、メタンハイドレート層表面を一定の深さで平らに削り取る。更にこれを先に掘削した部分の表面上で同様に繰り返し行うことによって、例えば数十ｍの厚さのメタンハイドレート層の表面を走査しつつ一定厚さずつ繰り返し掘削し、堀残しのない状態が得られる。
【００７１】
尚、上述した例では、掘削作業の都度、自走手段４３を上昇させて採掘器本体１を接地させているが、自走手段４３によって採掘器本体１を持ち上げ、水底面との間に隙間を持たせた状態として前述した環状に掘削した後、自走手段によって採掘器本体１を移動させる工程を繰り返してもよく、また、自走手段４３によって採掘器本体１を移動させながら掘削手段３１を採掘器本体１の内周面に沿って移動させることにより連続掘削させてもよい。
【００７２】
上述した例では、水底面に露出しているか、水底面下の浅い位置にあるメタンハイドレート層の掘削に使用できるが、この他水底表層のメタンハイドレートの掘削の他、水底に堆積しているレアアースを高濃度で含む泥層、マンガン団塊等のレアメタル等、各種の水底表層鉱物資源の採取にも使用できる。
【符号の説明】
【００７３】
Ａ  採取支援船
１  採掘器本体
２  胴部
２ａ  内筒
２ｂ  外筒
３  天井板
４  浮力調整用空洞部
５  注排水バルブ
６  排気バルブ
７  空気ボンベ
１０  天端補強構
１１  採掘チャンバー
１２  揚水口
１３  揚水機
１４  リボンスクリューコンベア
１５  電動モータ
１６  揚水パイプ
１７  取水口
２０  水平移動スクリュー
２１  上下移動スクリュー
２３  方向舵
２４  ライト付カメラ
３０  メタンハイドレート層
３１  掘削手段
４０  渦流発生用ノズル
４３  自走手段
４４  クローラ
４５  基体
４６  ブラケット
４７  昇降手段
５０  ガイドレール
５１  移動架台
５２  ウォータージェットノズル
５３  ポンプ
５４  フレキシブルホース
５５  ラック
５６  駆動歯車
５７  モータ
５８  回転ドラム
５９  掘削歯
６０  回転掘削機
６１  昇降装置
【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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