การเจาะแบบกระแทกและหมุน: เหตุใดการกระแทกหินขณะหมุนจึงเปลี่ยนทุกอย่าง
ถ้าคุณเคยเจาะหินแกรนิตแข็งด้วยแท่นเจาะแบบหมุนล้วนๆ คุณคงเข้าใจความรู้สึกนั้นดี ดอกสว่านหมุน น้ำหนักกดลง แต่ก็ไม่มีอะไรเกิดขึ้นมากนัก อัตราการเจาะลดลงเหลือเพียงไม่กี่มิลลิเมตรต่อนาที ดอกสว่านเริ่มไหม้เกรียม ทีมงานเริ่มหยิบโทรศัพท์ขึ้นมาดู
ลองนึกภาพหินก้อนเดิม แต่คราวนี้มีค้อนอยู่ที่ก้นหลุม ตอกหัวเจาะลงไปในหิน 50 ครั้งต่อวินาที ในขณะที่เชือกหมุนอยู่ด้านบน นั่นคือการเจาะแบบกระแทกและหมุน (เครื่องเคาะ-หมุน การเจาะ) และในหินแข็ง การเจาะแบบนี้ไม่เพียงแต่จะเร็วกว่าเท่านั้น แต่ยังมักเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้โครงการประสบความสำเร็จหรือล้มเหลวในการสร้างรายได้อีกด้วย
ที่มาของมัน
แนวคิดการผสมผสานการหมุนกับการกระแทกไม่ใช่เรื่องใหม่ ผู้เจาะชาวยุโรปได้ทดลองใช้มาตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 19 กระทรวงธรณีวิทยาของจีนเริ่มทำการวิจัยอย่างจริงจังในปี 1958 และเทคโนโลยีนี้ก็เริ่มแพร่หลายในทศวรรษ 1970 เมื่อระบบไฮดรอลิกและนิวแมติกพัฒนาขึ้น ข้อดีนั้นชัดเจน: ในชั้นหินแข็ง การหมุนเพียงอย่างเดียวจะทำให้เกิดรอยขีดข่วน แต่ถ้าเพิ่มการกระแทกเข้าไปด้วย ก็จะทำให้หินแตกละเอียด
แรงทั้งสาม ได้แก่ แรงกระแทกจากค้อน แรงกดตามแนวแกนบนดอกสว่าน และแรงบิดจากการหมุนของหัวเจาะ จะส่งผลต่อดอกสว่านพร้อมกัน แรงกระแทกจะสร้างรอยแตกขนาดเล็กในหินด้านหน้าของดอกสว่าน การหมุนจะช่วยปรับตำแหน่งดอกสว่านให้เข้ากับหินใหม่ทุกครั้งที่กระแทก แรงดันในการป้อนจะช่วยให้ดอกสว่านยึดติดอยู่กับหิน ทำให้พลังงานจากการกระแทกส่งตรงไปยังหินแทนที่จะสะท้อนกลับขึ้นมาตามสายเจาะ
ผลลัพธ์ที่ได้คือ อัตราการเจาะที่สูงขึ้น ระยะเวลาการใช้งานระหว่างการเปลี่ยนดอกสว่านที่ยาวนานขึ้น รูเจาะที่ตรงกว่า (เนื่องจากการกระทำแบบกระแทกต้านทานการเบี่ยงเบนได้ดีกว่าการหมุนอย่างเดียว) และต้นทุนต่อเมตรที่ต่ำลงอย่างเห็นได้ชัดในชั้นหินแข็ง
สองวิธีในการตอกค้อน
ระบบค้อนกระแทกแบบหมุนแบ่งออกเป็นสองกลุ่มตามแหล่งพลังงานที่ขับเคลื่อนค้อน:
ระบบขับเคลื่อนด้วยไฮดรอลิก (ขับเคลื่อนด้วยของเหลว)ระบบนี้ใช้ของเหลวในการเจาะ เช่น โคลนหรือน้ำ สูบลงไปในท่อเจาะเพื่อขับเคลื่อนค้อนลูกสูบที่ติดตั้งอยู่เหนือกระบอกเก็บตัวอย่างหรือหัวเจาะ ของเหลวชนิดเดียวกันที่ใช้ขับเคลื่อนค้อนยังใช้ชะล้างเศษหินจากการเจาะด้วย ระบบเหล่านี้พบได้ทั่วไปในการสำรวจแร่และการเจาะทางธรณีเทคนิค โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจำเป็นต้องรักษาความสะอาดของหลุมเจาะเพื่อการเก็บตัวอย่างแกนหิน ระบบนี้ยังสามารถใช้ร่วมกับการเจาะแกนหินแบบใช้สายเคเบิลได้ โดยที่ชุดค้อนและท่อด้านในจะถูกหย่อนลงไปในท่อเจาะและดึงกลับขึ้นมาด้วยสายเคเบิล – ไม่จำเป็นต้องดึงท่อเจาะทั้งหมดขึ้นมาทุกครั้งที่ทำการเก็บตัวอย่างแกนหิน
ระบบขับเคลื่อนด้วยลม— สิ่งที่คนส่วนใหญ่หมายถึงเมื่อพูดถึง ดีทีเอช (ลง-เดอะ-รู) — คือการใช้ลมอัด ค้อนจะอยู่ด้านหลังดอกสว่านโดยตรงที่ก้นหลุม ลมจะขับเคลื่อนลูกสูบ และลมที่ระบายออกจะพัดเศษหินและดินขึ้นมาตามช่องว่างระหว่างดอกสว่านและหัวเจาะ ระบบ ดีทีเอช นิยมใช้ในการเจาะรูระเบิด เจาะบ่อน้ำ และการเจาะก่อสร้างที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางรูขนาดใหญ่และสามารถใช้ลมได้ ระบบนี้ให้พลังงานกระแทกต่อการตีแต่ละครั้งสูงกว่าค้อนไฮดรอลิกส่วนใหญ่ และทำงานได้ดีเยี่ยมในชั้นหินแข็งและมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง
ประเภทความถี่: การเคาะเร็วเทียบกับการเคาะแรง
ค้อนกระแทกไม่ได้ทำงานเหมือนกันทั้งหมด โดยแบ่งออกเป็นสองระดับความถี่ และการเลือกใช้ค้อนกระแทกแบบใดจะเป็นตัวกำหนดชนิดของดอกสว่านที่คุณใช้:
ค้อนความถี่สูง (สูงกว่า 40 เฮิรตซ์ — มากกว่า 40 ครั้งต่อวินาที)หัวเจาะแบบเร็วเหล่านี้ให้พลังงานต่อการกระแทกต่ำกว่า แต่มีอัตราการเจาะที่สูงกว่ามาก ในโหมดความถี่สูง กลไกหลักในการทำลายหินยังคงเป็นการหมุน แรงกระแทกช่วยในการรักษาหน้าหัวเจาะให้สดใหม่และป้องกันการเกิดคราบมันบนหน้าหัวเจาะในชั้นหินแข็ง หัวเจาะเหล่านี้ใช้คู่กับดอกเจาะเพชร โดยการตัดมาจากเพชรที่ไถผ่านหิน และแรงกระแทกช่วยป้องกันไม่ให้เนื้อหินขัดเงา
ค้อนความถี่ต่ำ (ต่ำกว่า 40 เฮิรตซ์)คือเครื่องมือทรงพลัง มีจำนวนการกระแทกต่อวินาทีน้อยกว่า แต่แต่ละครั้งที่กระแทกจะส่งพลังงานมากกว่าอย่างมาก ในโหมดนี้ แรงกระแทกเป็นกลไกหลักในการทำลายหิน และการหมุนส่วนใหญ่จะทำหน้าที่กำหนดตำแหน่งของดอกสว่าน ค้อนเหล่านี้ใช้คู่กับดอกสว่านที่มีเม็ดมีดทังสเตนคาร์ไบด์ — ปุ่มคาร์ไบด์ขนาดใหญ่สามารถดูดซับและส่งผ่านพลังงานการกระแทกครั้งเดียวสูงโดยไม่แตกหัก ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเม็ดมีดเพชรทำไม่ได้
การเลือกความถี่ในการเจาะนั้นขึ้นอยู่กับความแข็งของชั้นหิน ชนิดของดอกสว่าน และสิ่งที่คุณต้องการปรับให้เหมาะสมที่สุด ได้แก่ อัตราการเจาะ หรืออายุการใช้งานของดอกสว่าน
เหตุใดเรื่องทั้งหมดนี้จึงมีความสำคัญต่อการจัดซื้อเครื่องมือ
หากคุณกำลังซื้อค้อนหรือดอกสว่าน ดีทีเอช สำหรับโครงการใดๆ หลักการทำงานแบบกระแทกและหมุนนั้นมีความสำคัญ เพราะมันเป็นตัวกำหนดว่าอะไรจะสึกหรอและสึกหรออย่างไร
ค้อน ดีทีเอช เป็นอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูง ลูกสูบเคลื่อนที่ในกระบอกสูบที่มีช่องว่างวัดได้ละเอียดถึงระดับพันส่วนของนิ้ว อากาศที่ปนเปื้อน การหล่อลื่นไม่เพียงพอ หรือการทำงานที่แรงดันไม่ถูกต้อง ไม่เพียงแต่จะลดประสิทธิภาพการทำงานเท่านั้น แต่ยังทำลายค้อนจากภายในอีกด้วย ลูกสูบจะเสียดสีกับกระบอกสูบ วาล์วกันกลับจะติดขัด ก้านดอกสว่านจะสึกหรอจนผิดรูป นี่คือความเสียหายที่สามารถหลีกเลี่ยงได้และมีค่าใช้จ่ายสูง
ดอกสว่าน ดีทีเอช ยิ่งมีปัญหาหนักกว่านั้น ดอกสว่าน ดีทีเอช ต้องรับแรงกระแทก การหมุน และลมเป่าล้างสารกัดกร่อนพร้อมกัน ปุ่มคาร์ไบด์ต้องแข็งแรงพอที่จะทนต่อการแตกหักภายใต้แรงกระแทกครั้งเดียวที่สูง และแข็งพอที่จะทนต่อการสึกหรอจากเศษวัสดุที่พุ่งผ่านไปด้วยความเร็วสูง นี่คือความต้องการที่ขัดแย้งกัน และนี่คือเหตุผลว่าทำไมดอกสว่าน ดีทีเอช คุณภาพดีจึงมีราคาแพง และดอกสว่านราคาถูกจึงล้มเหลวอย่างน่าอนาถ
บทสรุป
การเจาะแบบกระแทกและหมุนเป็นวิธีการเจาะมาตรฐานสำหรับหินแข็ง และเป็นเช่นนั้นมานานหลายทศวรรษ หลักการทางฟิสิกส์ไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากนักตั้งแต่ทศวรรษ 1970 สิ่งที่พัฒนาขึ้นคือโลหะวิทยา ความแม่นยำในการผลิต และความน่าเชื่อถือของค้อน การเลือกใช้ระบบไฮดรอลิกหรือนิวแมติก ความถี่สูงหรือความถี่ต่ำ ขึ้นอยู่กับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูเจาะ ลักษณะชั้นหิน และว่าคุณต้องการเจาะเพื่อเก็บตัวอย่างแกนหินหรือเพียงแค่เจาะรู
รู้จักประเภทของค้อนที่คุณใช้ เลือกดอกสว่านให้เหมาะสมกับช่วงความถี่ และดูแลรักษาค้อนอย่างพิถีพิถันเหมือนเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูง ทำเช่นนั้นแล้ว หินแข็งจะไม่ใช่ปัญหาอีกต่อไป และจะกลายเป็นเพียงงานประจำวันอีกงานหนึ่ง
