ประเภทของเหล็กสำหรับเจาะหิน: แบบรวมชิ้นเดียว แบบถอดแยกได้ และแบบต่อขยาย
ประสิทธิภาพในการเจาะหินไม่ได้ขึ้นอยู่กับแค่แท่นเจาะหรือหัวเจาะหินเพียงอย่างเดียว เหล็กกล้าที่ใช้ทำหัวเจาะ ดอกเจาะ การเชื่อมต่อก้าน และระบบข้อต่อ จะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพในการส่งพลังงานกระแทกและแรงบิดหมุนไปยังหิน การเลือกเครื่องมือเจาะหินที่เหมาะสมส่งผลต่อความเร็วในการเจาะ ความตรงของรูเจาะ ปริมาณงานบำรุงรักษา การสิ้นเปลืองเครื่องมือ และต้นทุนการดำเนินงาน
เครื่องมือเจาะหินที่ใช้กับสว่านเจาะหินแบบหัวกระแทกทั่วไปนั้น มักแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม ได้แก่ สว่านเจาะแบบเหล็กในตัว สว่านเจาะแบบเหล็กถอดได้ และเครื่องมือเจาะแบบต่อขยาย แต่ละแบบมีโครงสร้าง ช่วงการใช้งาน และข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจที่แตกต่างกัน การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้จะช่วยให้ผู้รับเหมา ผู้ประกอบการเหมือง และผู้ประกอบการเหมืองหิน สามารถเลือกใช้ระบบเครื่องมือให้เหมาะสมกับสภาพหินและความลึกในการเจาะได้
เหล็กเจาะหินถ่ายโอนพลังงานได้อย่างไร
สว่านเจาะหินแบบหัวค้อนกระแทกทั่วไปจะส่งทั้งพลังงานจากการกระแทกและการหมุนผ่านเหล็กสว่าน ลูกสูบจะกระแทกปลายก้าน ทำให้เกิดคลื่นความเค้นที่เดินทางไปตามเหล็กจนถึงดอกสว่าน ในขณะเดียวกัน เครื่องจักรจะใช้แรงหมุนและแรงป้อนเพื่อให้ดอกสว่านกระแทกพื้นที่หินใหม่ซ้ำๆ
ระบบนี้แตกต่างจากการเจาะแบบลงล่าง (Down-the-Hole Drilling) ในระบบ DTH (Down-the-Hole Drilling) ค้อนจะทำงานใกล้กับก้นหลุมทันทีหลังดอกสว่าน DTH ท่อเจาะทำหน้าที่หลักในการส่งผ่านการหมุน แรงดันป้อน และอากาศสำหรับไล่สิ่งกีดขวาง ไม่ได้ส่งผ่านพลังงานการกระแทกซ้ำๆ เหมือนกับค้อนด้านบน ด้วยเหตุนี้ เครื่องมือที่ใช้ในการเจาะแบบค้อนด้านบนจึงมักเรียกว่าเหล็กเจาะ ในขณะที่เครื่องมือ DTH มักเรียกว่าท่อเจาะ ค้อน และดอกสว่าน
สำหรับงานเจาะแบบใช้ค้อนตอกด้านบน วัตถุประสงค์หลักของเหล็กเจาะคือการส่งผ่านพลังงานกระแทกและแรงบิดโดยมีการสูญเสียน้อยที่สุด ในขณะที่ยังคงรักษาความแข็งแรง ความต้านทานต่อความล้า และความต้านทานต่อการสึกหรอที่เพียงพอ
เหล็กเจาะแบบชิ้นเดียวสำหรับงานเจาะรูตื้น
เหล็กเจาะแบบชิ้นเดียวผลิตขึ้นเป็นชิ้นเดียว ปลายด้านหนึ่งถูกตีขึ้นรูปเป็นก้านที่พอดีกับดอกสว่าน ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งถูกตีขึ้นรูปเป็นส่วนดอกสว่านที่ติดตั้งเม็ดมีดหรือปุ่มคาร์ไบด์ วัสดุที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เหล็กเจาะหกเหลี่ยมกลวง ซึ่งมักมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง เช่น 19 มม., 22 มม. และ 25 มม.
เนื่องจากดอกสว่านและเหล็กเชื่อมต่อกันอย่างถาวร เหล็กสว่านแบบรวมชิ้นจึงไม่มีการเชื่อมต่อแยกต่างหากระหว่างก้านและดอกสว่าน ซึ่งมีข้อดีหลายประการ:
ไม่มีความเสี่ยงที่จะทำดอกสว่านแบบถอดได้หล่นหายในรู
การส่งถ่ายพลังงานจากการกระแทกดีเยี่ยม เนื่องจากไม่มีข้อต่อระหว่างดอกสว่านกับแกนสว่าน
มีความทนทานต่อแรงกระแทกและแรงบิดสูงเมื่อเทียบกับขนาดของมัน
สามารถถอนออกจากหลุมระเบิดตื้นได้อย่างง่ายดาย
ใช้งานง่าย เหมาะสำหรับการเจาะรูขนาดเล็กและสั้น
เหล็กเจาะแบบชิ้นเดียวใช้กันอย่างแพร่หลายในหินอ่อนถึงปานกลาง รูเจาะขนาดเล็ก งานเหมืองหิน งานก่อสร้าง และงานเหมืองแร่เบา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ความลึกในการเจาะมีจำกัด และการเปลี่ยนเครื่องมืออย่างรวดเร็วมีความสำคัญมากกว่าการนำกลับมาใช้ใหม่ได้สูงสุด
ควรเลือกรูปทรงของดอกสว่านให้เหมาะสมกับชนิดของหิน ดอกสว่านแบบสิ่วแบบชิ้นเดียวลับคมได้ง่ายและประหยัดค่าใช้จ่ายได้ดีในสภาพที่เหมาะสม ดอกสว่านแบบกากบาทหรือแบบหลายคมสามารถเพิ่มความเสถียรในหินอ่อน หินแตก หรือหินที่มีรอยแยกมาก เพราะช่วยลดความเสี่ยงที่ดอกสว่านจะติดอยู่ในรู ดอกสว่านแบบสามคมอาจมีร่องล้างที่กว้าง ช่วยในการกำจัดเศษหินและลดการสึกหรอของคาร์ไบด์
ดอกสว่านแบบหัวปุ่มเหล็กกล้าแบบชิ้นเดียวโดยทั่วไปเหมาะกับหินที่เจาะง่ายและมีการสึกหรอต่ำ ข้อดีคือไม่ต้องลับคมบ่อย แต่ตัวดอกสว่านที่ทำจากคาร์ไบด์และเหล็กกล้าควรมีอายุการใช้งานที่สมดุลกันเพื่อให้เครื่องมือยังคงคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ
ข้อจำกัดหลักของเหล็กเจาะแบบชิ้นเดียวคือ เมื่อปลายดอกสว่านเสียหายอย่างรุนแรง อาจจำเป็นต้องเลิกใช้เครื่องมือทั้งหมด นอกจากนี้ ผู้ใช้งานต้องจัดเก็บเหล็กเจาะหลายขนาดความยาวไว้ในสต็อก ซึ่งอาจเพิ่มความต้องการในการขนส่ง การจัดเก็บ และการลับคม
เหล็กกล้าสำหรับดอกสว่านแบบถอดเปลี่ยนได้ เพื่อความยืดหยุ่นในการเปลี่ยนเครื่องมือ
ชุดหัวเจาะแบบถอดได้ใช้หัวเจาะที่ถอดได้ซึ่งเชื่อมต่อกับแกนเจาะแยกต่างหาก การเชื่อมต่ออาจใช้ข้อต่อแบบเรียวหรือแบบเกลียว ขึ้นอยู่กับการออกแบบเครื่องมือและการใช้งาน เมื่อถอดหัวเจาะออกแล้วจะเหลือแกนเจาะ ซึ่งมักเรียกง่ายๆ ว่า ชุดหัวเจาะหรือแกนเจาะ
ข้อดีหลักของระบบถอดประกอบได้คือความยืดหยุ่นในการซ่อมบำรุง เมื่อดอกสว่านสึกหรอ ก็สามารถเปลี่ยนได้โดยไม่ต้องทิ้งก้านสว่านทั้งชุด หากก้านสว่านหักใกล้จุดเชื่อมต่อ บางครั้งอาจซ่อมแซมได้โดยการปรับแต่งส่วนเรียวหรือเกลียวแทนที่จะเปลี่ยนชุดประกอบทั้งหมด
ระบบแบบถอดประกอบได้ยังรองรับการเจาะที่ลึกกว่าได้อีกด้วย ดอกสว่านเพียงดอกเดียวอาจเจาะรูลึกได้ ในขณะที่เปลี่ยนก้านเจาะที่มีความยาวต่างกันเมื่อเจาะลึกขึ้น วิธีนี้ทำให้สามารถรักษาคุณภาพของรูเจาะได้ ในขณะเดียวกันก็จำกัดจำนวนเครื่องมือครบชุดที่ต้องนำไปยังหน้างาน
ข้อดีอื่นๆ ได้แก่:
ลดปริมาณการขนส่งสำหรับการลับคมและการซ่อมบำรุงดอกสว่าน
เลือกวัสดุของคันเบ็ดและวัสดุของดอกสว่านแยกกัน
อาจช่วยยืดอายุการใช้งานของตัวคันเบ็ดได้นานขึ้น
การจัดเก็บดอกสว่านและแท่งโลหะอย่างง่ายขึ้น
ลดของเสียเมื่อมีเพียงดอกสว่านเท่านั้นที่เสียหาย
อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อทุกแบบล้วนมีความเสี่ยงที่จะสูญเสียพลังงานจากการกระแทกและมีจุดอ่อนเพิ่มขึ้น การเชื่อมต่อแบบเรียว การเชื่อมต่อแบบเกลียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน และการเชื่อมต่อแบบเกลียวอัดขึ้นรูป ล้วนมีลักษณะการสูญเสียพลังงานที่แตกต่างกัน การสึกหรอ คุณภาพการผลิตที่ไม่ดี การขันไม่แน่น หรือเกลียวเสียหาย อาจทำให้ดอกสว่านหลวมได้ การเชื่อมต่อดอกสว่านที่หลวมอาจเร่งการสึกหรอ ทำให้ดอกสว่านเสียหาย และลดประสิทธิภาพการเจาะ
ด้วยเหตุนี้ หัวเจาะเหล็กแบบถอดประกอบได้จึงมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อการบำรุงรักษาข้อต่อถือเป็นงานประจำ ผู้ปฏิบัติงานควรตรวจสอบเกลียวหรือส่วนที่เรียว รักษาความสะอาดของข้อต่อ ใช้สารหล่อลื่นที่เหมาะสมในกรณีที่จำเป็น และเปลี่ยนชิ้นส่วนที่สึกหรอก่อนที่จะก่อให้เกิดความเสียหายเพิ่มเติม
ก้านต่อสำหรับสว่านเจาะรูลึก
เครื่องมือเจาะแบบต่อขยายได้รับการออกแบบมาสำหรับการเจาะรูที่มีความยาวมากขึ้น ประกอบด้วยอะแดปเตอร์ก้านหรือส่วนก้าน ก้านต่อขยายหนึ่งอันหรือมากกว่า ข้อต่อ และดอกสว่าน การกำหนดค่านี้มักใช้สำหรับการเจาะบนโต๊ะ การเจาะตามยาว และงานเจาะรูลึกอื่นๆ ที่การใช้เหล็กชิ้นเดียวไม่เหมาะสม
ก้านต่อขยายสมัยใหม่มักใช้การเชื่อมต่อแบบเกลียว รูปแบบเกลียวทั่วไป ได้แก่ แบบคลื่นและแบบค้ำยันกลับด้าน ซึ่งออกแบบมาเพื่อรับแรงกระแทก การหมุน และแรงป้อน ก้านต่อขยายมีให้เลือกหลายขนาดทั้งแบบหกเหลี่ยมและแบบกลม โดยขนาดที่เหมาะสมจะถูกกำหนดโดยสว่านเจาะหิน เส้นผ่านศูนย์กลางรูที่ต้องการ ความลึกในการเจาะ และสภาพการใช้งานที่คาดหวัง
บริเวณที่สึกหรอสำคัญคือเกลียว ภายใต้สภาวะการเจาะที่ดี อายุการใช้งานของก้านต่ออาจขึ้นอยู่กับการสึกหรอของเกลียวมากกว่าความเสียหายของตัวก้าน วิธีหนึ่งที่จะช่วยยืดอายุการใช้งานให้ยาวนานขึ้นคือการใช้ส่วนเกลียวที่ยาวขึ้น เมื่อส่วนเกลียวแรกสึกหรอ ก็สามารถถอดออกได้และนำส่วนที่สองมาใช้งานแทนได้
วิธีการนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับแท่งเจาะคาร์บอนไนซ์ขนาดใหญ่ ช่วยหลีกเลี่ยงความยุ่งยากในการกลึงเกลียวที่สึกหรอใหม่หลังจากที่ชั้นผิวแข็งเดิมถูกกำจัดออกไปแล้ว ข้อต่อที่ใช้กับส่วนเกลียวที่ยาวกว่าจะต้องมีตัวหยุดภายในที่เหมาะสมเพื่อจัดตำแหน่งแท่งเจาะให้ถูกต้อง
การเลือกใช้ระบบเครื่องมือเจาะที่ถูกต้อง
เครื่องมือเจาะหินที่ดีที่สุดไม่ได้หมายความถึงแค่ส่วนประกอบที่แข็งแรงที่สุดหรือราคาถูกที่สุดเท่านั้น แต่หมายถึงระบบที่เหมาะสมที่สุดกับความลึกในการเจาะ ความแข็งของหิน การสึกหรอ รอยแตก ขนาดรูเจาะ รุ่นของดอกสว่าน และความสามารถในการบำรุงรักษา
ชุดหัวเจาะแบบชิ้นเดียวมักเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับรูตื้น ขนาดเล็ก และสภาพการเจาะที่ไม่ซับซ้อน ชุดหัวเจาะแบบถอดเปลี่ยนได้นั้นประหยัดกว่าและมีความยืดหยุ่นมากกว่าเมื่อสภาพการเจาะเปลี่ยนแปลง ระบบหัวเจาะแบบต่อขยายเป็นทางเลือกที่นิยมสำหรับรูที่ลึกกว่าซึ่งต้องการแท่งเจาะหลายแท่งและการเชื่อมต่อที่ควบคุมได้
ผู้ปฏิบัติงานควรใช้ชุดเหล็กเจาะที่มีความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางดอกสว่านที่เหมาะสมตามแผนที่วางไว้ ในชุดเหล็กเจาะนั้น เครื่องมือแต่ละชิ้นที่ใช้ต่อเนื่องกันสามารถมีความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางดอกสว่านที่แตกต่างกันได้ ความแตกต่างของความยาวที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความแข็งของหินและระยะการป้อน ในขณะที่เส้นผ่านศูนย์กลางดอกสว่านโดยทั่วไปจะลดลงเมื่อความลึกของรูเพิ่มขึ้น วิธีนี้ช่วยรักษาประสิทธิภาพในการเจาะและทำให้ขนาดรูสุดท้ายยังคงเข้ากันได้กับปริมาณระเบิดที่ต้องการหรือข้อกำหนดการใช้งานรูอื่นๆ
