Chọn tốc độ khoan phù hợp với loại đá: Tại sao câu nói "Đá cứng khoan chậm, đá mềm khoan nhanh" lại quan trọng hơn bạn nghĩ

Mỗi máy khoan khí nén đều có cần điều chỉnh ga. Và mỗi người thợ khoan đều có trực giác riêng về vị trí đặt cần điều chỉnh. Nhưng vấn đề là ở chỗ, trực giác thường dựa trên cảm giác đúng ở phần đầu mũi khoan, chứ không phải những gì thực sự xảy ra ở đáy lỗ, nơi mũi khoan tiếp xúc với đá.

Nguyên tắc nghe có vẻ đơn giản — đá cứng, tốc độ chậm; đá mềm, tốc độ nhanh. Nhưng hầu hết những người khoan hiểu nguyên tắc này vẫn áp dụng sai vì họ không hiểu tại sao nó lại hoạt động như vậy. Và khi bạn không hiểu lý do tại sao, bạn không thể điều chỉnh khi điều kiện thay đổi. Dưới đây là vật lý đằng sau bộ điều chỉnh tốc độ, và tại sao việc sử dụng sai lại phá hủy mũi khoan và cần khoan nhanh hơn bất cứ thứ gì khác trên giàn khoan.

Điều gì xảy ra ở bề mặt tiếp xúc với bit khi tốc độ không chính xác?

Máy khoan đá khí nén truyền hai thứ đến mũi khoan thông qua cần khoan: năng lượng va đập – pít-tông đập vào thân cần khoan – và chuyển động quay. Lực va đập làm vỡ đá. Chuyển động quay giúp các mảnh cacbua định vị lại các mảnh đá mới giữa mỗi nhát đập để bạn không đập vào cùng một vị trí hai lần.

Mối quan hệ giữa tần số va đập và tốc độ quay quyết định liệu mũi khoan có cắt hiệu quả hay chỉ tự làm hỏng chính nó.

Nếu quay quá nhanh trong đá cứng, mũi khoan sẽ quay quá xa giữa các lần va đập. Các mảnh cacbua rơi xuống các gờ chưa bị nghiền nát do cú va đập trước để lại, chứ không phải vào các hố mà chúng vừa tạo ra. Thay vì mũi khoan ăn khớp vào đá đã bị nứt và mở rộng các vết nứt, nó lại va vào đá nguyên vẹn ở một góc nông trong mỗi cú va đập. Các mảnh cacbua bị nảy lên. Tốc độ khoan giảm. Và vì mũi khoan không ăn khớp đúng cách vào đá, năng lượng va đập phản xạ ngược trở lại cần khoan thay vì được đá hấp thụ. Năng lượng phản xạ đó biểu hiện dưới dạng rung động — loại rung động mà bạn cảm nhận được ở tay và loại rung động gây ra tải trọng mỏi chu kỳ cho mọi mối nối ren trong chuỗi cần khoan.

Nếu quay quá chậm trong đá mềm, bạn sẽ gặp vấn đề ngược lại. Các mảnh dao chồng lên nhau quá nhiều giữa các nhát cắt, làm nghiền nát lại vật liệu đã bị vỡ thay vì cắt đá mới. Mũi khoan nghiền vụn đá thành bột, tạo ra nhiệt lượng dư thừa, và tốc độ khoan giảm vì mũi khoan đang tiêu tốn năng lượng vào vật liệu đã bị nghiền thành bụi. Trong khi đó, tốc độ quay chậm có nghĩa là vụn đá không được quét sạch đủ nhanh, do đó mặt mũi khoan bắt đầu bị tắc nghẽn. Mặt mũi khoan bị tắc nghẽn trong đất mềm là điềm báo trước việc lỗ thoát nước bị tắc và bộ mảnh dao carbide bị cháy.

Mũi khoan đường kính lớn trong đá cứng: Tại sao chậm là lựa chọn duy nhất

Việc sử dụng mũi khoan côn 45 mm để khoan đá granit là một vấn đề cơ học hoàn toàn khác so với việc sử dụng mũi khoan 32 mm để khoan đá vôi. Đường kính mũi khoan càng lớn, diện tích tiếp xúc giữa mặt mũi khoan và đá càng lớn. Diện tích tiếp xúc lớn hơn đồng nghĩa với lực cản quay lớn hơn — mũi khoan phải vượt qua ma sát trên một vòng tròn đo rộng hơn — và lực cản xuyên thấu cũng lớn hơn vì năng lượng va đập được phân bổ trên nhiều mảnh cacbua hơn.

Trong đá cứng, đặc và có tính mài mòn cao, diện tích tiếp xúc lớn đó lại gây bất lợi. Nếu bạn quay mũi khoan 45 mm ở cùng tốc độ vòng quay như khi dùng mũi khoan 32 mm trong cùng một loại đá, tốc độ ngoại vi ở hàng đo sẽ cao hơn một cách tương ứng — các mảnh chèn bên ngoài chuyển động nhanh hơn, va đập mạnh hơn và mòn nhanh hơn so với các mảnh chèn ở giữa. Hàng đo sẽ mòn trước, đường kính mũi khoan giảm đi, và đột nhiên bạn không thể giữ được kích thước lỗ khoan cho phần còn lại của chương trình khoan.

Giải pháp là giảm cả tần số va đập và tốc độ quay. Tần số va đập thấp hơn có nghĩa là mỗi cú đánh có nhiều thời gian hơn để truyền năng lượng vào đá và tạo ra một miệng hố thích hợp trước khi cú đánh tiếp theo đến. Tốc độ quay thấp hơn có nghĩa là mũi khoan di chuyển một khoảng cách ngắn hơn giữa các cú đánh, đảm bảo các mảnh vỡ tiếp xúc với vật liệu đã bị nứt vỡ thay vì các gờ còn nguyên vẹn. Sự kết hợp này mang lại sự truyền năng lượng sạch hơn, mài mòn mảnh vỡ đều hơn trên bề mặt mũi khoan và lỗ khoan giữ được kích thước tiêu chuẩn.

Trên thực tế, đối với mũi khoan côn có đường kính từ 36 đến 45 mm thường dùng trong đá granit cứng hoặc thạch anh, tốc độ quay cần thiết nằm trong khoảng 150 đến 250 vòng/phút — tốc độ sẽ thấp hơn đối với đường kính lớn hơn. Tần số va đập cần được giảm xuống để duy trì năng lượng va đập cao và khoảng cách định vị phù hợp. Nhược điểm là tốc độ khoan chậm hơn, nhưng một mũi khoan hoàn thành lỗ với đường kính chính xác sẽ có giá trị hơn một mũi khoan khoan nhanh được mười mét rồi không giữ được kích thước lỗ.

Mũi khoan đường kính nhỏ trong đá mềm: Tốc độ là người bạn đồng hành

Mũi khoan nút 32 hoặc 34 mm khi khoan đá sa thạch, đá bùn hoặc đá vôi mềm đã bị phong hóa lại gặp phải vấn đề ngược lại. Diện tích tiếp xúc nhỏ, đá yếu và mũi khoan có thể xuyên nhanh với năng lượng va đập tương đối thấp. Nếu bạn sử dụng thiết lập này ở tốc độ khoan đá cứng, mũi khoan sẽ dành quá nhiều thời gian tiếp xúc với cùng một điểm trên đá, mài lại thay vì cắt, tạo ra nhiệt thay vì tiến hành khoan.

Tăng tốc độ quay lên — 300 đến 400 vòng/phút, đôi khi cao hơn tùy thuộc vào loại đá — và mũi khoan sẽ di chuyển xa hơn giữa các lần đập. Mỗi mảnh dao sẽ va chạm vào đá mới, chưa bị nứt vỡ trong mỗi lần đập, tạo ra các mảnh vụn sạch thay vì nghiền thành bụi. Tốc độ quay cao hơn cũng giúp loại bỏ vụn khoan: sự quay của mũi khoan sẽ tự động quét các mảnh vụn ra khỏi các khe chứa vụn và vào dòng chảy vòng, nơi nước rửa sẽ mang chúng lên và ra ngoài.

Vùng rủi ro trong đá mềm không phải là gãy mũi khoan mà là quá nhiệt do làm mát không đủ và kẹt mũi khoan do dòng chảy mùn khoan kém. Tốc độ quay cao hơn giải quyết cả hai vấn đề bằng cách giảm thời gian dừng và cải thiện khe hở cơ học. Chỉ cần đừng quay quá nhanh đến mức mũi khoan bắt đầu nảy lên – trong đất rất mềm và dễ vỡ, tốc độ quá cao có thể khiến mũi khoan trượt trên bề mặt thay vì ăn vào đá, đặc biệt nếu lực đẩy quá nhẹ.

Kiểm tra trước ca làm việc giúp ngăn ngừa hầu hết các sự cố.

Trước khi đưa mũi khoan vào lỗ, hãy dành hai phút để kiểm tra lại thiết lập của bạn:

Hãy kiểm tra xem tần số va đập và tốc độ quay của máy khoan đã được thiết lập phù hợp với đường kính mũi khoan và loại đá bạn sắp khoan hay chưa — chứ không phải dựa trên những gì người trước đó đã làm. Các thiết lập hoạt động tốt trên đá sa thạch ngày hôm qua có thể gây hư hại khi khoan đá granit ngày hôm nay.

Hãy đảm bảo cần khoan thẳng và mũi khoan được đặt đúng vị trí trên phần côn hoặc ren. Một mũi khoan hơi lệch sẽ bị rung lắc ở tốc độ cao, và độ rung lắc sẽ càng mạnh hơn khi tốc độ quay tăng lên. Điều bắt đầu chỉ là một rung động nhỏ ở phần cổ cần khoan sẽ dần biến thành một lỗ hình bầu dục ở độ sâu, mài mòn không đều phần chèn và làm tăng tốc độ mỏi ren tại điểm nối với cần khoan.

Hãy chắc chắn rằng nước xả đang chảy sạch và đều trước khi mũi khoan chạm vào đá. Bắt đầu khoan với đường dẫn nước bị tắc một phần là cách nhanh nhất để làm quá nhiệt mũi khoan mới.

Tất cả những điều này không phức tạp. Nhưng sự khác biệt giữa một chương trình khoan diễn ra suôn sẻ và một chương trình tiêu hao mũi khoan và cần khoan với tốc độ gấp đôi dự kiến ​​thường nằm ở việc liệu ai đó có dành ra hai phút vào đầu ca làm việc hay không.