Ba yếu tố quyết định mọi lỗ khoan DTH: Tốc độ quay, tốc độ tiến dao và mô-men xoắn.

Mỗi hoạt động khoan DTH đều phụ thuộc vào ba thông số: tốc độ quay, áp suất cấp liệu và mô-men xoắn quay. Nếu cả ba đều chính xác, lỗ sẽ tự khoan. Nếu bất kỳ thông số nào sai, bạn sẽ hoặc lãng phí tuổi thọ mũi khoan, làm cong cần khoan, hoặc không thể tiến lỗ.

Vấn đề là ba con số này phụ thuộc lẫn nhau và liên tục thay đổi — theo độ sâu, độ cứng của đá, và độ mòn của mũi khoan. Dưới đây là cách suy nghĩ về từng con số, cùng với các công thức thực tế và quy tắc kinh nghiệm mà những người khoan lành nghề thực sự sử dụng.

Tốc độ quay: Điều chỉnh chỉ số phù hợp với lực tác động

Nhiệm vụ của chuyển động quay là di chuyển các mảnh mũi khoan đến những tảng đá mới giữa các lần va đập của piston. Mũi khoan không nên va vào cùng một vị trí hai lần, nhưng cũng không nên quay quá xa đến mức tạo ra các rãnh liền mạch giữa các miệng hố va chạm.

Điểm tối ưu, dựa trên thử nghiệm thực địa trên đá cứng: mỗi cú va chạm nên làm dịch chuyển các đầu đo bên ngoài một phần ba đến một nửa đường kính của chính đầu đo đó. Ít hơn mức đó, bạn sẽ va chạm lại cùng một tảng đá. Nhiều hơn mức đó, bạn sẽ để lại các rãnh.

Có một công thức cho điều này: tốc độ quay bằng tần số va đập nhân với đường kính vật chèn, chia cho pi nhân với đường kính lỗ.

n = f × d / (π × D)

Trong đó n là tốc độ quay tính bằng vòng/phút, f là tần số va đập tính bằng nhịp/phút, d là đường kính đầu đo và D là đường kính lỗ.

Nguyên lý rất đơn giản: mũi khoan cần di chuyển một khoảng bằng đường kính mũi khoan mỗi lần va đập, và chu vi của lỗ quyết định số lượng đường kính mũi khoan có thể di chuyển trong một vòng quay. Công thức chuyển đổi hình học đó thành số vòng quay mỗi phút (RPM).

Trên thực tế, đối với việc khoan giếng nước, phạm vi tốc độ làm việc thường là 10-30 vòng/phút. Tốc độ chậm hơn đối với đá cứng, nơi mỗi cú va đập cần thời gian tiếp xúc đầy đủ để phá vỡ, tốc độ nhanh hơn đối với đá mềm, nơi mũi khoan xuyên sâu và có thể xoay chuyển xa hơn giữa các lần va đập.

Áp suất cấp liệu: Phạm vi rộng hơn bạn nghĩ

Chức năng của áp suất cấp liệu là giữ cho mũi khoan bám chắc vào đá để năng lượng của pít-tông được dùng để phá vỡ đá thay vì bị bật ngược trở lại. Giá trị phù hợp phụ thuộc vào loại búa, độ cứng của đá và áp suất khí nén.

Phạm vi hoạt động là từ 6 đến 14,6 kg/mm ​​đường kính mũi khoan. Ở mức thấp, áp suất khí nén thấp được sử dụng cho đá mềm. Ở mức cao, áp suất khí nén cao được sử dụng cho đá cứng.

Một ví dụ cụ thể: mũi khoan 152 mm hoạt động ở áp suất khí dưới 1,7 MPa cần khoảng 6 × 152 = 912 kg lực đẩy. Trong đá cứng hơn, hãy đẩy lực đẩy về phía giới hạn trên của phạm vi — 10, 12, thậm chí 14 kg/mm ​​— đồng thời quan sát hoạt động của mũi khoan trong quá trình thao tác.

Nguyên tắc hiệu chỉnh lỗ sâu từ bài viết trước cũng áp dụng ở đây: lực đẩy thực tế dưới đáy giếng bằng giá trị lý thuyết trừ đi trọng lượng của cần khoan, búa và mũi khoan. Khi lỗ sâu hơn, hãy trừ trọng lượng treo khỏi chỉ số trên đồng hồ đo để giữ cho lực thực tế tác dụng lên mũi khoan không đổi.

Và lời cảnh báo tương tự: tăng lượng dây không có nghĩa là tăng độ xuyên thấu. Piston mới là bộ phận tạo lực hãm. Việc tăng lượng dây chỉ nhằm duy trì tiếp xúc. Tăng lượng dây quá mức sẽ làm mòn các chi tiết chèn, làm quá tải các rãnh then và làm cong dây mà không thu được lợi ích gì.

Mô-men xoắn: Con số mà không ai tính toán được

Mô-men xoắn thường ít được chú ý nhất vì nó thường phụ thuộc vào lực quay của động cơ. Nhưng nó lại rất quan trọng, đặc biệt là trong các hố sâu và đá cứng.

Về mặt lý thuyết, yêu cầu là khoảng 1,06 newton-mét trên mỗi milimét đường kính mũi khoan. Trong thực tế, cần cho phép giá trị cao hơn — khoảng 2,7 N·m trên mỗi milimét — để tính đến ma sát trong lỗ khoan, vụn khoan trong vành đai và lực cản tăng lên của chuỗi mũi khoan dài.

Mũi khoan 152 mm cần mô-men xoắn quay khoảng 2,7 × 152 = 410 N·m. Đó là con số thực tế, không phải là con số tối thiểu lý thuyết. Trong các lỗ sâu, cần thêm mô-men xoắn. ​​Trong đá cứng, mài mòn, cần thêm mô-men xoắn. ​​Nhu cầu mô-men xoắn tăng lên khi chiều dài dây khoan và độ cứng của đá tăng lên.

Nếu động cơ quay hoạt động khó khăn — bị giật, chết máy hoặc quá nóng — thì nhu cầu mô-men xoắn đã vượt quá nguồn cung. Đó là dấu hiệu cần kiểm tra lỗ khoan: có vụn khoan bị kẹt, thành lỗ bị sụp hoặc mũi khoan bị kẹt. Đừng chỉ tăng ga mà tiếp tục khoan.

Ba tham số kết hợp với nhau

Đây là khuôn khổ liên kết cả ba yếu tố lại với nhau:

• Tốc độ quayĐiều khiển tốc độ dịch chuyển của mũi khoan giữa các nhát đập. Nếu quá chậm sẽ lãng phí năng lượng va đập vào đá đã bị vỡ. Nếu quá nhanh sẽ tạo ra các rãnh và làm mòn các mảnh chèn.

• Áp suất cấp liệuĐiều khiển việc mũi khoan có giữ nguyên vị trí hay không. Nếu quá ít sẽ làm búa bị nảy và pít-tông không hoạt động. Nếu quá nhiều sẽ làm mài mòn các chi tiết chèn và làm quá tải các rãnh then.

• Mô-men xoắnBộ phận này điều khiển việc mũi khoan có thể quay hay không. Mô-men xoắn không đủ sẽ làm kẹt dây khoan trong lỗ. Nhu cầu mô-men xoắn quá cao báo hiệu có vấn đề ở lỗ khoan.

Chúng tương tác với nhau. Áp suất cấp liệu cao làm tăng nhu cầu mô-men xoắn. ​​Tốc độ quay cao làm tăng sự mài mòn của các mảnh dao. Mô-men xoắn cao trong đá mềm có nghĩa là mũi khoan đang bị kẹt. Ba con số này là một hệ thống, không phải là một danh sách kiểm tra.

Người thợ khoan hiểu rõ hệ thống này không cần sách hướng dẫn. Họ "đọc" lỗ khoan - tốc độ khoan, lượng khí hồi lưu, âm thanh động cơ quay, độ rung thông qua bộ điều khiển - và điều chỉnh cả ba thông số này cùng lúc, liên tục, với những bước nhỏ. Đó là sự khác biệt giữa khoan theo sách vở và khoan theo "lỗ khoan".