Cần khoan đá: Phân loại và hướng dẫn ứng dụng
I. Phân loại theo hình thái cấu trúc
Cần khoan liền khối Cần khoan liền khối được sản xuất thành một khối liền mạch duy nhất với phần cán và đầu mũi khoan được tạo hình liền mạch. Ưu điểm của chúng bao gồm độ bền kết cấu cao, tổn thất truyền động tối thiểu và khả năng chịu được tải trọng va đập tần số cao. Chúng phù hợp cho các hoạt động khoan nông, đường kính nhỏ và thường được sử dụng trên các máy khoan đá cầm tay và giàn khoan neo nhỏ. Các ứng dụng điển hình bao gồm đào hầm mỏ và khoan neo móng cho xây dựng. Nhược điểm chính là khi đầu mũi khoan bị mòn hoặc hư hỏng, toàn bộ cần khoan phải được thay thế, do đó chi phí vận hành tương đối cao.
Cần khoan hai mảnh (đầu thay thế được): Cần khoan hai mảnh bao gồm thân cần và đầu khoan có thể thay thế, được nối với nhau bằng ren, côn hoặc các khớp nối có thể tháo rời khác. Ưu điểm cốt lõi của chúng là chi phí vật tư tiêu hao có thể kiểm soát được: đầu khoan bị mòn có thể được thay thế riêng lẻ mà không cần phải bỏ toàn bộ cần. Thiết kế này đặc biệt phù hợp cho các hoạt động khoan lỗ sâu, đường kính lớn. Theo loại kết nối, chúng được chia nhỏ hơn nữa thành:
Thanh nối ren: sử dụng các giao diện ren tiêu chuẩn (ví dụ: R32, T38, T45), mang lại độ chính xác kết nối cao và dễ dàng tháo lắp. Chúng thường được sử dụng với các máy khoan thủy lực cỡ trung bình đến lớn để khoan lỗ nổ mìn lộ thiên và khoan hầm.
Thanh nối côn: dựa vào sự tiếp xúc bề mặt hình nón để truyền tải trọng. Chúng có cấu trúc đơn giản và khả năng chịu va đập mạnh, thích hợp cho các công việc phá dỡ có tác động mạnh như khai thác đá và phá dỡ bê tông.
Cần khoan rỗng Cần khoan rỗng có một lỗ xuyên bên trong để dẫn chất lỏng và chủ yếu được sử dụng cho khoan ướt. Nước áp suất cao hoặc khí nén có thể được dẫn qua cần khoan để loại bỏ vụn khoan và làm mát mũi khoan trong quá trình khoan, giảm bụi và kéo dài tuổi thọ cần khoan. Cần khoan rỗng là tiêu chuẩn cho hoạt động khoan quy mô lớn trong các mỏ và đường hầm và thường được kết hợp với các giàn khoan hạng nặng hoặc máy khoan khổng lồ.
II. Phân loại theo vật liệu và hiệu năng
Que khoan thép hợp kim: Được làm từ các loại thép hợp kim như thép crom-molypden hoặc thép silic-mangan và được xử lý nhiệt (tôi và ram), các que khoan này có sự cân bằng tốt giữa độ bền và độ dẻo dai với chi phí tương đối thấp. Chúng thích hợp cho việc khoan trong các tầng địa chất có độ bền trung bình đến thấp (ví dụ: đá phiến sét, đá sa thạch) và được sử dụng rộng rãi trong các mỏ đá vừa và nhỏ cũng như trong xây dựng dân dụng.
Thép thanh hợp kim cường độ cao được rèn từ thép hợp kim cường độ cao (ví dụ: 42CrMo, 35CrMnSi) và được xử lý bằng các bước thấm cacbon, tôi luyện và các bước xử lý nhiệt chính xác khác, giúp đạt được độ cứng bề mặt trên HRC55 trong khi vẫn giữ được lõi cứng chắc. Chúng có khả năng chống va đập và mài mòn từ các loại đá cứng như đá granit và đá bazan. Những thanh thép này là vật tư tiêu hao quan trọng trong các mỏ lớn và các dự án đường hầm đá cứng, và được sử dụng phù hợp với các giàn khoan thủy lực hạng nặng.
Que hàn phủ lớp gia cường chống mài mòn: Que hàn hợp kim thép có thể được phủ lớp chống mài mòn trên bề mặt (ví dụ như lớp phủ cacbua vonfram hoặc nitrua titan) để cải thiện khả năng chống mài mòn và ăn mòn. Que hàn phủ lớp có thể kéo dài tuổi thọ sử dụng khoảng 30-50% so với que hàn không phủ lớp. Chúng thích hợp cho các môi trường có độ mài mòn và ăn mòn cao như khoan dầu ven biển và các mỏ có khoáng chất ăn mòn.
III. Phân loại theo thiết bị tương thích
Cần khoan đá cầm tay: Loại cần này tương đối ngắn (thường từ 1–3 m), có đường kính nhỏ (22–32 mm) và thiết kế nhẹ để dễ dàng thao tác bằng tay. Phần đuôi cần được thiết kế để khớp với mâm cặp hoặc khớp nối của máy khoan đá cầm tay. Các ứng dụng điển hình bao gồm đào hầm nhỏ, gia cố mái dốc và các hoạt động khác cần khoan bằng tay.
Cần khoan dùng cho máy khoan jumbo và giàn khoan di động: Được thiết kế cho các giàn khoan cơ khí, các cần khoan này dài hơn (3–10 m) và có đường kính lớn hơn (38–76 mm), được làm bằng vật liệu có độ bền cao với các mối nối chính xác. Chúng tương thích với máy khoan jumbo gắn trên bánh xích và giàn khoan thủy lực, và được sử dụng cho các công việc cơ giới hóa quy mô lớn như khoan lỗ nổ mìn lộ thiên và khoan hầm sâu.
Cần khoan dùng cho búa thủy lực (còn gọi là cần phá đá) có đầu làm việc phẳng hoặc nhọn ở phía trước và phần đuôi phù hợp với búa thủy lực. Khác với cần khoan, cần phá đá được tối ưu hóa cho việc phá vỡ bằng va đập hơn là cắt và yêu cầu độ bền va đập và khả năng chống mài mòn rất cao. Các ứng dụng điển hình bao gồm phá dỡ bê tông, phá vỡ quặng thứ cấp và phá vỡ đất đóng băng.
IV. Phân loại theo điều kiện hoạt động
Cần khoan đá cứng: Được thiết kế cho các tầng đá cứng có độ cứng Mohs trên ~6 (ví dụ: đá granit, đá bazan). Các cần khoan này sử dụng thép hợp kim cường độ cao với lớp phủ bề mặt chống mài mòn và các mối nối cần khoan với mũi khoan được gia cố để chịu được các va đập tần số cao, tải trọng lớn và ngăn ngừa gãy cần khoan hoặc mất mũi khoan.
Cần khoan đá mềm: Được thiết kế cho các tầng đá mềm hơn như đá phiến và đá vôi. Loại cần khoan này ưu tiên độ bền và khả năng loại bỏ mùn khoan hiệu quả; đường kính cần rỗng có thể lớn hơn để thúc đẩy việc xả sạch mảnh vụn nhanh chóng và giảm sức cản khi khoan. So với cần khoan đá cứng, cần khoan đá mềm có chi phí thấp hơn và phù hợp hơn cho việc khoan quy mô lớn, nông.
Các thanh thép dùng trong môi trường dưới nước hoặc ẩm ướt: Được làm từ vật liệu chống ăn mòn (ví dụ như hợp kim thép không gỉ) hoặc được xử lý bằng lớp mạ kẽm hoặc lớp phủ polymer, các thanh thép này có khả năng chống thấm nước và chống ăn mòn tốt. Chúng được sử dụng trong các đường hầm dưới nước, nạo vét sông và các hoạt động khai thác mỏ ven biển, giúp ngăn ngừa sự suy giảm độ bền do gỉ sét và ăn mòn.
Khung phân loại này có thể hướng dẫn việc lựa chọn loại cần khoan, vật liệu và cấu hình phù hợp với đặc điểm địa tầng, thiết bị khoan và điều kiện vận hành, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và chi phí.
