Các loại thép cho máy khoan đá: Loại liền khối, loại tháo rời và loại có thể kéo dài.
Hiệu suất khoan đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố chứ không chỉ riêng giàn khoan hay máy khoan đá. Thép khoan, mũi khoan, khớp nối cán và hệ thống khớp nối quyết định mức độ hiệu quả của năng lượng va đập và mô-men xoắn quay truyền đến đá. Việc lựa chọn đúng dụng cụ khoan đá ảnh hưởng đến tốc độ khoan, độ thẳng của lỗ khoan, khối lượng công việc bảo trì, mức tiêu hao dụng cụ và chi phí vận hành.
Các dụng cụ khoan đá được sử dụng với máy khoan đá kiểu búa truyền thống thường được chia thành ba nhóm: mũi khoan liền khối, mũi khoan rời và dụng cụ khoan mở rộng. Mỗi thiết kế có cấu trúc, phạm vi hoạt động và lợi thế kinh tế khác nhau. Hiểu rõ những khác biệt này giúp các nhà thầu, mỏ và chủ mỏ đá lựa chọn hệ thống dụng cụ phù hợp với điều kiện đá và độ sâu khoan.
Cách thép khoan đá truyền năng lượng
Máy khoan đá kiểu búa đập truyền thống truyền cả năng lượng va đập và chuyển động quay thông qua mũi khoan. Piston đập vào đầu cán, tạo ra sóng ứng suất lan truyền dọc theo thép đến mũi khoan. Đồng thời, máy tạo ra chuyển động quay và lực đẩy để mũi khoan liên tục va đập vào các khu vực đá mới.
Điều này khác với khoan giếng thẳng đứng (DTH). Trong hệ thống DTH, búa hoạt động gần đáy giếng, ngay phía sau mũi khoan DTH. Ống khoan chủ yếu truyền chuyển động quay, lực đẩy và khí làm sạch; nó không mang năng lượng va đập lặp đi lặp lại như búa đặt trên đỉnh giếng. Vì lý do này, các dụng cụ được sử dụng trong khoan búa đặt trên đỉnh giếng thường được gọi là thép khoan, trong khi các dụng cụ DTH thường được gọi là ống khoan, búa và mũi khoan.
Đối với các ứng dụng búa đập đầu tròn, mục đích chính của thép khoan là truyền năng lượng va đập và mô-men xoắn với tổn thất tối thiểu trong khi vẫn duy trì đủ độ bền, khả năng chống mỏi và chống mài mòn.
Thép khoan liền khối dùng cho khoan lỗ nông
Thép khoan nguyên khối được chế tạo thành một khối duy nhất. Một đầu được rèn thành cán để lắp vào máy khoan đá, trong khi đầu kia được rèn thành phần mũi khoan có gắn các miếng chèn hoặc nút cacbua. Các vật liệu phổ biến bao gồm thép khoan lục giác rỗng, thường có kích thước chiều ngang như 19 mm, 22 mm và 25 mm.
Do mũi khoan và thân khoan được kết nối vĩnh viễn, nên mũi khoan liền khối không có mối nối riêng biệt giữa thân khoan và mũi khoan. Điều này mang lại cho nó một số ưu điểm:
Không có nguy cơ làm mất bộ phận có thể tháo rời trong lỗ.
Năng lượng va đập được truyền tải tốt vì không có khớp nối giữa mũi khoan và cần khoan.
Khả năng chịu va đập và mô-men xoắn cao so với kích thước của nó.
Dễ dàng rút vật liệu ra khỏi các lỗ khoan nông.
Thao tác đơn giản để khoan lỗ ngắn, đường kính nhỏ.
Thép khoan liền khối được sử dụng rộng rãi trong khoan đá mềm đến trung bình, lỗ khoan đường kính nhỏ, công tác khai thác đá, xây dựng và khai thác mỏ nhẹ. Nó đặc biệt hữu ích trong trường hợp độ sâu khoan bị hạn chế và việc thay đổi dụng cụ nhanh chóng quan trọng hơn khả năng tái sử dụng tối đa.
Nên chọn hình dạng mũi khoan phù hợp với loại đá. Mũi khoan liền khối kiểu đục dễ mài lại và có thể tiết kiệm chi phí trong điều kiện thích hợp. Mũi khoan kiểu chữ thập hoặc nhiều lưỡi có thể cải thiện độ ổn định trong đá mềm, nứt nẻ hoặc có nhiều khe nứt vì chúng giảm nguy cơ mũi khoan bị kẹt trong lỗ. Thiết kế ba lưỡi cũng có thể tạo ra các rãnh thoát nước rộng rãi, giúp loại bỏ vụn khoan và giảm mài mòn cacbua.
Các loại mũi khoan thép nguyên khối dạng nút thường phù hợp hơn với đá dễ xuyên thủng và có độ mài mòn thấp. Giá trị của chúng đến từ việc giảm nhu cầu mài lại, nhưng phần thân bằng cacbua và thép cần đạt được tuổi thọ sử dụng tương đối cân bằng để dụng cụ vẫn giữ được tính kinh tế.
Hạn chế chính của mũi khoan liền khối là khi đầu mũi khoan bị hư hỏng nghiêm trọng, toàn bộ dụng cụ có thể phải loại bỏ. Người vận hành cũng phải duy trì kho dự trữ nhiều mũi khoan với các chiều dài khác nhau, điều này có thể làm tăng yêu cầu về vận chuyển, lưu trữ và mài sắc.
Đầu khoan có thể tháo rời để thay thế dụng cụ linh hoạt
Mũi khoan tháo rời sử dụng một mũi khoan có thể tháo rời được, được nối với một cần khoan riêng biệt. Mối nối có thể sử dụng khớp côn hoặc khớp ren, tùy thuộc vào thiết kế và ứng dụng của dụng cụ. Khi tháo mũi khoan ra, cần khoan sẽ được giữ lại, thường được gọi đơn giản là cần khoan hoặc thanh khoan.
Lợi ích chính của hệ thống có thể tháo rời là tính linh hoạt trong bảo dưỡng. Khi mũi khoan bị mòn, nó có thể được thay thế mà không cần phải bỏ đi toàn bộ cần khoan. Nếu cần khoan bị gãy gần mối nối, đôi khi có thể sửa chữa bằng cách gia công lại phần côn hoặc ren thay vì phải thay thế toàn bộ cụm chi tiết.
Hệ thống tháo lắp cũng có thể hỗ trợ khoan sâu hơn. Một mũi khoan duy nhất có thể khoan một lỗ sâu trong khi các thanh có chiều dài khác nhau được thay thế khi lỗ được khoan sâu hơn. Điều này giúp duy trì chất lượng lỗ khoan đồng thời hạn chế số lượng dụng cụ hoàn chỉnh cần mang đến khu vực làm việc.
Những ưu điểm khác bao gồm:
Giảm thiểu khối lượng vận chuyển khi mài và bảo dưỡng mũi khoan.
Lựa chọn riêng vật liệu cần câu và vật liệu mũi khoan.
Có khả năng kéo dài tuổi thọ sử dụng của thân cần câu.
Giúp việc cất giữ mũi khoan và que khoan trở nên đơn giản hơn.
Giảm thiểu lãng phí khi chỉ có một bộ phận bị hỏng.
Tuy nhiên, mọi mối nối đều tiềm ẩn nguy cơ mất năng lượng va đập và tạo ra thêm một điểm yếu. Các mối nối côn, mối nối ren đường kính bằng nhau và mối nối ren ép đều có đặc điểm mất năng lượng khác nhau. Sự mài mòn, chất lượng sản xuất kém, siết chặt không đủ hoặc ren bị hỏng có thể khiến mũi khoan bị lỏng. Mối nối mũi khoan lỏng lẻo có thể làm tăng tốc độ mài mòn, làm hỏng mũi khoan và giảm hiệu quả khoan.
Vì lý do này, mũi khoan thép có thể tháo rời phát huy hiệu quả tốt nhất khi việc bảo trì các mối nối được coi là một nhiệm vụ vận hành thường xuyên. Người vận hành nên kiểm tra ren hoặc độ côn, giữ cho các mối nối sạch sẽ, sử dụng chất bôi trơn thích hợp khi cần thiết và thay thế các bộ phận bị mòn trước khi chúng gây ra hư hỏng thứ cấp.
Cần khoan nối dài để khoan lỗ sâu hơn
Dụng cụ khoan mở rộng được thiết kế cho các lỗ dài hơn. Chúng bao gồm một bộ chuyển đổi hoặc đoạn thân khoan, một hoặc nhiều thanh nối dài, các khớp nối và một mũi khoan. Cấu hình này thường được sử dụng cho khoan trên bàn, khoan tràn và các ứng dụng khoan lỗ sâu khác mà việc sử dụng thép nguyên khối sẽ không khả thi.
Các thanh nối dài hiện đại thường sử dụng các mối nối ren. Các kiểu ren phổ biến bao gồm ren lượn sóng và ren ngược, được thiết kế để chịu tải trọng va đập, lực quay và lực đẩy. Thanh nối dài có nhiều kích thước hình lục giác và hình tròn khác nhau, kích thước phù hợp được xác định bởi máy khoan đá, đường kính lỗ cần thiết, độ sâu khoan và điều kiện hoạt động dự kiến.
Một bộ phận dễ bị mài mòn là phần ren. Trong điều kiện khoan tốt, tuổi thọ sử dụng của cần nối dài có thể được quyết định phần lớn bởi độ mài mòn của ren hơn là do sự hỏng hóc của thân cần. Một cách để cải thiện tuổi thọ kinh tế là sử dụng đoạn ren kéo dài. Khi đoạn ren đầu tiên bị mòn, nó có thể được tháo ra và đoạn thứ hai được đưa vào sử dụng.
Phương pháp này đặc biệt hữu ích cho các thanh khoan thấm cacbon có kích thước lớn hơn. Nó tránh được khó khăn trong việc gia công lại ren bị mòn sau khi lớp bề mặt cứng ban đầu đã bị loại bỏ. Các khớp nối được sử dụng với các đoạn ren dài hơn phải bao gồm một chốt chặn bên trong thích hợp để định vị các thanh một cách chính xác.
Lựa chọn hệ thống dụng cụ khoan phù hợp
Dụng cụ khoan đá tốt nhất không chỉ đơn thuần là bộ phận mạnh nhất hoặc rẻ nhất. Đó là hệ thống phù hợp nhất với độ sâu khoan, độ cứng của đá, độ mài mòn, cấu trúc khe nứt, đường kính lỗ khoan, kiểu máy khoan và khả năng bảo trì.
Mũi khoan liền khối thường là lựa chọn thiết thực cho các lỗ nông, đường kính nhỏ và điều kiện khoan đơn giản. Mũi khoan rời giúp thay thế mũi khoan tiết kiệm hơn và linh hoạt hơn khi điều kiện khoan thay đổi. Hệ thống khoan mở rộng là giải pháp được ưa chuộng cho các lỗ sâu hơn cần nhiều cần khoan và các mối nối được kiểm soát.
Người vận hành cũng nên sử dụng một phạm vi chiều dài thép khoan và đường kính mũi khoan đã được lên kế hoạch. Trong một bộ thép khoan, mỗi dụng cụ kế tiếp có thể khác nhau về chiều dài và đường kính mũi khoan. Sự khác biệt về chiều dài phù hợp phụ thuộc vào độ cứng của đá và chiều dài đoạn khoan, trong khi đường kính mũi khoan thường được giảm dần khi lỗ khoan sâu hơn. Điều này giúp duy trì hiệu quả khoan và cho phép kích thước lỗ khoan cuối cùng vẫn phù hợp với lượng thuốc nổ dự định hoặc các yêu cầu sử dụng lỗ khoan khác.
