DTH掘削装置の仕組み：坑底衝撃原理の解説
ダウンザホール掘削機は、建設、鉄道、高速道路、水道事業、水力発電、鉱業、採石などの分野で使用されています。これらの掘削機は、硬岩にアンカー孔、ロックボルト孔、発破孔、グラウト注入孔、その他の開口部を掘削します。
この装置は従来の衝撃回転式掘削機のように見えるかもしれないが、最も重要な違いは衝撃エネルギーが発生する場所にある。
衝撃機構は穴の中で作動する
従来型のトップハンマー式削岩機では、衝撃機構は地表付近に配置されます。衝撃エネルギーはドリルロッドを通ってビットに伝わります。そのため、穴が深くなるにつれて、ドリルストリングにおけるエネルギー損失や振動が大きくなる可能性があります。
DTH掘削機は、インパクト装置を掘削孔の底にあるドリルビットの真後ろに配置します。ピストンが掘削孔の底にあるビットを叩き、圧縮空気がハンマーを動かして切削屑の除去を助けます。
衝撃が岩盤面近くで発生するため、ドリルストリングを通して失われるエネルギーが少なくなります。これが、DTH掘削が深層の硬岩孔でも高い性能を維持できる理由です。
一般的なDTH掘削装置の構成部品は以下のとおりです。
ドリルビット
DTHハンマー
ドリルロッド
空気接続
空気供給ライン
圧力制御シリンダーまたは供給シリンダー
ドリルフレーム
ハンマーとビットは、孔径、地層、コンプレッサー、および掘削装置の能力に合わせて選定する必要があります。強力なハンマーを使用しても、空気供給不足や不適切なビットの選択を補うことはできません。
大型地上DTHリグの主要構成要素
大型のクローラー式DTHリグには、連携して動作する複数のシステムが搭載されている。
ドリルフレーム：ドリルフレームは、回転ヘッド、送り機構、ドリルストリングのガイドレールとして機能します。掘削中は、フレームが常に剛性を保ち、位置がずれないようにする必要があります。
スライドまたはキャリッジ：スライドは一般的に溶接された箱型構造で、ドリルフレームを支え、本体に接続する役割を果たします。
回転ヘッド：回転システムは通常、油圧モーター、スピンドルアセンブリ、ロッド接続部、スライドプレート、および中央空気通路から構成される。回転ヘッドがドリルストリングを回転させ、圧縮空気が中空ロッド内を流れる。
給餌システム：油圧式送りモーター、スプロケット、チェーン、緩衝スプリングによって、回転ヘッドとドリルストリングがフレームに沿って移動します。送り力は安定していなければなりません。送り力が強すぎたり不均一だったりすると、ロッドの曲がりやビットの摩耗が増加する可能性があります。
ロッド交換装置またはロッド取り外し装置：大型のリグでは、ロッドの着脱をより効率的に行うために、上下のロッドハンドラー、ロッドクランプ、油圧シリンダーなどが使用される場合がある。
粉塵抑制システム：DTH掘削では、岩粉や切削屑が発生します。掘削現場の状況に応じて、乾燥式集塵装置、湿式集塵装置、複合システム、または泡式集塵装置などが使用される場合があります。
クローラー式走行システム：クローラーシャーシは一般的に、走行フレーム、油圧モーター、遊星減速機、履帯、駆動輪、アイドラー、および履帯張力調整部品から構成される。
メインシャーシ：空気圧縮機、集塵機、油圧タンク、ポンプ群、バルブ群、および運転室は、メインフレームに取り付けられています。
機械旋回システム：旋回モーター、ブレーキ、減速機、ピニオン、および旋回ベアリングにより、上部構造が下部構造に対して回転することが可能になる。
ドリルフレーム旋回機構：スイングシリンダー、ピボットピン、およびブラケットにより、フレームを横方向に移動させて穴あけ角度を調整できます。
圧縮空気とハンマーシステム：スクリューコンプレッサーは、一般的にDTHハンマーに高圧空気を供給する。同じ空気供給システムは、層流式集塵機のブローバック機能や清掃機能もサポートする場合がある。
掘削サイクルの制御方法
掘削中、回転ヘッドがロッドとビットを回転させ、送りシステムが制御された力を加える。DTHハンマーピストンがビットを繰り返し叩き、孔底の岩盤を砕く。
圧縮空気は2つの役割を果たします。
それはハンマーピストンを駆動する。
それは砕けた岩や塵を穴の外へ運び出す。
空気量が少なすぎると、ハンマーの打撃頻度が低下し、穴が適切に清掃されない可能性があります。切削屑がビット周辺に蓄積し、再研磨、切削深さの低下、摩耗の増加、そして詰まりの原因となる可能性があります。
送り機構も重要です。ドリルは、ビットが岩を破砕し、除去する能力に見合った速度で送り出す必要があります。送り力が強すぎると、ビットとロッドに過負荷がかかります。逆に力が弱すぎると、接触不良や不要な振動の原因となります。
汎用DTHリグの構成方法
標準的なDTH掘削装置は、一般的にドリルストリング、ボタンビット、DTHハンマーに加え、回転システム、空気圧システム、昇降システム、圧力制御システムから構成される。
回転式空気供給装置は、回転モーター、回転ギアボックス、およびエアスイベルを含むことができる。エアスイベルは、本体、シール、中空スピンドル、およびロッド接続部を用いて、回転するドリルストリングを通して圧縮空気を供給する。
空気圧式ロッドクランプは、ロッドの接続と取り外しに役立ちます。
昇降および圧力制御システムは、昇降モーター、ギアボックス、昇降チェーン、圧力シリンダー、およびプーリー機構で構成されています。通常の作業時、圧力シリンダーはプーリーシステムを介して作動し、制御された送り込みと圧力解放による穴あけを実現します。
この構成により、オペレーターは回転、送り、持ち上げ、および下向きの圧力を、一つの協調的なプロセスとして管理することができます。
部品のマッチングが重要な理由
DTH掘削の性能は、すべての主要構成要素の相互作用に依存します。
リグを選定したりハンマーを交換したりする前に、以下を確認してください。
必要な穴径
穴の深さと角度
岩のような硬さと摩耗性
予想普及率
コンプレッサーの圧力と空気量
ドリルロッドの直径とねじ山
ビットボタンレイアウト
粉塵および切削屑の除去方法
利用可能な送り力
敷地へのアクセスと移動手段
ハンマー、ビット、ドリルロッド、シャンク接続部、コンプレッサー、および集塵システムは、パッケージとして選定する必要があります。
例えば、研磨性の高い花崗岩用に設計されたドリルビットは、破砕された石灰岩には適さない場合があります。ドリルハンマー自体が正しく作動していても、アライメントの悪い長いドリルストリングはエネルギーを損失し、方向のずれを引き起こす可能性があります。
メンテナンスは、空気、アライメント、摩耗から始まります。
DTH（衛星放送）機器は、以下の項目について定期的に点検する必要があります。
旋回部および接続部からの空気漏れ
摩耗したロッドのネジ山
曲がったドリルロッド
緩んだガイド部品
異常なハンマーノイズ
浸透率の低下
集塵性能が低い
トラックまたは供給システムの摩耗
ドリルビットは掘削後に点検する必要があります。ボタンの摩耗、ゲージの減少、ビット本体の損傷、および不均一な摩耗パターンは、ビットの設計または掘削パラメータが地層に適合していないことを示している可能性があります。
現代の岩盤プロジェクト向けDTH掘削
DTH掘削機は、高衝撃掘削と柔軟な掘削角度、優れた機動性、効率的な切削屑除去を兼ね備えているため、依然として重要な存在である。
これらは、鉱業や採石業、基礎杭打ち、斜面アンカー、トンネル掘削、井戸掘削、道路建設、インフラ工事などに使用されます。それぞれの用途において、最も信頼性の高い結果を得るには、サイズや価格だけで部品を選ぶのではなく、掘削装置と工具類を岩盤に適合させることが重要です。
