DTH穴加工を制御する3つの数値：回転、送り、トルク
DTH掘削作業は、回転速度、送り圧力、回転トルクという3つのパラメータに集約されます。これら3つすべてを適切に設定すれば、穴は自動的に掘削されます。どれか1つでも間違っていると、ビットの寿命を無駄にしたり、ストリングを曲げたり、あるいは掘削が進まなかったりします。
問題は、これら3つの数値が相互に依存し、深度、岩盤の硬度、ビットの摩耗によって常に変化している点です。ここでは、経験豊富な掘削作業員が実際に使用する現場の計算式と経験則を用いて、それぞれの数値についてどのように考えるべきかを説明します。
回転速度：インデックスを衝撃に合わせる
回転の役割は、ピストンによる打撃の合間にビットのインサートを新しい岩盤に移動させることです。ビットは同じ場所に二度当たってはいけませんが、打撃痕の間に途切れない尾根が残るほど回転しすぎてもいけません。
硬岩での現場試験に基づくと、最適な位置は、衝撃ごとに外側のゲージインサートがインサート自身の直径の3分の1から2分の1だけずれることです。それよりずれると、同じ岩に何度も当たってしまいます。ずれが大きすぎると、岩に隆起が残ってしまいます。
これには公式があります。回転速度＝衝撃周波数×挿入径÷円周率×穴径です。
n = f × d / (π × D)
ここで、nは回転速度（回転数）、fは打撃頻度（1分あたりの打撃数）、dはゲージ挿入部の直径、Dは穴の直径である。
原理は単純です。インサートは衝撃ごとにインサート径分移動する必要があり、穴の円周によって1回転で何インサート径分が収まるかが決まります。この式は、その形状を回転数（回転数）に変換します。
実際には、井戸掘削における作業回転数は通常10～30回転/分です。岩盤が硬い場合は、各衝撃で破砕に十分な接触時間が必要となるため、回転速度は遅くなります。一方、岩盤が柔らかい場合は、掘削深度が深く、打撃の間隔でビットがさらに移動できるため、回転速度は速くなります。
供給圧力：その範囲は想像以上に広い
送り圧力の役割は、ビットを岩盤にしっかりと押し付け、ピストンのエネルギーが反発ではなく破砕に使われるようにすることです。適切な値は、ハンマーの種類、岩盤の硬度、空気圧によって異なります。
作業範囲は、ビット径1ミリメートルあたり6～14.6キログラムです。低圧側は軟岩および低空気圧用、高圧側は硬岩および高空気圧用です。
具体的な例を挙げると、1.7 MPa未満の空気圧で152 mmのビットを駆動する場合、約6 × 152 = 912キログラムの送り力が必要になります。より硬い岩盤では、ビットの挙動を観察しながら、1ミリメートルあたり10、12、あるいは14キログラムといった上限に近い送り力を加えてください。
前回の記事で説明した深孔補正は、ここでも適用されます。実際の坑内送り力は、理論値からドリルストリング、ハンマー、ビットの重量を差し引いた値になります。孔が深くなるにつれて、実際のビット力を一定に保つために、ゲージの読み取り値から吊り下げ重量を差し引いてください。
そして、同じ警告です。送り量を増やしても、切削深さが増すわけではありません。ピストンがブレーキをかける役割を担います。送り量は、単に接触を維持するだけです。送り量が多すぎると、インサートが摩耗し、スプラインに負荷がかかり、ストリングが曲がってしまい、何のメリットもありません。
トルク：誰も計算しない数字
トルクは、通常は回転モーターが生み出す力そのものであるため、あまり注目されません。しかし、特に深い穴や硬い岩盤では、トルクは非常に重要です。
理論上の必要トルクは、ビット径1ミリメートルあたり約1.06ニュートンメートルです。現場では、孔内の摩擦、環状部での切削屑、および長いストリングによる抵抗の増加を考慮して、1ミリメートルあたり約2.7ニュートンメートルという、より多くのトルクを確保する必要があります。
152 mmのビットには、およそ2.7 × 152 = 410 N·mの回転トルクが必要です。これは実際の作業値であり、理論上の最小値ではありません。深い穴を掘る場合は、さらにトルクを追加してください。硬くて摩耗しやすい岩盤を掘る場合も、さらにトルクを追加してください。必要なトルクは、ストリングが長くなり、岩盤が硬くなるにつれて増加します。
回転モーターが負荷がかかっている（回転数が急上昇したり、停止したり、過熱したりしている）場合は、トルクの要求が供給を上回っていることを意味します。これは、穴の状態を確認する必要がある兆候です。切削屑の詰まり、壁の崩壊、ビットの詰まりなどが考えられます。無理に回転数を上げようとしないでください。
3つのパラメータをまとめて
これら3つを結びつける枠組みは以下のとおりです。
回転速度ビットが打撃の間隔でどれだけ移動するかを制御します。遅すぎると、既に砕かれた岩に衝撃エネルギーが無駄に伝わります。速すぎると、岩に隆起が生じ、インサートが摩耗します。
供給圧力ビットが所定の位置に留まるかどうかを制御します。少なすぎるとハンマーが跳ね返り、ピストンが空打ちします。多すぎるとインサートが削られ、スプラインに負荷がかかります。
トルクビットが回転できるかどうかを制御します。トルクが不足すると、ドリルストリングが穴の中で停止します。トルクが過剰になると、穴に問題があることを示します。
これらは相互に影響し合います。送り圧力が高いとトルク要求が増加します。回転速度が高いとインサートの摩耗が増加します。軟岩で高トルクになると、ビットが詰まっていることを意味します。これら3つの数値はシステムであり、チェックリストではありません。
このシステムを理解している掘削作業員は、マニュアルなど必要としません。彼らは掘削孔の状態――掘削速度、戻り空気量、回転モーターの音、制御装置を通して伝わる振動――を読み取り、これら3つのパラメータを常に少しずつ調整していきます。これが、マニュアル通りに掘削するのと、掘削孔の状態を見ながら掘削するのとの違いです。
