鉱山用エクステンションドリルロッドはなぜいつも故障するのか？故障モードと対策を理解するための記事
鉱山事業において、ドリルロッドは不可欠な重要部品であり、その性能は効率と安全性に直接影響を及ぼします。トンネル掘削用／前進掘削用ドリルロッドと比較すると、鉱山用ドリルロッドは異常故障の発生率が低いものの、一度問題が発生すると、依然として深刻な生産障害を引き起こす可能性があります。この記事では、鉱山用ドリルロッドによく見られる故障モード、その原因、そして生産における「つまずき」を回避するための対策を解説します。
内ねじと外ねじの摩耗：最も一般的な「摩耗の原因」 採掘リグで使用されるドリルロッドの様々な故障の中で、内ねじと外ねじの摩耗が最も一般的であり、特に内ねじの摩耗が顕著です。これは、毎日使用するネジと同じです。ネジ山は時間の経過とともに摩耗し、緩んで締めにくくなります。ドリルロッドのネジ山も同様です。
ドリルロッドのねじの耐摩耗性は何によって決まりますか?
製造工程が基礎：ロッドの熱処理硬度、浸炭焼入れ深さ、ねじ山表面仕上げ、ねじ山の嵌合精度はすべて、耐摩耗性に影響を与える重要な要素です。耐久性の高い工具を作るのと同様に、材料の選択と工程の品質が耐用年数を直接左右します。
過酷な運転条件：岩石の硬度と地質の複雑さが大きな役割を果たします。困難な条件下では、詰まりや穴のずれが発生しやすく、サンドペーパーのようにねじ山の摩耗が加速します。
オペレーターの要因は重要です。オペレーターのスキルと設定（送り圧力／送り圧力、洗浄水圧など）は、ねじ山の摩耗率に影響を与える可能性があります。不適切な操作は、ロッドに「拷問」をかけるようなものであり、異常な摩耗を引き起こします。
使用とメンテナンスの注意: ドリル ビットを適時に再研磨しないと、貫通力が低下するだけでなく、穴の偏差につながります。摩耗したロッドと新しいロッドを混在させたり、異なるメーカーのロッドを使用したりすると、ねじの許容差とはめあいのクリアランスが異なるため、ねじの摩耗が加速します。
外ねじの根元破損：過度の使用による影響 外ねじの根元破損は、よくある故障モードの一つで、ロッドが既に標準使用メートル数に達しているにもかかわらず、まだ使用されている場合によく発生します。通常、内ねじと外ねじは根元破損が発生する前に摩耗しますが、ねじ山が摩耗していない製品でも、使用を続けると根元破損が発生することがあります。主な原因は以下のとおりです。
製造工程は極めて重要であり、熱処理レベルがロッドの疲労強度を決定します。熱処理後のミクロ組織が十分な靭性と耐疲労性を備えているかどうかも重要です。理想的な組織は、高炭素マルテンサイト組織の表面と下部ベイナイト組織を核とし、その間に広く滑らかな遷移混合層を有する組織です。ねじ山の表面仕上げも性能に影響を与えます。
動作条件によって問題がさらに増加します。つまり、頻繁に詰まりが発生したり、穴がずれたりする複雑な条件では、ねじの根元で異常な疲労破壊が発生します。
使用とメンテナンスにはリスクが潜んでいます。ビットを適時に再研磨しないと、穴の偏差が発生し、ロッドのねじ山の根元が異常に破損する可能性があります。
内ねじ逃げ部（空切り）の破損は構造上の弱点です。内ねじ逃げ部（アンダーカット/「空切り」領域）の破損は、別の種類の破損であり、通常は2つの要因によって引き起こされます。第一に、掘削時に外ねじから内ねじ逃げ部に力が加わり、構造的に弱いため破損しやすくなります。第二に、内ねじ外側の激しい摩耗により、逃げ部の強度がさらに低下し、破損のリスクが高まります。実用的な対策としては、内ねじが長い設計のロッドを選択することです。噛み合いが長いほど荷重が分散され、弱点への応力集中が軽減されるため、脆弱な領域が効果的に補強されます。
ロッドボディの破損：品質管理の不備 ロッドボディの破損は一般的ではなく、通常は鋼材自体の問題、または不適切な圧延／鍛造工程に関連しており、通常は単発的に発生します。しかし、ロッドボディの破損がバッチで発生する場合は、熱処理または工程管理に重大な問題がある可能性が高くなります。その場合、欠陥を特定し修正するために、熱処理工程と品質管理の詳細な検査が必要です。
ロッドの曲がり：連続運転における隠れた致命傷 鉱山用ドリルロッドは、通常10～20本のロッドを連結した直列接続で使用されることが多い。ロッドが曲がると、それ自体が使用できなくなるだけでなく、他のロッドの異常な故障を引き起こす可能性がある。そのため、真直度と同心度は、鉱山用ロッドの重要な品質基準である。これらの幾何公差を確保することで、連続運転中の信頼性と耐久性が大幅に向上する。
ロッドの曲がりを防ぐため、製造工程では複数回の矯正工程が必要となります。入荷したロッドの原材料は反りが生じている場合があり、加工前に矯正する必要があります。また、熱処理中にロッドが変形する可能性があるため、加工後にも厳格な真直度基準を満たすために精密な矯正が必要です。さらに、輸送と保管においても真直度を維持し、曲がりを防ぐための管理が不可欠です。
