空冷・切削屑排出PDCビット技術の応用
現在、石炭鉱山のガス抜きボーリング掘削では、地質条件やプロセス要件に応じて、水注入または空気注入によってビットの冷却が一般的に行われています。その目的は、高速回転摩擦による過度の熱蓄積を防ぎ、PDCカッターの摩耗、欠け、または損失を防ぐことです。
水注入掘削では、注入量の変動や地層の軟度の違いにより、水に敏感な岩石が膨張し、孔閉塞が発生することがよくあります。さらに、水注入掘削では、負角孔や垂直孔では掘削屑の戻りが悪く、容易に固着事故を引き起こす可能性があります。掘削が中断されると、水と混合した掘削屑が固結し、ドリルストリングがロックする可能性があります。これらの理由から、水注入掘削は多くのシナリオにおいてPDCビット操作には適していません。
従来の空気掘削では、加圧空気はドリルロッドのボアを通してPDCビットに伝達されます。しかし、シーリングの制約と長い伝達距離により、空気損失が発生しやすく、冷却性能が期待通りに低下します。また、通気口が広いため、空気の流れが不均一になり、掘削屑の効率的な搬送が困難になる場合があります。
当社は、炭鉱の最前線ユーザーとの長年にわたる現場協力に基づき、空気駆動式切削屑除去用PDCビットを開発しました。その主な特徴は、カッター下部に配置された空気出口です。出口径は2mm以下で、出口とカッターの間に特定の角度関係が設けられています。作動中、高圧空気が2mmノズルから高速ジェットを形成し、カッターの刃先角度に噴射することで、急速冷却を実現します。
この空冷式切削屑排出PDCビットは、主にクラウン構造本体、エアジェットノズルアセンブリ、およびPDCカッターで構成されています。クラウン上部には多刃セグメントウィング設計が採用され、カッターは最適な刃位置に配置されています。高圧空気がカッター下部から排出され、直接空冷することで、空気流量や風速不足によるビットの焼損や過度の摩耗を効果的に防止します。さらに、高圧空冷は断層帯掘削時の固着問題を大幅に軽減し、作業効率は水冷方式の4～5倍に達します。
要約すると、この空冷式・切削屑排出PDCビットは、掘削中の熱によるカッター損傷を効果的に抑制します。強力な空気圧と切削屑排出性の向上を組み合わせることで、掘削効率を向上させ、省エネと消費量削減の目標達成をサポートします。
