DTHハンマーはどのように進化してきたのか？異なる掘削問題に対応するために設計された3つのデザイン
ダウンザホールハンマーは外見上は単純な構造をしている。圧縮空気が送り込まれ、ピストンが岩盤を叩き、ドリルビットが岩を砕く。
しかし、その行動の背後にある意図は大きく変化した。
掘削条件が異なれば、ハンマーの構造も異なってくる。軟弱地盤に掘る井戸用のハンマーと、鉱物探査用のハンマーでは、必要な工具が異なる。大口径の基礎掘削孔となると、全く別の要件が生じる。
DTHハンマーの開発は、可能な限り低いエネルギー消費量で最高の掘削効率を達成するという、一つの実用的な目標に基づいて行われてきました。
DTHハンマーはどのように分類されますか？
DTHハンマーは、いくつかの方法で分類できる。
空気分配方式によって、バルブ式ハンマーとバルブレス式ハンマーに分類されます。ピストン配置によって、シングルピストン式とマルチピストン式に分類されます。作動圧力によって、一般的に高圧、中圧、低圧のDTHハンマーに分類されます。
これらの分類は単なる理論上の話ではありません。内部構造は、空気消費量、衝撃エネルギー、掘削速度、ビット寿命、メンテナンス要件、そしてハンマーが対応できる地層の種類に影響を与えます。
そのため、外径や接続サイズだけでDTHハンマーを選ぶのは危険です。ハンマーは、掘削装置、コンプレッサー、ドリルビット、穴の直径、そして地盤条件に適合している必要があります。
1. スルー型逆循環式DTHハンマー
貫通型逆循環ハンマーは、二重壁ドリルロッドと併用して使用します。
掘削液と切削屑はドリルストリングの内部通路を通って流れ、連続的な逆循環サンプリングを可能にする。この設計は鉱物探査や地質工学調査において広く用いられている。
これは、砂、玉石、砂利を含む難削性地層において特に有効です。これらの地層は、一度に複数の問題を引き起こす可能性があります。
掘削作業が不安定になる。
従来の方法でのコア回収は困難である。
掘削孔の壁が崩壊する可能性がある。
切り株の除去効率が悪くなる。
掘削時間と操業コストが増加する。
逆循環法は、岩石サンプルを連続的に地表に運ぶことで、これらの問題を解決するのに役立ちます。サンプルが掘削孔の他の部分からの物質と混ざる可能性が低くなるため、地質学的解釈の信頼性が向上します。
同様の方法は、井戸掘削や水文地質調査にも応用できます。掘削屑の除去、連続サンプリング、および掘削孔の清浄度向上に役立ちます。適切な条件下では、地表汚染や掘削屑による帯水層の閉塞のリスクを低減できます。
探査請負業者にとって、価値は掘削速度だけにとどまりません。よりクリーンなサンプルとより安定した掘削孔は、最終的な地質学的判断の質を高めることにつながります。
2. ケーシング前進式DTHハンマー
岩盤が硬いため掘削が難しい地形もあれば、穴が開いたままにならないため掘削が難しい地形もある。
ケーシング前進式DTHハンマーは、2番目の問題に対応するために設計されています。
掘削中、ケーシングはハンマーとビットと共に前進します。ケーシングは掘削孔の壁を支え、ツールは地層への貫入を続けます。このため、この工法は軟弱地盤、岩石混じりの土壌、風化した地層、その他の不安定な地層に適しています。
ケーシングを進めないと、ドリルストリングを取り外す前、あるいは次の作業を開始する前に孔が崩壊する可能性があります。孔の崩壊が繰り返されると時間が無駄になり、工具が孔内に閉じ込められる恐れがあります。
ケーシング前進システムは、一般的に大きく2つのタイプに分けられます。
同心円状のケーシングの進展
ケーシングとドリルビットは同じ中心線に沿って動作します。この配置により、比較的単純な掘削経路が確保され、ケーシングがビットに追従しても直径が大きく変化しない地層に適しています。
偏心ケーシング前進
ドリルビットは、掘削中にケーシングの直径よりもわずかに大きい穴を掘り広げます。ケーシングが前進した後、ビットを引き抜いたり調整したりすることで、ケーシングを所定の位置に残したままドリルストリングを取り外すことができます。
このタイプは、地盤が特に崩落しやすい場合に有効です。
ケーシング前進式DTHハンマーは、運転圧力に応じて選択することも可能です。高圧型と低圧型があり、コンプレッサーの容量、孔径、地層条件などに応じて使い分けることができます。
最適な選択は、ハンマーそのものだけでなく、他にも多くの要素によって決まります。請負業者は、ケーシングの直径、ケーシングシューの設計、コンプレッサーの出力、フラッシングの要件、および予想される地盤損失率も考慮する必要があります。
3. クラスター型または複合型DTHハンマー
クラスターDTHハンマーは、複数の個別のハンマーを1つの掘削装置に組み合わせたものです。
その目的は、非常に大きな穴を掘削するのに十分な能力を生み出すことである。適切な構成を用いることで、複合DTHシステムは直径約1,524mmまでの穴を掘削できる。
これは通常の生産用掘削とは全く異なる作業です。大口径の穴を掘削するには、大量の空気、大規模な支援設備、精密な位置合わせ、そして切削屑の除去に対する厳密な制御が必要です。
クラスター配置は、打撃作業を複数のハンマーユニットに分散させます。これは、大きな基礎穴、特殊な建設プロジェクト、および従来の単一のDTHハンマーでは必要な穴径を確保できないその他の用途に使用できます。
アセンブリが大型化するほど、サポートシステムの重要性が増す。コンプレッサーの容量、エアラインのサイズ、装置の安定性、送り力、回転制御、および吊り上げ装置はすべて極めて重要となる。
溶接ハンマーからバルブレス設計まで
DTHハンマーの歴史は、新しい世代が前の世代を完全に置き換えるような直線的なものではない。
初期の世代では溶接構造が用いられていた。後の設計では組立構造へと移行し、製造、保守、部品交換がより容易になった。
第2世代では、一般的にバルブを用いた空気分配方式が採用されていた。後の設計では、空気流量制御を簡素化し、内部摩耗部品の数を減らすために、バルブレス構造が導入された。
各世代は、前の世代から有用な機能を継承している。一部の部品は、異なる設計間でも互換性がある。例えば、後世代のハンマーで使用されるビットは、関連シリーズの前世代のハンマーと互換性がある場合があるが、後世代のビットでは、前世代の構成で使用されていたシャンクチューブが省略されている可能性がある。
このような部分的な互換性は、現場では重要です。在庫負担を軽減し、掘削請負業者が複数の機械で交換部品を確保するのに役立ちます。
DTHハンマーを購入する前に確認すべきことは何ですか？
DTHハンマーを選択する前に、以下を確認してください。
必要な穴径と穴あけ深さ
岩のような硬さと摩耗性
その構造が安定しているか、崩壊しやすいか
コンプレッサーの圧力と空気供給量
必要な掘削速度
ビットシャンクとねじ山の互換性
交換用ピストン、バルブ、摩耗部品の入手可能性
逆循環またはケーシング前進が必要かどうか
最適なDTHハンマーとは、必ずしも衝撃エネルギーが最も高いハンマーではありません。実際の地層に適した衝撃エネルギー、空気消費量、そして掘削制御を実現できるハンマーこそが、最適なハンマーなのです。
ガイア Rockは、鉱業、採石業、井戸掘削、建設業、地質調査などに使用されるDTHハンマー、DTHビット、ドリルロッド、および関連する岩盤掘削ツールを提供しています。お客様の掘削装置と地盤条件に最適なハンマーとビットの構成については、当社チームまでお問い合わせください。
