硬岩掘削におけるDTHハンマーの故障原因 - 4つの主要な断層カテゴリーの説明
ダウン・ザ・ホール（DTH）ハンマーを用いた硬岩掘削では、地層硬度の高さ、掘削荷重の高さ、そして過酷な作業環境により、様々な不具合が発生しやすくなります。これらの不具合は、掘削速度、孔品質、そして機器寿命に直接影響を及ぼします。硬岩掘削の主要な条件に基づき、一般的な不具合は、衝撃性能の低下、機械的摩耗／固着、切削片除去システムの異常、そして動力伝達の不具合の4つのグループに分類されます。以下では、各グループの症状と根本原因を分析します。
衝撃性能の低下 症状と影響：岩石破砕効率の急激な低下。典型的な兆候としては、衝撃力の低下と衝撃頻度の低下が挙げられます。ビットはもはや硬い岩石を効率的に破砕できず、貫入速度が著しく低下するか、停止します。主な原因は以下のとおりです。
1.1 電力・媒体供給問題
空気圧式（空気駆動式）ハンマーの場合、コンプレッサー圧力が不十分（硬岩の掘削に通常必要な 0.6 ～ 1.2 MPa の範囲未満）、空気の流れが不安定、または供給ラインの空気漏れや詰まりがあると、ピストンを駆動するために利用できる圧力が低下します。
油圧ハンマーの場合、ポンプ圧力が不十分だったり、油圧オイルが汚れて通路が詰まったりすると、ハンマーの駆動力が低下します。
動力媒体内の汚染物質（圧縮空気内の水分や埃、作動油内の金属粒子）はシールの摩耗を加速させ、媒体の効率をさらに低下させます。
1.2 内部の空気/気流分配の不具合
バルブ型ハンマーでは、バルブプレートの摩耗、変形、固着が頻繁に発生し、これによりタイムリーなバルブ切り替えが妨げられ、ピストンが高周波往復運動を達成できなくなります。
バルブレス設計は、ピストン/シリンダーのフロー溝の摩耗や詰まりの影響を受ける可能性があり、切削片の蓄積によりフローの反転が遅れ、衝撃サイクルが中断され、衝撃力が大幅に低下します。
1.3 ピストンとビットのインターフェースの問題
ビットに対する高周波の衝撃はピストン面とビットテールに深刻な摩耗を引き起こし、接触面のクリアランスが増加すると伝達中にエネルギーが失われます。
ビットの偏心取り付けや位置決めピンの緩みにより、中心からずれた打撃 (ddhhhミストライキ") が発生し、衝撃効率が低下し、局所的な摩耗が加速される可能性があります。
機械的摩耗、固着、構造的破損の症状と影響：ダウンタイムの原因。高頻度の衝撃と回転トルクにより、機械部品は過度に摩耗し、固着したり、破損したりします。一般的な症状としては、ピストンの焼き付き、ドリルストリングの損傷、フロント／リアサブの摩耗などが挙げられ、その根本原因は以下のとおりです。
2.1 ピストンの焼き付きと摩耗
重い負荷がかかると、ピストンとシリンダー壁の間の摩擦が増大します。潤滑不足（例：空気圧ハンマーの定期的な潤滑不足、経年劣化した作動油の潤滑性低下）や岩石の侵入は、ピストンクリアランスを減少させ、ピストンの焼き付きを引き起こす可能性があります。また、長期間にわたる高頻度運転はピストン表面を摩耗させ、亀裂を生じさせる可能性があり、深刻な場合にはピストンが破損することもあります。
2.2 ドリルストリングの損傷
ドリルストリングはトルクを伝達し、ハンマーの重量を支える必要があります。ドリルストリングの材質強度が不十分であったり、ねじ山が緩んでいたり、孔のずれが生じたりすると、ストリングに余分な曲げモーメントがかかり、座屈、変形、ねじ山の破損につながる可能性があります。また、外壁の岩石切削片による摩耗も摩耗を加速させ、耐用年数を短縮します。
2.3 ジョイントとシールの損傷
フロントサブとリアサブは重要な接続部品であり、激しい振動とトルクによってねじ山が剥がれたり変形したりする可能性があります。シール（Oリング、シールリング）は研磨性の動力媒体と高温（ビットで発生した熱がハンマーに伝わる）にさらされるため、シールが老朽化して亀裂が生じ、動力媒体の漏れや切削片が内部アセンブリに入り込み、摩耗を加速させます。
掘削屑除去システムの異常 症状と影響：連続掘削の中断。硬岩の掘削屑は一般的に硬く粗いため、掘削屑除去システムの性能が低下すると、掘削孔の詰まりや掘削屑の排出不良などの問題が発生します。症状としては、掘削孔内の掘削屑の堆積、掘削ビットの埋没、掘削抵抗の急激な上昇、そして深刻な場合にはパイプの詰まりなどが挙げられます。主な原因：
3.1 不十分な挿し木輸送媒体
空気圧式ハンマーではフラッシング空気量が不足する可能性があり、油圧式ハンマーではフラッシング液の流量が不足する可能性があり、どちらの場合も坑底掘削片を適時に除去することができません。また、研磨性掘削片の輸送を長時間続けると、輸送経路（ビット中心孔、ピストン中心孔など）が摩耗または変形し、経路が狭くなり、排出効率がさらに低下する可能性があります。
3.2 掘削パラメータと切削片除去の不一致
掘削速度が速すぎると、発生する切削屑が除去システムの処理能力を超えてしまいます。回転速度やビットのスラスト設定が適切でないと、切削屑が粗すぎて流路を通過できず、堆積や閉塞を引き起こす可能性があります。
3.3 穴のずれと切削片の堆積
掘削中の孔偏向により、掘削孔壁に窪みが生じ、そこに掘削屑が堆積し、フラッシング媒体によって効果的に排出されなくなります。時間が経つにつれて、これらの堆積物は「掘削屑層」を形成し、ハンマーの前進とビットの動作を阻害します。
動力伝達障害 症状と影響：トルク伝達の断絶、またはビットへの打撃エネルギーの伝達不全により掘削が中断される。これらの障害は、ドリルストリング／ハンマー間、およびハンマー／ビット間の接合部でよく発生する。主な原因：
4.1 緩んだまたは損傷した接続
ドリルストリングとハンマーのリアサブの間のねじ山が緩んだり剥がれたり、あるいは位置決めピン/スプラインが磨耗したりすると、確実なトルク伝達が妨げられ、ドリルストリングとともにハンマーが回転しなくなります。
ハンマーのフロントサブ/ビット接続部品 (ロックナット、スナップリングなど) が摩耗または変形すると、ビットマウントが緩んで、岩に衝撃エネルギーが伝達されずに同期回転が失われる「ドライストライク」が発生し、ビット歯の摩耗が不均一になります。
4.2 ビットの損傷による伝送障害
硬岩掘削におけるビットカッター（タングステンカーバイドボタン、多結晶ダイヤモンドカッター）は、摩耗、欠け、または脱落しやすい傾向があります。損傷したビットは地層に効果的に食い込むことができず、衝撃エネルギーがカッターを介して岩盤に伝達されず、ハンマーの内部構造に逆戻りします。その結果、内部衝撃荷重が増加し、二次的な破損が発生します。
要約と主な影響要因 全体的に見て、硬岩掘削におけるDTHハンマーの一般的な故障は、作業条件の最も重要な特性、すなわち高負荷と過酷な環境に起因する。主な影響要因は3つのカテゴリーに分類できる。
機器の互換性が不十分: ハンマー モデル、ビット タイプ、またはコンポーネント材料が硬岩条件に適合していません。
不適切な操作とメンテナンス: 非現実的な掘削パラメータ設定、定期的な清掃と潤滑の不足、摩耗した部品の交換の遅れ。
補助システムの調整が不十分：電力媒体の供給が不安定、掘削屑の除去能力と掘削サイクルが一致しない。
これらの障害タイプの根本原因を特定することで、継続的かつ効率的な硬岩掘削を確保するためのトラブルシューティングと予防措置の基礎が得られます。
