硬岩条件におけるDTHハンマーの故障 - 4つの主要な断層タイプの原因
硬岩掘削に使用されるダウンザホール（DTH）ハンマーは、地層の硬度が高く、掘削荷重が大きく、過酷な作業環境のため、様々な故障が発生しやすい傾向があります。これらの故障は、貫入速度、孔品質、そして機器寿命に直接影響を及ぼします。硬岩掘削の典型的な条件に基づくと、一般的な故障は、打撃性能の低下、機械的摩耗／固着、切削片除去システムの問題、そして動力伝達の不具合の4つのカテゴリーに分類されます。以下では、各カテゴリーの症状と根本原因について説明します。
衝撃性能の低下 これは最も一般的な欠陥の一つであり、岩石破砕効率の急激な低下として現れます。衝撃力の低下、衝撃頻度の低下、そしてビットが硬い岩石を効果的に破砕できなくなり、貫入速度が著しく低下したり、停止したりします。主な原因は以下のとおりです。
1.1 電力・媒体供給問題
空気圧ハンマーの場合、コンプレッサー圧力が不十分 (硬岩に通常必要な 0.6 ～ 1.2 MPa の範囲未満) であったり、空気の流れが不安定であったり、供給ラインに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、ポンプ圧力が低い、または汚染されたオイルによって油圧回路が詰まると、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 内部フローまたはバルブの故障
バルブ型ハンマーでは、バルブプレートの摩耗、変形、固着が発生することが多く、タイムリーなバルブ切り替えが妨げられ、ピストンの高頻度往復運動が妨げられます。
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ます。切削片の蓄積により、流れの反転が遅れ、衝撃サイクルが乱され、衝撃エネルギーが大幅に減少します。
1.3 ピストンとビットのインターフェースの問題
高周波の衝撃によりピストン面とビットテールが摩耗し、接触クリアランスが増加してエネルギー伝達の損失が発生します。
ビットの偏心や位置決めピンの緩みにより、中心からずれた打撃が発生し、衝撃効率が低下し、局所的な摩耗が加速されます。
機械的摩耗、固着、構造的欠陥。これらはダウンタイムの主な原因です。繰り返しの衝撃や回転トルクにより、機械部品は過度に摩耗したり、固着したり、破損したりする可能性があります。典型的な症状と原因には以下が含まれます。
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間の摩擦が増加します。潤滑不足（例：空気圧ハンマーの潤滑間隔の不足、油圧オイルの劣化）や岩石の侵入は、ピストンクリアランスを減少させ、ピストンの焼付きを引き起こします。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裂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、ハンマーを支えます。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、ストリングに過大な曲げモーメントが生じ、座屈、変形、ねじ山破損を引き起こす可能性があります。また、外壁の岩石切削片による摩耗は、摩耗をさらに加速させ、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、激しい振動や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）は研磨媒体や高温にさらされると劣化や亀裂が生じ、動力媒体の漏れや内部アセンブリへの切削片の侵入を引き起こし、摩耗を加速させます。
掘削屑除去システムの異常：硬岩掘削で発生する硬くて粗い掘削屑は、確実な除去が必要です。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、排出不良、掘削抵抗の増加といった問題が発生し、場合によってはパイプの詰まりにつながることもあります。主な原因は以下のとおりです。
3.1 フラッシング媒体または流量が不十分
フラッシングエアが不足している空圧式ハンマー、またはフラッシング液の流量が不十分な油圧式ハンマーでは、孔底の切削片を速やかに除去できません。また、研磨材の流入が長引くと、搬送路（ビットセンターホールやピストンセンターボアなど）が摩耗・変形し、流路が狭くなり、排出効率が低下します。
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、掘削システムが処理できる量を超える切削屑が発生する可能性があります。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
掘削孔の偏向により、切粉が堆積する低い箇所が生じ、フラッシング媒体によって効果的に排出されません。時間が経つにつれて、これらの堆積物は切粉層を形成し、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：これらの障害は、トルク伝達が失われた場合、または衝撃エネルギーがビットに伝わらなかった場合に掘削作業を中断させます。これらの障害は、ドリルストリングとハンマー、またはハンマーとビットの接合部でよく発生します。原因には以下が含まれます。
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後部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や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、ハンマーがストリングとともに回転しなくなります。
摩耗または変形したフロントサブ/ビット接続部品（ロックナット、スナップリングなど）によりビットが緩み、エネルギーが岩に届かず同期回転が失われるドライストライクが発生し、カッターが不均一に摩耗する可能性があります。
4.2 ビットの損傷による伝送障害
カッターの摩耗、欠け、または損失（タングステンカーバイドボタン、PDC/ダイヤモンドカッター）は、地層への効果的な掘削を阻害します。その結果、衝撃エネルギーはカッターを介して岩盤に伝達されず、ハンマー内部に反射し、内部衝撃荷重を増大させ、二次的な破損を引き起こします。
まとめと主な影響要因 まとめると、硬岩掘削におけるDTHハンマーの一般的な故障は、作業の特性である高負荷と過酷な環境に起因する。主な影響要因は3つのグループに分類される。
機器の適合性が不十分: ハンマー モデル、ビット タイプ、またはコンポーネントの材質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: 不適切な掘削パラメータ、定期的な清掃や潤滑の不足、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で、掘削屑の除去能力と掘削サイクルが一致しない。
これらの根本原因を理解することで、ハードロック掘削を継続的かつ効率的に行うための、的を絞った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。
