詰まりのない硬岩掘削：3つのコアパラメータ調整の秘密
硬質地層（代表例：花崗岩、玄武岩）は硬度と靭性が高く、掘削パラメータの適合性に厳しい要件が課せられます。回転速度、ドリルスラスト（ビット圧）、切削片除去（フラッシング）パラメータを適切に調整することが、貫入率の向上と工具摩耗の低減の鍵となります。以下は、これら3つの主要パラメータにおけるパラメータ調整に関する詳細な実践ガイドです。
回転速度：効果的な破砕を確保するため、低速で運転してください。硬岩は硬度が高いため、ボタンカッター（ボタン型インサート）が岩石を破砕するには十分な接触時間が必要となるため、低速運転が必要です。岩石構造が緻密で天然の亀裂が少ないため、カッターは持続的な圧力で岩石に押し込む必要があります。回転速度が速すぎると接触時間が大幅に短くなり、効果的な破砕が起こる前にカッターが外れてしまいます。これは効率向上に繋がらないだけでなく、乾式研削を引き起こし、ビットの摩耗を加速させます。
実際には、硬岩掘削における回転速度は通常30～60rpmに制御されます。例えば花崗岩の場合、回転速度を100rpmに上げると、ボタンカッターは岩盤表面を滑走し、岩盤内部を貫通することなく浅い傷をつけるだけです。回転速度を約40rpmに落とすと、カッターは岩盤に接触したまま持続的な圧力をかけ、その硬度とくさび形状によって岩盤をくさびで挟み込み、分割することができます。これにより、破砕効率が30%以上向上し、ビットの摩耗が大幅に減少します。
ドリル圧力（ビットスラスト）：岩石の抵抗を克服するために高圧をかける。硬岩の高い圧縮強度（多くの場合100MPa以上）には、地層抵抗を克服し、カッターを貫通させるのに十分なドリル圧力が必要となる。圧力が不十分だと、カッターは地表で滑り（スリップ）、埋入することができない。適切な高圧をかけることで、カッターは地表の応力を克服し、内部の亀裂や結晶粒界に入り込み、圧縮とせん断の複合作用によって岩石を破砕することができる。
硬岩採掘における一般的な掘削圧力は3～5MPaに設定されています。硬岩採掘の例では、このことは明白です。掘削圧力がわずか2MPaでは、カッターは有効な破砕点を形成するのに苦労し、貫入速度は0.5m/h未満になる可能性があります。圧力を4MPaに上げると、カッターの深い位置での掘削が可能になり、周期的な圧力サイクルによって破砕点が広がり、貫入速度は約1.2～1.5m/hに向上します。また、破砕された岩石は、後の処理においてブロックの完全性をより良好に保つ傾向があります。
切削屑除去（フラッシング）：十分なフラッシングを確保し、切羽を清潔に保ちます。硬岩掘削で生じた切削屑は微細ですが、掘削速度が遅いため、孔底に堆積し、再破砕を繰り返す悪循環を引き起こします。堆積した切削屑は、カッターと健全な岩盤との新たな接触を阻害し、摩耗を増大させ、エネルギーを無駄にします。したがって、切削屑除去調整の中心的な目標は、十分なフラッシング流量を確保し、底部の切削屑を速やかに除去することです。
硬岩掘削の場合、フラッシング液の流量は約40～80 L/分に維持する必要があります。例えば、地下の硬岩トンネル掘削プロジェクトでは、初期のフラッシング液流量が30 L/分だったため、掘削土が5～8 cm底に堆積し、ビットは2時間ごとに交換する必要があり、1日の掘削進度は8 m未満でした。流量を60 L/分に増加させた後、残留掘削土は1 cm未満に減少し、ビット寿命は8時間を超え、1日の掘削進度は15～18 mに増加しました。また、摩耗の減少によりビット調達コストが約40%削減されました。
パラメータ調整：三者間の相互作用のロジック 硬岩掘削におけるパラメータ調整は、単一要因の最適化ではなく、3つのパラメータの協調的なマッチングです。主な調整ポイント：
速度とドリル圧力: ドリル圧力を上げるときは、高速/高圧の条件下で瞬間的な過負荷とビットの損傷を回避するために、回転速度を低く保ちます。
フラッシングとドリル圧力: フラッシングの流量を増やすときは、フラッシングの影響で穴壁が不安定にならないように、それに応じてドリル圧力を調整します。
回転速度、ドリル圧力、フラッシング/切削片除去を互換性のあるセットに一致させることによってのみ、ハードロック掘削で低消費で高効率を実現できます。
