インパクトドリルロッドの紹介
インパクト ロック ドリル用のドリル ロッドを選択する際、鉱山技術者はロッドの直径、断面形状、ドリル鋼の種類、熱処理プロセスなど、考慮すべき多くの要素に直面します。選択は、技術的な条件だけでなく、地域の好みや市場の可用性によっても左右されます。
現在生産されているドリルロッドには、基本的に 2 つのタイプがあります。1 つは鍛造ドリル テール付きで、もう 1 つは両端にねじ山があるタイプです。1 つ目は、一体型、テーパー型、またはねじ山付きのドリル ヘッドに適しています。2 つ目は、レール型削岩機用の単一のドリル ロッドや、ねじ山付きロッド スリーブに接続されたロッド アセンブリ ドリル ロッドなどのドリル テールの場合に使用されます。
ドリル鋼の種類
中空ドリル鋼は、円形の中心に金属芯を持つ鋼片から、円形または六角形の断面とさまざまな長さに熱間圧延されます。鋼の化学組成は、必要なドリルロッドの種類と使用する熱処理方法に適合するように適切に選択され、正確に制御される必要があります。必要なサイズに圧延した後、直径を小さくするために引き伸ばされ、金属芯が取り除かれます。
1%の炭素と1%のクロム、および少量のマンガンとモリブデンを含む高炭素鋼は、疲労耐性が強く、局所的な熱処理と溶接が可能です。これらは、一体型ドリルロッドを含むドリルテール付きドリルロッドの製造に使用されます。
高周波焼入れプロセスでは、ワークピースを 900°C まで急速に加熱し、その後水中で急速に冷却します。これにより金属構造が変化し、表面に圧縮応力が発生します。高周波法は、コーン、ドリルテール、スレッドを局所的に熱処理するために使用でき、ドリルロッドを柔軟にし、大きな曲げや粗い操作に耐えられるようにします。サンドブラストは、表面の欠陥を除去して寿命を延ばす冷間加工硬化プロセスです。
0.2〜0.27％の炭素、2〜3％のクロムまたはニッケル、マンガンまたはモリブデンを含む低炭素鋼と中炭素鋼は、延長ロッド、延長ロッドテール、延長ロッドスリーブ、ドリルビット本体の製造に使用されます。これらは通常、完全に浸炭処理されています。浸炭処理では、200〜300本のドリルロッドの束をケージに吊り下げ、ピット炉で925°Cの炭素を多く含む雰囲気で約6時間処理します。浸炭により、外層の基本的な化学組成と特性が変化し、体積が増加して圧縮応力が発生します。このプロセスは、内部のフラッシングホールを含む表面全体で発生し、ドリルロッドの耐久性、疲労強度、硬度、剛性、耐摩耗性、耐腐食性が向上します。湿式掘削では、当然のことながら、フラッシングホールを保護するために耐摩耗性と耐腐食性を向上させることが重要です。地下井戸の湿式掘削に用いられるコネクティングロッド部品の約95％は、コネクティングロッドスリーブやドリルビットのねじ山を含めて全体が浸炭されていると報告されている。このような鋼が部分的に浸炭されると、局所的な焼鈍を行うことが困難になる。"アニーリング"ゾーンが形成されます。
炭化鋼に超硬合金板を溶接して一体型ドリルを作るのは技術的に難しいプロセスですが、いくつかのメーカーは成功しています。彼らが製造する頑丈な一体型ドリルロッドは、機械化された岩盤掘削用の高出力岩盤ドリルに使用されています。その耐用年数は、高炭素鋼の3倍、たとえば300メートルに対して900メートルであると報告されています。
もう一つの低炭素合金鋼は、特に機械加工性に優れています。ニッケルとクロムを含みます。通常、この鋼も全体が浸炭されます。中炭素 (0.42%) 炭素クロムニッケル鋼は、一部の工場で、長くて頑丈な一体型ドリルロッドの製造に使用されています。
錆を防ぐために、外面とフラッシング ホールにリン酸処理を施すことができます。保管中に保護ワックス コーティングを施すこともできます。腐食と錆により、早期疲労亀裂が発生する可能性があります。
湿式削岩機で研磨性の硬い岩を掘削する場合、一般に完全に浸炭されたドリルロッドが好まれます。ただし、節理のある露天掘りの段差や岩石が砕けた岩石を掘削する場合、ドリルロッドがひどく曲がる危険があり、浸炭されたドリルロッドが破損する可能性があります。高周波焼入れドリルロッドは、このような状況にうまく適応できます。高周波焼入れドリルロッドは靭性が高いため、偶発的または意図的な衝撃による衝撃で損傷を受けにくく、推進力が不十分なためにねじ山が緩んで局所的な加熱や損傷が発生することもありません。圧縮空気のパージも、局所的な加熱や表面の浸食を引き起こす可能性があります。高周波焼入れドリルロッドはこの現象を起こしにくいですが、ねじ山の摩耗を起こしやすいです。
掘削孔が浅い場合、例えば 6 メートル未満の場合、または掘削孔が深くなるにつれて、異なる長さのドリルロッドのセットが使用されるか、掘削孔の深さと同じ長さの単一のドリルが使用されます。これは現在広く使用されています。このタイプの掘削ロッドは、ドリルテールとともに鍛造されます。ドリルヘッドは、掘削ロッドと一体になっているか、円錐またはねじで接続された可動式のドリルヘッドです。ドリルテール付きの掘削ロッドは、対辺寸法が 19 んん、22 んん、または 25 んん の六角ドリル鋼で作られており、手持ち式削岩機、エアレッグ削岩機、および作業面またはロックボルトに穴をあける機械化掘削車両に使用されます。前述のように、このタイプの掘削ロッドは一般に高炭素クロム含有合金鋼で作られています。この合金鋼は、破損や永久変形を起こすことなく曲げに耐えることができます。
ドリル テールの端部 (ドリル ロッドが完全に浸炭されていない場合) は、ピストンと回転トルクによって引き起こされる衝撃応力に耐えるために、個別に焼入れされます。ドリル ヘッドがコーンによって接続されている場合は、個別に熱処理することもできます。ドリル ロッドの全体的な構造により、炭化タングステンの総摩耗寿命がドリル ロッドの疲労寿命と等しくなるはずです。ただし、このアプローチは研磨性の高い岩石では非現実的であり、ライブ ドリル ヘッドを使用する方が適切です。
高圧水を使用して岩石切削物を洗い流す機械式岩石掘削の場合、空気圧式岩石ドリルの場合、この状況が潤滑に影響を与え、氷を引き起こす可能性があるため、洗浄水が岩石ドリルに入らないようにするために、ドリルロッドにドリルテールシールを取り付ける必要があります。
少なくとも 1 つのメーカーは、スロット ドリル ヘッドの代わりにボール トゥース ドリル ヘッドを備えたオーバーオール ドリル ロッドを提供しています。クロス ドリル ヘッドを備えたオーバーオール ドリル ロッドは、砕けた岩や割れた岩に適しています。これは、このような岩を掘削するときにドリル ビットが挟まれるリスクがあるためです。ただし、スロット ドリル ヘッドには、研磨しやすいという優れた利点があります。
コネクタドリルテール
コネクティングロッドを使用して深い穴を掘削する場合、コネクティングロッドのドリルテールを削岩機のドリルテールスリーブに挿入し、コネクティングロッドスリーブをドリルロッドグループの最初のドリルロッドに接続します。削岩機メーカーが製造する削岩機にはさまざまな構造のドリルスリーブがあるため、コネクティングロッドのドリルテールには多くの種類があります。最も単純なのは六角形の肩付きシャンクですが、ボスやスプラインなど、複雑さはさまざまです。
シャンクは、衝撃エネルギー、回転トルク、および推力をドリルロッドに伝達する必要があり、シャンクの背面、ねじ、スプライン、またはシャンクは高い耐摩耗性を備えている必要があります。ピストンによって生成された衝撃波は、鋼鉄内の音速（約5000 m / s）および60回/秒の周波数で伝播します。ねじ接続部では小さな変位が発生し、耐摩耗鋼によって発生する摩耗を最小限に抑える必要があります。耐摩耗鋼は、脆くなっても疲労強度を失わないという特性があります。最も適した鋼は、低炭素クロム鋼またはニッケルクロム鋼であり、一般的な熱処理は完全浸炭です。
浅い穴を掘削する場合、特に硬岩に大口径の発破孔を掘削する場合や高出力の削岩機を使用する場合は、シャンク付きシングルシャンクを使用するよりも、シャンクの後にレール式削岩機用のシャンクドリルとライブドリルビットを接続する方がよいでしょう。この方法により、必要に応じてアダプタ、アダプタスリーブ、ドリルロッド、ドリルヘッドを交換できます。ただし、アダプタスリーブはオープンドリルホルダーを通過するため、アダプタの長さに相当する延長長さが失われるという欠点があります。
ステップダウンブラストホールを掘削する場合、アダプタを追加する前に、ドリルロッドの最初のセクションをアダプタから取り外す必要があります。アダプタスリーブを使用すると、脱落する可能性があるため、雌ネジ付きのアダプタを使用することをお勧めします。すべての雌ネジを使用しない限り、アダプタスリーブはドリルロッドの下端に接続されます。アダプタスリーブを使用する場合と比較して、ドリルアダプタと最初のドリルロッドの間により強固な接続が形成されます。ブラストホールのたわみによりドリルアダプタに大きな曲げ応力が発生すると、強固な接続が損傷する可能性が高くなります。
そこには"細い"ドリルアダプタの尾部とねじ部の間に遷移セクションがあり、これによりドリルアダプタが弾力性を持ち、曲げ応力に耐えられるようになると言われています。
フラッシング媒体 (水または圧縮空気) は、削岩機のウォーターニードルまたは独立した回転装置を介して発破孔に入ります。高圧水 (8 バー 以上) でフラッシングする場合は、独立した回転装置を使用する必要があります。最新の油圧式削岩機には、ドリル テール スリーブの端に一体型のパージ システムが備わっています。
連接棒
深穴掘削ロッドは、2～3％のクロムまたはニッケルを含むクロムモリブデン鋼で作られており、六角形または円形にすることができます。大断面ドリルロッドのロッド本体とねじ部分の直径は同じですが、軽量ドリルロッドのねじ端の直径は大きくなります。軽量ドリルロッドは剛性が低下するため、発破孔がたわむリスクがありますが、上向きに掘削する場合は軽量ドリルロッドを使用する方が便利です。軽量ドリルロッドは複雑な鍛造プロセスを必要とし、より高い疲労強度を得るための基本的な方法は浸炭です。
直径32mm以上の丸棒ドリルは、大型掘削車両での深穴掘削に使用されます。深穴用の大型ドリルロッドの接続と取り外しを行う際には、効果的な補助装置を使用して、ドリルロッドの接続と取り外しを機械化します。
スレッド
岩石ドリルロッドのねじには、次の 4 つの基本的な構造があります。"R"またはウェーブスレッド、"T"または台形ねじ、"Ｃ"または二重ねじ、および"ハイリード"または逆鋸歯状ねじ（図1）。"T"ねじはサンドビック社によって開発され、サンドビック社からのライセンスに基づいて他のメーカーが製造することもできますが、ほとんどの場合、他の記号でマークされています。ねじ全体は高精度の許容差で製造され、表面仕上げが優れている必要があります。
画像
の"R"ねじはロッドの軸から測定された20°の一定のねじ角度と0.5インチの一定のピッチを持っています。直径22mmから28mmの小型ロッドに使用されます。高出力の削岩機の場合、締めすぎてしまう可能性があります。"R"ねじの締め付け具合は、衝撃エネルギー、回転トルク、岩石や推力によって発生する抵抗に応じて異なります。
と比較すると"R"スレッド、"T"ねじ山角度が大きく、直径が大きくなるにつれてピッチも大きくなります。バランスのとれた締め付け感を特徴とし、直径38mm、45mmのドリルロッドに使用されます。"Ｃ"ねじは、直径51mmまたは57mmのドリルロッドなどの大型機器に適しています。ダブルスタートねじで、ねじ山の角度は"T"糸。"ハイリード"ねじ歯形は鋸歯状であり、その接続および分解性能は"R"そして"T*"ねじ。直径25mmから57mmのドリルロッドに使用され、ねじ山の角度は"R"そして"T"スレッド。
岩盤掘削が容易な場合は、コネクティングロッドのねじ山部分を2倍の長さにすることができます。これにより、ねじ山の最初の部分が摩耗したときに切断できますが、切断時にはドリルロッドの局所的な加熱と焼き入れを避けるために特別な注意を払う必要があります。ねじ山が摩耗した後、ドリルロッドが疲労寿命に達している場合があります。シングルスタートまたはダブルスタートのねじ山の選択は、岩盤ドリルの検査試験と岩盤の状態によって決定されますが、推力は重要なパラメータです。
インガソール・ランド社（インガソル-ランド）は、ドリルロッドの全長にわたってねじ山が切られた特殊なねじ山を製造しており、ねじ山の一端が摩耗した場合は切断して面取りし、再利用することができます。端部のみにねじ山が切られたドリルロッドに比べて寿命が5倍に延びると報告されています。ねじ山は転造加工されているためせん断強度が高く、表面が硬化しているため強靭で耐摩耗性に優れています。最小限のトルクで緩めることができるように、かなり急なねじれ角を採用しています。仕様は32mm、38mm、44mmです。
ドリルロッドの改良
05
新世代のインパクト式削岩機、特に油圧駆動式削岩機は、回転式削岩機やダウンザホール式削岩機との競争において、露天掘りの削岩の多くの面で勝利することができます。これらの進歩は、ドリルロッドとドリルビットの改良と同時に起こりました。掘削速度が上がるにつれて、ドリルロッドはより大きな靭性を持つ必要があり、通常はより重くなります。明らかに、重いドリルロッドの取り扱い装置と自動制御は非常に重要であり、必要な補助装置です。
ドリルロッドの寿命は主に応力波の振幅の影響を受けるため、振幅が小さく均一に分布した長い応力波が最も好ましいです。油圧衝撃式削岩機はこの種の波を生成します。空気圧式削岩機の短くて太いピストンと比較すると、ピストン径は小さくて長いです。油圧式削岩機を使用すると、ドリルロッドの消費コストを15％節約できると推定されています。もう1つの有利な要素は、削岩速度とドリルロッドのコストのマッチングに応じて、削岩機のパワーを比較的簡単に調整できることです。さらに、自動アイオープニングとアンチジャミングデバイスを使用すると、ドリルのジャミングの発生を防ぐか、少なくとも最小限に抑えることもできます。
岩盤掘削コストのうち、基本投資が25〜30％、スペアパーツとメンテナンスが22〜33％、賃金が12〜25％、エネルギー消費が2〜6％、ドリルロッドとドリルビットが20〜22％を占めると推定されています。 上記の費用のうち、鉱山間の差は非常に大きいです。 ただし、鉱石の掘削総コストが2ドル/トンの場合、ドリルロッドとドリルビットのコストは0.4ドル/トンです。 掘削中にドリルが頻繁に破損すると、コストが増加し、時間が遅れます。 大規模な鉱山では、ドリルビットとドリルロッドの消費を少しでも節約すると、かなりのメリットがあります。 コストを最小限に抑えるためには、ドリルロッドメーカーと話し合い、生産および使用条件に応じてドリルロッドを慎重に選択することが非常に重要です。
ドリルロッドのメンテナンス
06
掘削機は、ドリルテールスリーブが損傷していないこと、ドリルヘッドが鋭利であることを確認します。
コネクティングロッドを回転させ、ドリルロッドグループ内のドリルロッドを順番に使用して、ドリルロッドグループ内のねじ山が均等に摩耗するようにします。ドリルロッドのねじ山の対応する寿命に応じてコネクティングロッドスリーブを使用します。新しいドリルロッドには新しいコネクティングロッドスリーブを使用します。
乾式掘削を行う場合は、ねじ山を清掃して専用グリースで潤滑し、まっすぐなドリルロッドのみを使用してください。寒冷な気候条件で作業を開始する前にドリルロッドを加熱すると、寿命が延びます。
掘削は慎重に行い、掘削時には削岩機の1/4～1/2の力で行ってください。ドリルロッドが揃っていない場合は、再度掘削する必要があります。
最適な推力を使用してください。推力が大きすぎるとロッドが曲がって寿命が短くなるだけでなく、ドリルヘッドのパージ穴が塞がれてドリルヘッドのカーバイドプレートが摩耗または損傷する原因にもなります。推力が不十分だと接続部が加熱され、接続部が損傷したり、ドリルヘッドのカーバイドプレートが過度に摩耗したり緩んだりする原因になります。
ロッドスリーブ"スナップ"ドリルホルダーに接触するとロッドスリーブが損傷します。
フラッシングを確実に行うということは、岩石の破片を素早く除去するのに十分なフラッシング水が常にあることを意味します。
ドリルを引き抜くときは、ドリルが引っかからないように、推力速度の 1/4 で引き抜くように注意してください。
ドリルロッドを取り外すには、良質のレンチを使用してください。ハンマーで叩いたり、パイプクランプを使用したりすると、硬化した表面が損傷します。落とし穴があると、疲労破壊を引き起こす可能性があります。ロッドスリーブとドリルロッドのねじの摩耗を測定するには、専用のゲージを使用します。摩耗が指定された限度を超えた場合は、廃棄する必要があります。
保管 使用後に保管する場合は、錆止め剤を塗布し、水やほこりの近くに積まないでください。地下鉱山では腐食が大きな問題となります。
