削岩機用鋼材の種類：一体型、着脱式、延長式
岩盤掘削の性能は、掘削装置や削岩機本体だけでなく、様々な要素に左右されます。ドリル鋼材、ビット、シャンク接続部、カップリングシステムなどが、衝撃エネルギーと回転トルクが岩盤にどれだけ効率的に伝わるかを決定します。適切な岩盤掘削ツールを選択することで、掘削速度、孔の直進性、メンテナンス作業量、ツールの消耗、そして運用コストに影響が出ます。
従来型トップハンマー式削岩機で使用される岩盤掘削工具は、一般的に一体型ドリル鋼、着脱式ドリル鋼、延長型ドリル工具の3種類に分類されます。それぞれの設計には、構造、動作範囲、経済的な利点が異なります。これらの違いを理解することで、請負業者、鉱山会社、採石場経営者は、岩盤の状態や掘削深度に合わせて最適な工具システムを選択することができます。
岩盤掘削用鋼材がエネルギーを伝達する方法
従来型のトップハンマー式削岩機は、ドリル鋼を通して衝撃エネルギーと回転の両方を伝達します。ピストンがシャンク端を叩くと、鋼材に沿ってドリルビットまで伝わる応力波が発生します。同時に、機械は回転と送り力を加えることで、ビットが岩盤の新たな領域に繰り返し衝突するようにします。
これはダウンザホール掘削とは異なります。DTHシステムでは、ハンマーは穴の底近く、DTHビットのすぐ後ろで作動します。ドリルパイプは主に回転、送り力、および洗浄用空気を伝達する役割を担い、トップハンマーからの繰り返し衝撃エネルギーは伝達しません。そのため、トップハンマー掘削で使用される工具は一般的にドリル鋼と呼ばれ、DTH工具は通常、ドリルパイプ、ハンマー、およびビットと呼ばれます。
トップハンマー式ドリルの場合、ドリル鋼の主な目的は、十分な強度、疲労抵抗、耐摩耗性を維持しながら、衝撃エネルギーとトルクを最小限の損失で伝達することです。
浅穴加工用一体型ドリル鋼
一体型ドリル鋼は、一体成形された部品です。片方の端は削岩機に適合するシャンクに鍛造され、反対側の端は超硬インサートまたはボタンが取り付けられたビット部分に鍛造されます。一般的な材料としては、中空六角ドリル鋼があり、対辺寸法は19mm、22mm、25mmなどです。
ドリルビットと鋼材が一体化されているため、一体型ドリル鋼材ではロッドとビットの間に別途の接続部がありません。これにより、いくつかの利点が得られます。
取り外し可能なビットが穴の中に紛失する心配はありません。
ビットとロッドの接合部がないため、衝撃エネルギーの伝達が良好です。
そのサイズにしては、衝撃やねじれに対する耐性が高い。
浅い爆破孔からの容易な引き抜き。
小径・短穴加工のための簡単な操作。
一体型ドリル鋼は、軟岩から中岩までの岩盤、小径孔、採石作業、建設、軽鉱業などの用途で広く使用されています。特に、掘削深度が限られており、最大限の再利用性よりも迅速な工具交換が重要な場合に実用的です。
ビットの形状は岩盤の種類に応じて選択する必要があります。チゼル型一体型ビットは研ぎ直しが容易で、適切な条件下では経済性に優れています。クロス型または多刃型ビットは、軟らかい岩盤、亀裂の多い岩盤、または節理の多い岩盤において、ビットが孔内で詰まるリスクを低減するため、安定性を向上させることができます。また、3枚刃設計は、切削屑の排出を助け、超硬合金の摩耗を軽減する、十分なフラッシング溝を提供する場合もあります。
ボタンビット一体型鋼材は、一般的に摩耗性の低い、容易に貫通できる岩石に適しています。その利点は再研磨の必要性が少ないことですが、工具の経済性を維持するためには、超硬合金と鋼材本体が適切な耐用年数に達する必要があります。
一体型ドリル鋼の主な欠点は、ビット先端が深刻な損傷を受けた場合、工具全体を廃棄しなければならない可能性があることです。また、作業者は長さの異なる複数のドリル鋼を在庫として保管する必要があり、輸送、保管、研磨の手間が増加する可能性があります。
柔軟な工具交換のための着脱式ドリル鋼
着脱式ドリル鋼は、取り外し可能なドリルビットが別のドリルロッドに接続されている構造になっています。接続部は、工具の設計や用途に応じて、テーパージョイントまたはねじ込みジョイントが用いられます。ビットを取り外すと、ドリルロッドが残ります。このドリルロッドは、単にドリル鋼またはドリルロッドと呼ばれることもあります。
着脱式システムの最大の利点は、メンテナンスの柔軟性です。ビットが摩耗した場合、ロッドを廃棄することなくビットだけを交換できます。ロッドが接続部付近で破損した場合でも、アセンブリ全体を交換する代わりに、テーパーやねじ山を加工することで修理できる場合があります。
着脱式システムは、より深い穴あけにも対応できます。1本のビットで深い穴をあけることができ、穴が進むにつれて長さの異なるロッドを交換していきます。これにより、穴の品質を維持しながら、作業現場まで運ぶ工具の数を最小限に抑えることが可能になります。
その他の利点としては、以下のようなものがあります。
研磨やビットメンテナンス時の搬送量を削減。
ロッドの材質とビットの材質を別々に選択する。
ロッド本体の耐用年数が延びる可能性が高まる。
ビットとロッドの保管を簡素化。
ビットだけが故障している場合は、廃棄物を削減できます。
しかし、接続部には必ず衝撃エネルギーの損失と新たな弱点が生じる可能性があります。テーパー接続、等径ねじ接続、アップセットねじ接続はそれぞれ異なるエネルギー損失特性を持つ場合があります。摩耗、製造品質の低さ、締め付け不足、ねじ山の損傷などにより、ビットが緩むことがあります。ビットの接続部が緩むと、摩耗が加速し、ビットが損傷し、掘削効率が低下する可能性があります。
このため、着脱式ドリル鋼は、接続部のメンテナンスを日常的な作業として扱う場合に最も効果を発揮します。作業者は、ねじ山やテーパー部を点検し、接続部を清潔に保ち、必要に応じて適切な潤滑剤を使用し、摩耗した部品は二次的な損傷を引き起こす前に交換する必要があります。
より深い穴を掘るための延長ドリルロッド
延長ドリルツールは、より長い穴を掘るために設計されています。シャンクアダプターまたはシャンクセクション、1本以上の延長ロッド、カップリング、およびドリルビットで構成されています。この構成は、一体型の鋼材では実用的でないベンチドリル、ドリフトドリル、その他の深穴加工用途で一般的に使用されます。
現代の延長ロッドは、ねじ接続方式を採用することが多い。一般的なねじ形状には、衝撃荷重、回転力、送り力を支えるように設計された波型や逆バットレス型などがある。延長ロッドは、六角形や円形など様々な形状があり、適切なサイズは、削岩機、必要な穴径、掘削深度、想定される運転条件によって決定される。
重要な摩耗箇所の一つはねじ山です。良好な掘削条件下では、延長ロッドの耐用年数は、ロッド本体の破損よりもねじ山の摩耗によって大きく左右される場合があります。経済的な耐用年数を向上させる一つの方法は、延長されたねじ山部分を使用することです。最初のねじ山部分が摩耗したら、それを取り外して2番目の部分を使用できます。
この方法は、特に大型の浸炭処理ドリルロッドに有効です。元の硬化表面層を除去した後、摩耗したねじ山を再加工する手間を省くことができます。長いねじ山部分を使用するカップリングには、ロッドを正しい位置に固定するための適切な内部ストッパーが必要です。
適切なドリルツールシステムの選び方
最適な岩盤掘削ツールとは、単に最も強度が高い、あるいは最も安価な部品であることではありません。掘削深度、岩盤の硬度、摩耗性、節理、孔径、ドリルモデル、そしてメンテナンス能力といった要素に最も適したシステムこそが、最適なツールなのです。
一体型ドリル鋼は、浅く小径の穴をあける場合や、掘削条件が単純な場合に実用的な選択肢となります。着脱式ドリル鋼は、ビット交換のコストを抑え、掘削条件が変化する際の柔軟性を高めます。延長式掘削システムは、複数のロッドと制御された接続が必要な深穴をあける場合に最適なソリューションです。
作業者は、計画された範囲のドリル鋼の長さとビット径を使用する必要があります。ドリル鋼セットでは、各工具の長さとビット径が異なる場合があります。適切な長さの差は岩石の硬度と送り長さによって決まり、ビット径は穴が深くなるにつれて段階的に小さくするのが一般的です。これにより、掘削効率を維持し、最終的な穴のサイズが想定される爆薬量やその他の穴の使用要件に適合するようにすることができます。
