การเจาะในเหมืองและการเจาะอุโมงค์: คู่มือการประยุกต์ใช้สว่านหินไฮดรอลิกอย่างครบถ้วน

การเจาะในเหมืองแร่และการเจาะอุโมงค์ใช้อุปกรณ์ที่มีลักษณะทางไฮดรอลิกคล้ายกัน แต่ต้องนำไปใช้งานในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง — และความแตกต่างของสภาพแวดล้อมเหล่านี้ส่งผลต่อทุกการตัดสินใจด้านการบำรุงรักษาและการเลือกอุปกรณ์อย่างลึกซึ้ง ในงานขุดเปิด (Surface Mining) แท่นเจาะทำงานกลางแจ้ง มีการเข้าถึงเพื่อการบริการได้โดยตรง สภาพพื้นดินค่อนข้างมั่นคง และรูปแบบการเจาะรูมีความซ้ำซากตามแนวชั้น (bench) ที่กำหนดไว้ ในขณะที่การเจาะอุโมงค์นั้น รถเจาะอุโมงค์ (jumbo) ทำงานในพื้นที่จำกัด ภายใต้อากาศที่อาจมีไอเสียและฝุ่นหินละเอียด บนหน้าตัดที่มีลักษณะธรณีวิทยาเปลี่ยนแปลงไปทุกรอบการเจาะ โดยไม่มีทางเลือกที่จะนำรถเจาะออกมาจากอุโมงค์เว้นแต่จะเกิดความล้มเหลวครั้งใหญ่

การเข้าใจว่าพารามิเตอร์ใดมีความสำคัญในแต่ละสภาพแวดล้อม — และลักษณะเฉพาะของเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์ (drifter) ใดถูกออกแบบมาเพื่อจัดการกับพารามิเตอร์เหล่านั้น — คือสิ่งที่ทำให้การเลือกอุปกรณ์จากใบข้อมูลจำเพาะ (specification sheet) แตกต่างจากการเลือกอุปกรณ์จากความรู้เชิงปฏิบัติการ (application knowledge)

การเจาะในงานขุดเปิด: อัตราการผลิตเป็นตัวแปรหลัก

การเจาะบนพื้นผิวแบบเบนช์สำหรับการทำเหมืองแบบเปิดและกิจกรรมทำเหมืองหิน มีการประเมินประสิทธิภาพตามตัวชี้วัดหลักเพียงหนึ่งเดียว คือ ระยะทางที่เจาะได้ (เมตร) ต่อชั่วโมงในการปฏิบัติงานตลอดรอบกะ ซึ่งรวมถึงการปรับตำแหน่งเครื่องเจาะ การเปลี่ยนแท่งเจาะ และการบำรุงรักษาอุปกรณ์เจาะทั้งหมด ส่วนตัวชี้วัดอื่นๆ เช่น การบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิง ช่วงเวลาการบำรุงรักษา และประสิทธิภาพของชุดอุปกรณ์เจาะ จะถูกประเมินเทียบกับผลลัพธ์หลักนี้

เครื่องเจาะแบบลองโฮลสำหรับการผลิตรุ่น Sandvik DL422i รายงานผลการเจาะได้มากขึ้นสูงสุด 10% ต่อกะ ภายใต้โหมดการเจาะอัตโนมัติสำหรับการผลิต โดยเกิดจากระบบตัวรองรับ (stabilizer system) ของ drifter รุ่น HF1560ST ที่ช่วยกำจัดปรากฏการณ์ 'bit bounce' (การกระดอนของหัวเจาะ) และวงจรควบคุมพารามิเตอร์อัตโนมัติที่ปรับแรงกระทบ (percussion pressure) แบบเรียลไทม์ตามความแข็งของชั้นหินที่เปลี่ยนแปลงไปตามแต่ละส่วนของเบนช์ สำหรับงานเจาะบนพื้นผิวแบบเบนช์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 140–178 มม. รูปแบบคลื่นแรงกระทบที่ใช้ลูกสูบยาว (long-piston percussion pulse form) ของ RD1840C สร้างคลื่นความเค้นที่สอดคล้องกับความยาวของแท่งเจาะและขนาดของหัวเจาะได้ดีกว่าคลื่นแรงกระทบที่มีความถี่สูงกว่าแต่สั้นกว่า ซึ่งมักพบใน drifter สำหรับงานใต้ดิน

การเลือกระบบเกลียวสำหรับงานเจาะพื้นผิวขึ้นอยู่กับความแข็งของชั้นหิน: ใช้ R25/T38 สำหรับงานเบาในชั้นหินอ่อนนุ่ม, T45 สำหรับหินปูนและหินทรายที่มีความแข็งปานกลาง, และ T51/GT60 สำหรับการผลิตหินแกรนิตและหินบะซอลต์ที่มีความแข็งสูง กรณีที่เลือกระบบเกลียวไม่เหมาะสม—เช่น ใช้แท่งเกลียวแบบเบา T38 ในการเจาะหินแกรนิตที่มีความแข็งสูง—จะทำให้เกิดการสึกหรอของเกลียวอย่างรวดเร็ว ซึ่งมากกว่าประโยชน์ที่ได้จากการใช้ชุดแท่งที่มีน้ำหนักเบากว่า

การเจาะในเหมืองใต้ดิน: เวลาต่อรอบการทำงานและข้อจำกัดด้านพื้นที่

ในการพัฒนาเหมืองใต้ดิน—เช่น การขุดแนวหลัก (headings), แนวตัดขวาง (crosscuts) และแนวขึ้น (raises)—รอบการเจาะเป็นเพียงส่วนหนึ่งของลำดับขั้นตอนทั้งหมด ซึ่งยังรวมถึงการบรรจุวัตถุระเบิด การระเบิด การระบายอากาศ การขนเศษหินออก (mucking) และการตรวจสอบ/กำจัดเศษหินที่อาจหลุดร่วง (scaling) ความเร็วของเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์ (drifter) จึงถูกจำกัดโดยรอบการทำงานทั้งหมดนี้ ไม่ได้ถูกปรับแต่งให้เร็วที่สุดโดยอิสระ สิ่งที่สำคัญคือความน่าเชื่อถือของเครื่องตลอดรอบกะทำงานทั้งหมด และความสามารถในการปรับตำแหน่งเครื่องใหม่อย่างรวดเร็วระหว่างรูเจาะแต่ละรู โดยไม่ทำให้โมดูลการตี (percussion module) เสียหาย

COP MD20 ของบริษัท Epiroc ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับรูปแบบการปฏิบัติงานนี้: ความต้านทานต่อการเคาะแบบไม่มีแรงต้าน (free-hammering) ที่ดีขึ้นระหว่างการปรับตำแหน่งใหม่—ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อระบบเคาะกำลังทำงานแต่หัวเจาะยังไม่สัมผัสกับหิน—ช่วยลดความล้มเหลวจากการเครียดของตัวเรือน ซึ่งเป็นปัญหาที่รุ่นก่อนหน้าประสบอยู่บ่อยครั้งในระหว่างลำดับการเริ่มต้นและหยุดการทำงานซ้ำๆ เพื่อปรับตำแหน่ง รถเจาะแบบจัมโบ้ (jumbo) สำหรับการพัฒนาแนวระดับใต้ดินโดยทั่วไปจะใช้งานระบบเคาะจริงประมาณ 6–8 ชั่วโมงต่อกะ ส่วนเวลาที่เหลือจะใช้ในการปรับตำแหน่งใหม่ การเติมดิน (charging) และการบำรุงรักษา ดริฟเตอร์ (drifter) ที่สามารถจัดการระยะการปรับตำแหน่งใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จะยังคงรักษาอายุการใช้งานของระบบเคาะไว้ได้แม้ในกรณีที่ใช้งานกะอย่างหนัก

การเจาะสำหรับการก่อสร้างอุโมงค์: ความแม่นยำของรูปทรงเรขาคณิตและการออกแบบการระเบิด

การก่อสร้างอุโมงค์สำหรับถนน ทางรถไฟ และโครงสร้างพื้นฐานใต้ดินมีข้อจำกัดประการหนึ่งที่ไม่ได้รับความสำคัญเท่ากับการทำเหมืองแบบเปิดผิวดินหรือการสกัดแร่ใต้ดิน นั่นคือ ความแม่นยำของรูปแบบการเจาะรู (hole pattern) จะกำหนดรูปทรงของการระเบิด (blast geometry) ซึ่งจะส่งผลต่อรูปร่างของอุโมงค์ (tunnel profile) และส่งผลต่อปริมาตรของส่วนที่ถูกทำลายเกินกว่าขอบเขตที่กำหนด (overbreak) ซึ่งจำเป็นต้องเติมด้วยคอนกรีตหรือคอนกรีตพ่น (shotcrete) ทั้งนี้ หากแบบการเจาะรูแต่ละรูเบี่ยงเบนจากตำแหน่งที่ออกแบบไว้ถึง 150 มม. ก็อาจเพิ่มปริมาตรของส่วน overbreak ที่วัดได้ในแต่ละรอบการระเบิด — และเมื่อพิจารณาจากต้นทุนการก่อสร้างอุโมงค์แล้ว ส่วน overbreak ดังกล่าวมีราคาแพงมาก

การจัดแนวกรอบการป้อน (Feed frame alignment) มีความสำคัญอย่างยิ่งในการขุดอุโมงค์ เนื่องจากเครื่องเจาะแบบจัมโบ้ (jumbo) เครื่องเดียวกันจะเจาะรูทั้งหมดบนหน้าตัด (face pattern) จำนวน 50–150 รูต่อรอบ และหากมีข้อผิดพลาดเชิงระบบในการวางตำแหน่งแขนกล (boom positioning error) จะส่งผลสะสมไปยังรูทั้งหมด ด้วยเทคโนโลยีการวัดระหว่างการเจาะ (Measurement While Drilling: MWD) ซึ่งมีให้ใช้งานบนเครื่องจัมโบ้รุ่นใหม่จากผู้ผลิตหลายราย จะบันทึกค่าความดันกระทบ (percussion pressure), ความดันป้อน (feed pressure) และความดันหมุน (rotation pressure) ตลอดระยะเวลาที่เจาะแต่ละรู ทำให้ได้บันทึกข้อมูล (log) ที่สามารถระบุการเปลี่ยนแปลงของชั้นหิน (formation changes) และระบุรูที่มีค่าพารามิเตอร์เบี่ยงเบนผิดปกติ ซึ่งอาจบ่งชี้ถึงปัญหาที่เกิดขึ้น แพลตฟอร์ม iSure ของบริษัท Sandvik ใช้ข้อมูลเหล่านี้เพื่อการนำทางอุโมงค์แบบ PERFECT SHAPE โดยให้ภาพแสดงหน้าตัดในรูปแบบกราฟิก (graphical face representation) และการตรวจสอบความถูกต้องของแผนการเจาะ (drill plan verification) ก่อนเริ่มแต่ละรอบ

เปรียบเทียบการประยุกต์ใช้งาน: พารามิเตอร์หลักสำหรับการเลือกตามบริบท

ระบบการล้าง: จุดที่การขุดเหมืองกับการเจาะอุโมงค์แตกต่างกันมากที่สุด

การล้างรู—ซึ่งหมายถึงการกำจัดเศษหินที่เกิดจากการเจาะและลดอุณหภูมิของหัวเจาะ—จะดำเนินการแตกต่างกันไปตามประเภทการใช้งานทั้งสามแบบ ในการขุดเหมืองแบบผิวดิน จะใช้อากาศอัดหรือฝอยละอองน้ำผสมอากาศ ในขณะที่การขุดเหมืองใต้ดินและการเจาะอุโมงค์มักใช้น้ำล้างภายใต้แรงดัน 10–25 บาร์ ทั้งแรงดันการล้างและคุณภาพน้ำมีผลต่อการบำรุงรักษาดริฟเตอร์มากกว่าที่ผู้ปฏิบัติงานส่วนใหญ่จะตระหนัก

การล้างด้วยน้ำในระหว่างการขุดอุโมงค์จะพาวัสดุฝุ่นหินละเอียดและบางครั้งก็มีแร่ธาตุที่มีปริมาณสูงกว่าปกติจากชั้นหินเข้าสู่ระบบ หากระบบตรวจสอบวาล์วควบคุมการไหลย้อนกลับ (check valve) เกิดความผิดพลาด หรือซีลของกล่องล้างน้ำสึกหรอ น้ำดังกล่าวจะไหลย้อนกลับเข้าสู่วงจรการตี (percussion circuit) ทำให้น้ำมันไฮดรอลิกปนเปื้อน และทำให้ซีลระบบการตีเสื่อมสภาพเร็วกว่าปกติอย่างมากเมื่อเทียบกับการสึกหรอแบบขัดถูตามธรรมชาติ ดังนั้น ช่วงเวลาที่แนะนำสำหรับการตรวจสอบซีลในงานขุดอุโมงค์ควรกำหนดไว้ที่ 350–400 ชั่วโมงของการตี (percussion hours) แทนที่จะเป็น 450–500 ชั่วโมง ซึ่งเป็นค่าที่ใช้กันทั่วไปในงานเจาะบนพื้นผิวดินแบบแห้ง HOVOO จัดจำหน่ายชุดซีลสำหรับเครื่องเจาะแบบ drifter ที่ใช้ในทั้งสามประเภทของการใช้งาน ได้แก่ การเจาะบนพื้นผิวดิน (surface), การเจาะใต้ดิน (underground) และการเจาะอุโมงค์ (tunnel) โดยการเลือกชนิดของวัสดุซีล (compound) จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในการทำงานและสภาพแวดล้อมของของเหลวที่ใช้ รายละเอียดเพิ่มเติมทั้งหมดสามารถดูได้ที่ hovooseal.com