Máy khoan đá Sandvik: Đặc biệt dành cho đào hầm nặng, độ bền cao và năng suất cao

Việc đào hầm đặt các bộ phận khoan đá dưới chế độ ứng suất mà công việc khoan trên mặt đất không thể mô phỏng gần đúng được. Máy hoạt động trong một đầu khoan nơi không có không gian nào để rung động tiêu tán, các thanh khoan duy trì tiếp xúc với mặt đá trong thời gian dài hơn mỗi ca làm việc, và ngay cả một sai lệch nhỏ về độ thẳng hàng của lỗ khoan cũng sẽ tích tụ thành hiện tượng khoan vượt (overbreak), gây tốn kém thực tế do phải đổ thêm bê tông để gia cố lớp lót.

Sandvik đã xây dựng phần lớn chiến lược sản phẩm cho các dòng HL và RD nhằm giải quyết đúng vấn đề này — không chỉ khoan nhanh hơn, mà còn khoan thẳng hơn và kéo dài hơn khoảng thời gian giữa các lần bảo trì. Bộ ổn định (stabilizer) là thành phần dễ nhận thấy nhất thể hiện triết lý thiết kế này, nhưng kiến trúc đằng sau nó sâu sắc hơn nhiều so với một bộ phận đơn lẻ.

Bộ ổn định: Hơn cả một bộ giảm chấn rung

Sandvik trang bị bộ ổn định thủy lực cho hầu hết các mẫu khoan đá hạng nặng của mình—các model HL1060T, HL1560T, HL1560ST, RD1635CF và RD1840C đều được tích hợp sẵn bộ ổn định này. Chức năng của bộ ổn định là duy trì hình học tiếp xúc ổn định giữa thân khoan và piston trong suốt toàn bộ chu kỳ khoan, từ đó kiểm soát tiếp xúc giữa mũi khoan và bề mặt đá.

Điều này có ý nghĩa gì? Hiện tượng nảy mũi khoan—khi mũi khoan rời khỏi mặt đá giữa các lần va đập—làm hao phí năng lượng va đập và làm mòn hợp kim cacbua một cách không đồng đều. Khi khoan đá granit có độ bền nén 250 MPa với cột thanh khoan dài 30 mét, hiện tượng nảy mũi khoan có thể làm giảm hiệu suất truyền năng lượng hiệu dụng từ 15–20% so với trạng thái tiếp xúc ổn định. Bộ ổn định tác dụng lực thủy lực nhằm giữ ổn định hình học của thân khoan, nhờ đó các sóng ứng suất truyền thẳng vào đá một cách hiệu quả thay vì phản xạ ngược trở lại thân máy khoan.

Máy khoan tự hành Sandvik DL422i, sử dụng máy khoan đá HF1560ST, ghi nhận hiệu suất khoan tăng tới 10% tính theo số mét khoan được mỗi ca trong quá trình khoan sản xuất tự động—đặc biệt nhờ sự phối hợp ăn ý giữa bộ ổn định và hệ thống điều khiển thông số tự động; do đó, máy khoan không bị mất chu kỳ do hiện tượng mũi khoan nảy (bit bounce) hay các điều chỉnh thủ công.

Dòng HL và RD: So sánh kiến trúc mô hình

Thiết kế mô-đun va đập của HL1560ST đáng được đề cập riêng biệt. Pittông và ống phân phối hoạt động mà không tiếp xúc với vỏ thân máy khoan. Số lượng mặt ghép nối ít hơn dẫn đến số lượng đường rò rỉ ít hơn, đồng thời việc lắp ráp bằng bu-lông bên hông để giữ các mô-đun thân máy với nhau giúp giảm số lượng bề mặt làm kín cần duy trì dưới tải thủy lực chu kỳ.

Công nghệ pittông dài và những thay đổi thực tế mà nó mang lại

RD1840C của Sandvik sử dụng bộ va đập pittông dài, tạo ra năng lượng va đập cao hơn với dạng xung khác biệt so với thiết kế pittông ngắn. Nghiên cứu về cơ học khoan va đập cho thấy pittông ngắn tạo ra năng lượng va đập đỉnh cao hơn, trong khi pittông dài tạo ra dạng xung tối ưu hơn—chuyển năng lượng hiệu quả hơn vào đá ở mỗi cú va đập và gây ra ứng suất đỉnh thấp hơn trên thanh khoan.

Ở các ứng dụng khoan lỗ dài trên mặt đá với đường kính lỗ từ 140–178 mm, thiết kế piston dài của RD1840C giúp giữ ứng suất thanh khoan trong giới hạn cho phép, từ đó gia tăng đáng kể tuổi thọ sử dụng của thanh khoan T51 và GT60. Đây là một yếu tố chi phí vận hành quan trọng: việc thay thế toàn bộ dây thanh khoan cho các lỗ sâu trên 30 mét rất tốn kém, và dạng xung làm giảm số chu kỳ mỏi tại các mối nối thanh khoan sẽ mang lại hiệu quả tích lũy rõ rệt trong suốt cả mùa sản xuất.

RockPulse—có sẵn dưới dạng tích hợp công nghệ trên các thiết bị Sandvik mới hơn—giám sát sóng ứng suất theo thời gian thực, cung cấp dữ liệu cho người vận hành để điều chỉnh các thông số khoan phù hợp với điều kiện tiếp xúc thực tế giữa mũi khoan và đá. Nhờ đó, việc tối ưu hóa thông số khoan chuyển từ phỏng đoán sang dựa trên đo đạc.

Bôi trơn thân đầu kẹp: Bước bảo trì thường bị bỏ qua

Hệ thống bôi trơn thân khoan tuần hoàn (CSL) trên các mô hình RD1635CF và HL1560T giúp giảm mức tiêu thụ dầu bôi trơn thân khoan tới 70% so với các hệ thống thông thường. Đây không chỉ là con số liên quan đến chi phí vận hành—mà còn có nghĩa là giảm thiểu ô nhiễm mạch tuần hoàn nước xả do hiện tượng dầu bị đẩy ngược (oil blowby), điều này đặc biệt quan trọng khi áp suất nước xả duy trì ở mức 10–15 bar và việc đảm bảo điều kiện lỗ khoan sạch là yếu tố then chốt.

Trên các mô hình Sandvik không được trang bị hệ thống CSL, khoảng thời gian bôi trơn thân khoan và việc lựa chọn độ nhớt của dầu bôi trơn ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ mài mòn ống lót dẫn hướng cũng như tuổi thọ phục vụ của bộ chuyển đổi thân khoan. Việc bơm mỡ nén quá thưa sẽ khiến xảy ra tiếp xúc kim loại–kim loại giữa thân khoan và bạc lót dẫn hướng trong giai đoạn quay; trong khi bơm mỡ quá thường xuyên lại khiến lượng mỡ thừa di chuyển vào các gioăng buồng va đập—làm suy giảm gioăng PU nhanh hơn mức hao mòn chu kỳ bình thường.

HOVOO cung cấp bộ phớt khoan đá tương thích với các dòng mô hình Sandvik HL và RD, bao gồm phớt ống dẫn hướng và vòng đệm O-ring của bộ chuyển đổi thân khoan—những chi tiết thường bị hư hỏng nhiều nhất do mài mòn liên quan đến bôi trơn. Các mã tham chiếu cụ thể theo từng mô hình ứng dụng cho Sandvik được liệt kê tại hovooseal.com.

Khoan tự động và sự chuyển dịch sang vận hành liên tục

Các máy khoan lỗ sâu i-Series của Sandvik—trong đó mô hình DL422i là phiên bản đang sản xuất hiện nay—được thiết kế để vận hành không người lái xuyên suốt các ca làm việc. Việc khoan tự động bằng quạt, tái định vị cần khoan tự động và điều khiển từ xa qua mạng từ một bảng điều khiển duy nhất cho phép mỏ duy trì hoạt động khoan trong khoảng thời gian 30–45 phút diễn ra việc thay ca mà nếu không có hệ thống này thì sẽ bị gián đoạn.

Ở cấp độ thành phần, điều đó có nghĩa là máy khoan đá tự thân vận hành gần hơn với chu kỳ làm việc lý thuyết của nó. Số giờ hoạt động va đập tích lũy nhanh hơn. Các bộ kit gioăng kín, vốn có thể kéo dài tới 400 giờ trên thiết bị vận hành thủ công, bắt đầu chịu tải trong 500+ giờ trở lên khi được cấu hình tự động. Việc lựa chọn vật liệu gioăng kín—PU cho chu kỳ tiêu chuẩn, HNBR cho các vùng nhiệt độ cao—dựa trên số giờ vận hành thực tế trở nên quan trọng hơn đối với đội xe tự động so với đội xe vận hành theo phương thức truyền thống.