Sự khác biệt giữa máy khoan đá và máy phá đá thủy lực là gì? Cách lựa chọn?

Cả hai loại công cụ đều tác động lên đá bằng sức mạnh thủy lực. Cả hai đều được lắp đặt trên máy xúc. Cả hai đều xuất hiện trong các thông số kỹ thuật dưới danh mục chung là 'thiết bị phá đá thủy lực.' Ngoài những điểm tương đồng bề ngoài này, máy khoan đá và máy phá đá thủy lực được thiết kế cho những nhiệm vụ cơ bản khác nhau; việc sử dụng sai thiết bị cho một công việc không chỉ dẫn đến kết quả chậm hơn mà còn gây ra sự cố thiết bị, làm hỏng bề mặt thi công hoặc khiến tiến độ dự án chỉ đạt 20% so với kế hoạch ban đầu.

Sự nhầm lẫn này một phần bắt nguồn từ ngôn ngữ. Thuật ngữ 'máy khoan đá' thường được dùng một cách không chính thức để chỉ bất kỳ thiết bị nào phá vỡ đá bằng thủy lực. Về mặt kỹ thuật, máy khoan đá (hoặc máy khoan kiểu trượt - drifter) là một công cụ xoay-đập kết hợp, tạo ra lỗ khoan hình trụ — tức là khoan một lỗ với mục đích cụ thể: nổ mìn, neo giữ, thăm dò hoặc lấy mẫu địa kỹ thuật. Máy đập thủy lực là một công cụ thuần túy chỉ thực hiện tác động đập, không có chức năng xoay và không có hệ thống xả rửa — nó làm nứt vỡ vật liệu tại bề mặt mà không tạo ra lỗ khoan có hình dạng xác định. Đầu ra của hai loại thiết bị này hoàn toàn khác nhau, do đó ứng dụng của chúng cũng khác nhau.

Sự khác biệt cơ học cốt lõi: Xoay + Xả rửa so với Chỉ tác động

Máy khoan đá thủy lực hoạt động dựa trên ba chức năng đồng thời: va đập (piston tác động lên thân khoan), quay (động cơ xoay mũi khoan giữa các lần va đập) và xả rửa (nước hoặc khí làm sạch vụn đá khỏi lỗ khoan). Ba chức năng này phối hợp với nhau để tạo ra một lỗ khoan sạch, có hình trụ. Nếu loại bỏ bất kỳ chức năng nào trong số này, lỗ khoan sẽ không hình thành, bị đầy bột đá và kẹt, hoặc lệch khỏi hình dạng hình học đã định.

Búa phá thủy lực chỉ hoạt động dựa trên chức năng va đập. Lưỡi đục hoặc đầu nhọn truyền trực tiếp năng lượng va đập lên bề mặt đá, tạo ra các vết nứt lan tỏa ra từ điểm tiếp xúc. Thiết bị không có chức năng quay, không có hệ thống xả rửa và cũng không cần duy trì một lỗ khoan nào cả. Kết quả là đá bị vỡ thành từng mảnh — phù hợp cho công tác phá dỡ, đập nhỏ thứ cấp các tảng đá lớn hoặc loại bỏ bê tông — nhưng không tạo ra lỗ khoan có thể nạp thuốc nổ hoặc bắt bu-lông được.

Bắn rỗng là chế độ hỏng hóc chính của búa thủy lực: hoạt động búa khi đầu công cụ không tiếp xúc chắc chắn với vật liệu sẽ khiến toàn bộ sóng va chạm phản xạ ngược trở lại vào thân búa thay vì truyền vào đá. Năng lượng phản xạ này gây mỏi các bu-lông liên kết, tạo ứng suất lên piston và làm hư hại thân búa chỉ trong vài giờ. Máy khoan đá lại có một điểm yếu khác — sự cố trong mạch xả (flushing circuit) khiến phoi khoan bị nén chặt quanh mũi khoan, làm kẹt chuyển động quay và có thể gãy thanh khoan do tác dụng đồng thời của mô-men xoắn và tải va đập.

So sánh trực tiếp

Các ứng dụng chỉ cho phép sử dụng một loại công cụ duy nhất

Khoan lỗ nổ mìn đòi hỏi phải dùng máy khoan đá. Đó là điều bắt buộc. Một búa thủy lực không thể tạo ra lỗ đạt được đường kính, độ sâu và hình dạng yêu cầu để nhồi thuốc nổ. Một lỗ nổ mìn dài 5 mét với đường kính 64 mm trong đá granite—tiêu chuẩn thông dụng cho một vòng khoan trên bậc đá trong mỏ đá—chỉ có thể được khoan bằng công cụ khoan va đập–quay kết hợp với hệ thống xả rửa phù hợp. Nếu dùng búa thủy lực tác động lên mặt đá đó, bề mặt sẽ bị nứt vỡ một cách không đều và thời gian tiêu tốn để phá hủy mỗi mét khối đá sẽ cao hơn nhiều so với việc sử dụng đúng loại máy khoan được lựa chọn phù hợp.

Ngược lại, việc phá vỡ thứ cấp các tảng đá quá cỡ sau khi nổ mìn là công việc dành riêng cho máy đục thủy lực. Các tảng đá này đã tồn tại dưới dạng vật liệu bị vỡ vụn; chúng cần được giảm kích thước thêm nữa để thuận tiện cho việc vận chuyển. Việc khoan đá bằng máy khoan đá vào một tảng đá đứng tự do sẽ không mang lại hiệu quả nào—bởi vì không có mặt đá bị giới hạn để năng lượng va đập phát huy tác dụng, động cơ quay phải làm việc trong điều kiện hình học không ổn định, và thanh khoan có thể gãy do chịu tải lệch tâm.

Việc phá dỡ trong khu vực đô thị gần các công trình hiện hữu là một trường hợp đặc biệt. Cả hai loại thiết bị đều tạo ra rung động—nhưng máy đục (breaker) tạo ra biên độ rung động đỉnh cao hơn ở tần số thấp hơn, do đó truyền đi xa hơn qua đất và nền móng công trình. Máy khoan đá (rock drill) hoạt động ở tần số va đập từ 30–60 Hz tạo ra rung động có tần số cao hơn nhưng biên độ thấp hơn. Trong một số tình huống khi thi công ở gần công trình, đặc tính rung động tần số cao, biên độ thấp của máy khoan đá gây ít hư hại hơn cho các tòa nhà liền kề so với các cú va đập chậm và nặng hơn của máy đục, ngay cả khi năng lượng mỗi cú va đập là tương đương.

Tổ hợp đào hầm: Khi cả hai loại thiết bị cùng xuất hiện tại cùng một công trường

Các mặt đào hầm sử dụng quy trình khoan và nổ mìn đều cần cả hai thiết bị. Máy khoan mặt đào (face drilling jumbo) sử dụng các máy khoan đá thủy lực để tạo các lỗ khoan theo sơ đồ nổ—các lỗ khoan ở vùng cắt trung tâm có đường kính 64–127 mm, còn các lỗ khoan dọc biên dạng (perimeter holes) có đường kính 43–51 mm. Sau khi nổ mìn, những tảng đá quá cỡ trong đống vật liệu đào (muck pile) và các góc khuất hẹp tại phần đáy hầm (tunnel invert) chưa vỡ sạch sẽ được xử lý bằng búa phá thủy lực gắn trên một máy xúc riêng biệt. Dự án hầm Trùng Khánh năm 2021, kết hợp cắt đá bằng lưỡi cưa kim loại với phá vỡ bằng búa thủy lực, đã đạt tốc độ tiến đào 4–5 mét mỗi ngày trong điều kiện đá cứng—cao hơn nhiều so với phương pháp đào thông thường; tuy nhiên, sự kết hợp này chỉ phát huy hiệu quả chính xác vì mỗi công cụ đều được áp dụng đúng vào nhiệm vụ mà nó được thiết kế để thực hiện.

Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn bộ phớt làm kín (seal kit) cho từng thiết bị

Bảo trì phớt khoan đá bao gồm hai mạch riêng biệt mòn với tốc độ khác nhau: phớt piston va đập hoạt động ở tần số 30–60 Hz dưới áp suất 160–220 bar, và phớt hộp xả tiếp xúc với nước chứa mùn cưa mài mòn. Cả hai loại phớt đều cần được chọn sao cho phù hợp với kích thước đường kính lỗ (bore) do nhà sản xuất gốc (OEM) quy định cũng như các hợp chất cao su đàn hồi thích hợp với nhiệt độ vận hành và thành phần hóa học của nước.

Bộ phớt máy phá thủy lực tập trung vào các gioăng chữ O trong buồng va đập và màng ngăn bình tích năng—thành phần được nạp khí nitơ nhằm giảm chấn mỗi cú va đập. Khi màng ngăn bị hỏng sẽ phát ra âm thanh va đập khàn đặc tương tự như sự cố bình tích năng trên máy khoan đá, và quy trình xử lý sự cố cũng tương tự: kiểm tra áp suất tiền nạp nitơ trước khi kết luận màng ngăn bị lỗi. HOVOO cung cấp các bộ phớt cho cả máy khoan đá (các dòng Epiroc, Sandvik, Furukawa, Montabert) và máy phá thủy lực thuộc các thương hiệu lớn. Tham khảo mã model tại hovooseal.com.