تقوم آلة حفر وتقسيم الصخور المثبتة على حفارة بإنجاز مهمتين كانتا تتطلبان سابقًا آلتين منفصلتين: فهي تحفر ثقبًا دقيقًا في الصخر، ثم تستخدم نفس الثقب لإدخال إسفين هيدروليكي وتكسير المادة على طول خط محكوم. وبما أن الوظيفتين مثبتتان على ذراع الحفارة نفسها، يمكن لمشغل واحد إدارة دورة الحفر والتقسيم بأكملها دون تبديل الملحقات أو التنقل بين الآلات. إن استعراض التسلسل خطوة بخطوة يجعل من الأسهل معرفة ما إذا كانت هذه الطريقة مناسبة لنوع الصخور لديك، والجدول الزمني للمشروع، وقيود الموقع.
تسلسل التشغيل المكون من أربع خطوات
تمر العملية بحلقة قابلة للتكرار. أولاً، يستخدم المشغل ذراع الحفارة لوضع رأس الحفر على وجه الصخرة ويشغل الحفر الهيدروليكي لحفر ثقب حتى العمق المحدد. يقوم الهواء المضغوط من الضاغط المدمج بطرد نواتج الحفر من الثقب وتقليل الغبار مباشرة عند المصدر. ثانيًا، بمجرد وصول الثقب إلى العمق المستهدف، ينسحب الحفر وتدور الإطار الرئيسي لمحاذاة رأس التقسيم مع الثقب المحفور. ثالثًا، يدخل إسفين التقسيم إلى الثقب، ويقوم الضغط الهيدروليكي بدفعه للأمام، مما يجبر الأسافين المقابلة على التمدد للخارج ضد جدران الثقب لتوليد قوة تقسيم. رابعًا، تتكسر الصخرة على طول المستوى المحدد بموضع الثقب وزاوية الإسفين، ويقوم المشغل بإزالة المواد المكسورة قبل بدء الدورة التالية.
تستغرق العملية بأكملها عادةً أقل من دقيقة لكل ثقب في الصخور الصلبة المتماسكة—يختلف وقت الحفر مع صلابة الصخور وعمق الثقب، بينما ينتهي التقسيم نفسه عادةً في غضون ثماني إلى عشر ثوانٍ. وبما أن الخطوتين تتمان على نفس الآلة، فإن التأخير الوحيد بين الحفر والتقسيم هو الثواني القليلة التي يستغرقها دوران الإطار الرئيسي، وليس وقت التنقل الذي قد تخسره عند التحرك بين أجهزة الحفر والتقسيم المنفصلة.
مرحلة الحفر
أثناء الحفر، يقوم محرك دوار هيدروليكي بتشغيل قضيب حفر مزود برأس كربيد في الصخر. يطبق نظام التغذية دفعًا ثابتًا بينما يدور المحرك القضيب، ويتدفق الهواء المضغوط عبر مركز قضيب الحفر لطرد نواتج الحفر من الثقب. يقوم هذا الهواء أيضًا بوظيفة مزدوجة كوسيلة أساسية للتحكم في الغبار، حيث يلتقط الغبار عند المصدر بدلاً من الاعتماد على رش الماء الخارجي. يتم تحديد قطر وعمق الثقب ليتناسبا مع إسفين التقسيم بحيث يدخل الإسفين بسلاسة ويمكن للأسافين المقابلة أن تتمدد بالكامل ضد جدران الثقب.
تعتمد سرعة الحفر على صلابة الصخور وقطر الثقب وضغط الدفع. في الصخور متوسطة الصلابة مثل الحجر الجيري أو الحجر الرملي، عادةً ما يتم حفر ثقب بقطر 115 إلى 155 ملم بمعدل حوالي 0.8 متر في الدقيقة. في الجرانيت أو البازلت الأكثر صلابة، من المحتمل أن تحفر بشكل أبطأ قليلاً، وقد يحتاج المشغل إلى تعديل ضغط التغذية لتجنب تلف الرأس أو انحراف الثقب. يتراوح عمق الحفر عادةً بين 1.4 و2.0 متر، اعتمادًا على الطراز ومدى عمق الكسر المطلوب.
مرحلة التقسيم
بمجرد حفر الثقب، يدور رأس التقسيم إلى الموضع وينزلق تجميع الإسفين إلى الثقب. الإسفين هو قضيب مركزي مستدق تحيط به أسافين مقابلة—تُسمى غالبًا بالريش—تستقر ضد جدران الثقب. عندما يدفع الضغط الهيدروليكي الإسفين للأسفل، يجبر الاستدقاق الأسافين المقابلة على التمدد للخارج ضد الصخر، مما يولد ضغطًا جانبيًا هائلًا في اتجاه محكوم. نظرًا لأن الصخر أضعف في الشد منه في الضغط، فإن هذا الضغط الجانبي يؤدي إلى كسر على طول المستوى العمودي على اتجاه الإسفين.
تُطبق قوة التقسيم تدريجيًا وبشكل محكوم—لا شيء يشبه تأثير الكسارة الهيدروليكية. وهذا يعني أن اتجاه الكسر يمكن التنبؤ به ويمكن توجيهه عن طريق توجيه الإسفين، وهو أمر مهم في محاجر الأحجار الطبيعية حيث يكون شكل الكتلة مهمًا، وفي الأنفاق حيث يجب أن يتبع خط الكسر ملف النفق. يحافظ صمام تعويض الإزاحة التلقائي على ضغط تقسيم ثابت طوال شوط الإسفين، حتى مع تكسر الصخر وانخفاض المقاومة. يستغرق التقسيم النموذجي من ثماني إلى عشر ثوانٍ، وبعد ذلك يتراجع الإسفين وتتحرك الوحدة إلى الثقب التالي.
المكونات الرئيسية التي تجعل العملية تعمل
تتجمع مجموعة من المكونات الرئيسية لجعل عملية الحفر والتقسيم المتكاملة تعمل. يوفر محرك الحفر الهيدروليكي ونظام التغذية القوة الدورانية والدفع للحفر، بينما يوفر ضاغط الهواء الهيدروليكي الكامل المدمج الهواء المضغوط لطرد نواتج الحفر والتحكم في الغبار. يحول تجميع إسفين التقسيم والأسافين المقابلة القوة الهيدروليكية إلى ضغط تقسيم جانبي محكوم. يسمح نظام الدوران المزدوج بزاوية 360 درجة—على كل من الإطار الرئيسي ورأس التقسيم—للمشغل بالحفر والتقسيم على الجدران الرأسية والأسطح العلوية والوجوه المائلة دون إعادة وضع الحفارة. يدير نظام التحكم الكهروهيدروليكي الحساس للحمل تلقائيًا تغذية الحفر وسرعة الدوران وقوة التقسيم، ويتيح جهاز التحكم عن بعد اللاسلكي للمشغل الوقوف بعيدًا عن وجه الصخرة أثناء تشغيل جميع الوظائف.
بالنسبة للمقاولين الذين يقيّمون هذا النهج، فإن النقطة الرئيسية هي أن آلة واحدة ومشغلًا واحدًا يتعاملان مع عملية تتطلب تقليديًا جهاز حفر ووحدة تقسيم منفصلين، مع كل العمل الإضافي والنقل والتنسيق المرتبط بذلك. كما أن اتجاه الكسر المحكوم يجعله مناسبًا بقوة للمشاريع التي قد تسبب فيها التفجيرات أو الكسارات الهيدروليكية اهتزازًا كبيرًا أو تطاير صخور أو تشققًا غير محكوم. للحصول على مقارنة جنبًا إلى جنب مع الكسر الهيدروليكي، راجع آلة حفر وتقسيم الصخور مقابل الكسارة الهيدروليكية: أي طريقة تناسب المهمة؟. للمساعدة في اختيار التكوين الصحيح، راجع كيفية اختيار آلة حفر وتقسيم الصخور المثبتة على حفارة لحفر الصخور الصلبة.
