Các phương pháp khoan cơ học được sử dụng phổ biến bao gồm: khoan quay thuần tuý, khoan đập-xoay, khoan đập-quay, khoan quay-đập và khoan đập. Tất cả các phương pháp khoan này đều có thể được dẫn động bằng điện, khí nén và thuỷ lực.
1. Khoan quay thuần tuý:
Dụng cụ khoan quay xung quanh trục trùng với trục của lỗ khoan dưới một áp lực dọc trục tác dụng lên gương lỗ khoan. Giá trị của lực dọc trục (P) được tạo ra phải lớn hơn giới hạn bền nén của đất đá trên mặt tiếp xúc giữa dụng cụ khoan với đất đá. Đất đá bị cắt theo từng lớp xoắn vít do tác dụng của lực dọc trục P và mô men xoay M. Sản phẩm phá vỡ được đưa ra khỏi lỗ khoan nhờ ty xoắn, nước hoặc khí nén. Phương pháp khoan quay bao gồm: khoan bằng lưỡi cắt dùng tay và dùng máy, khoan bằng dụng cụ có gắn kim cương, khoan bằng
bi.
Bản chất của phương pháp khoan quay là mũi khoan dưới tác dụng của lực nén ấn vào gương khoan để phá lở đá. Khi độ cứng đất đá tăng lên thì phải tăng tăng lực nén để ép mũi khoan vào gương đào. Vì vậy khoan quay chỉ dùng để khoan đá có độ cứng 6 – 8.
Ưu điểm của phương pháp khoan quay là quá trình khoan liên tục, năng suất cao, phoi khoan với lưỡi cắt lớn làm giảm bụi và giảm rung động khi khoan.
Nhược điểm: chỉ khoan được đất đá có độ cứng trung bình. Các máy khoan quay trên thị trường gồm có: máy khoan điện, máy khoan điện thuỷ lực.
2. Khoan đập kết hợp với quay và xoay
Khi khoan đập, dụng cụ khoan đập lên gương lỗ khoan gây phá huỷ đất đá. Sau mỗi lần đập, dụng cụ khoan nhấc lên và quay đi một góc ω đảm bảo phá vỡ toàn bộ tiết diện gương lỗ khoan và tạo thành tiết diện tròn.
Cần phân biệt khoan đập–quay, quay-đập và đập-xoay: a) Khoan đập–quay:
Có thể hiểu là quá trình đập kết hợp với mũi khoan quay liên tục. Khoan đập quay được sử dụng cho các cỗ máy khoan dùng để khoan đất đá có độ cứng lớn và đất đá có độ mài mòn cao
b) Khoan quay-đập:
Là sự kết hợp của hai phương pháp khoan quay thuần tuý và khoan đập, khi khoan thì mũi khoan bị lực nén và mô men xoắn lớn cắt đất đá và kết hợp với tải trọng đập. Dùng để khoan các lỗ khoan với chiều sâu lớn. Điểm khác nhau giữa khoan quay-đập với khoan đập-quay là ở chỗ mũi khoan bị lực nén từ ty khoan lớn hơn nhiều so với khoan đập-quay.
c) Khoan đập-xoay:
Mũi khoan có dạng hình nêm được ấn sâu vào gương đào nhờ tải trọng đập dọc trục (chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn). Sau mỗi lần đập, một mặt lưỡi khoan nhấn vào gương đào mặt khác nó xoay đi một góc từ 10 – 200
để đập tiếp. Phoi đất đá sau khoan bị nước rửa hoặc khí nén thổi ra ngoài. Ưu điểm: có thể khoan đất đá có độ cứng khác nhau bất kỳ từ cứng đến rất cứng.
Nhược điểm: năng suất thấp so với khoan quay thuần tuý, bụi, tiếng ồn và độ rung của máy do quá trình khoan tạo ra rất lớn
Đất đá tại gương khoan bị phá vỡ bởi các răng vấu cắt chéo nhau (kiểu lưỡi phay) khi khoan cùng với mô men xoắn phay cắt đất các đầu cắt kiểu nửa hình cầu tỳ vào gương khoan với một lực tỳ dọc trục cực lớn để mài, phay tạo ra lỗ khoan (đôi khi kết hợp với đập).
Hình 3.7. Mũi khoan chóp phay dùng để khoan đá cứng và rất
cứng:
1 — ren nối côn ngoài; 2 — thân cánh phay; 3 — rãnh cấp nước thổi phoi; 4 phay; 3 — rãnh cấp nước thổi phoi; 4 — ổ trục cánh phay; 5 — đầu cắt kiểu bi bằng hợp kim cứng; 6 — chốt khoá; 7 — chóp phay; 8 — vòng bi; 9 — rãnh cấp nước trung tâm thổi phoi
§ 3.4. Đầu khoan, dụng cụ khoan, các loại máy khoan nhỏ và trung bình trung bình