Dari Batu Lunak ke Batu Keras: Memilih Gigi Bulat atau Gigi Runcing untuk Mata Bor DTH — Semuanya Bergantung pada Batunya
Dalam pengeboran bawah lubang (DTH), jenis batuan merupakan faktor penentu dalam pemilihan profil gigi mata bor. Perbedaan kekerasan dan kekuatan tekan secara langsung memengaruhi efisiensi penghancuran, laju keausan, dan biaya operasional gigi bulat (rounded) dibandingkan gigi runcing. Pengeboran hanya dapat efisien dan ekonomis hanya dengan mencocokkan geometri gigi secara tepat dengan sifat batuan; pilihan yang salah menyebabkan tingkat penetrasi yang buruk dan keausan mata bor yang cepat.
Batuan lunak: gigi bulat ideal — "penghancuran lembut" untuk pengeboran yang efisien. Batuan lunak dicirikan oleh kekerasan dan kekuatan tekan yang rendah (biasanya < 30 MPa), seperti serpih, batulempung, napal, dan batupasir gembur. Batuan ini pecah tanpa tusukan yang agresif; mekanisme penghancuran gigi bulat "kompresi + penggilingan" cocok dengan perilaku ini dan merupakan pilihan yang lebih disukai untuk pengeboran batuan lunak.
Mengapa gigi bundar cocok untuk batuan lunak Batuan lunak relatif longgar dan lemah dalam kompresi. Desain gigi bundar memberikan kontak permukaan yang menciptakan area kontak yang lebih besar selama tumbukan, mendistribusikan gaya secara lebih merata di seluruh permukaan batuan. Kompresi ini menyebabkan deformasi plastik dan fragmentasi — suatu proses yang mirip dengan pemadatan material oleh penggiling jalan — sehingga tumbukan yang berat dan terlokalisasi tidak diperlukan. Itu menghemat energi dan meminimalkan kerusakan berlebihan pada struktur batuan. Selama rotasi, gigi bundar juga menggiling potongan yang sebelumnya rusak menjadi partikel yang lebih halus, yang lebih mudah dievakuasi dengan media pembilasan dan kecil kemungkinannya untuk menyumbat lubang. Fragmentasi yang seragam juga membantu menjaga stabilitas lubang bor, menghindari profil lubang yang tidak teratur dan keruntuhan dinding.
Masalah saat menggunakan gigi runcing pada batuan lunak. Gigi runcing memfokuskan gaya pada area yang sangat kecil (kontak titik), yang memecah batuan lunak menjadi bubuk halus secara berlebihan. Hal ini membuang energi (daya tidak diubah menjadi penetrasi efektif) dan dapat menyebabkan penyumbatan saluran flush dan cutting ketika bubuk halus menempel pada dinding saluran, sehingga mengurangi efisiensi pengeboran. Ujung runcing di lingkungan dengan resistansi rendah dapat berubah bentuk (bengkok atau tumpul), memperpendek masa pakai mata bor dan meningkatkan biaya penggantian.
Batuan keras: gigi runcing lebih disukai — "penetrasi kuat" untuk mengatasi kekuatan tinggi. Batuan keras memiliki kekerasan dan kekuatan tekan yang tinggi (biasanya ssst 60 MPa), seperti granit, kuarsit, basal, dan diabas. Batuan padat dan kuat ini tidak dapat dipecah secara efektif hanya dengan kompresi; mereka membutuhkan aksi tusuk dan pembelahan gigi runcing untuk penetrasi yang efisien. Oleh karena itu, gigi runcing adalah pilihan yang tepat untuk pengeboran batuan keras.
Mengapa gigi runcing cocok untuk batuan keras Batuan keras yang padat memiliki ikatan internal yang kuat; kompresi kontak permukaan saja tidak dapat mematahkannya. Gigi runcing memusatkan gaya impak pada area ujung yang kecil (area kontak hanya sekitar 1/5–1/10 dari gigi bundar), menghasilkan tekanan lokal yang jauh lebih tinggi (beberapa kali lipat dari gigi bundar). Tekanan terkonsentrasi ini menusuk permukaan batu dan memulai retakan. Dengan rotasi dan impak yang berkelanjutan, retakan awal ini tumbuh, terhubung, dan merambat di sepanjang bidang rekahan, yang secara efektif membelah batu — seperti baji yang membelah kayu. Ini secara langsung menyerang struktur internal batu dan dengan cepat meningkatkan laju penetrasi. Dalam pengeboran granit, misalnya, penetrasi dengan gigi runcing dapat 2–3 kali lebih cepat daripada dengan gigi bundar dan menghindari masalah "gerinda-tanpa-penetrasi" yang ditunjukkan oleh gigi bundar pada permukaan yang keras.
Masalah saat gigi bundar digunakan pada batuan keras: Gigi bundar mendistribusikan gaya ke area yang lebih luas, mencegah tekanan lokal tinggi yang diperlukan untuk mematahkan batuan keras. Benturan hanya menghasilkan goresan atau abrasi permukaan, alih-alih kerusakan yang sebenarnya, sehingga tingkat penetrasi mungkin hanya 1/5–1/10 dari yang dicapai dengan gigi runcing, sehingga membuang energi saat putaran diam. Gesekan hebat terhadap batuan berkekerasan tinggi dengan cepat mengikis gigi bundar (seringkali memerlukan penggantian setelah 1–2 jam), sementara gigi runcing dalam kondisi yang sama dapat bertahan 4–6 jam. Penggantian mata bor yang sering meningkatkan waktu henti dan total biaya.
Batuan sedang-keras: tentukan berdasarkan litologi yang detail — fleksibel atau gunakan desain hibrida. Di antara batuan lunak murni dan batuan keras murni terdapat batuan sedang-keras (kuat tekan 30–60 MPa), seperti batupasir padat, batugamping kristal, dan beberapa gneis. Pemilihan gigi untuk batuan ini harus mempertimbangkan litologi yang detail (misalnya, keberadaan butiran kuarsa, heterogenitas). Dalam banyak kasus, pola gigi campuran atau hibrida (bulat + runcing) lebih sesuai.
Kriteria pemilihan gigi pada batuan medium-keras
Jika batuan medium-keras seragam dan tidak memiliki lapisan keras (misalnya, batupasir padat homogen), lebih baik pilih “gigi bundar yang diperkuat” (kekerasan lebih tinggi dan busur kontak yang dioptimalkan) untuk meningkatkan kerusakan akibat kompresi; gigi bundar dapat memberikan efisiensi yang seimbang dan mengurangi keausan dibandingkan dengan gigi runcing.
Jika batuan medium-keras mengandung partikel kuarsa atau titik keras lokal (misalnya batu kapur kristal atau batu pasir dengan lapisan batu api), pilih “gigi yang pendek, kokoh, dan runcing” (ujung yang lebih tebal dan keras) untuk menembus titik keras lokal dan menghindari keausan lokal yang cepat pada gigi bundar.
Jika litologi berlapis (misalnya, lapisan lunak di atas lapisan keras), gunakan desain bit gigi campuran — gigi bundar pada cincin luar dan gigi runcing pada cincin dalam — untuk menangani lapisan yang berbeda tanpa sering mengganti bit.
Prinsip inti untuk batuan medium-keras. Hindari pola pikir "lunak vs. keras" yang absolut; aturannya adalah memperhatikan karakteristik batuan yang dominan. Jika litologi keseluruhan cenderung lebih lunak dengan hanya titik-titik keras lokal, prioritaskan gigi bulat dengan gigi runcing sebagai cadangan. Jika litologi keseluruhan cenderung lebih keras dengan lapisan lunak lokal, prioritaskan gigi runcing dengan gigi bulat sebagai cadangan. Validasi pilihan dengan pengeboran percobaan (misalnya, bor 10–20 menit, lalu periksa keausan dan penetrasi gigi) dan sesuaikan untuk mengoptimalkan kinerja.
Ringkasan: tiga faktor inti yang menentukan pemilihan gigi. Pengaruh jenis batuan terhadap pemilihan gigi bulat vs. gigi runcing bermuara pada tiga faktor inti: kekerasan, kekuatan tekan, dan keseragaman struktural. Logika pemilihannya dapat diringkas sebagai berikut:
Kekerasan + kekuatan tekan: kekerasan rendah/kekuatan tekan rendah → pilih gigi bundar; kekerasan tinggi/kekuatan tekan tinggi → pilih gigi runcing.
Keseragaman struktural: litologi homogen (tidak ada lapisan atau titik keras) → profil gigi tunggal yang cocok dengan batuan dominan dapat diterima; litologi heterogen (dengan lapisan atau titik keras) → memerlukan pasangan fleksibel atau pola gigi hibrida.
Mencocokkan tujuan operasional: jika Anda mencari “efisiensi tinggi + umur panjang” → pilih geometri gigi yang tepat untuk batuan; jika Anda membutuhkan “kemampuan beradaptasi yang luas terhadap berbagai litologi” → pertimbangkan desain gigi hibrida atau kepala pemotong yang dapat diganti.
Jenis batuan merupakan faktor penentu pemilihan gigi untuk mata bor DTH. Hanya dengan memahami karakteristik batuan, Anda dapat memanfaatkan kekuatan gigi bulat dan runcing serta mencapai efisiensi pengeboran maksimum dengan biaya minimum.
