Comment le marteau fond de trou a-t-il évolué ? Trois modèles conçus pour différents problèmes de forage
Un marteau fond de trou paraît simple vu de l'extérieur : de l'air comprimé entre, le piston frappe et le foret brise la roche.
Mais le principe de cette action a considérablement changé.
Les conditions de forage varient selon la structure du marteau. Un puits d'eau en terrain meuble ne requiert pas le même outil qu'un forage d'exploration minière. Un forage de fondation de grand diamètre impose des exigences totalement différentes.
Le développement des marteaux DTH a suivi un objectif pratique : obtenir une efficacité de forage maximale avec une consommation d'énergie minimale.
Comment les marteaux DTH sont-ils classés ?
Les marteaux DTH peuvent être classés de plusieurs manières.
Selon le système de distribution d'air, on distingue les marteaux à soupape et les marteaux sans soupape. Selon la disposition des pistons, on distingue les modèles à piston unique et les modèles à pistons multiples. Selon la pression de service, on les classe généralement en marteaux fond de trou haute pression, moyenne pression et basse pression.
Ces catégories ne sont pas purement théoriques. La structure interne influe sur la consommation d'air, l'énergie d'impact, la vitesse de forage, la durée de vie du trépan, les besoins d'entretien et le type de formation que le marteau peut traiter.
C’est pourquoi choisir un marteau fond de trou (DTH) uniquement en fonction de son diamètre extérieur ou de la taille de son raccord est risqué. Le marteau doit être adapté à l’installation de forage, au compresseur, au trépan, au diamètre du trou et aux caractéristiques du terrain.
1. Marteaux DTH à circulation inverse de type traversant
Un marteau à circulation inverse de type traversant fonctionne avec des tiges de forage à double paroi.
Le fluide de forage et les déblais circulent dans le canal interne de la garniture de forage, permettant un échantillonnage continu par circulation inverse. Ce procédé est largement utilisé dans l'exploration minière et les études géologiques d'ingénierie.
Il est particulièrement utile dans les formations difficiles contenant du sable, des galets et du gravier. Ces formations peuvent engendrer plusieurs problèmes simultanément :
Le forage devient instable.
La récupération conventionnelle des carottes de forage est difficile.
La paroi du forage risque de s'effondrer.
L'enlèvement des déchets de taille devient inefficace.
Le temps de forage et les coûts d'exploitation augmentent.
La circulation inverse permet de remédier à ces problèmes en remontant continuellement des échantillons de roche à la surface. Ces échantillons ont moins de risques d'être mélangés à des matériaux provenant d'autres parties du forage, ce qui rend l'interprétation géologique plus fiable.
Cette même méthode peut également être utilisée pour le forage de puits d'eau et le forage hydrogéologique. Elle contribue à améliorer l'évacuation des déblais, l'échantillonnage continu et la propreté du forage. Dans des conditions optimales, elle permet de réduire les risques de contamination de surface et d'obstruction des formations aquifères par les déblais.
Pour les entreprises d'exploration, la valeur ne se limite pas à la vitesse de forage. Un échantillon plus propre et un forage plus stable contribuent à améliorer la qualité de la décision géologique finale.
2. Marteaux DTH d'avancement de tubage
Certaines formations sont difficiles à maîtriser en raison de la dureté de la roche. D'autres le sont parce que le trou ne reste pas ouvert.
Les marteaux DTH d'avancement de tubage sont conçus pour résoudre le deuxième problème.
Lors du forage, le tubage progresse avec le marteau et le trépan. Il soutient la paroi du forage pendant que l'outil continue de pénétrer la formation. Cette méthode est donc adaptée aux terrains meubles, aux sols rocheux, aux formations altérées et autres couches instables.
Sans avancement du tubage, le forage risque de s'effondrer avant le retrait de la garniture de forage ou avant le début de l'opération suivante. Des effondrements répétés entraînent une perte de temps et peuvent piéger les outils au fond du forage.
Les systèmes d'avancement de tubage sont généralement divisés en deux types principaux :
Avancement concentrique du boîtier
Le tubage et le trépan fonctionnent sur le même axe. Cette configuration offre une trajectoire de forage relativement simple et convient aux formations où le tubage peut suivre le trépan sans augmentation significative de diamètre.
Avancement excentrique du boîtier
Lors du forage, le trépan élargit légèrement le trou au-delà du diamètre du tubage. Une fois le tubage avancé, le trépan peut être rétracté ou ajusté afin de retirer la garniture de forage tout en maintenant le tubage en place.
Ce type de construction est utile lorsque le sol est particulièrement sujet aux effondrements.
Les marteaux fond de trou pour l'avancement du tubage peuvent également être sélectionnés en fonction de la pression de service. Des versions haute et basse pression sont disponibles pour différentes capacités de compresseur, diamètres de forage et conditions de formation.
Le choix du marteau ne dépend pas uniquement de plusieurs facteurs. Les entrepreneurs doivent également tenir compte du diamètre du tubage, de la conception du sabot de tubage, du débit du compresseur, des exigences de rinçage et du taux de perte de terrain prévu.
3. Marteaux DTH groupés ou combinés
Un marteau fond de trou en grappe combine plusieurs marteaux individuels en un seul ensemble de forage.
L'objectif est de générer une capacité de forage suffisante pour réaliser des trous de très grand diamètre. Avec une configuration appropriée, les systèmes DTH combinés peuvent forer des diamètres atteignant environ 1 524 mm.
Il s'agit d'une tâche totalement différente du perçage de production ordinaire. Les trous de grand diamètre nécessitent un volume d'air important, un équipement de support conséquent, un alignement précis et un contrôle rigoureux de l'évacuation des déblais.
Un système à percussion répartit l'effort de frappe entre plusieurs marteaux. Il peut être utilisé pour les grands forages de fondation, les projets de construction spéciaux et d'autres applications où un marteau fond de trou classique ne permet pas d'obtenir le diamètre de forage requis.
Plus l'ensemble est important, plus le système de support devient crucial. La capacité du compresseur, le diamètre des conduites d'air, la stabilité de l'installation, la force d'alimentation, le contrôle de la rotation et l'équipement de levage deviennent alors des éléments essentiels.
Des marteaux soudés aux modèles sans soupape
L'histoire des marteaux DTH n'est pas une ligne droite où chaque nouvelle génération remplace complètement la précédente.
Les premiers modèles utilisaient des structures soudées. Les conceptions ultérieures se sont orientées vers des structures assemblées, ce qui a rendu la fabrication, la maintenance et le remplacement des composants plus pratiques.
La deuxième génération utilisait couramment un système de distribution d'air à vannes. Les conceptions ultérieures ont introduit des structures sans vannes afin de simplifier le contrôle du flux d'air et de réduire le nombre de pièces d'usure internes.
Chaque génération conservait des fonctionnalités utiles de la précédente. Certains composants restaient interchangeables entre les différents modèles. Par exemple, un foret utilisé avec un marteau de génération plus récente pouvait être compatible avec un marteau plus ancien d'une même série, même si le foret le plus récent était dépourvu du tube de tige présent dans la configuration précédente.
Ce type de compatibilité partielle est important sur le terrain. Il permet de réduire la pression sur les stocks et d'aider les entreprises de forage à maintenir la disponibilité des pièces de rechange pour plusieurs machines.
Que faut-il vérifier avant d'acheter un marteau fondant ?
Avant de choisir un marteau DTH, vérifiez :
Diamètre du trou et profondeur de perçage requis
dureté et abrasivité de la roche
Que la formation soit stable ou s'effondre
Pression du compresseur et débit d'air
Vitesse de perçage requise
Compatibilité de la tige et du filetage de l'embout
Disponibilité des pistons, soupapes et pièces d'usure de rechange
Que la circulation inverse ou l'avancement du tubage soit nécessaire
Le meilleur marteau fond de trou n'est pas forcément celui qui possède la plus grande énergie d'impact. C'est celui qui offre l'énergie d'impact, la consommation d'air et le contrôle de forage adaptés à la formation géologique.
Gaea Rock fournit des marteaux fond de trou (DTH), des trépans DTH, des tiges de forage et d'autres outils de forage pour les secteurs minier, des carrières, du forage de puits d'eau, de la construction et de l'exploration géologique. Contactez notre équipe pour choisir la configuration de marteau et de trépan la mieux adaptée à votre installation et aux conditions du terrain.
