Comment choisir les tiges de forage : types, principes de fonctionnement et conseils d’entretien
Comment choisir les tiges de forage : types, principes de fonctionnement et conseils d’entretien
Lors du forage à percussion, la tige de forage constitue l'élément essentiel reliant le marteau perforateur au trépan. Qu'il s'agisse de travaux souterrains, de forage en carrière ou de dynamitage en surface, la tige doit transmettre efficacement l'énergie d'impact, la rotation et le fluide de rinçage.
Le choix d'une tige de forage inadaptée peut réduire la vitesse de pénétration, accroître l'usure du filetage, provoquer des défaillances dues aux contraintes et entraîner des arrêts de production inutiles. La maîtrise des types de tiges, des systèmes de filetage, de la qualité des matériaux et des pratiques de maintenance permet aux équipes de forage d'améliorer leur productivité et la durée de vie de leurs outils.
Qu'est-ce qu'une tige de forage de roche ?
La tige de forage est un composant en acier allié haute résistance qui relie la perforatrice au trépan. Elle remplit trois fonctions importantes :
Transfère l'énergie d'impact pour briser la roche.
Transmet un couple de rotation pour maintenir la coupe.
Achemine de l'air ou de l'eau par l'orifice de rinçage pour évacuer les déblais rocheux.
En termes simples, la tige de forage est l'élément de transmission d'énergie du système de forage. Si sa connexion, son alignement ou la qualité de son matériau sont compromis, l'ensemble du processus de forage peut en pâtir.
Principaux types de tiges de forage pour roche
Tiges de forage intégrales
Les tiges de forage monoblocs sont fabriquées à partir d'une seule barre d'acier, la tige et le foret étant solidaires. L'absence de filetage leur confère une transmission d'énergie efficace et une structure simple et stable.
Elles sont couramment utilisées avec des perforatrices portatives pour les trous peu profonds, les petits trous de dynamitage, les travaux de carrière et le forage de roches dures de petit diamètre.
Tiges de forage coniques
Les tiges coniques utilisent une liaison conique entre la tige et un embout conique remplaçable. Les angles de conicité courants sont de 7°, 11° et 12°.
Ce système d'emboîtement par friction ne nécessite pas de filetage et convient généralement aux forages peu profonds, souvent inférieurs à quatre mètres. Les tiges de forage coniques sont fréquemment utilisées dans les carrières, les tirs de mines secondaires et les travaux de construction légers.
Tiges de forage filetées
Les tiges de forage filetées peuvent être assemblées à l'aide de manchons de raccordement, ce qui permet de connecter plusieurs tiges pour réaliser des forages plus profonds. Elles sont largement utilisées dans les mines, les tunnels, le forage de gradins et le forage de production.
Les systèmes de threads communs comprennent :
Série R : R25, R28, R32 et R38, souvent utilisés pour les mines souterraines et les tunnels.
Série T : T38, T45 et T51, couramment utilisés pour le forage de surface et les travaux de forage de longs trous.
Tiges d'extension MF : les filetages mâle et femelle sont usinés directement aux extrémités opposées de la même tige, permettant ainsi de connecter les tiges sans manchon de raccordement séparé.
Comment fonctionnent les tiges de forage de roche
Lors du forage, la tige transmet simultanément trois forces. Le piston délivre une énergie d'impact à haute fréquence au trépan. La force de rotation fait tourner le trépan en continu pour faciliter le fracturation de la roche. Le fluide de rinçage évacue les déblais du puits.
Ces actions doivent être coordonnées. Un mauvais réglage entre l'impact, la rotation et le rinçage peut réduire l'efficacité du forage et raccourcir la durée de vie de la tige et du trépan.
Comment choisir la bonne tige de forage
Commencez par le choix des matériaux et le traitement thermique. Un acier allié cémenté de haute qualité, tel que le 23CrNi3Mo, offre un noyau résistant, une surface dure et une excellente résistance à la fatigue.
Le filetage doit être parfaitement compatible. L'adaptateur de tige, le manchon de raccordement, la tige de forage et le trépan doivent utiliser des filetages compatibles. L'utilisation de filetages différents peut entraîner des pertes d'énergie, endommager le filetage et présenter des risques pour la sécurité.
Les conditions de forage sont également importantes. Les roches dures nécessitent un acier allié à haute résistance, tandis que les formations abrasives requièrent une meilleure résistance à l'usure. La conception du trou de rinçage doit permettre une évacuation fiable des déblais ; un rinçage insuffisant peut entraîner une surchauffe du trépan et une diminution de la vitesse de pénétration.
Entretien essentiel des tiges de forage
Un entretien régulier peut prolonger considérablement la durée de vie des tiges de forage.
Appliquez toujours une graisse à filetage adaptée avant de raccorder les bielles afin d'éviter le grippage, également appelé soudage à froid. Vérifiez la rectitude des bielles et mettez hors service celles qui sont tordues, car leur utilisation continue peut entraîner leur rupture ou endommager la perceuse.
Inspectez le filetage pour détecter toute usure, ébréchure ou fissure. Enfin, adaptez la pression d'impact et la vitesse de rotation aux conditions de la tige et du rocher. Des paramètres de fonctionnement incorrects augmentent l'usure du filetage et le risque de défaillance.
