Le trépan tricône minier qui dure : forme des dents, entretien des roulements et les détails qui comptent
Dans une mine en production, un trépan tricone fore des milliers de mètres avant d'être mis hors service, si tout se déroule correctement. La différence entre un trépan durable et un trépan en fin de vie ne se manifeste généralement pas au niveau du trépan lui-même. Elle réside plutôt dans les décisions prises autour de son utilisation : le type de denture choisie, l'entretien des roulements et la vérification de la température du cône après chaque forage.
Voici comment les opérations minières optimisent la durée de vie des forets triconiques, en se basant sur les quatre domaines qui font réellement la différence.
Tout d'abord, assurez-vous que la forme de la dent soit correcte.
C'est cette décision qui détermine tout le reste. Deux formes de dents dominent les trépans triconiques pour l'exploitation minière, et elles sont conçues pour des extrêmes du spectre de dureté.
Dents sphériques (inserts à bouton) :Des plaquettes en carbure courtes et arrondies sont disposées de manière dense sur la surface conique. La faible largeur des dents implique des bras de levier réduits, ce qui confère aux plaquettes une grande résistance à la flexion et à la rupture sous forte charge. L'espacement dense assure une répartition optimale de la charge sur de nombreux points de contact. Les forets à dents sphériques supportent des pressions axiales extrêmes et sont conçus pour résister aux environnements durs et abrasifs où des forets plus longs se briseraient.
Dents en forme de coin (dents fraisées/en biseau) :Le corps du cône est doté de longues dents pointues usinées et plus espacées. Ces dents pénètrent profondément dans la roche tendre avec une pression de contact relativement faible. L'espacement important empêche le trépan de s'enliser dans les formations plastiques.
Les conséquences d'une mauvaise utilisation sont instructives. Si l'on utilise un trépan à dents sphériques dans de la roche tendre, il perce, certes, mais lentement. Les petites dents ne pénètrent pas profondément et le trépan émousse au lieu de creuser. Il dure longtemps, mais le coût par forage est élevé car l'engin reste immobilisé indéfiniment.
Dans une roche dure et abrasive, une mèche à dents en coin casse ou s'use prématurément. Les dents longues subissent une contrainte de flexion excessive, et l'abrasion de la roche finit par user les dents plus tendres.
Adaptez la forme de la dent à la résistance à la compression et à l'abrasivité du matériau. Investir un peu plus dans un foret à denture adaptée est largement rentabilisé en termes de longueur de coupe.
Ensuite, gérez les trois paramètres autour des roulements.
Les mèches tricônes s'usent à deux endroits : les dents et les roulements. Les dents sont visibles. Les roulements, eux, ne le sont pas ; et ce sont généralement eux qui lâchent en premier si les paramètres sont incorrects.
Poids sur la mèche :Il faut appliquer une force suffisante pour enfoncer les dents dans la roche, pas plus. Au-delà du point où la roche se fracture efficacement, un poids sur l'outil (WOB) supplémentaire n'augmente pas la pénétration ; il ne fait qu'exercer une pression plus importante sur les roulements. La durée de vie des roulements est inversement proportionnelle à la charge. Un foret utilisé avec un WOB supérieur de 20 % à son WOB optimal peut perdre 40 % de la durée de vie de ses roulements sans aucun gain de pénétration.
Vitesse de rotation :Dans la roche tendre, un régime moteur élevé permet une pénétration plus rapide car chaque dent a moins de travail à effectuer et plus de temps pour récupérer. Dans la roche dure, un régime moteur élevé est contre-productif. Les dents n'ont pas suffisamment de temps de contact pour achever la fracture avant de se désengager, et les roulements — qui chauffent proportionnellement au régime moteur — s'usent plus vite. La roche dure nécessite un régime moteur plus faible et une force sur l'outil (WOB) plus élevée. La roche tendre nécessite un régime moteur plus élevé et une force sur l'outil (WOB) plus faible.
Air de rinçage :L'air ne sert pas uniquement à évacuer les déblais. Il assure le refroidissement des paliers. L'air circule dans les conduits internes du trépan, refroidissant ainsi les paliers lisses. Si le débit d'air de rinçage est insuffisant, les paliers surchauffent. Symptôme classique : après avoir retiré le trépan, un cône est nettement plus chaud que les deux autres. Ce cône chaud présente un conduit d'air obstrué ou un palier défectueux. Vérifiez les trois cônes après chaque forage. Si l'un d'eux est plus chaud que les autres, examinez-le avant de redescendre le trépan.
Liste de contrôle de l'opérateur
Ce sont ces petites habitudes qui distinguent un élément qui atteint son plein potentiel d'un élément qui disparaît prématurément :
Insérer un nouveau morceau.Un foret neuf est équipé de roulements neufs avec un jeu minimal. Si vous l'utilisez à pleine charge, les roulements risquent de se gripper avant même d'avoir eu le temps de se roder. Réduisez la charge sur les premiers mètres, puis augmentez-la progressivement. Cette période de rodage constitue une protection peu coûteuse pour le composant le plus cher de votre équipement.
Gardez le trou propre.Les objets métalliques (tige de foret cassée, outil tombé, morceau de fer à béton) détruiront un foret tricone au contact. Maintenez la zone du collet propre. Ne laissez aucun objet métallique pénétrer dans le trou.
Col droit.Un démarrage incorrect soumet la mèche à une contrainte de flexion dès la première rotation. Les cônes ne peuvent pas couper uniformément. La jauge s'use de manière irrégulière. Les roulements subissent une charge hors axe. Démarrez lentement et droit, et la mèche tournera droit pendant toute sa durée de vie.
Ne jamais bloquer l'arrivée d'air avec l'embout dans le trou.Les déblais se logent dans les passages de roulement et les interstices du cône. La rotation suivante les broie dans les roulements. Si vous devez interrompre le perçage, soulevez le foret et maintenez la ventilation jusqu'à ce que le trou soit propre.
Faites pivoter les cônes manuellement en cas d'arrêt.Si le foret reste longtemps dans le trou, faites tourner périodiquement les cônes à la main et soufflez de l'air à travers pour dégager les roulements. Un roulement resté trop longtemps sous charge et immobile dans les déblais sera grippé lors du redémarrage.
N'utilisez pas de tiges de forage tordues.Une tige tordue transmet un mouvement de fouet orbital au foret. Le foret se désaxe. Un seul côté de la rangée de jauges subit toute l'usure. Les roulements sont soumis à des charges latérales cycliques. Une tige tordue est le moyen le plus rapide de ruiner un foret qui serait autrement en bon état.
L'effet stabilisateur
Un stabilisateur monté directement au-dessus du trépan modifie la dynamique de forage. Il maintient le trépan centré dans le trou, ce qui assure une coupe uniforme des cônes, une usure régulière de la jauge et une charge axiale plutôt que décentrée sur les roulements. Il en résulte une réduction des vibrations et des écarts, ainsi qu'une durée de vie du trépan sensiblement accrue.
Les stabilisateurs à surface de contact durcie ou protégée par du carbure durent plus longtemps que les stabilisateurs en acier ordinaire. Lorsqu'un stabilisateur s'use et devient trop petit, il ne remplit plus sa fonction : le foret commence à dévier et le chargement devient irrégulier. Surveillez le diamètre extérieur du stabilisateur avec autant d'attention que le calibre du foret.
Le modèle
Un trépan tricone qui s'use prématurément dans une mine est généralement dû à l'un des trois problèmes suivants : une forme de dent inadaptée à la roche, des paramètres ayant surchargé les roulements ou une mauvaise utilisation par l'opérateur. Le trépan lui-même était probablement en bon état.
Choisissez la forme de dent adaptée à la formation. Paramétrez les roulements, pas seulement la pénétration. Adoptez de bonnes habitudes de conduite pour préserver le trépan. Installez un stabilisateur. Tout cela n'est pas coûteux. Le gain de temps est garanti.
