Précautions d'utilisation des outils de forage de roche
Les tiges de forage utilisées dans les opérations de forage et de dynamitage sont limitées par le diamètre du trou, ce qui réduit considérablement leur section. Ces composants fins doivent résister à une usure importante, à des milieux corrosifs et à des charges cycliques à haute fréquence (traction, compression, flexion et torsion) transmises par les perforatrices à fort impact. Selon les conditions de charge et les propriétés de la roche, leur durée de vie peut varier de quelques dizaines d'heures à un peu plus d'une centaine d'heures. Les outils de forage figurent parmi les consommables les plus sollicités de l'industrie : ils ont une durée de vie courte, sont techniquement complexes et sont indispensables en grande quantité.
Chaque utilisateur d'outils souhaite un rendement maximal pour un coût minimal, ce qui implique de réduire la consommation d'outils. C'est pourquoi fabricants et utilisateurs d'outils devraient collaborer étroitement afin d'améliorer la durée de vie des outils grâce à une optimisation technique conjointe.
1. Du point de vue de l'utilisateur : Critères de choix des outils de roche
(1) Haute qualité du produit
Les adaptateurs de tige de haute qualité sont conçus pour durer plus longtemps, réduisant ainsi les temps d'arrêt liés au démontage et au remplacement. Les tiges et les forets sont tout aussi essentiels : si une tige casse, la tige et le foret risquent d'être perdus, et le trou inutilisable.
Sur les foreuses hydrauliques modernes, le forage classique est fortement automatisé et moins exigeant physiquement, mais le remplacement des adaptateurs de tige, la récupération des tiges cassées ou le réaffûtage des trépans entraînent des pertes de temps et augmentent la pénibilité du travail et les coûts d'exploitation. Par conséquent, les utilisateurs se soucient non seulement du prix, mais surtout de la qualité du produit.
(2) Taux de pénétration optimal
Lors des opérations de forage de grande envergure, outre les coûts de main-d'œuvre et d'acquisition d'outillage, de nombreux autres coûts liés au temps sont fixes. Le coût de l'outillage représentant une part importante du coût de forage, une pénétration plus rapide réduit directement le coût total de construction. C'est pourquoi les utilisateurs accordent une grande importance à la vitesse de forage.
(3) Déviation minimale du trou de mine
Lors du dynamitage de trous moyens et profonds, la déviation des trous réduit la quantité d'explosif utilisée et l'efficacité de l'espacement, ce qui diminue la productivité. Les utilisateurs exigent donc une rectitude des trous très élevée, généralement avec des tolérances très strictes.
Les principales causes de déviation sont les suivantes :
erreur de serrage au début du trou,
erreur de marquage/d'alignement des trous,
Erreur de rectitude générée lors du perçage par le comportement de l'outil.
Avec des installations entièrement hydrauliques ou à commande numérique, les deux premières sources d'erreur peuvent être considérablement réduites, la déviation due à la structure de l'outil devenant alors le principal facteur restant. Cette déviation augmente généralement avec la profondeur et peut entraîner la mise au rebut des forages. L'utilisation d'outils de forage guidés constitue un moyen très efficace de réduire, voire d'éliminer, la déviation.
2. Analyse de l'usure et des causes de défaillance des outils de forage en roche
(1) Désalignement de la garniture de forage
Si l'adaptateur de tige, le manchon de couplage et la tige de forage ne sont pas concentriques, une déformation par flexion se produit, générant des contraintes et un mauvais ajustement au niveau des connexions, ce qui entraîne un desserrage.
(2) Pression d'alimentation
Un couple trop faible entraîne une diminution de l'efficacité de pénétration, un desserrage de l'assemblage, une augmentation des pertes de transfert d'énergie et des micro-séparations/impacts répétés aux surfaces de contact, créant ainsi des contraintes importantes. Signes typiques : surchauffe et cliquetis/vibrations au niveau des joints. La surchauffe accélère l'usure du filetage et peut provoquer des piqûres d'érosion.
Valeur trop élevée : la vitesse de rotation du foret diminue, le risque de blocage augmente et la contrainte de flexion de la tige s’accroît.
(3) Pression d'impact
Un réglage incorrect de la pression d'impact affecte directement le comportement de rotation, l'efficacité de pénétration et la durée de vie de l'outil.
(4) Vitesse de rotation
La vitesse de rotation doit correspondre au diamètre du foret et à la fréquence de frappe. Les forets de plus grand diamètre nécessitent une vitesse de rotation plus faible. Une vitesse de rotation excessive endommage la structure de coupe périphérique.
(5) Réglage de la pression/du couple de rotation
Une pression de rotation adéquate est essentielle. Elle permet d'éviter le grippage et est nécessaire à une rotation stable. Une pression de rotation progressive est également cruciale pour maintenir la tension du cordage. Une tension insuffisante provoque souvent des échauffements au niveau des joints, l'écaillage du fil, une usure prématurée de celui-ci, voire sa rupture.
(6) Pratiques d'exploitation inappropriées
Mélanger des pièces d'outillage usées avec des pièces neuves peut réduire leur durée de vie. Parmi les autres pratiques dommageables, citons un mauvais alignement lors du montage des tiges, la présence de saletés ou de sable dans les filetages et le montage des filetages sans lubrifiant.
Le « tir à blanc » (martelage sans contact effectif entre la mèche et la roche) est particulièrement destructeur et doit être évité.
3. Relation entre les paramètres de forage et les performances de forage
Pression d'impact
Une pression d'impact plus élevée augmente la vitesse du piston et l'énergie d'impact. Lorsque le trépan est en bon contact avec une roche dure intacte, l'énergie de l'onde de choc est utilisée de manière optimale. En cas de mauvais contact entre le trépan et la roche, l'énergie est réfléchie vers la garniture de forage sous forme d'ondes de tension au lieu de pénétrer dans la roche.
L'énergie d'impact maximale par coup ne peut être pleinement exploitée que dans une roche suffisamment dure. Dans une roche plus tendre, la pression/énergie d'impact doit être réduite afin de limiter les réflexions nuisibles.
Pour un réglage de percussion donné, une pression plus élevée engendre des contraintes plus importantes dans la section transversale de l'acier de forage. Afin d'optimiser la durée de vie des tiges et des adaptateurs de queue, la pression de service doit toujours correspondre à la capacité de la garniture de forage.
Pression d'alimentation
La force d'avance maintient le trépan en contact ferme avec la roche tout en permettant sa rotation. Cette force d'avance doit être correctement adaptée à la pression d'impact.
Une force d'avance correcte permet un perçage plus économique.
Une force d'avance trop faible réduit la vitesse de pénétration et desserre les raccords filetés. La surchauffe des accouplements et les cliquetis indiquent un réglage d'avance insuffisant. Si le perçage se poursuit avec des raccords desserrés, les pertes d'énergie et l'élévation de température augmentent, ce qui peut entraîner la combustion et la rupture du filetage.
Une force d'avance trop élevée réduit la vitesse de rotation et la pénétration, augmente le risque de blocage et peut accroître la déviation du trou en raison de la tendance à la flexion du fil.
vitesse de rotation
La rotation positionne le foret pour le prochain impact. Avec les forets à boutons, le décalage périphérique entre deux impacts est généralement d'environ 10 mm. Il est donc nécessaire d'ajuster la vitesse de rotation en fonction de la fréquence d'impact et du diamètre du foret. Les grands diamètres requièrent une vitesse de rotation plus faible. Une vitesse de rotation excessive accélère l'usure des boutons de mesure et de la structure du bord.
4. Précautions pratiques d'utilisation
Avant d'ajouter les barres, réglez la pression d'impact, la pression d'avance, la vitesse de rotation et la pression d'amortissement/de tampon en fonction de la géologie réelle. Assurez-vous que les paramètres correspondent à la dureté de la roche et au type de formation.
Lors du perçage, veillez à maintenir l'ensemble outil concentrique afin d'éviter toute déformation par flexion de l'adaptateur de tige, de la tige et du foret.
Évitez les tirs à vide. Si cela se produit, arrêtez immédiatement le perçage afin d'éviter d'endommager gravement l'outil.
Après le retrait de chaque tige, appliquez un lubrifiant de refroidissement sur l'extrémité filetée de la tige et sur l'interface de raccordement rapide.
Après le forage des trous de mine, les joints filetés sont chauds et peuvent contenir des débris rocheux et de l'eau de mine. Le lubrifiant de refroidissement assure la lubrification, réduit la température, protège contre la corrosion et améliore la résistance à l'usure des filetages.Lors du retrait des tiges, évitez les vibrations/secousses répétées, qui constituent l'une des actions les plus dommageables pour les tiges de forage.
Si un raccord fileté est difficile à desserrer, injectez d'abord du lubrifiant dans la zone du filetage, puis procédez au desserrage ou à l'application de vibrations contrôlées. Cela minimise les risques d'endommagement direct du filetage.
Lors des vibrations de la tige, le perforateur peut transmettre une pression d'impact proche de 200 bars. Les impacts répétés à haute fréquence provoquent une concentration des contraintes ; les vibrations répétées, combinées à la chaleur, peuvent engendrer une usure par adhérence/des brûlures de soudure à froid et des piqûres d'érosion aux extrémités du filetage, et dans les cas les plus graves, des piqûres de fusion localisées. Ces défauts sont à l'origine de la fatigue et peuvent entraîner une rupture prématurée de la tige.
