Tiges de forage spiralées dans les mines de charbon : les règles d’utilisation pour préserver l’intégrité de votre tige
Le forage souterrain de charbon est impitoyable pour le matériel. L'espace est restreint, l'humidité omniprésente, les formations géologiques changent sans prévenir, et lorsqu'un problème survient à 200 mètres de profondeur, il est impossible de simplement remonter le matériel à la grue et de recommencer. De tous les composants de la garniture de forage, la tige de forage hélicoïdale est la plus sollicitée : elle transmet le couple, transporte les déblais et fléchit à chaque changement de formation, simultanément.
La différence entre une tige de forage qui dure des mois et une autre qui casse au troisième trou se joue généralement sur les cinq premières minutes d'utilisation et les cinq dernières. Voici ce qui compte.
Avant même de commencer : l'inspection de cinq minutes
Vous avez une pile de tiges de forage sur le support et un trou à percer. La tentation est grande de prendre la première venue et de commencer à visser. Mais les tiges de forage hélicoïdales présentent des défauts de conception qui passent inaperçus jusqu'à ce qu'on les remarque, et qui se manifestent toujours au pire moment.
Avant toute chose : faites rouler chaque tige sur une surface plane avant de la connecter. Tout espace visible entre la tige et la surface indique qu'elle est tordue. Une tige tordue dans un trou profond ne se contente pas de percer de travers ; elle fouette l'intérieur du forage, frappe la paroi à chaque rotation et exerce des contraintes de fatigue cycliques sur tous les raccords filetés situés au-dessus. Une tige tordue est bonne pour la casse. N'essayez pas de la redresser.
Deuxièmement : vérifiez les spires. Les soudures à la jonction entre la spire et le tube central sont des zones de concentration de contraintes. Recherchez les microfissures partant du pied de la soudure ; elles sont petites, mais se propagent rapidement une fois le perçage commencé. Tapotez les spires avec le manche d’une clé. Un son sourd indique que le métal est solide. Un son clair signifie que la soudure est percée et que la spire est desserrée.
Troisièmement : l’état du filetage. Des filetages propres et secs sont indispensables ; ils empêchent le dévissage complet de la garniture de forage en profondeur. La poussière de charbon et la boue accumulées au fond du filetage empêchent un engagement complet. Une tige de forage vissée à seulement 80 % risque de se desserrer sous l’effet du couple. Brossez les filetages avec une brosse métallique, soufflez-les à l’air comprimé si possible, et appliquez un composé de filetage avant chaque connexion. N’utilisez pas de graisse, mais un composé anti-grippage adapté au couple de serrage appliqué. La graisse se dégrade sous l’effet de la chaleur et de la pression ; le composé de filetage, lui, reste intact.
Dernière vérification d'alignement : l'appareil de forage, la tige de forage et le puits doivent être sur le même axe. Même un léger désalignement au niveau du collier entraîne une contrainte de flexion importante à 100 mètres. Un alignement correct vous évitera la rupture de vos tiges.
Commencer le trou : la règle des 300 millimètres
Dans le forage du charbon, la tige de forage hélicoïdale remplit une double fonction : transmettre la rotation au trépan et évacuer les déblais du puits grâce à ses spires. Ces deux fonctions nécessitent la rotation de la tige à l'intérieur d'un forage correctement formé. Or, au tout début du forage, il n'y a pas encore de trou ; il n'y a qu'une tige qui tente d'en créer un.
C'est là qu'intervient la règle des 300 millimètres. Pour les 300 premiers millimètres de forage (environ 30 cm), maintenez une faible vitesse de rotation, entre 100 et 150 tr/min, pas plus. Appliquez une légère pression d'avance. L'objectif n'est pas une vitesse de pénétration maximale, mais de permettre au trépan d'établir un trou net et droit que la tige pourra ensuite suivre. Tant que cette profondeur initiale n'est pas atteinte, la tige n'a aucun support latéral et risque de vibrer au niveau de la bague si vous la faites tourner trop vite.
Une fois les 300 millimètres dépassés et la paroi du trou servant de guide, vous pouvez augmenter progressivement la vitesse de rotation jusqu'à la plage cible : 150 à 300 tr/min est typique pour les foreuses de la série CMS1 dans le charbon, la limite inférieure étant adaptée aux veines de charbon dur et la limite supérieure aux veines tendres. Le débit d'avance doit se stabiliser entre 0,5 et 1,5 mètre par minute selon les conditions.
La lecture des déblais : la compétence la plus sous-estimée dans le forage du charbon
Voici ce qui distingue les foreurs expérimentés de tous les autres : ils surveillent les déblais. Pas occasionnellement, mais constamment.
Les tiges de forage hélicoïdales sont conçues pour évacuer les déblais par les spires lors de la rotation de la tige. Si les déblais s'écoulent régulièrement du collier, le forage est sain. Si l'écoulement s'interrompt, même quelques secondes, un problème est survenu. Il se peut que le trépan ait rencontré une zone meuble et produise plus de copeaux que les spires ne peuvent en évacuer. Il se peut aussi que la paroi du forage se soit partiellement effondrée derrière le trépan. Enfin, il se peut que le fluide de forage n'atteigne pas la surface du forage.
Quelle qu'en soit la raison, la réaction est la même : arrêtez immédiatement l'alimentation, maintenez la rotation et reculez légèrement la tige (environ un mètre) pour dégager les spires obstruées. Puis, réintroduisez-la lentement. Forcer la tige vers l'avant lorsque les déblais ne sortent pas risque de tasser l'espace annulaire, et un espace annulaire tassé est un risque de blocage de la tige.
Le principe est simple : si les jetons ne sortent pas, n'allez pas plus loin. Point final.
Quand les choses tournent mal sous terre
Le forage du charbon présente des risques de défaillance que le forage à ciel ouvert ne connaît pas. Les venues de gaz, les infiltrations d'eau et les effondrements soudains de la formation sont des possibilités réelles, et la réaction de l'opérateur détermine s'il s'agit d'un incident ou d'une catastrophe.
En cas de problème mécanique (tige coincée, raccord grippé), la règle est la même que pour tout outil de fond de puits : ne forcez pas. Arrêtez l’avance. Réduisez la vitesse de rotation et inversez doucement le sens de rotation. Actionnez la tige de haut en bas par petits mouvements tout en la faisant tourner lentement en sens inverse. Les spires de la tige aideront à dégager le blocage si vous leur laissez le temps. Tirer brusquement sur une tige de forage coincée en la retirant à pleine force est un moyen rapide de la casser au niveau du filetage le plus fragile, et repêcher une tige cassée dans un trou de veine de charbon n’est certainement pas une partie de plaisir.
En cas de situation critique pour la sécurité — pic de concentration de gaz, écoulement soudain d'eau du puits ou tout signe d'éruption — il n'existe aucune procédure de dépannage. Coupez immédiatement l'alimentation électrique de la plateforme. Évacuez la zone. Signalez l'incident. Aucun équipement ne justifie de rester dans une zone compromise.
Extraction : les zones où les tiges sont le plus souvent endommagées
Paradoxalement, les tiges de forage hélicoïdales s'abîment davantage lors du démontage que lors du perçage. La rupture des raccords filetés en est la cause. La bonne méthode : une fois la tige serrée, effectuez une rotation inverse lente, sans forcer sur le raccord. Si le raccord ne se desserre pas à faible couple, manipulez-le à la main avec une clé avant de remettre la visseuse électrique en marche. Une rotation inverse rapide sur un raccord serré risque d'endommager le filetage, et une fois le filetage endommagé, la tige est inutilisable.
Après avoir retiré chaque canne du fil, essuyez-la. Les résidus de charbon qui restent sur les spires et à la base du filetage sèchent et forment une croûte cimentée deux fois plus difficile à enlever le lendemain. Un simple coup de chiffon et une pulvérisation d'antirouille sur le filetage prennent trente secondes par canne. Les protège-filetages se placent avant que la canne ne soit rangée sur le support. Les cannes rangées sans protège-filetage accumulent des marques sur les têtes de filetage, et un filetage abîmé risque de se croiser lors du prochain montage.
Rien de tout cela n'est compliqué. Mais les équipages qui y parviennent régulièrement sont ceux qui ne passent pas leur temps à demander un outil de pêche par radio.
