Le forage en roche dure ne restera pas bloqué ! Trois conseils essentiels pour ajuster vos paramètres de forage.
Les formations rocheuses dures (comme le granite, le basalte, etc.) présentent une dureté et une ténacité élevées, ce qui impose des exigences strictes quant à l'adaptation des paramètres de forage. Un réglage précis de la vitesse de rotation, de la pression de forage (poids sur l'outil/pression du trépan) et de l'évacuation des déblais (rinçage) est essentiel pour améliorer la vitesse de pénétration et réduire l'usure du matériel. L'article qui suit explique la logique de réglage et les règles pratiques pour le forage en roche dure en fonction de ces trois paramètres fondamentaux.
Vitesse de rotation : faible pour un forage efficace. En raison de la dureté élevée des roches dures, le forage s’effectue généralement à faible vitesse de rotation afin que les dents du trépan aient un temps de contact suffisant pour fracturer la roche. Les roches dures sont denses et présentent peu de fractures naturelles ; les trépans à rouleaux coniques doivent donc s’enfoncer et se coincer dans la formation au fil du temps. Si la vitesse est trop élevée, le temps de contact des dents est considérablement réduit et elles risquent de glisser avant que le forage ne soit efficace. Ce « fraisage à vide » non seulement n’améliore pas la pénétration, mais accélère également l’usure du trépan.
En pratique, la vitesse de rotation pour le forage de roches dures est généralement comprise entre 30 et 60 tr/min. Par exemple, lors du forage de granit, une vitesse de 100 tr/min entraîne un glissement rapide des dents sur la surface, ne produisant que des rayures superficielles sans pénétrer la roche. En réduisant la vitesse à environ 40 tr/min, les dents restent en contact avec la paroi et exercent une pression constante ; l’effet de coin et la dureté des dents permettent une fragmentation progressive de la roche, augmentant l’efficacité de forage de plus de 30 % tout en réduisant considérablement l’usure du trépan.
Pression de forage : appliquer une pression suffisante pour vaincre la résistance de la roche. Les roches dures présentent souvent une résistance à la compression élevée (généralement supérieure à 100 MPa). Une pression de forage adéquate est donc nécessaire pour vaincre cette résistance et enfoncer les dents du trépan dans la formation. Une pression insuffisante provoque le glissement des dents à la surface et un effet de « dérapage ». Une pression plus élevée et appropriée permet aux dents de pénétrer les contraintes superficielles, d’atteindre les fissures internes ou les espaces intercristallins et de fracturer la roche par une action combinée d’extrusion et de cisaillement.
En pratique, la pression de forage dans les roches dures est généralement fixée entre 3 et 5 MPa. Par exemple, dans l'extraction de minerais durs, si la pression du trépan n'est que de 2 MPa, les dents ne peuvent pas établir de points de rupture efficaces et la vitesse de pénétration peut être inférieure à 0,5 m/h ; une pression accrue à 4 MPa permet un engagement plus profond des dents, des cycles de contrainte périodiques pour élargir les fractures et des vitesses de pénétration de 1,2 à 1,5 m/h, avec une meilleure intégrité de la roche concassée pour sa manipulation ultérieure.
Évacuation des déblais (rinçage) : un rinçage suffisant est nécessaire pour maintenir une surface de travail propre. Bien que les déblais issus du forage en roche dure soient relativement fins, la faible vitesse de pénétration favorise leur accumulation au fond du trou, créant un cercle vicieux de « re-fracturation ». Les déblais compactés empêchent le trépan d’entrer en contact avec la roche fraîche, augmentent l’usure et gaspillent de l’énergie à les concasser à nouveau, ce qui diminue l’efficacité globale. L’objectif principal du réglage de l’évacuation des déblais est d’assurer un débit de fluide de rinçage adéquat pour une évacuation rapide des déblais.
Pour le forage en roche dure, les débits de rinçage sont généralement contrôlés entre 40 et 80 L/min. Par exemple, lors du forage d'un tunnel souterrain en roche dure, un débit de rinçage initial de 30 L/min a entraîné une accumulation de déblais de 5 à 8 cm au fond du tunnel ; les trépans devaient être remplacés toutes les 2 heures et la distance de forage journalière était inférieure à 8 m. Après avoir augmenté le débit à 60 L/min, l'épaisseur des déblais au fond a été maintenue sous 1 cm, la durée de vie des trépans a dépassé 8 heures, la distance de forage journalière a atteint 15 à 18 m et les coûts d'acquisition des trépans ont diminué d'environ 40 % grâce à la réduction de l'usure.
Coordination des paramètres : la logique centrale des trois éléments réunis. Le réglage des paramètres pour le forage en roche dure ne consiste pas en une optimisation isolée de valeurs individuelles, mais en une correspondance coordonnée des trois :
Vitesse de rotation et pression de forage : lors de l’augmentation de la pression de forage, maintenez une faible vitesse pour éviter une surcharge instantanée et une défaillance soudaine du trépan dans des conditions de vitesse/pression élevées.
Pression de rinçage et de forage : lors de l’augmentation du débit de rinçage, coordonnez-la avec la pression de forage afin d’éviter qu’un impact excessif du rinçage ne compromette la stabilité des parois du trou.
Seule une combinaison adaptée de vitesse, de pression et de rinçage permet un forage de roche dure à haut rendement et à faible consommation.
