Forage en roche dure sans blocage : trois secrets pour ajuster les paramètres principaux
Les formations dures (comme le granit et le basalte) présentent une dureté et une ténacité élevées, ce qui impose des exigences strictes quant aux paramètres de forage. Un réglage précis de la vitesse de rotation, de la poussée du trépan et des paramètres d'évacuation des déblais est essentiel pour améliorer la vitesse de pénétration et réduire l'usure de l'outil. Vous trouverez ci-dessous un guide pratique détaillé pour le réglage de ces trois paramètres fondamentaux.
Vitesse de rotation : utiliser une faible vitesse pour une fracture efficace. La dureté élevée des roches dures exige un fonctionnement à faible vitesse, car les plaquettes de coupe (inserts de type bouton) nécessitent un temps de contact suffisant pour fracturer la roche. La structure dense et le faible nombre de fractures naturelles impliquent que les plaquettes doivent s’enfoncer dans la roche par une pression soutenue ; si la rotation est trop rapide, le temps de contact est considérablement réduit et la plaquette se désengage avant que la fracture ne soit efficace. Cela non seulement compromet l’efficacité, mais provoque également un meulage à sec qui accélère l’usure du trépan.
En pratique, la vitesse de rotation lors du forage de roches dures est généralement maintenue entre 30 et 60 tr/min. Par exemple, dans le granit, une vitesse de 100 tr/min provoque le dérapage des outils de coupe à la surface, ne produisant que des rayures superficielles sans pénétrer la roche. En réduisant la vitesse à environ 40 tr/min, les outils restent en contact avec la roche, exercent une pression constante et la fracturent grâce à leur dureté et à la géométrie de leurs coins, améliorant ainsi l'efficacité de la fracture de plus de 30 % et réduisant considérablement l'usure des trépans.
Pression de forage (poussée du trépan) : appliquer une pression élevée pour vaincre la résistance de la roche. La haute résistance à la compression des roches dures (souvent supérieure à 100 MPa) exige une pression de forage suffisante pour vaincre la résistance de la formation et forcer les outils de coupe à pénétrer. Une pression insuffisante provoque le glissement des outils de coupe en surface plutôt que leur ancrage ; une pression élevée appropriée permet aux outils de coupe de vaincre les contraintes de surface, de pénétrer dans les fissures internes ou les joints de grains, et de fracturer la roche par une action combinée de compression et de cisaillement.
La pression de forage typique pour les opérations en roche dure est de 3 à 5 MPa. Dans le domaine de l'exploitation minière en roche dure, cela se vérifie aisément : à une pression de seulement 2 MPa, les outils de forage peinent à créer des points de fracture efficaces et la pénétration peut être inférieure à 0,5 m/h. L'augmentation de la pression à 4 MPa permet un engagement profond des outils, des cycles de pression périodiques pour élargir les fractures et porte la pénétration à environ 1,2 à 1,5 m/h ; la roche concassée conserve également une meilleure intégrité des blocs pour leur manutention ultérieure.
Évacuation des déblais (rinçage) : assurer un rinçage suffisant pour maintenir une surface de travail propre. Bien que les déblais issus du forage en roche dure soient fins, la lenteur de la pénétration entraîne leur accumulation au fond du trou, créant un cercle vicieux de re-fracturation répétée : les déblais accumulés bloquent le contact entre les outils de coupe et la roche intacte, augmentant l’usure et le gaspillage d’énergie. L’objectif principal du réglage de l’évacuation des déblais est donc de garantir un débit de rinçage adéquat pour évacuer rapidement les déblais de fond.
Pour le forage en roche dure, le débit de liquide de rinçage doit être maintenu entre 40 et 80 L/min. Par exemple, lors du forage d'un tunnel souterrain en roche dure, un débit initial de 30 L/min entraînait une accumulation de déblais de 5 à 8 cm au fond du tunnel ; les trépans devaient être remplacés toutes les 2 heures et l'avancement journalier était inférieur à 8 m. Après avoir augmenté le débit à 60 L/min, l'épaisseur des déblais résiduels a diminué à moins de 1 cm, la durée de vie des trépans a dépassé 8 heures, l'avancement journalier a atteint 15 à 18 m et les coûts d'acquisition des trépans ont baissé d'environ 40 % grâce à la réduction de l'usure.
Coordination des paramètres : la logique de l’interaction tripartite. L’ajustement des paramètres pour le forage en roche dure ne consiste pas en une optimisation unifactorielle, mais en une correspondance coordonnée des trois paramètres. Points clés de coordination :
Vitesse et pression de forage : lors de l’augmentation de la pression de forage, maintenez une faible vitesse de rotation pour éviter une surcharge instantanée et des dommages au trépan dans des conditions de haute vitesse/haute pression.
Pression de rinçage et de forage : lors de l’augmentation du débit de rinçage, ajustez la pression de forage en conséquence afin d’éviter que l’impact du rinçage ne déstabilise la paroi du trou.
Ce n’est qu’en adaptant la vitesse de rotation, la pression de forage et le système de rinçage/d’évacuation des déblais dans un ensemble compatible que le forage de roches dures peut atteindre une efficacité élevée avec une faible consommation.
