Les tiges de forage d'extension minière sont-elles toujours défaillantes ? Un article pour comprendre les modes de défaillance et les solutions.
Dans les opérations minières, les tiges de forage sont un composant essentiel et indispensable dont la performance influence directement l'efficacité et la sécurité. Comparées aux tiges de forage de tunnels et d'avancées, les tiges de forage miniers subissent moins de défaillances anormales, mais une fois qu'elles surviennent, elles peuvent néanmoins entraîner d'importants problèmes de production. Cet article examine les modes de défaillance courants des tiges de forage miniers, leurs causes et les contre-mesures pour vous aider à éviter les interruptions de production.
Usure des filetages internes et externes : le principal responsable de l'usure. Parmi les défaillances des tiges de forage utilisées sur les plateformes minières, l'usure des filetages internes et externes est la plus fréquente, l'usure interne étant prédominante. C'est comme une vis que vous utilisez au quotidien : ses filetages s'usent avec le temps, devenant desserrés et difficiles à serrer ; les filetages des tiges de forage se comportent de la même manière.
Qu'est-ce qui détermine la résistance à l'usure du filetage d'une tige de forage ?
Le processus de fabrication est fondamental : la dureté du traitement thermique de la tige, la profondeur de cémentation (carburation), l'état de surface du filetage et la précision de l'ajustement sont autant de facteurs clés qui influencent sa résistance à l'usure. À l'instar de la fabrication d'un outil durable, le choix des matériaux et la qualité du procédé influencent directement sa durée de vie.
Conditions d'exploitation difficiles : la dureté de la roche et la complexité géologique jouent un rôle prépondérant. Dans ces conditions difficiles, les bourrages et les déviations de trou se produisent facilement, ce qui agit comme du papier de verre et accélère l'usure du filetage.
Les facteurs liés à l'opérateur sont importants : les compétences de l'opérateur et les réglages utilisés (pression d'avance/d'alimentation, pression de l'eau de rinçage, etc.) peuvent influencer le taux d'usure du filetage. Une mauvaise utilisation équivaut à soumettre la tige à une « torture » et entraîne une usure anormale.
Attention à l'utilisation et à l'entretien : le fait de ne pas affûter les forets à temps réduit non seulement la pénétration mais entraîne également une déviation du trou ; le mélange de tiges usées et neuves ou l'utilisation de tiges de différents fabricants, en raison des différences de tolérances de filetage et de jeu d'ajustement, accélérera l'usure du filetage.
La fracture à la racine des filetages externes est un autre mode de défaillance courant, qui survient souvent lorsqu'une tige a déjà atteint son métrage normal, mais est encore utilisée. Généralement, les filetages internes et externes s'usent avant la fracture à la racine ; cependant, certains produits dont les filetages ne sont pas usés peuvent néanmoins subir des fractures à la racine s'ils sont maintenus en service. Les principales causes sont :
Le procédé de fabrication est crucial : le niveau de traitement thermique détermine la résistance à la fatigue de la tige. Il est crucial que la microstructure du traitement thermique assure une ténacité et une résistance à la fatigue adéquates. La structure idéale est une surface martensitique à haute teneur en carbone, avec un cœur à faible teneur en bainite et une large zone mixte de transition lisse entre les deux. L'état de surface du filetage influence également les performances.
Les conditions de fonctionnement ajoutent des problèmes : des conditions complexes avec des blocages fréquents ou des déviations de trou conduisent à des fractures de fatigue anormales à la racine du filetage.
L'utilisation et l'entretien cachent des risques : ne pas réaffûter le foret à temps peut provoquer une déviation du trou et donc des fractures anormales des racines des filets de la tige.
Fracture au niveau du relief du filetage intérieur (découpe à vide) — un point faible structurel. La fracture au niveau du relief du filetage intérieur (zone de contre-dépouille/« découpe à vide ») est un autre type de défaillance, généralement causé par deux facteurs. Premièrement, lors du perçage, le filetage extérieur peut exercer des forces sur la zone de relief du filetage intérieur, structurellement plus fragile et donc sujette à la fracture. Deuxièmement, une usure importante de l'extérieur du filetage intérieur réduit encore la résistance de la zone de relief et augmente le risque de fracture. Une contre-mesure pratique consiste à sélectionner des tiges avec un filetage intérieur allongé : l'engagement plus long permet de répartir les charges et de réduire la concentration des contraintes au point faible, renforçant ainsi efficacement la zone vulnérable.
Rupture du corps de tige : un manquement au contrôle qualité. Les ruptures du corps de tige sont rares et sont généralement liées à des problèmes liés à l'acier lui-même ou à des procédés de laminage/forgeage inappropriés, se produisant généralement de manière isolée. Cependant, si des ruptures du corps de tige se produisent par lots, cela indique probablement un problème important de traitement thermique ou de contrôle du procédé ; une inspection détaillée du procédé de traitement thermique et des contrôles qualité est alors nécessaire pour identifier et corriger les défauts.
Pliage des tiges : le piège caché des opérations en série. Les tiges de forage minier sont fréquemment utilisées en trains de tiges, généralement composés de 10 à 20 tiges reliées entre elles. Une fois pliée, une tige devient non seulement inutilisable, mais peut également provoquer des défaillances anormales sur d'autres tiges. La rectitude et la concentricité sont donc des critères de qualité essentiels pour les tiges minières. Le respect de ces tolérances géométriques améliore considérablement la fiabilité et la durabilité en exploitation continue.
Pour éviter le pliage des barres, plusieurs opérations de redressement sont nécessaires pendant la fabrication. La matière première entrante peut être déformée et doit être redressée avant toute transformation ultérieure. Les barres peuvent se déformer lors du traitement thermique et nécessitent ensuite un redressement précis pour respecter des normes de rectitude strictes. De plus, le transport et le stockage doivent être gérés pour préserver la rectitude et éviter le pliage.
