Forages miniers et forages de tunnel : guide d’application complet pour les perforateurs hydrauliques

Le forage minier et le forage de tunnels utilisent des équipements hydrauliquement similaires, mais les placent dans des environnements opérationnels fondamentalement différents — et ces différences environnementales se répercutent sur chaque décision d’entretien et de sélection. Dans l’exploitation minière à ciel ouvert, une unité de forage fonctionne à l’air libre, avec un accès direct pour l’entretien, des conditions du sol relativement stables et des motifs de trous qui se répètent sur un banc donné. Dans le forage de tunnels, un jumbo opère dans un espace confiné, dans un air pouvant contenir des fumées et des poussières fines de roche, contre une face dont la géologie change à chaque cycle, sans possibilité de sortir l’unité pour tout autre motif qu’une panne majeure.

Comprendre quels paramètres sont déterminants dans chaque environnement — et quelles caractéristiques d’un perforateur ont été conçues spécifiquement pour y répondre — fait la différence entre une sélection d’équipement fondée uniquement sur une fiche technique et une sélection fondée sur une connaissance approfondie de l’application.

Forage en exploitation minière à ciel ouvert : le débit de production comme variable principale

Le forage de banc de surface pour l'exploitation à ciel ouvert et les carrières évalue ses performances selon un indicateur principal : le nombre de mètres forés par heure de fonctionnement sur l'ensemble du cycle de poste, y compris le repositionnement, le changement de tiges et la maintenance des tiges de forage. Tous les autres paramètres — consommation de carburant, intervalle d'entretien, économie de la tige de forage — sont évalués en fonction de cette production principale.

La foreuse de production long trou Sandvik DL422i signale jusqu'à 10 % de mètres forés supplémentaires par poste en forage de production automatisé, grâce au système de stabilisation du drilleur HF1560ST qui élimine les rebonds de l'outil et à la boucle de commande automatisée des paramètres qui ajuste en temps réel la pression de percussion lorsque la dureté du terrain varie sur le banc. Pour les travaux de banc de surface avec des diamètres de 140 à 178 mm, la forme d'onde de percussion à piston long du RD1840C génère des ondes de contrainte mieux adaptées à la longueur des tiges et à la taille de l'outil que les impulsions plus courtes et à fréquence plus élevée provenant des designs de drilleurs souterrains.

La sélection du système de filetage pour les travaux de surface suit la dureté de la formation : R25/T38 pour les travaux légers dans des formations tendres, T45 pour les calcaires et grès de dureté moyenne, T51/GT60 pour la production de granit et de basalte durs. Un désaccord entre le système de filetage et la formation — par exemple l’utilisation de tiges légères T38 dans du granite dur — provoque une usure accélérée des filetages qui compense largement l’avantage en termes de productivité lié au poids réduit de la tige.

Forage souterrain en exploitation minière : temps de cycle et contraintes d’espace

Dans le développement souterrain — avancement des frontales, des traversées et des puits d’élévation — le cycle de forage ne constitue qu’une étape d’une séquence comprenant également le chargement, le tir, la ventilation, le ramassage des déblais et le décapage. La vitesse du perforateur est limitée par ce cycle global, et non optimisée de façon indépendante. Ce qui compte, c’est la fiabilité sur l’ensemble du cycle de poste et la capacité à repositionner rapidement l’équipement entre deux trous de forage sans endommager le module de percussion.

Le COP MD20 d’Epiroc a été conçu spécifiquement pour ce mode de fonctionnement : sa résistance améliorée au martelage libre lors du repositionnement — lorsque la percussion est en marche, mais que le foret n’est pas encore en contact avec la roche — réduit les défaillances par contrainte du carter, auxquelles les générations précédentes étaient sujettes pendant la séquence répétée de démarrage/arrêt liée au positionnement. Les jumbos souterrains destinés au développement de tunnels effectuent généralement 6 à 8 heures de percussion effective par poste ; le temps restant est consacré au repositionnement, au chargement et à l’entretien. Un drifter qui gère efficacement la phase de repositionnement préserve sa durée de vie en service sous percussion, même avec un taux d’occupation élevé des postes.

Forage pour la construction de tunnels : précision géométrique et conception des tirs

La construction de tunnels pour les routes, les chemins de fer et les infrastructures souterraines implique une contrainte que ni l’exploitation minière à ciel ouvert ni l’extraction souterraine de minerai n’accentuent aussi fortement : la précision du schéma de forage détermine la géométrie des tirs, qui détermine à son tour le profil du tunnel, ce qui détermine enfin le volume de sur-excavation nécessitant un remplissage en béton ou en béton projeté. Un schéma de forage dans lequel chaque trou s’écarte de 150 mm de sa position prévue peut accroître de façon mesurable le volume de sur-excavation par tir — et, au regard des coûts de construction de tunnels, cette sur-excavation représente un surcoût important.

L'alignement du châssis d'alimentation est critique dans le forage de tunnels, car le même jumbo perce un motif complet de front de taille comportant 50 à 150 trous par cycle, et toute erreur systématique de positionnement de la flèche se cumule sur l'ensemble des trous. La technologie de mesure pendant le forage (MWD), disponible sur les jumbos modernes de plusieurs fabricants, enregistre tout au long de chaque trou la pression de percussion, la pression d’alimentation et la pression de rotation, générant ainsi un journal qui identifie les changements de formation et signale les trous pour lesquels une déviation des paramètres suggère un problème. La plateforme iSure de Sandvik exploite ces données pour la navigation tunnel PERFECT SHAPE, fournissant une représentation graphique du front de taille et une vérification du plan de forage avant chaque cycle.

Comparaison d’applications : Paramètres clés de sélection selon le contexte

Systèmes de rinçage : là où l’exploitation minière et le forage de tunnels divergent le plus

Le rinçage du trou — élimination des déblais rocheux et refroidissement de l’outil — s’effectue différemment selon les trois types d’applications. L’exploitation minière à ciel ouvert utilise de l’air comprimé ou un brouillard eau-air ; l’exploitation minière souterraine et le forage de tunnels utilisent couramment le rinçage à l’eau sous une pression de 10 à 25 bar. La pression de rinçage et la qualité de l’eau ont une incidence sur la maintenance des perforatrices, plus que la plupart des opérateurs ne le pensent.

Le rinçage à l'eau dans le forage de tunnels entraîne des poussières rocheuses fines et, parfois, une teneur minérale accrue provenant de la formation géologique. Lorsque la vanne de retenue du circuit de rinçage tombe en panne ou que les joints d'étanchéité de la boîte de rinçage sont usés, cette eau remonte vers l'arrière dans le circuit de percussion, contaminant l'huile hydraulique et dégradant les joints d'étanchéité de percussion bien plus rapidement qu'une usure abrasive normale. Les intervalles d'inspection des joints d'étanchéité dans les applications tunnel doivent être fixés à 350–400 heures de percussion, plutôt que les 450–500 heures courantes dans le forage de surface à sec. HOVOO fournit des kits de joints d'étanchéité pour les modèles de perforateurs utilisés dans les trois types d'applications — surface, souterrain et tunnel — le choix du matériau étant guidé par la température de fonctionnement et l'environnement fluide. Références complètes sur hovooseal.com.