Repousser la limite

Au début de l'année 2021, Sandvik Mining and Rock Solutions a lancé une nouvelle foreuse marteau perforateur hors trou - Pantera DP1600i. Il s'agit du dernier membre de la famille Pantera DPi de grandes foreuses hydrauliques sur chenilles, caractérisées par des taux de pénétration élevés et des options d'automatisation avancées pour la gestion de la flotte basée sur les données et l'optimisation des performances de forage. Cependant, leur gamme de tailles de trous était jusqu'à présent limitée à 152 millimètres (6 pouces).

Le point de départ des ingénieurs concepteurs du Pantera DP1600i a été d'élaborer un équilibre minutieux entre les trois composants dominants de la Foreuse : le porteur, le marteau perforateur et les outils hydrauliques, afin de pouvoir forer des trous de grande taille, entre 140 et 178 millimètres (5,5-7 pouces).

La solution du porteur est essentiellement basée sur la plateforme fiable et éprouvée de la série Pantera DPi, améliorée avec des pièces critiques dans le système hydraulique et une structure de flèche redessinée pour transporter un marteau perforateur plus puissant. Il en résulte une haute capacité et éventuellement une taille de trou plus importante, sans augmenter l'empreinte physique de la Foreuse.

"Nous avons une longue expérience avec des performances éprouvées dans le forage hors trou avec les foreuses de la série Pantera DPi, en commençant dès 2008, et c'était donc un choix naturel de mettre à niveau la plateforme existante pour cette nouvelle solution", explique Jarno Vii-taniemi, chef de produit forage hors trou chez Sandvik Mining and Rock Solutions.

Le nouveau marteau perforateur compact à percussion RD1840C relève le défi d'augmenter l'énergie de percussion de l'action de forage sans augmenter la taille physique du marteau grâce à un piston de forage plus long et par conséquent plus lourd. La géométrie, la Longueur de trou et le poids du piston ont été optimisés pour les outils de forage de roche et la taille de trou optimale cible, plus grande, de 165 millimètres, ce qui se traduit par une forme d'onde d'impact plus efficace et plus longue et une dynamique de forage améliorée.

" L'un des principaux atouts du concept Top Hammer XL est que les trois principaux composants du système de forage - la Foreuse, le marteau perforateur et les outils de roche - ont tous été revus, redessinés et mutuellement optimisés ", déclare Jukka Siltanen,
product line manager rock drills at Sandvik Mining and Rock Solutions. " Cela fonctionne vraiment très bien dans son ensemble ".

En option, la RD1840C est livrée avec le système de surveillance des contraintes de l'outil Sandvik RockPulse, qui offre à l'opérateur de la foreuse des données de mesure en temps réel sur trois paramètres clés du forage : la réponse du taillant, la charge de l'outil et le niveau d'alimentation. Le système mesure en temps réel les ondes de stress induites par chaque impact de piston, et cela aide l'opérateur à éviter un mauvais contact avec la roche et des contraintes de traction excessives, ainsi qu'une sur-alimentation ou une sous-alimentation.

Le système de forage optimisé pour le concept de la Foreuse XL est la nouvelle famille LT90 de Sandvik. Le défi dans le développement de ces outils Marteau hydraulique était l'onde de choc plus longue et plus puissante générée par le nouveau foreur de roche RD1840C. Plus précisément, comment la transférer de manière contrôlée au fond du trou avec un minimum de pertes d'énergie pour optimiser le taux de pénétration.

"Nous avons plus d'énergie dans l'ensemble du système", explique Fredrik Björk, chef de produit rock tools surface drilling chez Sandvik Mining and Rock Solutions. "Si vous ne concassez pas la roche avec cette énergie, elle détruira plutôt le train de tiges et les filets de la foreuse. Elle se transformera en chaleur."

Le défi a été principalement résolu en améliorant la dynamique de forage, ce qui nécessite à son tour d'équilibrer soigneusement plusieurs paramètres potentiellement conflictuels. L'un d'entre eux est la rigidité du train de tiges pour obtenir des trous droits, tout en évitant une rigidité excessive pour empêcher la rupture des outils sous l'effet de la flexion. Limiter pratiquement la rigidité signifie également éviter les diamètres de tiges trop importants, car cela se traduira par des contraintes plus élevées dans les joints de filetage lors de la flexion.

Dans les tiges de forage, l'équilibre consiste à rendre les filets aussi minces que possible tout en restant suffisamment résistants pour optimiser les caractéristiques de couplage du train de tiges. L'avantage pratique est de faciliter le filetage et le dévissage des tiges et des trépans.

Un autre équilibre clé est celui entre la résistance à l'usure et la dureté, car un acier à outils trop dur sera également trop fragile. À cet égard, le savoir-faire de Sandvik en matière de nuances d'acier et de traitement thermique, disponible en interne à Sandviken, en Suède, constitue un atout majeur.

La foreuse de roche RD1840C a subi des milliers d'heures d'essais au banc, et l'ensemble de la Foreuse a comptabilisé plus de 100 000 mètres de forage en conditions réelles dans des conditions rocheuses difficiles. Les essais sur le terrain se déroulent dans le nord de l'Europe depuis janvier 2019, ce qui signifie que la solution Top Hammer XL devait endurer le large spectre de conditions typiques des zones subarctiques, notamment deux saisons hivernales, avec des températures minimales proches de -40 ˚C, mais aussi des températures estivales très chaudes, jusqu'à 30 ˚C. La plate-forme et les outils ont bien résisté.

Les résultats montrent une réduction de 50 % de la consommation de carburant, une réduction de 25 % des coûts totaux de forage et une augmentation de 15 % de la productivité par rapport à la méthode de forage fond de trou*. En outre, les nouveaux outils de forage de roches offrent une excellente durée de vie de l'outil par rapport aux produits et technologies concurrents. Pour illustrer l'ampleur des économies de carburant dans des conditions d'exploitation minière typiques, elles sont comparables à la consommation annuelle de 107 voitures familiales moyennes. Les avantages se retrouvent également dans les applications minières en haute altitude. La réduction de 50 % de la consommation de carburant a naturellement un impact significatif sur les émissions de CO2.

Sandvik est le premier équipementier à introduire ce type de technologie innovante de forage à la foreuse qui permet d'obtenir des résultats de forage économiques dans des trous miniers de grande taille. Le Top Hammer XL élargit la gamme de tailles de trous de la technologie de forage au marteau-pilon jusqu'à 178 millimètres (7 pouces), ce qui fait des foreuses au marteau-pilon, intrinsèquement plus économes en carburant, une alternative viable à la technologie DTH à une échelle beaucoup plus grande qu'auparavant.