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Optimisation des paramètres des machines de forage à molettes

1. 0 Distance moyenne Fissuit des morceaux avec les dimensione dubloc entre les fissures sp cifique dimensions mm 4 r elles m degr de fissurat ion 306 ET Gs Petit bloc tr s grande fissuration 0 1 10 10 0 Nr 0 1 0 5 2 10 10 70 30 5 BEE 0 5 1 1 2 70 100 30 80 5 40 Super bloc faible 40 fissuration 1 1 5 1 0 65 100 80 100 100 Monobloc 1 5 0 65 100 100 100 On d termine la ligne de moindre r sistance selon la formule W 28d A q 4 22 d j diam tre du trous for mm densit de l explosif Hauteur du gradin Pour des raisons conomiques et de s curit la hauteur du gradin doit tre rationnelle et sp cifique l exploitation en question d i j 28 i di Han i H j H ma Finalement k 4 24 Profondeur du trou for 123 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE Dans toute exploitation ciel ouvert la profondeur de forage doit tenir compte de plusieurs facteurs tels que la hauteur du gradin la sur profondeur et l inclinaison du trou si l on veut obtenir un r sultat de tir homog ne convenant bien pour les travaux de chargement et de concassage 58 H H Lij 1 z 3y 0 5q W j x 4 25 Sinp Sinp Avec l sur profondeur du trou m angle d inclinaison du trou degr Volume des travaux de forage Q L m an 4 26 Qi 4 H Kw IV 3
2. 01 0 0509 196 3 054 0 948 2 896 0 792 2 418 02 0 0523 192 3 138 0 968 2 968 0 790 2 479 03 0 0537 190 3 222 0 944 3 041 0 788 2 530 04 0 0551 188 3 306 0 942 3 114 0 787 2 601 05 0 0618 160 3 708 0 925 3 429 0 773 2 866 06 0 0630 158 3 786 0 923 3 494 0 771 2 919 07 0 0645 152 3 87 0 918 3 552 0 768 2 972 08 0 0659 148 3 954 0 914 3 643 0 765 3 024 09 0 0726 146 4 356 0 905 3 942 0 757 3 297 10 0 0726 123 4 460 0 887 3 938 0 742 3 294 11 0 0740 106 4 524 0 870 3 935 0 728 3 293 12 0 0754 86 4 608 0 848 3 907 0 708 3 262 13 0 0768 63 5 01 0 783 3 922 0 657 3 291 14 0 0834 56 5 088 0 758 3 856 0 638 3 246 15 0 0862 43 5 172 0 704 3 641 0 593 3 066 16 0 0876 31 5 256 0 627 3 295 0 531 2 790 Avec l outil de diam tre d 160mm Vitesse de rotation n2 80tr mn 103 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME ENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES nj CHAPLTRENT D ETUDE EXPERIMENTALREGIME DREONKTMINNRMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES a hopt 04 06 Qth o Vf m mn Qtech Qexp Fig III 6 nomogramme des r sultats exp rimentaux avec l outil de diam tre d 160mm n 80 tr mn 104 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Fig III 7 nomogramme des r sultats exp rimentaux avec l outil de diam tre 160mm n 130tr mn Kef 10 n Bora Pop 1000 500 Q m h hopt 02 04
3. p Vf 1 13 a dans 1 quation 1 13 n est la vitesse de rotation exposant de N est une constante li e la nature de la formation for e a 0 4 dans les terrains durs a 0 8 dans les terrains tendres a comme on l a d j indiqu repr sente la fonction croissante de l usure relative des dents D h D tant la fraction us e de la hauteur initiale de la denture qui aussi s exprimer par 0 ho tant la hauteur initiale de la dent h la hauteur r siduelle de la dent us e Fig I 8 27 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Fig I 8 pr sentation sch matique de la hauteur r siduelle A MILHOMME 1 a r alis une tude purement th orique sur le r gime de forage il a cherch la relation qui existe entre la vitesse de p n tration et le m trage 28 CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Tab I 6 M thodes de la d termination de la vitesse de p n tration M thodes Vitesse de p n tration _ p MILHOMME d qm ots GRAHAM 2 K _ 0 58 MUENCH Vf Cf Z nr Pax GALLE ET Vf WOODS Cf Pqx d n KD KD41 YOUNG y B 1 KD Pax n CHOQUIN W f a 2 REED yim eer a d D p k k n k PETROVKO yo cd na n t LUBINSKI Vf Pa rn DO 35 Pax n Vf gt RJEVSKI f d f 29 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE O T t D tm Avec
4. 104 00 125 00 mm 12 00 m 7 00 3 00 2 65 t m3 non humide non abrasive 125 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE 126 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE IV 4 RESULTATS DE CALCUL DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE Type de Diam tre Hauteur Machines de du Forage gradin DEPENSES DA mm m INGERSOLL RAND RP 104 12 4573524 9528 10620 4593673 INGERSOLL RAND RP 125 12 3185956 6637 10620 3203214 HOLMAN RP 104 12 548063 11417 11870 5503651 HOLMAN RP 125 12 3863762 8049 3883057 11245 ATLAS COOPCO RP 90 12 6081278 12669 10620 6104569 127 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE ATLAS COOPCO RP 80 12 7673301 15986 10620 7699908 INGERSOLL RAND M 160 12 1958852 4080 10620 1973554 INGERSOLL RAND M 160 14 1547736 3224 10620 1561581 IV 4 conclusion 1 le choix des machines de forage peut tre r alis selon les crit res productivit maximale de la machine le prix de revient du m tre de trou for prix de revient du de la roche abattue et d penses totales r duites Ce sont les conditions r elles d exploitation qui d termine le choix du crit re le plus significatif 2 le choix le plus efficace doit tre r alis d apr s la fig IV 1 celui ci tient compte des donn es d exploitation des propri t s de la roches
5. 3m Forage 20 9 19730 9 20 30 Allongement du train de tige 21 9h20 9h41 30 21 30 3m Forage 22 9 41730 9 42 307 Allongement du train de tige 23 9h42 10h03 30 2 30 3m Forage 24 10h03 30 10h04 30 Allongement du train de tige 25 10h04 10h25 30 21 30 m Forage 26 10h25 30 10h28 30 3 r cup ration du train de tige 27 10 28730 10 30 1 30 D placement de la sondeuse 28 10h30 10h31 1 Manipulation pr liminaire 29 110 31 10 52 21 3m Forage 30 10h52 10h52 30 30 Allongement du train de tiges 31 10h52 30 11h14 21730 3m Forage 32 11h14 11h1 30 30 Allongement du train de tiges 33 11 14730 11 37 227307 3m Forage 34 11h37 11h3730 30 Allongement du train de tiges 35 11 37730 11 47730 10 3m Forage 36 11h47 30 11h48 30 Allongement du train de tiges 37 111487 12 08730 21730 3m Forage 38 12 08 30 12 11 27307 r cup ration du train de tige 39 12h11 12h12 r D placement de la sondeuse 40 12h12 12h13 r Manipulation pr liminaire 4 I2h13 I121h14 r R paration de la sondeuse 42 121 147 12 32730 1830 2 9m Forage 43 12h32 30 12h33 30 Allongement du train de tige 44 12h33 12h53 20 3m Forage 45 12 537 12 53730 30 Allongement du train de tige CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FOR
6. Durant la p n tration suivante la force de coupage commence augmenter jusqu une nouvelle d sagr gation le long de la ligne 2 L outil occupe la position 3 apr s avoir d truit les bavures de la taille Apr s l augmentation de la force axiale l outil occupera la position 3 ensuite la d sagr gation se fait la ligne 3 ainsi changeons les mouvements l outil occupera la position b en rotation d un angle de 2 On aura les copeaux avec l paisseur h ho b h m qui est d truite par l outil ensuite la p n tration totale h qui est l avancement lors d un tour sera conditionn e par la somme des p n trations une telle pr sentation du processus de la destruction permet d expliquer beaucoup de ph nom nes ayant lieu durant la fonction 16 I Zone de destruction de la roche par frottement II Zone transitoire III Zone de destruction en volume IV Zone o la vitesse de forage Vf n augmente point l accroissement de la force axiale Pax La plus grande efficacit du forage est obtenue dans la zone 3 o la vitesse de forage d pend lin airement de la force axiale 14 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Dans ce cas la destruction de la roche se produit sous la forme de grandes particules ce qui est confirm e par le minimum du travail volumique I 3 5 L Indice important de l efficacit du forage rotatif L indice important de l efficacit de for
7. ab hg sin 180 T Y On crit que h max Rokh 1 7 Rd sin 7 y sin T o T angle de d sagr gation 2 hin hauteur minimale de contact gale hmin 0 angle de coupage hmoy hauteur moyenne de contact gale 47 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE Figure II 3 a F section d moussage a Figure 2 3 b Figure 23 c Fig II 3 Param tres g om trique de l outil 48 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE Hoi Set Ko 2 2 En substituant les formules 2 7 et 2 8 dans la formule 2 5 on re oit Fn E 9 2 Rd sin 7 sin 7 Si on a la construction sym trique de l outil h 0 510 m II 10 m nombre de branche de l outil Du c t de la roche sur la branche dans n importe quelle coupe A A agissant les forces normales de la r sistance la d sagr gation dNn et de broyage dNz ainsi que les forces de frottement Cf dNn et H dNz Du cot de la machine de forage dans la m me coupe sont appliqu es les forces de coupage de dPz d avancement et lat rale dPx Il faut trouver la force d avancement Py lat rale Px et couple de rotation M En projetant les forces sur les coordonn es on re oit R R Pz o sin Cf cos 5 dNn IL41 Py a Cf cos aNn 12 4 45 dNZ I
8. constante li e la nature de la formation caract risant la variation de la vitesse de rotation pendant le forage L influence de l usure des roulements sur la vitesse de p n tration 24 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE La relation entre la vitesse de p n tration la force axiale et la vitesse de rotation des molettes a t examin e par FINGERIT 40 sous une forme g n rale Vf F P n a a me 1 6 2 a sont les coefficients d pendant de l interaction des molettes la roche H a aussi examin plusieurs m thodes touchant la vitesse m canique de p n tration o les coefficients d pendant de l interaction entre outil et roche sont assez nombreux et difficiles d terminer pour le cas g n ral Vf a n 1 7 Vf a 1 8 Vf a n Pax 1 9 Vf a Pax l e n 1 10 Il est vident que ces quations d pendent des conditions d interaction de l outil avec la roche qui varient toujours pendant le forage Le principal crit re de ces quations d pend des param tres des roches et des quipements Il est noter qu la suite de l interaction de l outil avec la roche on doit changer les param tres du r gime de forage or n importe quel coefficient ag ne peut tre efficace durant tout le processus de forage prenant comme exemple la relation Vf n et Vf Pax pr sent e sur la figure 1 4 a b La pr sent
9. force axiale appliqu e vitesse de rotation Ceux ci d pendent en premier lieu des performances des sondeuses de la qualification du personnel et d autres 84 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Tableau III 5 Exemple d une carte de chronom trage N Temps EE Sondeuse INGERSOLL RAND m trage du trou m 1 6h00 7h01 61 Temps perdu 2 7h01 7h31 30 Mise en service examen graissage 3 7h31 7h41 10 Manipulation pr liminaire 4 7h41 8h04 23 3m Forage 5 8h04 8h04 30 30 Allongement du train de tige 6 58h04 30 8h07 30 3 Arr t de la sondeuse 6 8h07 30 8h30 30 23 3m Forage 7 8h30 30 8h11 30 30 Allongement du train de tige 8 8hl11 30 8h11 41 11 1 3m Forage 9 8 11741 8 41730 30 Allongement du train de tige 10 8h41 30 9h02 2 30 3m Forage 11 9h02 9h02 30 30 Allongement du train de tige 12 9 02730 9 25730 23 3m Forage 14 9h 2530 9h 28 2 307 r cup ration du train de tige 15 9h 29 30 9 31 1 30 D placement de la sondeuse 16 9h 31I 9h33 30 2230 Manipulation pr liminaire 17 9h33 30 9h57 237307 3m Forage 18 9h57 9h57 30 30 Allongement du train de tige 19 9h8 9h19 30 2130
10. 3 Productivit technique Q F Les machines de forage tant choisies nous proc dons la d termination de la productivit Q F pour divers diam tres de forage des trous et la hauteur du gradin d sir e Cette productivit peut tre d termin par exp rience comme on l a d j pr sent dans le chapitre 3 4 Volume des travaux de forage Le volume des travaux de forage n cessaire pour assurer une productivit annuelle pr vue avec diff rents types d explosifs divers diam tres de forage ainsi que la hauteur du gradin rationnelle est calcul e par les relations qui sont pr sent es dans le paragraphe IV 3 I 5 Nombre de machines n cessaires Connaissant la productivit utile pour l entreprise c est dire la longueur du m trage des trous for s comme nous savons la productivit d une machine choisie nous pouvons d terminer le nombre de machine n cessaire en tenant compte de leurs performances Qu 4 19 Noise mach Qu K r K coefficient d utilisation de la machine u K coefficient de r serve 6 Frais de forage Connaissant les diff rents prix de tous les facteurs qui interviennent sur le processus de forage savoir la machine l outil et l explosif donc le crit re que nous pouvons tirer 121 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE Dy D D4 KP P M ou F M 4 20 P prix de revient d I m Dy d
11. L m trage r alis T temps total de forage y compris le temps de man uvre t temps total de forage D dur e moyenne d une man uvre tm temps mort En r sum 1 la vitesse de p n tration d un forage se trouve en corr lation directe avec des param tres de forage 2 a vitesse de p n tration est une quation proportionnelle la nature de la formation la la profondeur la vitesse de rotation le poids exerc sur l outil et inversement proportionnelle l usure des dents de l outil voir tableau 1 4 3 il n existe pas de recommandations minutieusement tablies pour d terminer la relation entre les param tres et le r gime de forage I 7 Domaine d application de la force axiale D apr s l analyse th orique on a tabli la relation entre la vitesse de forage et les param tres qui l affectent Pour forer un trou de mine la force de pouss e axiale est limit e par la surface de contrat et la r sistance de la roche 42 Pax Fmax 6 1 14 O Pax la force axiale Fmax la surface maximale de contact de l outil avec la roche b la r sistance limitede la roche 30 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Pax kof Fig 9 Influence de la force axiale poids sur la vitesse de p n tration Il est citer que l augmentation de la force axiale W m ne l accroissement de la vitesse de p n tration Fig I 9 qui atteint une certaine valeur appe
12. des forces axiales appliqu es et la vitesse d avancement de l outil L tude du m trage des trous for s permet d tablir le degr d usure de l outil et de d terminer son influence sur la vitesse de forage Sachant que les param tres de r glage influent consid rablement sur les param tres de sortie les facteurs tudi s repr sentent les valeurs des variables dans le domaine auquel commence l tude du processus de forage avec le but d obtenir les valeurs optimales de ces facteurs comme niveau de base nous avons pris la force axiale appliqu e et la vitesse de rotation respectivement gales 9060kgf et 80tr mn leurs intervalles de variation respectivement sont sup rieur ou gal 100kgf et50tr mn La recherche du mod le de l objet tudi se compose des tapes suivantes Planification de l exp rience R alisation de l exp rience V rification de la productivit exp rimentale Obtention du mod le du processus avec la v rification des coefficients de l quation de la m thode des moindres carr s 78 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Du point de vue r sultat final des travaux accomplis en qualit du param tre d optimisation nous avons choisis la vitesse de forage Les facteurs tudies vitesse de rotation du train de tige nr force axiale Pax repr sentent des variables c est a dire lors du forage exp rimental nous pouvons
13. divis es d apr s le caract re du travail de l outil et l application des charges Ce sont les machines de forage rotatif percutant et roto percutant Le sch ma de la destruction de la roche au fond du trou au cours de divers mode de forage est pr sent sur la fig I 1 La fig I 2 refl te la distribution des valeurs relatives de l effort axial Pax de la puissance du choc Nenet la puissance de rotation N La pratique du forage t moigne que l efficacit de l application des machines de forage est d termin e par l ensemble des facteurs parmi lesquels on distingue Les conditions mini res et g ologiques ainsi que les sch mas technologiques de la r alisation des travaux miniers Les facteurs du premier groupe propri t s physico m caniques des roches composition structurelle du talus viscosit des roches etc influent sur les indices technico conomiques et d terminent le type de l outil appliquer et le moyen de nettoyage de trous Les facteurs du deuxi me groupe type des machines charger l ments des m thodes d exploitation forment les exigences la profondeur et au diam tre du trou Une g n ralisation des recherches effectu es dans ce domaine 1 2 3 a permis d tablir le caract re et le degr d influence de divers facteurs sur les indices technico conomiques du processus de forage des trous L application des machines forer dans les conditions des carri re
14. h m comp 2R Cf K R r B 45 60 qui d pend des propri t s physico m caniques des roches qui d termine la position de la surface de la roche d sagr g e L 5mm Usure maximale de la dent Omm Ecartement de l outil R rayon de l outil Pax kgf Force axiale 58 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE R sultats de l paisseur du copeau et de la vitesse de forage d apr s la m thode de PERELTOLTCHINE Avec l outil de diam tre 160mm Tab 11 7 R sultats de l paisseur du copeau Epaisseur du copeau h mm lors de l effort axial P kgfx10 Duret de laroche f 700 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 8 0 09 0 45 0 81 1 17 1 53 1 89 2 43 7 4 0 2 0 54 0 38 1 08 1 56 1 90 224 275 6 0 308 0 638 0 968 129 1 62 1 95 2 28 261 34 Tab II 8 R sultats de R sultats deforage Duret de la Vitesse de forage m mn lors de l effort axial P kgfx10 re 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 8 5 0 006 0 034 0 062 0 09 0 117 0 145 0 186 7 0 015 0 041 0 067 0 083 0 12 0 146 0 172 0 211 6 0 023 0 049 0 074 0 0992 0 124 0 15 0 175 02 0239 59 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES 60 CHAPITREIII L ETUDE E
15. le de choix des machines de forage voir Fig IV 1 qui nous permet de faire un choix efficace tenant compte de l influence de tous les facteurs essentiels IV 2 Analyse des m thodologies de choix des machines de forage Le choix des machines de forage peut tre r alis l aide des recommandations 19 21 contenu dans le tableau IV I et IV 2 On trouve le domaine d utilisation des divers modes de forage lors de l exploitation souterraine et ciel ouvert Comme nous pouvons le constater cette m thodologie de choix du mode et du mat riel de forage pr sente des avantages et des inconv nients comme toute autre exp rience c est dire si celle ci nous permet le choix du mode de forage et son quipement n cessaire en se basant surtout sur les param tres des travaux de tir savoir diam tre du trou de forage profondeur du trou ainsi que les propri t de la roche elle ne nous permet pas au contraire de trouver la machine concr te que nous pourrons utiliser dans notre cas pr cis Ces recommandations peuvent tre caract ris par le crit re C g f d L 4 5 L autre m thodologie qui peut nous permettre d optimiser le processus de forage sera bas e sur un mod le conomico math matique d optimisation du crit re du prix crit re qui donne la liaison quantitative entre les Param tres conomiques constructifs et technologiques du syst me Front de taille outil de forage sondeuse 111 CHAPITRE
16. penses pour l utilisation de la machine Dou d penses pour la consommation de l outil D d penses pour la consommation de l explosif paragraphe IV 3 2 qui sera pr sent en d tail 7 Choix de la machine la plus performante La machine que nous pouvons prendre en consid ration sera la machine avec P est le plus petit et le param tres de l exploitation correspondants c est dire diam tre optimal d hauteur du gradin H et le type d explosif On a mis en application cette m thodologie propos e par l laboration d un programme sur l ordinateur Mitra dont l organigramme est repr sent dans la fig IV 2 Le programme et les r sultats de calcul sont pr sent s dans l annexe I IV 3 I Param tres et volume des travaux de tir et de forage La consommation sp cifique d explosif est d termin e par la m thode de calcul nous permettant de minimiser le plus le d bitage secondaire 57 2 5 s 04 Lena Al S e 4 21 ee am 4 I fissurit sp cifique du massif m ou m y densit de la roche g m coefficient d quivalence entre l explosif utilis et l explosif talon ou coefficient ic caract risant d explosif La fissurit sp cifique de la roche selon les dimensions du bloc est pr sent e dans le tableau IV 3 122 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE Tableau DNA Fissurit sp cifique des roches
17. 06 T m 0 02 d EN 0 04 E E 0 06 0 08 d M i 0 1 Vfopt Qth o Q tech Qexp Vf mim 105 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE III 6 Comparaison des r sultats de calcul et ceux obtenus exp rimentalement Les r sultats obtenus th oriquement par les m thodes de calcul en question portent le caract re qualitatif et peuvent tre consid r s comme approximatif c est pourquoi il est n cessaire de prolonger la recherche en question en se basant sur l tude exp rimentale de processus de forage vu sa complexit Afin de simplifier le processus de calcul et obtenir rapidement les r sultas nous avons effectu les calculs statistiquement l aide de la m thode de moindre carr en calculant les coefficients des quations du syst me afin de d terminer les param tres rationnels du r gime de fonctionnement des machines Ces derniers ont fait ressortir l information suivante en variant les param tres de r glage de la machine nous pouvons d terminer ou calculer les productivit s techniques d exploitation et le prix de revient en fonction de la vitesse de forage et du m trage for L indice permettant de limiter les param tres de r glage de la machine est un indice technico conomique Ce dernier v rifie exactement la rationalit du r gime de fonctionnement des machines de forage Bien que repr sent sur le nomogramme nous pouvon
18. 14 16 16 20 Duret f 0 5 5 10 10 18 18 30 30 45 nn With 45 65 65 90 gt 90 Indice d abrasivit mg 50 50 100 100 150 150 200 200 250 250 300 300 350 350 400 Diam tre du trou mm 0 5 5 10 10 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 50 Profondeur du trou m TUR TR T CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Dans plusieurs cas l application du grand diam tre peut provoquer la n cessit d une large utilisation des d bitages secondaires ou bien d augmenter la puissance des machines de chargement et de transport Les conditions les plus favorables pour l utilisation de grands diam tres sont les massifs ayant la grande duret et en m me temps les caissons de la roche Une telle combinaison des conditions mini res et g ologiques conditionne l utilit de l application des trous de diam tre 120 150mm pour recevoir une bonne fragmentation de la roche C est pourquoi les indices conomiques caract risant l utilisation des sondeuses roto percutantes dans de nombreux cas sont pr f rables celles des sondeuses molettes L analyse des caract ristiques techniques des machines forer ex
19. 5mg En comparant les r sultats obtenus avec les recommandations de la classification propos e par Baron on peut faire la conclusion suivante Le fer de l Ouenza se rapporte la premi re classe Fig III 1Stand de la d termination de l abrasivit La d termination de l indice de r sistance l empreinte a t effectu e au moyen d une presse m canique figure 3 2 la presse en question se compose d une base 1 ou on installe tout l quipement n cessaire de deux glissi res le long desquelles se d place un plongeur 3 sur la table sup rieure de celui ci on met un chantillon 4 qui est charg par un tampe 5 fixe dans un dispositif de serrage 6 l tampe est fabriqu en acier tremp lors des essais on augmente la charge sur l tampe jusqu au moment de formation d un poquet dans l chantillon L indice de la r sistance l empreinte est calcul par la formule suivante 70 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE_A MOCLETTES N gt Fi Pk mm 3 02 NS ef 3 02 Ou Fi Charge au moment de formation d un poquet S Aire de la section transversale de l tampe N nombre d essais de chaque chantillon Les r sultats des essais sont pr sent s dans le tableau 3 2 Les roches tudi es se rapportent la classe appel e duret moyenne d apr s la classification de BARON l et GLATMAN L 35 de5mm Fig II
20. 75 coefficient sp cifique du tric ne 0 96 0 8 Rm rayon moyen du tric ne rm rayon moyen des molettes La figure 1 3 montre sch matiquement comment varie la g om trie des diff rentes nuances d outils denture n cessaire au forage de la plupart des terrains rencontr s par les param tres suivants Forabilit Abrasivit JBDuret Fissuret Humidit 22 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE D apr s cette figure cette figure on voit que nous avons besoin de forer plus fr quemment les roche tendres et homog nes Il est vident aussi que ces roches demandent des outils leur forage les outils les plus utilis s pour ces param tres de roches sont les outils denture frais e Outils lames dont le choix peut tre effectu d apr s le tableaux 2 o la classification des outils du forage et faite selon la s rie le type et la configuration de l outil Pour les tric nes denture frais e 12 nuances d outils sont disponibles pour des duret s de roches diff rentes et il y a de nombreux recouvrements d une nuance sur l autre il en r sulte le choix de base doit se faire dans les plages d avancement suivantes 44 LE PER EG TS 2 inf rieur 20 m h essais TS 5 de 8 20 m h Sie Lele rtt TM 2 de 3 8 m h EE TM 8 de 0 5 m h peu abrasif Zz 22 S Ge TH 3 de 0 5 m h abrasif Le premier chiffre
21. Allongement du train de tige 12 9 02730 9 25730 23 Im Forage 14 9h 25730 9h 28 230 r cup ration du train de tige 15 9h29 30 9h 31 30 D placement de la sondeuse 16 9h 31 9h33 30 2730 Manipulation pr liminaire 17 9h33 30 9h57 23730 1m Forage 18 9h57 9h57 30 30 Allongement du train de tige 19 9h8 9h19 30 21 30 1 5m Forage 20 9 19730 9 20 30 Allongement du train de tige 2 9h20 9h41 30 21230 1 5m Forage 22 9 41730 9 42 30 Allongement du train de tige 23 9h42 10h03 30 21230 1 1m Forage 24 10h03 30 10h04 30 Allongement du train de tige 25 10h04 10h25 30 21230 1 5m Forage 26 10h25 30 10h28 30 SS r cup ration du train de tige 27 10 28730 10 30 r30 D placement de la sondeuse 28 10h30 10h31 Manipulation pr liminaire 29 110h31 10h52 21 Im Forage 30 10h52 10h52 30 30 Allongement du train de tiges 31 11 14730 11 37 21230 Im Forage 32 1h37 11h37 30 30 Allongement du train de tiges 33 11 37730 11 47730 22730 1m Forage 34 11h47 30 11h48 30 Allongement du train de tiges 35 I1h48 12h08 30 22 1 0m Forage 36 12 08730 12 117 23730 Allongement du train de tiges 37 I2h1 I 12h12 23730 1 6m Forage 38 12 127 12 13 30 r cup ration du train de tige 39 12h13 121h14 22 D placement de la sondeuse 40 I21h14 12h
22. DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES comp f 9 comp 100 fy 1 2 mm cm L influence des propri t s des roches abattus param tres g om trique de l outil degr de son usure ainsi les param tres de r glage de la machine et en tien compte de la mani re suivante NEA Fig II 13 aisseur du copeau et dela vitesse de forage d apr s la m thode de Alimov fy section d moussage R sultats de l Avec l outil de diam tre 160mm Tab II 9 R sultats de l paisseur du copeau Epaisseur du copeau h mm lors de l effort axial Pax kgfx10 Duret de larchef 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 8 0 149 0 934 1 716 2 496 3 276 4 446 7 1 495 1 183 2 236 3 276 4 316 5 382 6 422 7 462 9 022 6 4 836 6 422 7 982 9 542 11 128 12 688 14 261 15 73 18 18 Tab II 10 R sultats de la vitesse de forage Duret de Vitesse de forage m mn lors de l effort axial Pax kgfx10 Broche 700 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 8 0 0115 00719 0 132 0 192 0 252 0 342 7 0 0115 0 091 0 172 0 252 0 332 0 414 0 494 0 574 0 694 6 0 372 0 494 0 614 0 734 0 856 0 976 1097 121 1 399 63 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES 64 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE
23. EE 1 109 202656 202656 2645079776 C C1 7 264 10 Le calcul du coefficient c2 AC 16 1109 20265 14479 23 2 C 5 529 10 pour d 160mm et nr 130tr mn Le syst me d quation est 16 C 202656 1 51 202656 2645079776 20142 52 Le d terminant A 16 205656 12518220 8 202656 2645079776 12518220 8 93 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES 1 51 202656 202656 2645079776 A C1 879320 713 A Le calcul du coefficient C AC C 16 151 _ 202656 14479 23 2 A C 1 299 10 94 L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE MOCLETTES Tab III 9 D termination du coefficient de corr lation Xi Yi xi xi Yi 9348 0 06 87385104 568 8 9598 0 062 95121604 595 07 9848 0 067 96983104 659 81 10098 0 069 101969604 69 6 76 11310 0 075 127916100 848 25 11560 0 077 133633600 890 12 11810 0 079 140896900 937 73 12060 0 082 145443600 988 92 1327 2 0 088 176145980 1167 93 13522 0 091 1828444800 1230 50 13772 0 094 1896129800 1294 56 14022 0 096 196616480 1346 11 15234 0 11 232074756 1675 74 15484 0 13 239754256 201292 15734 0 15 247558756 2360 1 15984 0 18 255448256 2877 12 202656 1 51 26450797 76 20142 52 Avec l outil de diam tre
24. IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE di I 1l WEI P V oFdf tu K T C L c F d f DRE ba qus 4 6 O vitesse de forage W fr quence de rotation de l outil de forage F force de pouss e de l outil contre le front de taille D diam tre du taillant f duret des roches forage I dur e de l outil de forage P prix d un taillant Tp dur e d un poste de travail Cu coefficient d utilisation de la sondeuse pendant un poste taux pertes sp cifiques de temps sur l ex cution des op rations auxiliaires pendant un cycle de forage t K h q la 4 ZA norme planifi e par poste sur des d comptes d amortissement Za P D np 4 8 Z norme planifi e par poste sur le payement d apr s le tarif sur la puissance install e des moteurs lectriques de la sondeuse 2 4 9 Ku coefficient d utilisation de la sondeuse pendant une ann e t np conform ment nombre de poste de travail r el et planifi par P valeur comptable d une sondeuse 112 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE TYPE DE OUTIL DE L EXPLOSIF FORAGE D O N N E E S MACHINES DE FORAGE UOU PARMETRE DU REGIME DE ORGANISATION FONCTIONNEMENT TYPE DE LA MACHINE Fig IV 1 Mod le de choix des machines de forage 113 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAG
25. P P y 4 17 Qu Productivit annuelle Param tres des travaux de tir H 1 1 Fois Facteur d organisation S Prix d un m tre de trous for s P Prix de un kg d explosif Pa Poids de la machine Y Int r t sur les pr ts Cette tude nous a montr qu il existe plusieurs recommandations et m thodologies de choix des machines de forage effectu s selon des conditions bien concr tes les unes que les autres et c est ce qui nous permet de suivre le mod le de choix propos sur la fig IV I si on veut donc que le choix des engins miniers soit correcte pour nos conditions il nous faut laborer une m thodologie et m me des recommandations propres En tenant compte des facteurs les plus influants on a caract ris l expression des d penses qui nous permet de faire le choix par la fonction suivante D P g Q D m gue o Proc QUOD Pos Prou Prexp 4 I8 Qu Productivit annuelle D Diam tre moyen du morceau de la roche abattue H mnax Hauteur du gradin pr f rable OO Productivit technique de la machine de forage dans le r gime de fonctionnement rationnel Prix de la machine P qu Prix de l outil de forage exp Prix de l explosif K Coefficient d investigation 119 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE IV 3 M thodologie de choix des machines de forage En utilisant les avan
26. avec le fond du trou pour permettre l outil d atteindre la roche de fa on continue Toute augmentation de la pouss e entraine ou provoque en principe un accroissement de la vitesse de p n tration Des essais permettent de d terminer la pouss e assurant un optimum entre la vitesse de p n tration et l usure de l quipement 4 La pouss e ne doit pas non plus tre excessive car l engin risquerait de se trouver d stabilis CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE La pouss e est transmise au train de tige par une glissi re cha ne Quand le forage est effectu selon la m thode molettes l arrachage de la roche se fait lorsque les dents y p n trent sous l effet de la rotation Le tranchant d coupe des morceaux de roche Le m canisme de rotation qui est le plus souvent hydraulique est mont sur une glissi re ou un autre m canisme de translation La vitesse de rotation et en g n ral 80tr mn mais varie sur une grande chelle selon la nature de la roche I 2 PARTICULARITES DES CONDITIONS DE TRAVAIL DES MACHINES DE FORAGE DANS LES CARRIERES ALGERIENNES En analysant la g ologie des gisements roches de faible moyenne et de grande duret dans les carri res d Alg rie on peut d duire que ces derni res sont de types montagneux L inclinaison de pendage varie dans les limites de 35 80 Les travaux d extraction se font apr s avoir r alis le forage et le tir La longueur du front
27. d avancement et de rotation de l outil type de l outil de forage Les r gimes de destruction des roches vitesse de rotation de l outil nergie d un choc 97 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Jusqu pr sent de nombreuses recherches ont t faites et ont permis d aboutir quelques m thodes de d termination de la productivit des sondeuses y compris celles rotatives La plus r pandue 19 est bas e sur les suppositions suivantes a productivit th orique correspond la vitesse m canique de forage la productivit technique tient compte des pertes de temps qui sont li es la r alisation des op rations auxiliaires ayant lieu lors du forage du trou tout en tenant compte de la n cessit d exercer les op rations pr paratoires La productivit technique est d termin e d apr s la formule T T Q tech 1 t Kre n P f m poste 3 16 O tux dur e des op rations auxiliaires r duites pour un m tre de trou for min m taux dur e des op rations pr paratoires min T dur e d un poste de travail K coefficient tenant compte de la pause des ouvriers la productivit d exploitation tient compte des pertes de temps qui portent le caractere fortuit pannes impr vues des m canismes de la sondeuse La productivit d exploitation est exprim e par la formule Qexp E Q tech K m post
28. de divers facteurs sur la productivit des machines en question et de faire les propositions visant leur augmentation 101 L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE MOCLETTES Tab III 11 R sultats exp rimentaux r alis s dans les conditions de la carri re de Oueza E K H Qth ktech Qtech kexp Qexp 01 0 0511 126 3 071 0 921 2 828 0 770 2 364 02 0 0544 125 3 265 0 916 2 991 0 776 2 500 03 0 0576 115 3 460 0 904 3 128 0 757 2 619 04 0 0609 112 3 655 0 897 3 279 0 751 2 744 05 0 0766 108 3 600 0 870 4 002 0 729 3 353 06 0 0799 103 4 795 0 860 4 123 0 720 3 452 07 0 0864 101 4 990 0 848 4 252 0 710 3 542 08 0 0864 89 5 184 0 837 4 308 0 697 3 613 09 0 102 86 6 126 0 800 4 900 0 672 4 116 10 0 105 64 6 324 0 743 4 698 0 625 3 952 11 0 108 56 6 522 0 710 4 630 0 599 3 906 12 0 11 52 6 714 0 689 4 629 0 570 3 826 13 0 127 43 7 656 0 616 4 716 0 481 3 774 14 0 130 34 7 848 0 553 4 339 0 469 3 680 15 0 134 32 8 048 0 531 4 272 0 451 3 628 16 0 137 26 8 238 0 474 4 904 0 403 3 319 Avec l outil de diam tre d 160mm Vitesse de rotation n 130tr mn 102 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES TableauIll 12 R sultats obtenus dans les conditions de la carri re de Ouenza
29. leur donner des valeurs d termin es 3 2 M thodologie des recherches exp rimentales L analyse des formules empiriques de la d termination des r gimes de forage rotatif molettes recommand es par un nombre de recherches consacr es l tude du processus de forage rotatif Les r sultats de ces recherches ont permis de cr er pour les conditions des carri res les constructions des sondeuses Parmi toutes ces m thodes ils existent d autres qui sont abandonn es cause de la n gligence de certains param tres malgr leur importance et leur n cessit seulement certaines m thodes nous permettent de faire une tude plus simple avec des r sultats plus proches mais tous les param tres de forage ne sont pas forcement connus voila pourquoi il est n cessaire de faire une recherche exp rimentale sur le r gime de forage rotatif molettes ayant pour but de pr ciser les r sultats th oriques obtenus pr alablement par l tablissement des r sultats exp rimentaux et la d termination des r gimes de forage les plus favorables pour les conditions concr tes des carri res alg riennes il convient que dans les m mes conditions de travail ce sont les param tres de r glage les limites techniques et l tat de l outil qui influent sur la vitesse de forage L tude de l influence du m trage des trous for s a t programm e dans le but de d terminer le degr d usure de l outil et d tablir son influence sur l
30. quation empirique de la vitesse de rotation maximale qui correspond au temps de contact minimal sous la forme suivante 4 uei am O D diam tre de l outil d diam tre du trou Z nombre de dents sur la p riph rie d une molette Plusieurs essais sur terrain ont t consacr s pour d terminer le temps minimal to de contact de la denture de l outil avec la roche 32 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE En conclusion on peut dire que l augmentation de la vitesse de rotation donne un accroissement de la vitesse de p n tration mais risque de ne pas avoir de p n tration si la vitesse de rotation d passe la limite qui caract rise le temps de contact minimal to ee D 4 Y 4 1 d d D n FN VEN Fig I 13 diff rentes sortes d usure de la denture A usure du type caillage B usure du type auto aff tage C usure donnant un sommet plat Les diff rentes sortes d usure des dents pr sent es sur cette fig Sont le r sultat de nombreuses exp riences r alis es par des chercheurs 44 45 qui sont arriv s conclure que l usure du type caillage se produit surtout dans les calcaires durs L usure du type auto aff tage r sulte de l abrasion de la face non recharg e au carbure Elle se produit surtout dans les formations tendres l g rement abrasives L usure donnant un sommet plat des dents est peu fr quente et se produit dans
31. rationnelle est d termin e par l utilisation des formules obtenues th oriquement 13 30 ensuite on tient compte des recommandations des param tres rationnels de r glage ainsi que des limites du cot de la construction de la machine Comme dans le cas pr c dent la valeur rationnelle de la vitesse de forage est d termin e avec l utilisation de divers crit res 14 31 Chacune de ces m thodes a quelques avantages et inconv nients c est pourquoi il faut les comparer et trouver la meilleure de ces m thodes permettant de recevoir les r sultats les plus proches des r sultats r els 18 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE tableau I 5Diff rentes carri res alg riennes utilisant le forage molette carri re Marque de l engin Type de l outil Diam tre de l outil mm Ain el Kebira Ingersol Rend 2 Molette 160 Djebel Ingersol Rend 6 Molette 100 160 onk Hausher 1 Molette 160 Rais Joy 1 Molette 150 Ingersol Rend 1 Molette 160 Mentali Holman 1 Molette 160 Ingersol Rend 5 Molette 160 L ouenza Gardner Fenver 1 Molette 170 Atlas copco 1 Molette 170 Ain touta Ingersol Rend 2 Molette 160 Boukhad 2 Molette 160 SS E SE 1 Molette 170 4 du processus de forage L exploitation rationnelle des machines de forage demande une connaissance profonde de la nature du terrain la r solution de ce probl me demande une analyse d taill e du processus
32. s dans le tableau 3 8 89 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Tab III 8 R sultats de l tude exp rimentale Avec nr 130tr mn Avec 80tr mn Essais Pax kgf Ro H Vf m mn H m 01 9348 0 06 126 0 048 196 02 9598 0 062 125 0 050 192 03 9848 0 067 115 0 054 190 04 10098 0 069 112 0 056 188 05 11310 0 075 108 0 060 160 06 11560 0 077 103 0 062 158 07 11810 0 079 101 0 065 152 08 12060 0 082 89 0 068 148 09 1327 2 0 088 86 0 072 146 10 13522 0 091 64 0 074 123 11 13772 0 094 56 0 076 106 12 14022 0 096 52 0 079 86 13 15234 0 11 43 0 081 63 14 15484 0 13 34 0 084 56 15 15734 0 15 32 0 088 43 16 15984 0 18 26 0 092 31 90 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES III 4 1 ANALYSE DES RESULTATS Pour le traitement des r sultats on utilise l analyse de r gression en supposant que la relation entre la vitesse de forage et la pression pour diverses forces axiales est repr sent e par une ligne droite dont la fonction est de la forme Vf C1 C2 P O CI et C2 sont les inconnus de l quation qui doivent tre d termin es par les r sultats exp rimentaux En utilisant la m thode des moindres carr s qui a pour principe que la droite la mieux ajust e aux donn es est celle pour laquelle la somme d
33. sp cifique de la roche od 300 5 f v 25 410 f kef II 2 Cft coefficient de la forme g om trique de la tranchante du taillant qui est d termin par la formule suivante Cosa 2 Cosp Sin B 2 Cft II 3 fi 2 O a angle d aff tage de la tranchante du taillant B angle de disposition de la tranchante du taillant Cf coefficient de frottement b Rapport entre la vitesse de forage et la vitesse de rotation du taillant Vf f h Vf 0 01 h n I1 4 Vf vitesse de forage m mn n vitesse de rotation tr mn Tab II 1 Param tres de l outil Cft D cm Cf B degr a degr 0 18 16 0 5 30 70 0 15 43 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE R sultats de l paisseur du copeau et de la vitesse de forage D apr s la m thode de RAKOV avec l outil de diam tre d 160mm Tab 2 R sultats de l paisseur du copeau Duret Epaisseur du copeau h mm lors de l effort axial Pax x10kgf de la roche T 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 8 2 574 2 769 3 055 3 315 3 601 3 874 4 16 4 446 4 862 7 3 029 3 380 3 731 4 056 4 407 4 745 5 07 5 421 5 941 6 3 861 4 29 4 732 5 135 5 577 6 006 6 435 6 877 7 501 Tab 3 R sultats dela vitesse de forage Duret de Vitesse de forage vr m min lors de l effor
34. tres de forage sur la vitesse de p n tration Comme il a t dit au d but du chapitre la vitesse de p n tration se trouve en corr lation directe avec les param tres de forage poids vitesse de rotation tat de l outil et la nature des roches for es Selon Graham MUENCH 39 on souligne que la vitesse de p n tration est une quation proportionnelle la nature de la formation Ja profondeur du rou vitesse de rotation et le poids sur l outil Vf CF L n Pax L4 ici Z est la profondeur du trou Cette m thode est abandonn e par ses utilisateurs car elle ne tient pas compte de l usure des dents de l outil Le m me travail a t fait par Ivanov 56 et RJEVSKI V V O la vitesse de p n tration est proportionnelle la pression axiale exerc e sur l outil et la vitesse de rotation et inversement proportionnelle la duret des roches et le diam tre du trou Ces m thodes ne tiennent pas compte du d veloppement de l usure des dents en fonction du temps de forage elles peuvent tre appliqu es sur les outils tr s durs o l usure est presque nulle D apr s Young 21 la vitesse de p n tration est proportionnelle la vitesse de rotation et le poids exerc sur l outil et inversement proportionnelle l usure dents de l outil ES k Vf C Pax Po r L5 1 KD o D taux d usure des dents de l outil Po poids sur l outil de tiges Pax poids exerc par la machine K
35. 2 d penses totales D Das sb m 4 27 D D penses totales DA d penses d exploitation des travaux d abattage Les d penses d exploitation D ex sont donn es par la formule D44 D4 D D4 DA 4 28 O les d penses de la machine Dm N qEQLE N D 4 29 N Nombre de machine N Norme d amortissement de la machine N Norme de r paration qg Quantit d nergie n cessaire pour forer I m E Tarif d une unit de l nergie D D penses pour le salaire des ouvriers pendant I ann e Les d penses pour l outil de forage 124 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE Dou Q1douProu DA 4 30 Consommation de l outil de forage pi ce m ou Prix d I outil Les d penses d explosif Dan QandexpPrexp gt DA 4 31 Consommation sp cifique de l explosif kg m I V 4 Application du mod le La mise en application de cette m thodologie propos e par l laboration d un programme dont l organigramme est pr sent e Fig IV 2 a t faite au sein de plusieurs carri res Un exemple est pr sent pour le cas d une carri re de minerai de fer l ment de base pour la fabrication de l acier Productivit annuelle 2 Granulom trie de la roche 3 Hauteur du gradin 4 Propri t s de la roche Duret Fissuret Densit de la roche Humidit Abrasivit 550000 00 m3 an
36. 2715 18 16 17 levage de tige IL3 D placement d un Taep 4 EN 6 6 4 5 trou l autre IL 4 R paration de la Trepa 4 T 6 530 15 10715 sondeuse 5 Remplacement de Tremp E z l outil Total 42 60 51 30 44230 49 46745 III 1 Forage Te 432 360 397 432 360 397 Profondeur totale L 48 35 39 5 19 9 17 5 18 4 m Vitesse de forage V 0 111 0 097 0 104 0 044 0 048 0 046 m min III 4 R sultas de P tude exp rimentale de forage molettes et leur analyse L tude du r gime de fonctionnement de la sondeuse a t r alis e dans les conditions de la carri re de fer de Ouenza selon la m thodologie propos e voir3 1 Les param tres des limites techniques de la sondeuse d termin s pendant son fonctionnement vide sont vitesse de rotation maximale 80 et 130 tr min force axiale appliqu e maximale 15000kgf Vitesse d avancement maximale 0 20m mn Durant les exp riences nous avons constat que la vitesse de forage s accroit avec l augmentation de la force axiale 88 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE_A MOCLETTES Nous signalons qu au cours de notre tude exp rimentale ce sont les ruptures des dents qui sont la cause essentielle de la diminution de la dur e de vie de l outil de forage on proc de directement son changement Les r sultats relev s sont repr sent
37. 32 30 3 Manipulation pr liminaire 41 12 32730 12 33 24 R paration de la sondeuse 42 12h33 12h53 22 1 Forage 43 12 537 12 53730 30 Allongement du train de tige 44 11h14 30 11h37 23730 1 1m Forage 45 11 37 11 37730 30 Allongement du train de tige 46 12 53730 13 15730 227 3m Forage 47 13h15 30 13h16 30 Allongement du train de tige 48 13h16 13h39 30 23730 3m Forage 49 13h39 30 13h39 30 30 Allongement du train de tige 50 13h39 30 14h01 30 22 3m Forage 51 14 01 30 14 04 30 3 r cup ration du train de tige 52 14h04 30 14h24 30 24 2 2m Forage 87 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Tableau 7 G n ralisation des r sultats de chronom trage N Indices D sing INGERSOLL RAND ATLAS COPCO ation lposte 2poste Valeur lposte 2poste Valeurs moyenne moyennes I Travaux d organisation L1 Mise en service Tier 30 2 15 30 15 L2 D placement Tae Z 20 15 pr liminaire L3 Repos des Trep 55 60 5730 67 35730 travailleurs 1 4 D autres Taut 121 180 15030 72 273 172730 total 206 240 223 199 213 238 II Travaux auxiliaires T ux II 1 Manipulations T man 14730 20 1715 15 14 14230 pr liminaires II 2 Allongement Ta 1930 25 2
38. 5 2 sin r sin _ lt 0 05 h R r cos Lb sin jinamoy Py Kc Pk2_ 0245 he 11 19 T angle de d sagr gation est limit 20 35 u coefficient de frottement de l outil contre la roche 4h 0 3 0 5 Ct 2 12 4e coefficient de la r sistance de forage 44 0 23 0 49 fy 0 3 R r II 20 Kc 1 D apr s la formule 2 19 on peut calculer l paisseur du copeau h On suppose que 0 05 R r cos Cf sin sinamoy 2 sin z sinz zs Alors 0 24 f A h Donc l paisseur du copeau sera gale RIT mm tr II 21 Tab II 4 Param tres lors de l interaction de l outil fy mm H moy degr a degr T degr 0 3 R r 0 3 0 5 70 120 70 80 20 35 51 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE R sultats de l paisseur du copeau et de la vitesse de forage d apr s la m thode de KRAPIVINE Avec l outil de diam tre 160 mm Tab II 5 R sultats de l paisseur du copeau Duret da Epaisseur du copeau h mm lors de l effort axial P kgfx10 laroche 700 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 8 418 459 408 533 5 66 5 98 627 6 56 6 83 7 6 23 675 723 7 68 811 8 5 890 927 9 62 6 11 17 11 98 12 76 13 49 14 17 14 83 15 45 16 06 16 64 Tab 6 R sultats de la vitesse de for
39. AGE A MOCLETTES Suite du Tableau III 5 N Temps CS ena Sondeuse INGERSOLL RAND m trage du trou m 46 12 53730 13 15730 22 3m Forage 47 13h15 30 13h16 30 Allongement du train de tige 48 13h16 13h39 30 23730 3m Forage 49 13h39 30 13h39 30 30 Allongement du train de tige 50 13h39 30 14h01 30 22 3m Forage 51 14h01 30 14h04 30 3 r cup ration du train de tige 52 I4h04 30 14h24 30 24 2 2m Forage 86 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Tableau III 6 Exemple d une carte de chronom trage N Temps Chrono Sondeuse ATLAS m trage du trou m 1 6h00 7h01 61 Temps perdu 2 7h01 7h31 30 Mise en service examen graissage 3 7h31 7h41 10 Manipulation pr liminaire 4 7h41 8h04 23 1m Forage 5 8h04 8h04 30 30 Allongement du train de tige 6 8h04 30 8h07 30 3 Arr t de la sondeuse 6 8h07 30 8h30 30 23 1m Forage 7 8h30 30 8h11 30 30 Allongement du train de tige 8 8 11730 8 11741 11 1 m Forage 9 8h11 41 8h41 30 30 Allongement du train de tige 10 8h41 30 9h02 2 30 1 m Forage 11 9h02 9h02 30 30
40. AKONOV est le plus simple parmi eux et on l utilise tr s largement cependant cet indice a un inconv nient essentiel qui Consiste en dispersion consid rable des donn s Lors de la d termination du coefficient de duret le coefficient de variation d passe 30 ce qui signifie que si on a la vitesse de forage moyenne gale a 1000mm min son cart moyen de cette valeur peut tre 300mm min CHRAINER a argumenter l application d une nouvelle caract ristique de la r sistance de la roche qu on l appelait solidit de la roche Pa elle est d termin e comme pression de contact moyenne lors de l enfoncement de l tampe dans les chantillons des roches la surface de la roche doit tre rectifi e soigneusement bien que cette caract ristique donne le coefficient de variation gal a 10 20 elle n a pas re ue une large utilisation cause des difficult s ayant lieu lors de traitement des chantillons tant donner que cette caract ristique permet de tenir compte des tensions paraissant sur la couche superficielle de la roche ce qui caract rise le processus de forage BARON et GLATMAN L ont propose la m thode de la d termination de la r sistance l empreinte Py cette m thode consiste en enfoncement de l tampe sous la forme d un tronc de 68 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE_A MOCLETTES cane sur la surface de la roche brute non trait e l utilisation de cet in
41. E Tableau IV I Domaine d utilisation rationnelle des divers modes de forage conditions souterraines Mode de Mat riel de forage dmm L m f forage Tari re lectrique 40 45 1 3 3 colonne 40 45 3 4 foreuse lectrique colonne 40 45 1 3 2 6 Jumbo avec les foreuses lectriques 40 45 3 2 6 Machines de forage par les outils 2 10 Rotatif tranchants 60 80 4 6 6 8 de grenaille 90 6 8 de diamant 150 70 10 molettes 33 78 70 20 75 100 8 190 50 20 Percussion Machines par percussion rotative 40 65 4 4 rotative 12 Roto Installation de forage percuteur plong pneumatique 85 70 8 percutant 160 19 Percutant Perforateurs main 30 55 5 4 t lescopique 40 85 45 20 colonne 40 85 25 4 20 4 20 114 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE Tableau IV 2 Domaine d utilisation rationnelle des divers modes de forage conditions ciel ouvert Mode de forage Mat riel de forage d mm L m f Sondeuses rotatives munie des outils coupants 110 160 30 6 Rotatif molettes 160 320 40 6 20 Sondeuse avec percuteur pneumatique plong 85 200 30 10 20 Sondeuse avec producteur pneumatique hors 50 125 30 8 20 Roto percutant du trou Installation de forage avec percuteur 40 100 30 8 20 pneumatique rotation ind pendante Installation de for
42. FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES 65 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES II 3 V rification des m thodes utilis es Les formules IL1 II 21 II 28 29 d apr s lesquelles nous d terminons l enfoncement de l outil dans la roche pendant un tour peuvent tre utilis es pour d terminer la productivit de la machine de forage et leurs r gimes rationnels de fonctionnement La relation de la vitesse de forage en fonction de la pression axiale a un caract re lin aire tout cela a t confirm par les chercheurs de la firme frangaise 32 D ici il convient de souligner que le maintien de la haute pression dans le r seau d alimentation est condition indispensable pour une grande productivit des sondeuses rotatives d une part de l autre part l augmentation provoque l apparition des surcharges dynamiques agissant n gativement dans les organes de la machine en question En outre la cr ation de la grande pression exige l application d un quipement sp cial auxiliaire le choix de la pression joue un r le important Dans notre cas lorsqu il s agit de la d termination des r gimes rationnels de fonctionnement des sondeuses nous nous limitons l tablissement des valeurs moyennes de certains param tres comme pression axiale appliqu e et vitesse de rotation par unit de temps A pr sent deux m thodes de la d termination des param t
43. I2 Stand de la d termination des indices de solidit de la r sistance l empreinte et de la r sistance la compression CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Tab III I R sultats de l indice d abrasivit a mg Vari t Nbre Poids Abrasivit Ecart Poids final abrasivit de fer d essais initial moyenne type 01 11 024 11 020 04 minerai 02 11 020 11 015 05 4 3 0 57 03 11 015 11 011 04 st rile 01 11 06 11 01 05 02 11 006 11 001 05 05 00 03 11 001 10 996 05 72 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES TabIII 2 R sultas de l indice de la r sistance l empreinte Pk kgf mm Vari t Force Section ra Ecart Essais ue l empreinte moyenn du fer appliqu e Kgf mm type kgf mm e 01 1520 53 79 02 1510 53 43 03 1515 53 61 04 1525 53 96 05 1520 53 79 06 1515 53 61 minerai 07 1510 28 26 53 43 53 68 0 18 08 1525 53 96 09 1520 53 79 10 1515 53 61 11 1520 53 79 12 1510 53 43 01 1040 36 80 02 1010 35 74 03 990 35 03 04 1020 36 09 05 1050 37 15 06 1040 36 80 st rile 07 1020 36 09 72 EH 28 26 36 80 36 23 0 65 09 1010 35 73 10 995 35 21 11 1040 36 80 12 1030 36 45 73 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Tab IIL3 R sultas de l indice de la r sistan
44. Or nous savons pertinemment que l efficacit de l nergie au niveau de l outil de forage est d termin e par la r sistance de la roche la destruction Les param tres g om triques de l outil ainsi que les param tres de r glage vitesse de rotation force axiale appliqu e d terminent la productivit dans le cas g n ral 6 La vitesse de forage est l un des facteurs d terminant la productivit c est une fonction complexe de quelques variables ind pendantes 7 Vr f Ti T Ta Pi 51 S2 Sk Q2 Qq I 1 T T2 T Constantes physico chimiques des roches P P2 Pm Param tres g om triques de l outil S1 S2 SK D penses se rapportant l exploitation de la machine Qi Q2 Qq Facteurs suppl mentaires d terminant le processus de forage La composition de l quation 1 1 et sa r solution est li e aux difficult s normes consistant avant tout dans la n cessit de la d termination du nombre des constantes physico m canique etc C est pourquoi les valeurs des constantes physico m caniques des roches sont instables donc on peut estimer que l utilisation des m thodes analytiques de la d termination des r gimes rationnels de forage est tr s complexe c est pour cette raison que nous avons d utiliser les m thodes exp rimentales en se basant sur les lois statistiques Cependant l tablissement de ces derniers exige
45. R publique Alg rienne D mocratique et Populaire Minist re de l enseignement sup rieur et de la recherche scientifique m Universit Badji Mokhtar Annaba Facult des sciences de l ing nieur D partement Electrom canique THEME pmo des Param tres des Machines de Forage ots Dans les Conditions de la Carri re de OUENZA Th se pr sent e pour l obtention du dipl me de Doctorat d Etat Fili re Electrom canique Pr sent e par KHOCHEMANE Lakhdar Soutenue Le Devant le jury compos de Pr sident HADDOUCHE A M C U Annaba Rapporteur A I M C U Annaba Examinateur DAOUD S Prof U Skikda Examinateur SAAD SALAH M C U Annaba Examinateur BENRETEM A M C U Annaba iversitaire 2006 2007 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE I ETAT ACTUEL DE LA DETERMINATION DES TRAVAUX DE FORAGE REALISE AUX MOYENS DES SONDEUSES A MOLETTES I 1 ETAT ACTUEL DE LA CONSTRUCTION ET L UTILISATION DES SONDEUSES I 1 1 Classification performance et exp rience de l utilisation des machines de forage molettes Les machines de forage utilis es pour le creusement des trous dans les carri res sont divis es en g n ral en deux 2 groupes Avec la destruction m canique de la roche par l outil sp cial Avec la destruction physique de la roche Les machines du premier groupe qui sont leur tour les plus r pandues peuvent tre
46. XPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES 61 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES II 2 4 D termination de l paisseur du copeau d apr s la formule de ALI MOV pour les machines de forage molettes La d pendance h f P est d termin e par les propri t s physico m caniques des roches et les param tres g om triques de l outil de forage L influence de ces facteurs nous l valuons par un indice appel coefficient d efficacit k du forage rotatif 18 La d pendance entre la force axiale le coefficient d efficacit et l avancement sp cifique de l outil peut tre pr sent e comme h k P P 29 O force axiale correspond au point de croissance de la droite h f P partir de la zone 3 avec l axe des abscisses h P La valeur s appelle l effort axial avec laquelle la destruction volumique de la roche commence Cette valeur doit correspondre la condition Po gt Pon II 30 fy la surface d moussage de l outil Pch solidit de la roche d apr s 11 Selon PROKOVSKI 22 m me les outils neufs ont la surface d moussage gale 5mm et plus pour l outil avec le diam tre 40mm S1 pour quoi il est possible d crire Po gt 5 p Car on sait que 62 CHAPITREIII La duret de la roche L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT
47. a vitesse de forage Vu que les param tres de r glage de la machine vitesse de rotation force axiale appliqu e influent consid rablement sur les param tres de sorties donc on a pris la d cision d effectuer deux tapes d exp rience en appliquant les m thodes th oriques et de la planification exp rimentale 79 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES III 3 3 LA REALISATION DES EXPERIENCES La r alisation du forage exp rimental a t programm e dans les conditions de la carri re de fer de l Ouenza l aide de deux sondeuses INGERSOLL RAND et ATLAS COPCO quip es d une centrale hydraulique chacune en qualit d outil de forage on a utilis l outil molettes Durant la r alisation des exp riences on a utilis comme moyen de mesure l appareillage suivant Un dynamom tre la compression du type HRC Un tachym tre magn tique Un chronom tre Afin de d terminer les limites techniques des param tres de r glage de la machine on a proc de de la mani re suivante On a install la sondeuse sur le terrain forer puis on a actionn le bouton de la mise en marche de la machine un tachym tre magn tique maintenu sur la circonf rence du train de tige on a mesur la vitesse de rotation Vu la complexit de la d termination de la force axiale on a plac un dynamom tre la compression entre le sol et l outil et l ai
48. age Duret Vitesse de forage vf m mn lors de l effort axial P kgfx10 SHOES 2100 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 8 0 123 0 353 0383 041 0435 046 0482 0504 0 525 7 0479 0 519 0556 0590 0 623 0 653 0684 0713 10 740 6 0 859 0 921 0 981 1 037 1 090 1 140 1 188 1 235 1 280 52 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE 53 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE 54 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE II 2 3 D termination de l paisseur du copeau d apr s la formule de PERETOLTCHINE Pour les machines rotatives outil coupant Sur le pan avant de l outil agissent les forces suivantes Force conditionn e la d sagr gation de la roche F Force conditionn e au frottement du pan avant contre la roche Ou C coefficient de frottement qui est gal Cr 0 3 0 7 toujours Respectivement du cot de l outil agissent sur la roche d sagr g e les forces et Fr Ni Ni Ny P1 N3 Ns et provoquent la compression de la roche P et P forment la force de d sagr gation Ra P P2 sin B Cgcos 11 22 P Angle de d sagr gation d terminant la position de la surface de la roche d sagr g e Fig II 7 Interaction de l outil contre la roche La r sistanc
49. age avec perforateurs 40 8 20 6 20 Sondeuses par battage c ble 150 300 40 6 20 Percutant D norme annuelle d amortissement N puissance install e du transformateur lectrique de la sondeuse E tarif sur un KW de la puissance install e Ten dur e des changement de l outil de forage L profondeur d un sondage Ta dur e des op rations auxiliaires r alis es apr s l extraction du train de tiges jusqu au d but du sondage suivant coefficient tenant compte des pertes sp cifiques du temps pour l ex cution de la course vide du m canisme de rotation et l avancement pendant le forage 7 d penses pour le salaire d une quipe par poste Zm d penses pour les mat riaux tenant compte des d penses pour la r paration d entretien par poste E tarif d un KW de l nergie consomm e 115 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE gt N W F puissance sommaire des moteurs qui fonctionnent pendant le forage ken coefficient de charge des moteurs ka 0 8 1 3 gt Nma puissance sommaire des moteurs qui fonctionnent lors des man uvres de descente et de mont e k coefficient de surcharge des moteurs lors de la translation de la sondeuse k 2 2 5 ng puissance sommaire des moteurs du m canisme de translation de la sondeuse L expression 3 6 est un mod le de s crit re sous forme informative La premi re composant
50. age est la vitesse de p n tration lors du forage molettes la vitesse d pend des facteurs tel que Force axiale vitesse de rotation Param tres g om triques de l outil Propri t s physico m caniques de la roche Mode d vacuation des d blais etc Le sens principal du processus de forage rotatif peut tre expliqu par la d pendance entre la vitesse de forage ou bien par l avancement sp cifique de l outil et la force axiale 27 La vitesse de forage et l avancement sp cifique de l outil sont li s par la d pendance Vr n h c est pourquoi si n constante les d pendances Vf h f P seront analogiques fig L 3 Fig D pendance de la vitesse de forage et du travail de destruction en fonction de la force axiale Pax 15 CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Dans ce cas la destruction de la roche se produit sous la forme de grandes particules ce qui est confirm e par le minimum du travail volumique I 3 6 R sultats des recherches exp rimentales Les r sultats des recherches exp rimentales montrent que la vitesse de forage s accroit avec l augmentation de la force axiale et la vitesse de rotation A titre d exemple on a pr sent sur les fig 1 5a et 1 5b les donn es exp rimentales en cas de la destruction du fer 29 Vf m mn n 1360 tr mn n 140tr mn gt P kgf Fig I 5a d pendance de la vitesse de forag
51. ance en d finitive de l action r ciproque du champ magn tique en rotation d un aimant permanent sur qui est imprim e la rotation du groupe avec les courants induits par ce champ dans le rotor m tallique en masse unie 33 Le tachym tre magn tique est muni d une roue avec un diam tre de 32mm utilis pour mesurer la vitesse de rotation d un arbre tournant dont le centre est ferm Le nombre de tour est dans ce cas mesur l aide de cette roue qui s applique par son diam tre sur l arbre tournant Le nombre de tour talon d termine par la formule suivante t qa 3 06 nc L indication du tachym tre dr Diam tre de la roue da Diam tre de l arbre Pour viter son endommagement pendant le travail le tachym tre doit tre ajuster sur la gamme de mesure de 3000 tr mn si la vitesse angulaire n est pas donn e et relie l arbre de sortie du tachym tre a la tige de rotation si cela fait l aiguille du tachym tre ne devient pas commuter l appareil sur la gamme de mesure suivante 300 3000 tr mn ayant tourn la t te T de l arbre de sortie du tachym tre magn tique figure 3 4 et r p ta la mesure Si dans ce cas la l aiguille ne d vie pas muter le tachym tre de la dite fa on sur les gammes de meure de 30 300 tr min et mesura la vitesse angulaire d lation de la tige 82 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES L erreur d
52. ation originale de la vitesse d avancement 12 peut s crire sous la forme suivante k2 Pax n Le des KD KD ti rom Avec 0 6 lt K1 lt 1 0 428 lt K2 lt 0 75 suivant la duret de la formation D taux d usure des dents de l outil 25 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE C constante de forabilit W poids sur l outil K constantes li es la nature de la formation Cette m thode tient compte d un principal facteur du taux d usure des dents de l outil D Il est noter que dans cette m thode existent plusieurs coefficients qui portent les m mes d signations mais de diff rentes valeurs et il n existe pas des recommandations pour leur calcul L quation de la vitesse de p n tration 1 11 a t corrig e par A LUBINSKI 45 Elle peut tre pr sent e sous la forme suivante yu Vf CF 1 12 P poids quivalent sur un outil de diam tre 7 7 8 7 7 P pi LR H diam tre de l outil avec lequel on est arriv cette quation 1 12 r la vitesse de rotation une puissance fractionnaire savoir _ 100 100 2 0 43 e r le n r02n l e pour formations dures et moyennement dures telles que calcaire et dolomies 100 100 2 0 75 2 5 r e pn 0 5 11 pour formations dures et moyennement tendres telles qu argiles et couches rouges exposant du poids 1 0 pour toutes les formations sauf po
53. bation de tari re dans les conditions de RADIONOV mines l tablissement des param tres essentiels caract risant le processus de forage II 1940 1949 Analyse du r gime de travail des tari res dans les EPCHTEIN conditions de laboratoire 1950 1951 Argumentation de base physique du processus de CHRAINER destruction de la roche au forage IV 1950 1962 Tentative d tablissement des corr lations ou de IMSSE proportion rationnel entre les param tres de forage V 1963 1966 Tentatives de g n ralisation des r sultats de ALIMOV l tude des param tres de forage en fonction des propri t s physico m caniques des roches VI 1967 nos Recherches des d pendances d crivant le KRAPIVINE jours processus de forage CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE I 3 3 L Etude de la d termination des param tres du r gime de forage rotatif L tude de la d termination des param tres du r gime de forage doit se faire en utilisant les particularit s du processus de l interaction de l outil avec la roche Voir l importance de ce moment on a plac dans le tableau 1 4 les r sultats de l aper u de recherche consacr e cette question 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 24 25 26 Tab 4 Interaction de l outil dans la roche Auteur Ann e Sch ma de Vinteraction de louti D pendances essentielles dans la roche Pn Pn h tg R r Pr RECENSE Pr 2 75 R r hiKs Pn u P
54. c l outil de diam tre d 160mm Pax 213272kgf n 130tr mn n2 80 tr mn La v rification de l exp rience a montr qu avec l augmentation de la force axiale et la vitesse de rotation jusqu leurs valeurs indiqu es ci dessus provoquent l accroissement de la vitesse de forage au del de ces limites la productivit de la machine diminue ce qui s explique par le coincement et la d t rioration de l outil et l apparition des vibrations cause des d blais au fond du trou Pour rem dier cela et pour l utilisation des possibilit s enti res de la machine dans son r gime rationnel bien que repr sent sur le nomogramme III 5 2 Calcul de la Productivit des sondeuses rotatives molettes dans les carri res du minerai de fer Alg riennes L efficacit d une machine mini re peut tre caract ris e par quelques param tres parmi lesquels nous distinguons en premier lieu la productivit La connaissance de cette derni re pour les machines de forage permet de savoir le volume de forage r aliser de faire le choix de la machine dans les conditions concr tes et de planifier la production de l entreprise Ce param tre d pend de plusieurs facteurs qui pour les sondeuses rotatives peuvent tres divis es en facteurs refl tant les conditions d exploitation propri t s physico m caniques des roches diam tre et profondeur des trous for s La construction des machines en question puissance de m canismes
55. ce la compression bc kof cm Section de R sistance la Vari t Force Valeur Ecart Essais l chantillon compression du fer appliqu e Kgf moyenne type Cm kgf cm 01 33000 690 minerai 02 37200 48 775 808 66 0 18 03 46128 961 01 25000 520 93 02 10200 212 5 03 40760 849 16 st rile 04 35100 48 731 25 536 22 0 65 05 31500 656 25 06 35750 744 79 07 12600 262 50 08 1500 312 50 74 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES TabIII 4 R sultas de l indice de solidit kgf cm vari t Forces Essais Moyenne du fer appliqu es Kgf 01 850 02 400 Minerai 612 5 03 550 04 650 01 1200 02 850 03 1100 04 700 05 1450 06 900 st rile 725 07 500 08 100 09 450 10 350 11 200 12 300 75 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES 2 D termination de l cart type de la r sistance la compression l empreinte et de abrasivit et solidit a calculons d abord l esp rance math matique qui est d termin e d apr s la formule suivante m Y Xi m 3 03 n 1 O Xi Valeur des param tres tudi s Afin de caract riser la dispersion de la variable al atoire et montrer le groupement autour de l esp rance math matique On utilise la dispersion et l cart type 36 b
56. crit res les plus recommand s pour le choix des machines mini res en g n rale et leur r gime de fonctionnement sont les suivants productivit prix de revient d une unit de la production ou d une unit de volume investissement pour une unit de la puissance install les d penses totales etc 3L32 33 34et 35 Concernant les machines de forage on peut s lectionner les crit re essentielles comme suit productivit de la machine Qi 5 prix de revient de m tre de trou for S prix de revient de I m de la roche abattue tenant compte des d penses d exploitation des machines de forage P D penses totales D Si on prend en consid ration le facteur productivit Qj nous nous int resserons donc la machine qui r alise le plus grand rendement sans tenir compte du prix et des d penses d exploitation de celle ci ce qui est tr s important pour le facteur temps lors de la r alisation des ouvrages pr paratoires par exemple lors du creusement des galeries quand l espace ne nous permet pas d utiliser plus d une machine pour augmenter la productivit le m me cas peut se 109 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE produire lors de la pr paration ciel ouvert ce qui nous permet d entamer les travaux d exploitation plus t t d o l utilisation des autres engins cet avantage permet d avoir des effets indirects sur le r sultat final Si l espace permet d a
57. d 160mm nr 130tr mn 94 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE_A MOCLETTES Tab III 10 D termination Du Coefficient De Corr lation N xl yi xi Xi yi 01 9348 0 048 87385104 44 8 70 02 9598 0 050 95121604 47 9 9 03 9848 0 054 96983104 53 1 79 04 10098 0 056 101969604 565 48 05 11310 0 060 127916100 678 6 06 11560 0 062 133633600 716 72 07 11810 0 065 140896900 767 65 08 12060 0 068 145443600 820 08 09 1327 2 0 072 176145980 95 5 58 10 13522 0 074 1828444800 1000 62 11 13772 0 076 1896129800 1046 67 12 14022 0 079 196616480 1107 73 13 15234 0 081 232074756 1233 95 14 15484 0 084 239754256 1300 75 15 15734 0 088 247558756 1384 59 16 15984 0 092 255448256 1470 52 gt 20265 6 1 109 26450797 76 14479 2 3 Avec l outil de diam tre d 160mm nr 80tr mn 95 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES III 4 2 Calcul de l erreur relative la vitesse de forage Pour l outil de diam tre 160mm a avec la vitesse de rotation n1 130tr mn pos S 3 15 n 2 E 1 870 107 b avec la vitesse de rotation n 280tr mn E yi 2 n 2 E 3 207 10 III 5 D termination de la productivit des machines de forage rotatif Pendant le choix des machines de forage la question qui nous pr occupe a toujours t la pr
58. dN 11 13 H c coefficient de la r sistance au per age forage d termin d apr s les exp riences Ha moy _ la valeur moyenne de l angle d aff tage moy 70 120 On sait que la force r sultante des forces l mentaires agissant sur la surface donn e est gale au produit entre la charge sp cifique moyenne et la section normale cette charge D ici on peut crire que R f dN Pmoy Sp fy II 14 R fan E II 15 Ou Pmoy Sp Ra 49 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE En utilisant les formules 2 5 2 6 2 7 ainsi les conditions pr cit es on re oit Ph RE KR Jh S DIEU Cf cos mue 2sin 7 sin 7 R A R r cos Cf cos sin Pn R f y a y 2 sin 7 sin 7 5 11 17 section frontale section terminale Fig II 4 Interaction de l outil contre la roche Pour la formule de P lat rale est nul 20 Si on a la construction de l outil comme celle repr sent sur la figure II 1 le couple de rotation est gal M Pon 2R 3 Les recherches exp rimentales ont montr que Ra Ka Pk Rex Kex Pk Ou r sistance l empreinte Ka 0 24 Ka 0 05 Donc elle nous donne la possibilit d crire les formules suivantes 50 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE l m M Marko 024 Ho fy L 1 ARE D ENS
59. de de la manette on a fait descendre l ensemble rotateur moteur tige plus l outil de 160mm de diam tre ensuite on a vacu le dynamom tre et on a fix une pression sur le manom tre de la centrale hydraulique on a effectu le forage Au fur et mesure que l avancement s effectue On a proc de au pr l vement de la vitesse de rotation de la tige tout en gardant le tachym tre sur sa circonf rence Pour d terminer la vitesse d avancement de l outil On a chronom tr le temps de son d placement suivant toute la longueur des v rins hydrauliques voirFig 3 3 80 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE MOCLETTES machine de forage 2 rotateur 3 dynamom tre la compression 4 tachym tre 5 Tige de guidage FigIIL 3 sch ma simplifi de la sondeuse molettes lors de l tude exp rimentale 81 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES 80 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES III 3 3 1 CONTROLE DE LA VITESSE DE ROTATION A l aide du tachym tre magn tique main on mesure la vitesse de rotation de 30 30000 tr min de la tige en rotation et poss de trois gammes de mesure 30 a 300 tr min 300 a 3000 tr min 3000 a 30000 tr min Le principe de fonctionnement de l appareil sur les mesures des forces qui prennent naiss
60. de forage Le processus de forage est l ensemble des op rations qu on doit ex cuter pour forer un trou tel que vitesse de rotation poids et soufflage donn s l outil de forage La p n tration de l outil dans la roche est soumise certains param tres tels que nature de la formation duret abrasivit humidit param tres des travaux de tir diam tre du trou angle d inclinaison type et quantit d explosifs distance entre les trous Param tres de r glage vitesse de rotation et poids exerc sur l outil ces param tres sont limit s par la puissance de commande et la hauteur des dents de l outil Indices qui caract risent l organisation du travail coefficient d utilisation de la machine temps de man uvre Param tres de sortie caract risant les r sultats de ce processus prix du m tre for prix du m tre cube des roches abattues vitesse de p n tration A partir du sch ma principal du processus de destruction des roches par la machines de forage pr sent par la figure 1 6 51 On peut tirer le m me sch ma pour le cas du forage molettes fig I 7 19 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Param tres des Indice de travaux de tir T l organisation du travail S Processus de Param tres de foration sorties W Param tres d entr es X Restructions Action de techniques y r glage V Param tres de r glages Z Fig I 6 Sch ma principal du processus de des
61. des molettes avec la roche et peut tre exprim par la formule suivante di Via 5 1 16 1 t O Dia l usure des molettes pendant le temps d O dia l usure des molette pendant le temps dt une large tude de l analyse des donn es exp rimentales 40 indique qu il existe une relation entre le m trage h et l usure Z de l outil en fonction du nombre total de tours Cette relation a pu se pr senter par les formules suivantes kz kz Zez d ZZL L17 Wi ti O K est l indice d intensit de l usure des molettes mm tr nr nr sont respectivement le nombre de tours r alis s par un outil au bout d un temps de rotation t et t1 en tours Z Z l usure pr lev apr s un temps de forage t et mm 35 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE h mm 10 mn Z E lt m p ND NM gt PIE N NX LI AZ L TAA III H V Fig 1 16 influence de l intensit d usure et de poids sur le m trage L quation de base de la vitesse d usure de la denture est cependant difficile valu car les dents ne s usent pas toutes la m me vitesse sur chaque rang e 44 55 Se id 7 I L quation empirique de la vitesse d usure de la denture nous est donn e d apr s la relation dD _ 1 L nr dT _ AF a m Pax 1 18 Cette vitesse est proportionnelle une fonction croissa
62. des permettant de le faire est celle du chronom trage qui suppose la fixation des donn es caract risant l utilisation de telle ou telle sondeuse savoir l heure du commencement et de la fin de chaque op ration nomination de cette derni re profondeur et m trage de forage L exemple d une carte de chronom trage est pr sent dans les tab 3 5 et 3 6 L ordre de la r alisation du chronom trage doit rependre aux exigences suivantes v racit continuit et volume n cessaire des observations Selon les recommandations 26 ce dernier est de deux postes de travail de la sondeuse examin e A pr sent on utilise dans les carri res de calcaire Alg riennes quelques sondeuses travaillant en m me temps Par exemple dans la carri re de Ouenza ce sont les sondeuses Ingersoll Rand et Atlas Copco employ es pour le forage de la roche Pour comparer leur rendement nous avons fait le chronom trage de fonctionnement de chacune d elles et les r sultats obtenus sont repr sent s dans les tab IIL 5 et 6 l analyse de ces r sultats montrent qu il y de grandes pertes de temps caus es par une mauvaise organisation de travail environ 6096 de la dur e du poste que pendant le fonctionnement des sondeuses nous n avons pas enregistr les pertes de temps dues au remplacement de l outil de forage il existe une variation des valeurs des vitesses de forage C est pourquoi ces derni res sont d termin es par les param tres des r gimes de forage
63. des travaux miniers est en g n ral dans les limites de 200 700m avec les banquettes ayant la largeur qui varie de 8 15m Les param tres caract risant certaines propri t s physico m caniques des roches et param tres des travaux de tir sont pr sent s dans le tableau 1 2 La r alisation des travaux de forage se fait l aide des sondeuses molettes il est connu que l utilisation efficace des machines de forage en question est li e au milieu ambiant L utilisation efficace des machines de forage dans les carri res Alg riennes d pend des conditions des travaux de recherche nous avons essay de trouver les param tres statistiques caract risant celle ci en traitant les donn es se rapportant chaque carri re Une telle m thode permet de remplacer toutes les carri res existantes par un seul mais ayant les m mes caract ristiques g n ralis es et les pronostics correspondants des propri t s physico m caniques de la roche Tous ces param tres portent un caract re al atoire c est pourquoi pour les valuer nous avons utilis les m thodes de la th orie des statistiques 5 CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE LA REGULARITES DU PROCESSUS DE FORAGE A MOLETTES I 3 1 Bases m thodologiques de l tude des r gularit s du processus de forage Le probl me essentiel de l tude des r gularit s du processus de forage consiste trouver les liaisons entre les buts pratiques
64. dice comme crit re de l efficacit du processus de forage a permis de recevoir les valeurs des coefficients de variation qui ne d passe pas O z ro cet indice est plus pr f rable par rapport au coefficient de duret mais ils existent les cas ou le coefficient de variation reste consid rable une des causes consiste ce que cet indice ne tient pas compte des capacit s de la roche d user l outil de travail pour corriger cet inconv nient BARON et KOUZNOTSOV ont propos la m thode d application de cette capacit qu on appelle abrasivit Les r sultats des recherches effectu es montrent que le compte commun des indices solidit et abrasivit permet de recevoir les param tres de forage avec le coefficient de variation ne d passant pas 10 donc on recommande pour recevoir les donn es les plus certaines d appr cier les roches d apr s deux caract ristiques r sistance l empreinte et abrasivit il faut obligatoirement tenir compte de l abrasivit si sa valeur d passe 10mg s il est n cessaire d obtenir l information rapide sur les propri t s m caniques des roches on peut tenir compte ou employer le coefficient de duret Les essais des roches sur l abrasivit a t r alis d apr s la m thodologie propos e par BARON L et KOUZNOTSOV A 34 l essence de celle ci consiste frotter une tige d acier sur la superficie de l chantillon de la roche et d terminer la perte du poids lors de l exp rience do
65. du r gime de fonctionnement de la machine du type d outil du type d explosif de la machine de l organisation de travail et il se base sur le crit re de d penses minimum total La m thodologie de choix se pr sente sous forme de programme de calcul qui permet l optimisation des crit res de choix L indice d efficacit technique des machines de forage dans les carri res Alg riennes est conditionn e essentiellement par leur choix non conforme et dans certains cas par la r serve exag r e Dans les conditions de la carri re de Ouenza ayant le coefficient de fiabilit de l ordre de 0 7 les machines de forage se caract risent par le coefficient d utilisation g n ral qui ne d passe pas 0 28 La m thodologie de choix pr conis travers le mod le technico conomique permet le choix optimal d o l affirmation que la machine INGERSOLL RAND est meilleure que ATLAS COOPCO dans les conditions r elles de la carri re 128 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE Nous avons constat aussi que sur le r gime de forage influaient les propri t s physico m caniques du massif telles que la fissurit l abrasivit et la duret ce qui fera l objet de la suite de cette recherche 129
66. e comprend les facteurs conomiques Za Ze Zm et Zs et d organisation ku Cu La somme 1 V taux caract rise la vitesse technique de forage et la construction de la sondeuse param tre taux La deuxi me composante de l expression tient compte de la variation des d penses li es la consommation de l outil de forage La derni re composante concerne les d penses d nergie lectrique consomm e Le mod le conomico math matique est compos des variables principales et N du proc d de la destruction des roches Celles ci d pendent du r gime de forage et des propri t s physico m caniques des roches La d termination du crit re S pour divers type de machines donne la possibilit de choisir la machine la plus rationnelle si le diam tre et le type d explosif sont les m me L avantage de cette m thodologie est qu elle donne le crit re S de choix du r gime optimal les param tres essentiels qui d terminent ce crit re sont S1 D penses pour l utilisation de la machine S2 D penses pour la consommation de l outil de forage 93 d penses pour la consommation d nergie Les inconv nients que nous pouvons remarquer c est que lors du choix de la machine de forage on ne tient pas compte du type d explosif utilis des param tres des travaux de tir car le but de cette m thodologie est de minimiser le prix du m tre de trou for et non le prix du m de la roche abattue sans pour au
67. e 3 17 O Ku coefficient d utilisation de la sondeuse durant un poste L analyse de la m thode expos e de d termination de la productivit des sondeuses montre que celle ci a quelques inconv nients parmi lesquels nous distinguons a division des pertes de temps en deux groupes selon leur caract re r gulier et fortuit dans certains cas ventuels exemple remplacement de l outil de forage Ces pertes de temps se rapportent aux op rations auxiliaires qui doivent s effectuer durant chaque poste Mais dans le cas du forage des trous dans les roches non abrasivit il n est pas n cessaire de remplacer l outil de forage assez souvent Cela veut dire que cette op ration portera le caract re al atoire 98 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Cette m thode ne permet pas d appr cier s par ment le degr de l influence de la construction de la sondeuse ou de l organisation de travail sur le niveau de la productivit Afin d viter les inconv nients num r s nous recommandons l utilisation d une m thode connue labor e pour les abatteuses chargeuses 25 pour d terminer la productivit des sondeuses Comme dans le cas pr c dent nous estimons qu il est n cessaire de distinguer la productivit th orique technique et d exploitation et de calculer celle th orique de la facon suivante Ve gt m min 3 18 La productivit technique do
68. e de la roche la d sagr gation est gale F D ck O Sa surface de la d sagr gation La r sistance de la roche la d sagr gation 55 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE SAabs h R r II 23 cos sin B tg S cos 3 S On n glige sin t y 1 cause dey qui est tr s petit Donc Sck A R r cos LS ck KO comp K coefficient caract risant la fragilit de la roche K 0 3 07 Donc K h R r cos B F 11 24 La d sagr gation de la roche se d roule si Rex gt F D ici N K h R r 7 cos JD sin Cf cos Mio 11 25 56 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE Car lors du forage on a l usure d outil la forme du pan arri re prend la forme du Figure 2 6 Interaction de l outil contre la roche Figure 2 7 param tres g om triques de 1i outil 57 METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE CHAPITRE II L 1 La force Sa B1A1 EE AB somp S r O Ei ma 2 2 Donc N TE AM L S omp 1 26 2 R sin O Z l angle d inclinaison de la lame tranchante L l usure maximale de la lame L 5mm 2 2 Cf N RI CELO 1 27 D ici on re oit la formule de l paisseur du copeau 2 Pax p 05 B sin cf cos 8 mm tr 11 28
69. e en fonction de la force axiale h 1 1x 400 m mn cf 6 8 a 2mg 16 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Vf m mn 2 50 T xn hen 2 25 1 75 P 94Kgf _ 2 00 1 50 125 125 C 1 5 1 0 P 32Kgf 1 25 0 75 400 800 n tr mn fig I 5b D pendance de vitesse de forage et l avancement de l outil en fonction de vitesse rotation fer avec f 8 a 3m g I 3 7 Param tres de r glage de la machine L augmentation de la force axiale et de la vitesse de rotation se limite par les caract ristiques techniques de la machine de forage les indices conomiques etc ainsi le probl me de la d termination des param tres de r glage qui donnent les meilleurs r sultats technico conomiques se pose 9 I 3 8 Voies de la d termination de la vitesse de forage rotatif A pr sent il est connu deux voies suivantes de la d termination de la vitesse de forage rationnelle assur e par une machine de forage dans les conditions d exploitation d finies 17 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE En utilisant les d pendances V f P n ou bien h f P n obtenues exp rimentalement ou l aide des calculs avec l application des formules permettant de d crire les donn es exp r imentales et tenant compte des caract ristiques techniques de la machine de forage on d termine la vitesse maximale possible de forage sa valeur
70. e la lecture aux temp ratures ambiantes de 0 c 50 c ne d passe pas 1 2 de la valeur maximale l chelle pour chaque gamme de mesure Tout en suivant l op ration on mesure le temps l aide du chronom tre apr s cela on d termine la vitesse de forage Fig III 4 Mesure de la vitesse de rotation de l outil l aide du Tachym tre magn tique 83 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES III 3 3 2 Etude des facteurs influant sur la productivit des sondeuses molettes En principe les valeurs de la productivit th orique technique et d exploitation peuvent tre d termin es l aide des calculs correspondants Par exemple on d termine la vitesse de forage au moyen de formule connue Mais cette m thode ne nous permet pas d avoir des r sultats refl tant r ellement les capacit s des sondeuses vu sa d pendance de certains facteurs qui ne peuvent tre pr cis e que sur le terrain car leur variation est assez grande Parmi ces facteurs nous pouvons citer les variations des propri t s physico m caniques des roches for es la qualification du personnel desservant la sondeuse ainsi que l tat de l outil de forage cause de l usure C est la raison pour laquelle nous nous sommes propos s de r aliser des exp riences visant la d termination des valeurs statistiques des variables entrantes dans les formules 3 23 et 3 29 Une des m tho
71. e paragraphe pr c dant Y Zij Eij 4 15 E j d penses concernant l exploitation Ya d penses pour l amortissement de la machine Ki coefficient tenant compte de l amortissement Cette formule peut tre exprim e de la mani re suivante K A q K 2 P n 6 36m d A PES LIN C Y amp B esed gt gt 10 4 16 A Productivit Annuelle m ann e q Consommation sp cifique d explosif pour j me variante kg K Coefficient tenant compte de la sur profondeur m Coefficient de rapprochement des trous d Diam tre de sondage mm A Densit de l explosif C D penses sp cifiques pour forer I m tre de trous C Prix de I kg d explosif DA P Poids de sondeuse t K Coefficient de r serve des machines A Productivit journali re gt jour P Productivit d exploration de la sondeuse par poste m poste n Nombre de poste de travail par jour Int r t sur les pr ts effectu s Ce que nous pouvons remarquer c est que cette m thodologie tient compte des facteurs essentiels tout en se basant sur d autres recommandations pour d terminer les param tres des travaux de tir 118 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE Nous pouvons exprimer les d penses totales en fonction de tous les autres facteurs dont elles tiennent compte par l expression D 8 Q an Pu F S
72. e simultan ment l usure des dents c est bien la vie des roulements Avec l apparition des picots a carbure de tungst ne et les am liorations m tallurgiques augmentant la dur e de vie des l ments de coupe de l outil la vie des roulements est devenue le point faible D o l id e de les lubrifier pour augmenter leur vie qui a donn naissance aux roulements tanches Le probl me de l tanch it des paliers t tr s difficile r soudre et les fabricants ont successivement propos plusieurs solutions 41 Les figures I 19 1 20 21 pr sentent trois des solutions les plus courantes La premi re solution Fig I 19 consiste coller un joint l vres sur les bras de la molette la l vre venant faire tanch it sur un logement m nag dans le talon de la molette Les deux autres Fig I 20 I 21 qui semblent plus efficaces consistent loger un joint for de section circulaire ou ovale la base de la molette qui vient faire tanch it sur le bras Le probl me est celui du surfa age et des tol rance ce sont les secrets des fabricants La vie des roulements d un tric ne d pend de leur capacit du poids et de la vitesse de rotation transmise l outil et du fluide de forage dans lequel ils travaillent 44 bien que l tat d usure des dents a un certain effet sur l usure des roulements L exp rience sur chantier montre que cet effet est n gligeable L quation de la vie des roulements
73. es carr es des r sidus est minimale ces param tres sont d termin s par les formules suivantes 36 N gt Pi yfi gt Pi Y vfi C N nombre d observations dans l exp rience vfi Pression et vitesse de forage pour exp rience NY PNY vfi Pivfi NS PP P j Supposons que l quation est sous la forme C S FGo F x Yi r x C1 C2 X Alors S Yi CI C2 X 91 N Y Pi gt Pi P u 3 07 3 08 3 09 310 3 11 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES 1 D riv par rapport C1 Z 02 2Y Yi C1 C2 Xi 0 On sais que ds 2 D o Y Yi cl c2 Xi 0 i l Yi NC1 C2 Y xi 3 12 i l 2 d riv par rapport C2 ds lt 2 Yixi cl x c2 x x _ 25 2 Y xi C2 XI 3 13 i l 1 1 1 1 Pour d terminer les deux inconnus cl et c2 du syst me d quations on calcule d abord le d terminant 2 n 2 n A N xi ES gt xi 3 14 1 1 i l O Xi Pax Yi pour d 160mm et nr 80tr mn Le syst me d quation est 16 C 20265 6 1 109 202656 2645079776 gt 14479 23 92 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Le d terminant A 16 20265 6 A 12518220 8 20265 6 206450797 76 12518220 8 AC C
74. euvent tre approximatif c est pourquoi il est n cessaire de prolonger la recherche en question en se basant sur l tude exp rimentale du processus de forage 67 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES III PARTICULARITES DE L APPLICATION DES MACHINES A FORER DANS LES CONDITIONS DES CARRIERES DE MINERAI DE FER ALGERIENNES III 1 Propri t s physico m caniques des roches abattre III 1 1 Analyse des propri t s physico m caniques des roches influant sur le processus de forage Il est difficile d num rer toute la diversit des propri t s des roches qui est n cessaire de savoir lors de la r solution de divers probl mes pratiques g ologiques min ralogiques etc Le processus de destruction de la roche d pend de beaucoup des propri t s mais en premier lieu des propri t s m caniques On sait que la roche est caract ris e par plus de 20 constants lastiques il est vident qu au cours de l exploitation des min raux utiles il n y a pas de possibilit de tenir compte de toutes les propri t s des roches pour leur utilisation pendant la correction des r gimes de construction C est pourquoi il est naturel de trouver un indice qui permettrait de planifier tout les travaux miniers d extraction et d terminer les r gimes rationnels de fonctionnement des machines mini res L indice appel coefficient de duret propose par le professeur PROTODI
75. exp rimentale s ins re dans la d termination de l influence de certains facteurs sur l efficacit du processus de forage des machines de forage rotatif munies d un outil molettes 77 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES L analyse du processus de destruction de la roche au moyen des sondeuses permet de conclure que les param tres de r glage des machines les limites techniques et l tat de l outil influent consid rablement sur la vitesse de forage Cette derni re pr d termine son tour les indices technico conomiques d exploitation des sondeuses la m thodologie de recherche pr voit La d termination de certains param tres caract risant la construction des sondeuses rotatives limites techniques L tude de l influence du m trage des trous for s sur la vitesse de forage La r alisation d une exp rience pr alable permettant de limiter le domaine de l tude de la d pendance de la vitesse de forage en fonction des param tres de r glage force axiale et vitesse de rotation Dans la plus part des cas l tude sur les limites des possibilit s techniques des sondeuses s effectue partir des caract ristiques techniques de ces derni res indiqu s sur la plaque signal tique Ce qui fait d faut pour des sondeuses qui font l objet de notre tude Il est indispensable d tablir exp rimentalement les limites des vitesses de rotation
76. ges T 3 26 d p T Ta s il n existe que des op rations de d placement de la sondeuse au nouvel trou T c 3 27 T Te s il n existe que des op rations de r paration de la sondeuse T RE 3 28 T j s il n existe que des op rations de remplacement de l outil de forage Apr s transformation de la formule 3 10 on re oit L expression obtenue est de mettre en vidence les possibilit s techniques des machines examin es en comparant les r sultats des essais effectu s la productivit d exploitation d pend du degr d utilisation des possibilit s techniques d une sondeuse dans les conditions concr tes de l exploitation 100 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Qs 60 Q n o Kexp 3 30 Kexp coefficient tenant compte du travail continu de la sondeuse pendant son exploitation T f 3 31 exp T T T Te O T perte de temps cause de l organisation du travail Dans ce cas il s agit n cessairement d exercer les op rations pr paratoires examen superficiel de la sondeuse graissage et de l existence des pertes de temps cause de l organisation de travail repos des ouvriers manque de front de taille Analogiquement nous pouvons crire 1 K 2 32 exp et 3 32 1 T En utilisant la m thode propos e il est possible d tablir l influence
77. he avec l outil molettes Les machines consid r es permettent de pr senter le processus de la destruction de la roche par outil molettes tric ne lors du forage rotatif de la mani re suivante Fig I 3 d apr s 16 Fig I 3 Sch ma des positions de l outil lors du forage molettes a D but du forage b Processus stable 13 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Lors du premier moment l outil sous l action de la force axiale cr e par le m canisme d avancement s enfonce dans la roche la profondeur ho Lors de la rotation et l avancement de l outil la r sistance de la roche devant le pan avant augmente la d t rioration de la tige et de l outil commence le mouvement se ralenti gr ce aux forces potentielles et ayant dans le syst me lastique et couple de rotation de la commande qui produit la d sagr gation des particules solides de la roche le long de toute la longueur du tric ne 1281 Apr s 1 d sagr gation l outil se d place de la position 1 17 la position 2 Les forces de r sistance augmentent et le mouvement de l outil se ralenti donc on peut sugg rer qu en r sultas des petites rigidit s de la tige la p n tration suivante de l outil se produit lors du temps sup rieur celui du premier cas et se d place de la position 2 27 La valeur h est conditionn e par les param tres g om triques de l outil la r sistance de la roche et la force axiale
78. ice pour les machines molettes sont li es leur haut prix Il est a signal que le diam tre des trous gal 50 mm pour les perforateurs 100mm pour les machines outil coupant 150 mm pour les machines Roto percutante et 200mm pour les sondeuses molettes d termine le rendement de la masse rocheuse d un m tre du trou C est pourquoi l application des machines de forage poss dant de grand diam tre de l outil s accompagne comme r gle g n rale par la diminution des d penses sp cifiques d une unit de volume du massif abattu cependant le degr rationnel de broyage du massif de la roche doit tre pris en consid ration CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE FiglI 1 Destruction de la roche lors du forage a gt Rotatif b gt Roto percutant c Percutant A Impulsion d une force de choc P gt Effort axiale T gt Effort tangentiel 1 Destruction de la roche par coupe 2 Destruction de la roche par choc Rotatif Rotopercutan Percutant Fig I 2 valeurs relatives l effort axial la puissance de rotation et la puissance de choc lors de divers forages CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Tab I 1 Domaine d utilisation des divers modes de forage Percutant Rotatif Roto percutant Mode de forage Couronne Outil coupant Mollette Couronne Outil de forage 1 6 6 8 8 10 10 12 12 14
79. istantes nous a permis de d terminer le domaine d utilisation de divers modes de forage r alis par ces machines voir tabl I 1 d apr s ce tableau il convient de dire que le domaine d utilisation des modes de forage en question se d termine par les indices technico conomiques cit s ci dessus et par les particularit s de construction des sondeuses Par exemple la limite inf rieure du diam tre du trou for l aide du tr pan molettes est restreinte par les facteurs constructifs La profondeur du forage pour les autres modes se limite par l efficacit des moyens de nettoyage ainsi le tableau cit permet en sachant les propri t s physico m caniques des roches et les param tres de tir d termin s de nommer le mode de forage pr alable bien qu il faut avoir en vue d autres facteurs qui influent sur le choix des machines forer niveau de formation des cadres existence des bases de r paration etc Le forage rotatif molettes a t r alis jusqu ici principalement pour la perforation des trous dans les roches de n importe quelle duret ayant des forces de compression jusqu 1500bars Dans cette m thode l nergie est transmise au tric ne par l interm diaire d un tube qui tourne et qui appuie les c nes contre la roche les molettes cr aient alors la pression sur la roche et la font clater Lorsque cette m thode est appliqu e la pouss e est destin e maintenir le tric ne en contact
80. it tenir compte de l influence de l imperfection technique de la sondeuse envisag e sur sa productivit et s exprime par la formule suivante Q tech 60 0 n o K tech m h 3 19 O Kach coefficient de l imperfection technique de la sondeuse K gt 3 20 SS T r Tas O temps de travail productif de sondeuse pendant un cycle min 321 L m trage du trou for m Taux pertes sommaires de temps la r alisation des travaux auxiliaires aux temps d arr t de la sondeuse cause de son imperfection Duc Dub Cy F T Leat T 3 22 remp Tma temps de manipulation pr liminaire avant le forage de chaque trou Ta temps de rallongement et de levage du train des tiges temps de d placement de la sondeuse au nouveau trou min Tep temps de r paration de la sondeuse min Tremp temps de remplacement de l outil de forage min 99 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES 1 1 K ecn 3 23 SS Ts Tan Ta SS Le Tus dans 1 1 T L Afin d appr cier l influence de divers facteurs sur la productivit technique nous admettons que le coefficient Kiecn est gal T Dee 3 24 den s il n existe que des op rations pr liminaires de manipulation T EE 3 25 T Ty s il n existe que des op rations de rallongement et de levage du train des ti
81. l e vitesse maximale qui ne peut tre d pass e m me si on augmente encore la pression axiale Cette situation correspond aux conditions lorsque les dents sont compl tement p n tr es dans la roche o on aura la fragmentation de la roche sous forme de petits grains qui nous emp chent d augmenter Po plus de la limite La Fig 1 10 montre le champ d application de la force axiale Po en fonction du type des roches et des outils Cette force varie entre 200 et 1400 kgf cm AW Kgf cm 400 mi dure dure Extra dure Type de formation 31 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Fig I 10 influence de la duret des roches sur la pression axiale En conclusion on peut dire qu une augmentation de la force axiale sur l outil m ne une augmentation de la vitesse de p n tration et une diminution du m trage 1 7 1 Domaine d application de la vitesse de rotation L exp rience 40 montre qu une augmentation de la vitesse de rotation des tric ne provoque l accroissement de la vitesse de p n tration Fig I 11 Mais l intensit de destruction des roches sur le front diminue Ce ph nom ne s explique par la diminution du temps de ce contact entre les molettes et la roche Vf m h 44 40 36 32 28 24 nr tr mn 60 80 100 12 16C 180 Fig I 11 influence de la vitesse de rotation sur la vitesse de p n tration Pour pr ciser M A FINGERIT 40 a pr sent l
82. la dispersion DEN Gp 304 n li c l cart type VD 3 05 1 R sistance la compression a pour le minerai m 800 66kgf cm2 Dz19210 32kgf cm2 138 60kgf cm2 b pour le st rile m 536 22 kgf cm2 D 79168 kgf cm2 PK 281 36 kgf cm2 2 R sistance l empreinte a pour le minerai 76 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES m 53 68 kgf mm2 D 0 034 kgf mm2 pk 0 18 kgf mm2 b pour le st rile m 36 23 kgf mm2 D 0 43 kgf mm2 pk 0 65 kgf mm2 3 l abrasivit a pour le minerai m 4 3 mg D 0 33 mg b 0 57 mg b pour le st rile D 0 mg 0m III 3 Etude exp rimentale du r gime de fonctionnement des machines de forage molettes 3 1 planification et but des recherches exp rimentales Comme nous l avons cit au premier chapitre il existe a pr sent un nombre de recherches consacr es l tude du processus de forage molettes Les r sultats de ces recherches ont permis de cr er pour les conditions ciel ouvert les constructions originales des sondeuses Il existe des questions qui n ont pas t suffisamment d velopp es par exemple il n y a pas un avis commun sur le caract re de l influence des param tres de r glage sur l outil molettes et la vitesse de forage cela provoque la mauvaise exploitation des sondeuses A cet effet le but de l tude
83. la r alisation d un grand volume de recherche exp rimentale qui implique alors des difficult s s rieuses surmonter L aper u de la recherche bibliographique que nous avons r alis t moigne que le volume consid rable de recherche des r gularit s du processus de forage rotatif manque jusqu maintenant de larges g n ralisations permettant d obtenir th oriquement ou exp rimentalement CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE l quation L1 pour tous les cas particuliers En m me temps on peut estimer que le mat riel entass est suffisant pour commencer les tentatives de telle g n ration 8 Avec cela l obtention du but est pr f rable par la composition des quations empiriques entre ces param tres faisant partie de l quation I 1 I 3 2 Analyse des r sultas de l tude du r gime de forage des trous de mines L apercu des recherches connues dans le domaine nous a permis d tablir 1 Jusqu pr sent seulement en U R S S ont fait plus de 100 recherches 2 L tude volumineuse de ce mat riel permet de distinguer quelques tapes de recherches Dans le tableau 1 3 on pr sente les caract ristiques de ces tapes bri vement et on indique les chercheurs qui ont effectu telle ou telle tape 9 10 11 12 13 14 CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE 8 Tab I 3 Etapes de recherche Etape Ann e Caract ristique de recherche chercheurs I 1935 1939 Appro
84. les formations moyennement tendres Ces formes d usure de la denture se manifestent lors de l action d une force de frottement Ff qui s oppose la force de cisaillement Fig 1 14 a Fi Fig I 14 a Fi repr sente la pression axiale exerc e par l outil sur la roche La force de cisaillement est sup rieure la force de frottement F 33 CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Fig I 14 b Fig I 14 c Il est vident qu au cours de la p n tration des dents dans la roche sous l action de la force F une force de frottement Ff provoqu e par la r sistance au cisaillement qui s oppose F et provoque l usure des surfaces de la denture en contact avec le terrain Le processus de la p n tration des dents de l outil et les forces conditionnant l usure du type auto aff tage de l outil peuvent tre expliqu s selon le sch ma fig 1 15 55 Fig I 15 sch ma g n ral d un processus de la p n tration de l outil dans la roche Ra fronti re de la zone pulv ris e 34 CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE R fronti re de la zone de fragmentation Rr fronti re de la zone fissur e zone de fissuration zone fragment e zone pulv ris e zone de fracture N type d usure 8 param tres d usure des dents La vitesse d usure de la denture est un crit re propos au titre de param tre caract risant l efficacit d un processus de l interaction
85. mparer et les analyser 6 Proposer une m thode de la d termination des param tres rationnels du forage molettes 41 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE II D termination th orique des indices caract risant le processus de forage molettes II 1 Le but de la recherche th orique Pour d finir le but de la recherche empirique on se base sur la recherche bibliographique o plusieurs chercheurs ont tudi le mode de forage rotatif molettes avec diff rentes m thodes en se basant sur les propri t s physico m caniques de la roche param tres de r glage de la machine param tres g om triques de l outil L Analyse bibliographique nous a montr qu il y a pr sent certaines m thodes de la d termination des d pendances de la vitesse de forage et l paisseur du copeau en fonction de la pression axiale et la vitesse de rotation Vr f P n h f P n L analyse de ces m thodes montre qu elles sont bas es sur les connaissances des particularit s de l interaction de l outil contre la roche Chaque fois on tient compte des param tres cit s si dessus II 2 M thodes de calcul des indices caract risant le processus de forage molettes Pendant le choix des machines de forage la question principale qui nous pr occupe a t toujours la productivit que peut assurer la machine dans les conditions bien d finies mais le facteur reste li au r gime de fonctionnement de la machine q
86. n hitg r Pch um hi R r Ks CHRAINER 1950 PCR hn Rs 0 Pn Bhj POROVSKI 1954 4 Pr 22A hj FU CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Suite tableau 14 Auteur Sch ma de l interaction de l outil contre D pendances essentielles Ann e la roche p max 2 1 smn a a KOUTCHEROV EE cos q GE 1 cos a a ou Pn R r hl sin 20 SOUKHANOY eege 1967 cos 5 cos a eem Ksh R r cos u sinp Pn 2 Ra KRAPVINE 1969 ft 2sin B sino Ksh R r sinB Ra fi 2sin B sino Pn zNn sin y cosy APr ORIOV 1969 Pr Nn cosy u siny aPn Pn K Rx fp MESMOTRIADEV APn Pr 1969 63 11 CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Suite tableau I4 Auteur Sch ma de l interaction de l outil r D pendances essentielles Ann e contre la roche 2h1 R sin y Ks Pn ai MIKHAILOV Cos l sin y 1659 h1 R cos y Ks Pr ai aR sin cos y Pn B h ALIMOV 2R 1962 h R r Pn f hl t GUETOPANOV Pr K Pn K constante BERON Pn Rz ft cosy yusiny u 1963 Pn 12 CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE 3 4 Processus de la destruction de la roc
87. nc le crit re d abrasivit est une perte sommaire du poids de la tige en mg durant 10 minutes de frottement entre la tige et la roche avec cela le frottement de la tige se fait avec la force de 15kgf et la vitesse de rotation 400tr min On a fait des essais l aide d un stand Fig 3 1 l prouvette de la roche 1 serr e entre la garniture 3 d un dispositif 2 la facette sup rieure horizontale Lors de l essai une tige de mesure 4 fix e dans un mandrin 5 d une machine percer et descendre sur l chantillon et on met en marche le moteur 7 de la machine outil La force axiale demand e est assur e par la charge 6 La tige de mesure est fabriqu e d acier non tremp e Avant l essai la tige est pes e l aide de la balance analytique avec la pr cision de 0 1mg Apr s avoir fait des essais durant 10mn on d place la tige de mani re qu elle soit tourn e de l autre bout sur la roche puis on connecte la machine pendant 10 min L indice d abrasivit est calcul par la formule 69 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE_A MOCLETTES N gt P 1 mg 3 01 2 Nombre d essai de chaque chantillon P Poids initial de l chantillon Poids final de l chantillon Apr s avoir r alis les essais on a obtenus les r sultats suivants Echantillon du minerai am 4mg Echantillon du st rile a
88. nctionnement optimal de la machine F org facteurs tenant compte de l organisation de travail L inconv nient comme pour le cas pr c dent d ailleurs c est le fait de n gliger les limites de la force et de la vitesse de rotation que peut assurer la puissance du moteur install et la hauteur de p n tration des dents qui ne doit pas d passer la hauteur de la dent c est dire les facteurs qui peuvent limiter le r gime de forage rationnel La m thodologie des nomogrammes 59 donne la possibilit de r aliser le choix des machines en tenant compte de ses param tres ce que nous pouvons voir plus en d tail dans le chapitre 4 pour l utilisation de cette derni re exigence des param tres de la machine pour la destruction de la roche avec un r gime de fonctionnement rationnel est n cessaire que nous pouvons caract riser par la fonction des param tres sous sa forme analytique Q g Proche F org R rat 4 14 Proche propri t s de la roche 117 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE Forg facteurs d organisation Fini facteur qui limite le r gime optimal de la machine Ru facteur qui caract rise le r gime rationnel La m thodologie que nous pouvons consid rer et qui se rapporte aussi au choix travaux d abattage 23 qui peuvent tre d termin s par la formule suivante tout en pr cisant que ce m me facteur d penses totales a t d sign par D dans l
89. nte i de la vitesse de rotation fig 1 14 36 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE i nr 4 35 10 nr 1 19 Elle est aussi inversement proportionnelle la fonction d croissante m du poids figl 14 m 1359 714 2105 1 20 1 P La vitesse d usure de la denture est aussi proportionnelle une constante Af appel e constante d abrasivit qui repr sente les effets du type d outil du soufflage du trou de la forme des dents et du terrain dD partir de cela peut conclure que la vitesse d usure des dents est une fonction croissante de la vitesse de rotation et du poids et une fonction d croissante de l usure de la denture 20 4000 1 i 10 3000 2000 20 4 60 80 1000 nr 10 20 30 40 0 0 0 0 Fig I 17 effet du poids et de la vitesse de rotation sur l usure de la denture La recherche originale pr sent e par Galle et WOODS 38 montre la variation de la vitesse d usure D an des dents de l outil dT dD AF nr Knr KD KD 1YKLogPax d 1 21 Cette relation tient compte de plusieurs coefficients qui sont inconnus chacun des coefficients K est diff rent bien que leur nom soit identique O Af coefficient d abrasivit du terrain N AEN repr sente la fonction croissante de la vitesse de rotation 37 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE P K Klog gt repr sente la fonction d croi
90. oductivit que peut assurer la machine dans les conditions bien d finies mais ce facteur reste li au r gime de fonctionnement de la machine qui son tour d pend des propri t s de la roche du type de l outil et des param tres de la machine Plusieurs chercheurs ont consid r s cette question sans pour autant n gliger les facteurs qui peuvent avoir une grande influence sur le choix du r gime de fonctionnement des machines de forage et leurs productivit s tels que l effort axial La hauteur de p n tration de l outil la vitesse d avancement et la puissance maximale du train de tige III 5 1 Choix du r gime de fonctionnement de la sondeuse Selon le nomogramme que nous allons labor on r alise le choix de la force axiale et la vitesse de rotation pour lesquelles la productivit de la sondeuse sera plus grande en tenant compte des facteurs limitants 34 96 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES Pour visualiser les questions une repr sentation graphique et les r sultats d exp riences sont montr s sur les figures 3 6 3 7 L analyse des r sultats d exp riences des figures cit es nous a permis de signaler que la relation entre la vitesse de forage et la pression d alimentation est une ligne droite Les r sultats obtenus sont v rifi s pour le domaine d application de la force axiale exerc e et de la vitesse de rotation pour le forage ave
91. oix de la machine et son r gime de fonctionnement en tenant compte de la variation des param tres des travaux de tir mais 1l ne tient pas suffisamment comte des investissements au cour de la d termination des d penses d exploitation On prend en consid ration uniquement les normes d amortissement ce qui n est pas suffisant Il existe des cas o pour assurer un prix de revient assez bas il nous faut beaucoup investir du capital qui va tre gel pour une grande dur e ce qui provoque beaucoup de pertes 110 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE C est la raison pour laquelle pour la majorit des cas le choix peut tre obtenu l aide du crit re des d penses totales des travaux d abattage qu on peut d terminer par l expression D DRE DA 5 4 4 0 D ex d penses se rapportant l utilisation de la machine et l explosif Ki coefficient d utilisation des investissements du capital I investissements totaux L avantage de ce crit re c est qu il permet de r aliser le choix de la machine et assure son efficacit en prenant en consid ration tous les facteurs essentiels qui influent sur son fonctionnement d penses pour l exploitation de la machine d penses pour l explosif et l utilisation des investissements du capital En tenant compte des facteurs d j num r s au d but du chapitre et les r sultats d analyse des crit res peut nous conduire laborer un mod
92. peut tre donn e sous la forme suivante ya 1 24 n Le symbole L est utilis pour d signer une fonction d croissante avec l augmentation de poids Fig I 15 S appel param tre de boue repr sente les effets de la capacit des roulements et de la nature du fluide de forage Dans le forage des crit res de nettoyage et de refroidissement de l outil s effectuent avec de l air comprim 40 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE I 10 Probl mes et lignes de recherche 1 10 1 But de recherche Le but de recherche pr sent consiste laborer les m thodes de la d termination des param tres du r gime rationnel de fonctionnement de la machine de forages rotatifs lors de son exploitation dans les conditions g ologiques et mini res d finies Pour atteindre le but de recherche il est n cessaire 1 D analyser les m thodes existantes des calculs des param tres de fonctionnement du r gime de forage molettes 2 D terminer les valeurs num riques des propri t s physico m caniques des roches n cessaires pour faire le calcul correspondant 3 D tablir les param tres g om triques de l organe de travail employ dans les machines de forage molettes 4 D appliquer les m thodes de calcul num r es afin de d terminer les valeurs de la vitesse de forage 5 Faire les recherches exp rimentales dans le but de v rifier les m thodes de calcul afin de les co
93. portant une denture ayant une g om trie variable suivant la fonction destin e 21 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Les molettes d un tric ne permettant de r aliser les actions d arrachement de la roche sont contenues dans un volume tr s r duit d termin par le diam tre de forage cette contrainte a conduit un compromis entre la hauteur des dents l paisseur de la coquille des molettes et la taille des roulements La hauteur des dents par rapport au diam tre du tric ne diff rencie aussi les r actions des tric nes selon leur affectation Terrains tendres moyens ou durs Pendant l interaction outil terrain la hauteur des dents influe directement sur le couple C de transmission qui varie en fonction du poids P appliqu sur l outils 15 pour la facilit du raisonnement on admet le plus souvent que C est proportionnel P et on appelle couple sp cifique le rapport C 3 mu 77 m daN AO daN 12 w o le rendement m canique des molettes T 0 98 0 96 pour les tric nes neufs n 0 45 0 4 Pour les tric nes us s L exp rience montre que Dans les terrains durs 5 m 8 5 daN 103 daN Dans les terrains moyens 9 m 12 5 m daN 10 daN Dans les terrains tendres 13 m 16 5 m daN 10 daN La hauteur de la dent peut tre d termin e selon la formule suivante m R Kl R F I 3 Wi K coefficient sp cifique de la roche Ki 0 9 0
94. rep re la duret de la formation laquelle est adapt chaque outil de 1 3 pour les outils denture frais e tendre moyen dur Le deuxi me chiffre de 1 4 divise chaque cat gorie de terrain en quatre sous groupes Le troisi me chiffre rep re les caract ristiques communes aux outils Ces gammes d avancement correspondent l utilisation des param tres optimaux En 1971 L LA D C International Association of Drilling Contractors a adopt une d nomination syst matique des tric nes en fonction des caract ristiques suivantes denture frais e ou carbure duret compar e des roches auxquelles ils sont destin s Caract ristiques m caniques communes aux outils denture frais e et carbure Donc avant de commencer un forage un programme d outils doit tre r aliser ce programme ne devra tre modifi lors du forage que si les conditions rencontr es ne correspondent pas aux pr visions Il est clair qu aucune m thode rigoureuse ne permet de r soudre ce probl me Ce choix est donc empirique et n cessite l utilisation des r f rences De plus chaque fabriquant met la disposition des utilisateurs une vari t de gamme d outils tableau I 3 Chacun d eux poss de des caract ristiques particuli res quant son aptitude forer de terrains plus ou mois durs ou abrasifs la nature de ses roulements 23 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE I 6 Influence des param
95. res en question une th orique et l autre exp rimentale La m thode exp rimentale assurant une grande pr cision est assez compliqu e n cessite l utilisation d appareillages sp ciaux en outre elle est assez compliqu e c est pourquoi il est pr f rable d utiliser les m thodes th oriques ces m thodes se basent sur la pr sentation r elle de la forme g om trique de l outil de travail Les r sultats obtenus portent le caract re qualitatif et peuvent tre consid r s comme approximatif c est pourquoi il est n cessaire de prolonger la recherche en question en se basant sur l tude exp rimentale du processus de forage vu sa complexit 66 CHAPITREIII L ETUDE EXPERIMENTALREGIME DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES DE FORAGE A MOCLETTES II 4 Conclusion L tude th orique de l interaction de l outil contre la roche a permis d analyser et d tudier les param tres de certaines m thodes th oriques qui nous permettront de d terminer la hauteur d enfoncement de l outil en se basant sur les propri t s physico m caniques de la roche param tres g om triques de l outil et param tres de r glage de la machine 2 L tude th orique de la d termination de la vitesse de forage montre qu il est pr f rable d utiliser les m thodes de calcul qui se basent sur la pr sentation de la pression axiale et la vitesse de rotation sous la forme r elle 3 Les r sultats obtenus portent le caract re qualitatif et p
96. rr au diam tre Cette quation clipse les autres pr c dentes 1 21 et 1 22 par la simplicit de l application 38 CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE pratique mais comme les autres examin es elle comprend les m me difficult s pr sent es par les coefficients K inconnus Toute m thodes sont tabul es dans le tableau 1 5 R sum 1 l usure des dents est un param tre important qui conditionne l efficacit du processus de forage 2 la forme d usure est provoqu e par l effet de destruction des roches 3 vitesse d usure des dents est une fonction croissante par rapport la vitesse de rotation N et le poids W est une fonction d croissante de l usure des dents Tableau 7 influence des param tres de forage sur la vitesse d usure des dents METHODES Equation de l usure des dents GE r MISES POUCES m thodes Kz PETROVKO C T 4 n nr nombre des trous n dD 1 i n ar constante d abrasivit CHOQUIN A n vitesse de rotation dT SC poids iD A n M me param tres que CHOQUIN GALLE et WOODS AT KD KD Klog Pax plus le diam tre du trou d D A n Kai YOUNG en dT 1 KDX K KPax dD Pax en REED dT 39 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE 1 9 Influence de l tat des roulements sur le r gime de forage Le probl me qui se pos
97. s dire que pour l tude faite avec l utilisation de l outil avec le diam tre d 160mm nous avons la pression axiale p 13272kgf la vitesse de rotation ni 130tr mn et n gt 80tr mn 106 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE 107 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE 108 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE IV METHODOLOGIES DE CHOIX DES MACHINES DE FORAGE IV I crit res et mod le de choix des machines de forage L exp rience montre que l utilisation de n importe quelle machine sans aucune argumentation ne peut assurer une am lioration des indices technico conomiques pendant le fonctionnement mais au contraire Ce qui est tr s important lors de la mise en exploitation d une nouvelle carri re ou une mine souterraine Le choix des machines et leur r gime de fonctionnement rationnel restent l objectif primordial La solution ce probl me peut tre obtenue par m thode analytique avec bien s r l utilisation du crit re qui permet d appr cier l efficacit de ces machines L indice de l efficacit qui est pris comme crit re doit prendre en consid ration les facteurs qui influent sur le fonctionnement de la machine sont les suivants donn es de d part propri t s de la roche caract ristiques de la machine r gime de fonctionnement de la machine type de l outil type de l explosif Actuellement les
98. s se caract rise en particulier par leur productivit posti re en fonction du coefficient de duret CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Dans ce cas la tendance g n rale consiste la diminution de la productivit des machines de divers types avec l accroissement de la duret des roches Il est noter que la diminution rapide de la productivit des machines de forage rotatif munies d outil taillant coupant Le ph nom ne peut tre expliqu par la consid ration des relations des d penses d nergie sp cifique et de la dur e de vie de l outil en fonction de la duret des roches La destruction des roches par l outil molettes se d roule dans le r gime de frottement et de glissement ce qui d termine la dur e basse de l outil ou dans le cas o la duret des roches s accro t L paisseur du copeau diminue et par cons quent le volume des d blais augmente Tout cela provoque comme on sait d apr s les hypoth ses de RABENDER et KIRPITCHEV KIK l accroissement des d penses d nergie La productivit relativement haute des machines de forage percutant ne peut tre expliqu e que dans ce cas on ne consid re que les sondeuses permettant forer des trous de diam tres inf rieurs aux autres modes de forage Un des indices conomiques caract risant le travail des machines de forage est le prix de revient d un m tre de trou for les valeurs relativement hautes de cet ind
99. ssante du poids sur l outil Bien que cette quation tient compte de plusieurs facteurs influent sur la vitesse de l usure de la denture mais elle comporte de nombreux coefficients qui ne sont pas d chiffr s dans le pr sent ouvrage Selon Yong 54 la vitesse d usure des dents est une fonction empirique de la vitesse de rotation du poids sur l outil et du taux d usure des dents d outil Elle est donn es par l quation suivante 3 dP pe ntur 1 22 dT 1 KPax Dans Cette quation la vitesse d usure des dents est proportionnelle une fonction croissante de la vitesse de rotation et au coefficient d abrasivit du terrain en m me temps elle est inversement proportionnelle au taux d usure des dents D et le poids exerc sur l outil Pax On remarque dans cette quation les coefficients K ne sont pas indiqu s dans notre pr sent ouvrage L quation empirique de la vitesse d usure des dents selon Reed 53 est proportionnelle la vitesse de rotation Le poids sur l outil et les coefficients d abrasivit et inversement proportionnelle au taux d usure des dents et du diam tre du trou Cette quation peut s crire de la fa on suivante K K dD AF Pax 4 d D 4 1 23 La particularit de cette quation par rapport la pr c dente r side dans l influence de la valeur du diam tre du trou sur la vitesse d usure des dents Cette derni re est inversement proportionnelle au ca
100. t axial Pax x10kgf laroche f 700 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 8 0 213 0 235 0255 0 258 0 277 0 298 0 320 0342 0 374 7 0233 0 260 0 287 0 312 0 339 0 365 0 390 0 417 0 457 6 0297 0 330 0 364 0 395 0 429 0 462 0 495 0 529 0 577 44 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE 45 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE 46 CHAPITRE II METHODES THEORIQUE DE LA DETERMINATION DES INDICES DE FORAGE II 2 2 D termination de l paisseur du copeau d apr s la formule de KRAPIVINE Pour les machines de forage rotatif taillant coupant On constate pendant le mouvement de l outil se forment deux surfaces de travail avec les quelles s actionne sur la roche la surface frontale Fn et terminale Fz La surface frontale est calcul e d apr s la formule suivante 19 Fn R r h II 5 O R rayon de l outil r rayon de l cartement h paisseur de copeau La valeur maximale de h correspondre au moment de d sagr gation des grands l ments du copeau en ce moment la force de la r sistance de la roche la d sagr gation sera gale la force de broyage voir fig IL 4 Pex dans ce cas on a l galit suivante RA I La Raab II 6 O Re et Ra sont respectivement les r sistances de la roche la d sagr gation et au broyage Car h Sint
101. tages de chacune des m thodologies pr c dentes et se basant sur le crit re IV I8 on labore une m thodologie selon le mod le fig IV I Contenu de la m thodologie Donn es de d part productivit annuelle que doivent r aliser les machines de forage choisies dimension moyenne des morceaux de la roche abattue D hauteur du gradin pr f rable H max propri t s de la roche pour laquelle est r alis le choix des machines Duret f Fissurit A o Densit y o Humidit Abrasivit Marche suivre Le choix de la machine doit passer par les tapes suivantes 1 Explosifs Les travaux de tir ont une influence pr pond rante sur le rendement car on souhaite toujours obtenir apr s le tir des produits battus de petite granulom trie assembl s en tas 37 Selon les caract ristiques du gisement et les propri t s de la rochez abattre il faut choisir quelques explosifs les plus convenables pour les travaux de tir Les explosifs en question peuvent tre caract ris s par ces param tres principaux savoir coefficient caract risant la quantit d explosif 1 120 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE densit de l explosif P a prix d I kg d explosif 2 Machines Les param tres physico m caniques et les param tres de tir permettent respectivement de choisir le mode et le type de machine
102. tant oublier de remarquer qu elle n glige aussi les param tres qui peuvent avoir une influence sur le choix du r gime de fonctionnement et qui sont la puissance maximale que peut d velopper le moteur du rotateur la force axiale maximale E la vitesse d avancement maximale 116 CHAPITRE IV METHODOLOGIE DU CHOIX DE LA MACHINE DE FORAGE Le choix des machines peut tre effectu partir des r sultats de recherche sur l outil de forage des sondeuses molettes r aliser par CHOQUIN 36 Le crit re tudier sera le prix de revient du m tre du trou for qu on peut d termin par la formule e P P T T F 5 4 10 Pm prix d un m tre de trou for pr sent pr c demment S Po prix de l outil P prix de l heure de la machine de forage temps de man uvre n cessaire pour la mont e et descente de l outil temps de forage F m trage for par l outil En comparaison avec la m thodologie pr c dente on peut remarquer que cette derni re tient compte des variations de la vitesse cause de l usure de l outil mais le crit re essentiel qui est le prix du m tre for qui est caract ris par la fonction analytique de la forme S e f d L p m P ou Rop F org 4 1 1 Prm d penses pour l exploitation de la machine d penses cause de la consommation de l outil facteurs qui peuvent assurer un r gime de fo
103. truction de la roche par les machines de forage 20 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE Param tres de l outil Diam tre Crit re d optimisation type Nature de la formation _ Hauteur des dents Prix du m tre for Nature de la formation Vitesse de p n tration Af C d abrasivit optimale Cf C de forabilit Ket indices Processus de foration Param tre de r glage Poids Pax Vitesse de rotation nr Fig I 7 sch ma principal du processus de forage molette 5 du choix des outils Les terrains travers s par le forage pr sentent une grande vari t de duret ou plut t de forabilit Pour d truire des roches ayant de telles diff rences de forabilit Les outils utilis s proc deront suivant des principes diff rents Les outils pour terrains tendres doivent avoir des dents effil es pour p n trer profond ment dans la roche et un mouvement de ripage important pour enlever le maximum de terrain Les outils pour terrains durs doivent avoir des dents courtes et robustes que l on pourra charger avec des poids importants pour clater la roche Pour ces outils le ripage est inutile et m me invisible car il ne pourrait que provoquer une usure pr matur e de la denture par frottement sec des roches for es Pour les terrains tendres mi tendres et mi dures les outils les plus utilis s sont les tric nes molettes Ces outils ont trois molettes
104. ugmenter le nombre de machines de forage pour r aliser le m trage pr vu le crit re du prix de revient de I m de trou for est efficace D 4 1 o D D penses se rapportant l exploitation des machines qui assurent le m trage durant une ann e m trage planifi annuel Comme on peut avoir recours ce crit re lorsque la machine existe les param tres des travaux de tir fix s mais nous int resse l exploitation rationnelle de cette derni re L inconv nient de ce crit re c est la limitation du domaine d application par exemple si on a la possibilit de varier le diam tre de forage ce crit re ne sera pas efficace car l augmentation du diam tre peut diminuer les travaux de forage m trage et le nombre de machines n cessaires pour assurer le m me volume de la roche abattue le prix de revient du m tre de trou augmente mais les d penses d exploitation peuvent diminuer cause de la r duction du nombre de machines d o le choix de la machine d apr s ce crit re peut tre non acceptable bien que les d penses pour forer Im soient r duites Pour ce cas c est le prix de revient d un m de roche abattue qui est le crit re le plus justificatif de choix de la machine Le prix de revient de m de roche abattue peut tre d termin d apr s P DA m 4 2 r a volume de la roche abattue pendant une ann es Ce crit re nous permet de faire le ch
105. ui son tour d pend des propri t s de la roche du type de outil et des param tres de la machine Plusieurs chercheurs ont consid r cette question comme il a d ailleurs t dans le chapitre pr c dent sans pour autant n gliger les facteurs qui pouvant avoir une influence sur le choix du r gime de fonctionnement des machines de forage et leur productivit telle que la vitesse d avancement maximale que peut assurer la machine la hauteur de p n tration de l outil de forage lors de la destruction de la roche selon les param tres de l outil la force axiale avec laquelle peut travailler l outil Le choix de l outil se fait selon les propri t s physico m caniques de la roche ainsi que des param tres des trous for s Pour les sondeuses rotatives avec l outil molettes les facteurs qui limitent la productivit de la machine sont l effort axial la hauteur de p n tration de l outil la vitesse d avancement du train de tige 42 CHAPITRE NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE II 2 1 D termination de l paisseur du copeau d apr s la formule de RAKOV pour les machines de forage molettes a le rapport entre la force axiale et l paisseur du copeau P f n d apr s la formule suivante _ 2 4 P Cft 11 1 od d 1 A m O h paisseur du copeau p force axiale kgf A coefficient relatif de l intermittence de la tranchante du taillant m nombre de paire d branche od R sistance
106. ur les tr s tendres 0 6 pour les formations tr s tendres p exposant de p 1 0 pour une usure de la denture donnant un sommet plat fig 1 10 26 CHAPITRE I NOTIONS SUR LES TRAVAUX DE FORAGE 0 5 pour une usure de la denture du type auto aff tage ou caillage fig 1 10 a fonction croissante de l usure des dents a 0 93 D 6D 1 il est vident que les diff rences entre la pr sentation de Galle et WOODS et celle corrig e par A LUBINSKI sont les suivantes 1 sujet est pr sent ici de fa on cart sienne c est 4 dire en une suite logique sans s paration en deux parties la premi re contenant le mode d emploi des d couvertes et la seconde les d veloppements math matiques 2 Quelques poids de cette th orie sont claircis 3 La pr sentation initiale n applique pas certaines parties La recherche pr sent par A CHOQUIN 44 n est qu un d veloppement de la m thode de Galle et WOODS 38 Cette m thode d finit la loi de variation du poids et de la vitesse de rotation en fonction du temps de rotation de l outil L auteur de cette m thode a justifi pleinement l cart de quelques du prix du m tre for en se basant sur l empirisme des quations fondamentales et l h t rog n it des terrains qui permet la simplification du calcul de la vitesse de p n tration La vitesse de p n tration d un outil est donn e par l quation empirique suivante K Pax n

Optimisation des paramètres des machines de forage à molettes

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