Compresseur d’air pour mines à ciel ouvert

Ce n'est pas le marteau qui dépend du compresseur, mais l'inverse

Deux engins de forage avec le même diamètre de trou peuvent nécessiter un débit d'air différent s'ils utilisent des marteaux différents. Il faut toujours partir du marteau et du taillant que l'on compte utiliser.

Le marteau est le seul composant qui fixe le seuil de pression. Son alésage, la masse de son piston et ses lumières déterminent la quantité d'air qu'il absorbe à chaque coup, et le diamètre du trou ne fait que déterminer la part de cet air qui reste disponible pour évacuer les débris. Un marteau de 4 pouces sur un taillant de 115 mm et un marteau de 5 pouces sur un taillant de 130 mm appartiennent tous deux à la classe « 110–150 mm » sur le papier, et pourtant le second outil peut exiger près du double de volume à la même pression.

Dimensionner à l'envers — acheter le compresseur que le concessionnaire avait en stock, puis choisir un marteau qu'il peut alimenter — est la façon la plus courante dont un projet à ciel ouvert se retrouve avec une pénétration médiocre et une durée de vie de taillant réduite.

Demande d'air en ciel ouvert

Les engins DTH pour tir de gradins fonctionnent généralement à une pression de service de 10–25 bar et consomment d'environ 10 à 40 m³/min selon la taille du trou. Utilisez la valeur correspondant au plus gros marteau que vous prévoyez d'utiliser, plus une marge.

La pression et le volume remplissent des fonctions différentes, et ni l'une ni l'autre ne remplace l'autre :

• La pression entraîne le piston. En dessous du minimum nominal du marteau, l'outil perd de l'énergie de frappe, et la vitesse de pénétration chute plus vite que ne le suggère le manomètre.
• Le volume nettoie le trou. Les débris doivent être remontés dans l'espace annulaire à une vitesse suffisante pour dégager la face du taillant. Privez l'annulaire d'air et le taillant rebroie ses propres débris, ce qui est le moyen le plus rapide de détruire un taillant à boutons.
• Les deux valeurs sont données ensemble (par exemple 7,0–19,0 m³/min à 10–25 bar) parce que la consommation augmente avec la pression de service. Comparez toujours les marteaux et les compresseurs à la même pression, jamais au meilleur point de chacun.

Le débit d'air libre (FAD) sur la plaque signalétique d'un compresseur est mesuré au refoulement, généralement selon ISO 1217. La valeur qui parvient au marteau est inférieure : la longueur des flexibles, les raccords, un filtre colmaté et l'altitude prélèvent tous leur part. Sur une implantation de gradins de 30–50 m avec un jeu de flexibles bien usé, prévoyez une perte réelle plutôt que de vous fier à la plaque signalétique.

Engins de forage à ciel ouvert et leur demande en air

Gamme de compresseurs

Ce que le tableau des engins vous indique réellement

Lisez les deux tableaux ensemble et la flotte se divise en trois groupes, chacun avec une stratégie d'air différente.

Engins autonomes en air. Les familles intégrées KT et ZT sont autonomes : le compresseur est intégré au porteur et dimensionné en usine pour la plage de forage de l'engin. Les chiffres publiés sont KT5C à 12 m³/min et 15 bar, KT5H à 13 m³/min et 18 bar, KT11 et ZT11 à 18 m³/min et 20–22 bar, KT12 et KT9D à 20 m³/min et 22 bar, KT15C à 22 m³/min et 24 bar, KT25 à 31 m³/min et 25 bar, et KT30 à 36 m³/min et 35 bar. Il n'y a pas de compresseur séparé à acheter ni de flexible à traîner sur le gradin ; la contrepartie est que l'air dont vous disposez est celui avec lequel le porteur a été construit.

Engins hydrauliques sans besoin d'air comprimé pour le forage. Le KL511 fore de 64–127 mm jusqu'à 25 m avec un marteau hydraulique (classe HC150/HC160) et son propre groupe à vis de 9,7 m³/min à 10 bar pour le lavage et la maîtrise des poussières. Ne prévoyez pas d'air de classe DTH pour cet engin.

Engins DTH sur compresseur externe. Les modèles KG, KZ et certains KT sont conçus pour être alimentés de l'extérieur, et leur demande d'air publiée est le point de départ : KG430 13,0–20,0 m³/min, KG420B 10,0–17,0 m³/min, KG520 15,0–22,0 m³/min. Ces plages anticipent déjà le marteau, le compresseur est donc choisi sur la valeur supérieure, pas sur la valeur inférieure. Pour une comparaison plus large de ce que chaque classe d'engin de surface forera, voir How to Choose a DTH Drilling Rig et How to Choose a DTH Rig for 110–150 mm Blast Holes.

Associer un marteau à une alimentation en air

Les données publiées sur les marteaux constituent la méthode la plus fiable pour dimensionner l'air, car la plage de consommation du marteau et sa plage de pression sont données ensemble. D'après la gamme actuelle de marteaux Kaishan :

Deux conclusions découlent directement de ce tableau.

Premièrement, un outil de 4 pouces ne correspond pas à une demande d'air unique. Le K3 descend à 4,8 m³/min à son point de basse pression et monte à 12,6 m³/min lorsqu'il est poussé à 2,4 MPa. Dimensionnez sur la valeur basse et faites tourner le marteau à haute pression, et vous manquerez d'air pendant la majeure partie du poste.

Deuxièmement, les engins de forage de grand diamètre veulent autant de pression que de débit. Le K80 est un outil de 17–35 bar ; un compresseur de 25 bar le fera fonctionner, mais pas au sommet de sa plage. Pour les trous de production de 195–254 mm où le K8 ou le K80 est l'outil prévu, les machines haute pression de la série haute pression LGCY sont la catégorie à comparer, tandis que les marteaux de 4 et 5 pouces sont bien servis par des unités moyenne pression telles que le LGCY-21/21-23/18 ou le KSCY-550/13. Le choix du marteau obéit à sa propre logique — conception du piston, clapet de pied ou sans clapet, queue de foret et filetage — traitée dans DTH Hammer Selection et DTH Bit Selection; ce qui importe ici, c'est que la décision du marteau vient en premier et que le compresseur suit.

Codes modèles, unités et perte de charge

Le code modèle contient les deux chiffres dont vous avez besoin, et il vaut la peine de convertir avant de comparer. KSCY-550/13 correspond à 550 cfm à 13 bar, publié comme 15,0 m³/min à 13,0 bar ; un m³/min équivaut à environ 35,3 cfm, donc une machine de 600 cfm et une machine de 17 m³/min sont la même machine. KSCY-400/14.5K correspond à 400 cfm à 14,5 bar, publié comme 11,3 m³/min. Les modèles LGCY à double régime donnent deux points de fonctionnement dans une seule machine — LGCY-19/21-21/18 délivre 21 m³/min à 18 bar ou 19 m³/min à 21 bar, et LGCY-23/23-25/18 et LGCY-25/23-27/18K suivent le même schéma — il faut donc toujours lire le débit à la plage de pression dans laquelle votre marteau fonctionnera.

L'air qui quitte le compresseur à 20 bar n'arrive pas au marteau à 20 bar. Les pertes proviennent de la longueur et du diamètre intérieur des flexibles, des raccords et des coupleurs rapides, ainsi que du module de séparation et de filtration à mesure qu'il se charge. Maintenez le compresseur aussi près que possible de la machine de forage selon ce que permet le plan de tir, adaptez le diamètre intérieur du flexible au débit, et vérifiez l'absence de restriction avant d'incriminer le marteau : un élément filtrant colmaté, une vanne partiellement fermée ou un coupleur qui fuit ressemblent tous à un marteau faible depuis la cabine. Le coût de forage est dominé par les mètres par heure et les temps d'arrêt plutôt que par le prix d'achat du compresseur ; ces blocs sont détaillés dans What Drives Your Drilling Cost per Metre.

Sites en altitude et sites isolés

En altitude, le débit d'air libre doit être augmenté pour un même marteau. Pour les sites isolés, choisissez une unité bénéficiant d'une bonne couverture de service locale et d'un moteur économe en carburant — le compresseur tourne toute la journée.

Le mécanisme en jeu est la densité de l'air. Un élément à vis déplace un volume fixe par tour ; à 3 000 m, la masse d'air contenue dans ce volume est environ 30 pour cent inférieure à celle au niveau de la mer, et le marteau réagit au débit massique, non au chiffre affiché au manomètre. Une règle de planification pratique consiste à ajouter environ 15 pour cent de capacité pour chaque 1 500 m d'altitude au-dessus du niveau de la mer, puis à vérifier la propre limite d'altitude de la machine plutôt que de supposer qu'elle est détarée de la même manière. Les sites au-dessus de 2 500 m constituent un cas de sélection à part — la machine nécessite souvent une cylindrée plus importante pour un même débit nominal, et le moteur diesel perd lui-même de la puissance. La page high-altitude drilling traite de ce point ; remote-area drilling couvre l'aspect logistique.

Les sites isolés ajoutent trois coûts faciles à négliger lors de la comparaison de modèles de compresseurs : le carburant, car le compresseur tourne pendant tout le poste, que la foreuse fore ou non ; la portée du service, car une machine sans pièces locales et sans technicien formé devient un poids mort dès la première défaillance d'un bloc vis ou d'un élément séparateur ; et les consommables, car les éléments séparateurs, les filtres à huile et l'huile sont consommés en fonction des heures de fonctionnement.

Étapes de sélection

• Fixez le programme de forage : diamètre maximal, marteau le plus gros que vous prévoyez d'utiliser, profondeur du gradin et plage de pression dans laquelle vous ferez fonctionner ce marteau. Notez les chiffres avant de parler à un fournisseur.
• Relevez la consommation du marteau à cette pression — pas à la pression la plus basse de sa plage — et ajoutez la marge nécessaire à l'espace annulaire et à la longueur de flexible.
• Décidez si l'engin porte son propre air. S'il s'agit d'un porteur intégré KT/ZT, la valeur d'usine constitue votre alimentation en air et la question devient la plage de diamètres de trou, non la taille du compresseur. Si l'engin appartient à la classe KG, KZ ou à alimentation externe, poursuivez.
• Convertissez chaque compresseur candidat dans les mêmes unités et au même point de pression. Ne comparez que le débit à la pression que votre marteau verra réellement.
• Appliquez un abattement sur la valeur de plaque pour l'altitude, la longueur de flexible et l'état du filtre. Si la valeur corrigée est inférieure à la demande du marteau, montez d'une taille ou ajoutez un second groupe.
• Vérifiez l'enveloppe d'exploitation : consommation de carburant, intervalle d'entretien, poids routier et de transport, possibilité de déplacer le groupe au fur et à mesure de l'avancement du plan de tir — et tranchez sur la redondance, car un seul compresseur alimentant un seul engin transforme un arrêt d'entretien en arrêt de production.

Erreurs courantes

• Dimensionner sur le diamètre du trou plutôt que sur le marteau. Deux engins forant le même diamètre avec des marteaux différents n'ont pas la même demande d'air.
• Utiliser le bas de la plage de consommation du marteau. La plage publiée couvre sa plage de pression ; retenez la valeur correspondant à votre pression de service.
• Ignorer l'altitude jusqu'à ce que l'engin soit sur site. La détarage est prévisible et peu coûteuse à planifier, et coûteuse à découvrir.
• Utiliser un seul compresseur surdimensionné pour alimenter deux engins « pour l'efficacité ». La qualité de l'air, les longueurs de flexible et un point de défaillance unique partagé coûtent généralement plus cher que la seconde machine.

Liste de contrôle

• Diamètre de trou et marteau les plus grands. 2) Consommation d'air du marteau et pression de service. 3) Altitude du site. 4) Nombre d'engins à alimenter. 5) Disponibilité du carburant et de l'entretien. 6) Nécessité d'un second compresseur en secours.

Conclusion

L'alimentation en air en fosse à ciel ouvert est une chaîne : le marteau, puis la demande d'air, puis le compresseur, puis le flexible. Chaque maillon a des chiffres publiés, et chaque maillon peut être vérifié avant toute commande. Faites le calcul sur le plus grand marteau que vous prévoyez d'utiliser, intégrez l'altitude et la longueur de flexible dans le chiffre, et décidez tôt si la classe d'engin embarque son propre air. Pour les gradins de carrière et de granulats plutôt que l'exploitation de métaux, la même logique s'applique avec un cycle de travail différent — voir quarry drilling et la comparaison en fosse à ciel ouvert dans underground vs surface drilling.