Je travaille au sein de la division des équipements de forage de Kaishan depuis 2003 et j'ai personnellement visité plus de 40 sites miniers en Asie centrale, en Amérique du Sud et sur le plateau tibétain. L'erreur de calcul la plus fréquente que je constate chez les entreprises de forage qui débutent dans les opérations en haute altitude est de supposer qu'une foreuse DTH et Compresseur d'air Une combinaison performante au niveau de la mer le sera tout autant à 3 000 m d'altitude. Or, d'après mes observations directes sur le terrain, cette hypothèse vous coûtera 30 à 35 % de votre production de forage journalière. À 3 500 m d'altitude, la pression atmosphérique chute à environ 65 % de celle au niveau de la mer. Un moteur diesel atmosphérique perd 3 à 4 % de sa puissance nominale tous les 300 m d'altitude au-dessus de 1 500 m. Un compresseur d'air de même cylindrée fournit un débit massique inférieur de 30 à 35 % à 3 500 m qu'au niveau de la mer. La vitesse de pénétration du marteau fond de trou (DTH) chute d'autant (souvent de 25 à 35 %), car l'énergie de frappe par coup et la vitesse des gaz d'échappement qui évacuent les déblais du fond du trou sont directement proportionnelles au débit massique d'air et à la pression de refoulement disponibles. Les relations pression-débit des marteaux fond de trou sont documentées dans…Manuels de forage DTH des principaux fabricants d'équipements, régissent directement l'énergie de frappe disponible.

Au cours de mes années de collaboration directe avec les exploitants de mines d'or au Kirghizistan, en Ouzbékistan et dans la région autonome ouïghoure du Xinjiang, j'ai constaté que la solution qui a toujours fait ses preuves ne consiste pas simplement à choisir un moteur plus puissant ou une tête de compresseur à pression plus élevée. Il s'agit plutôt d'associer un compresseur de la série KG410 KGS. Forage Dth Système équipé d'un compresseur d'air diesel turbocompressé. Le turbocompresseur compense la diminution de la densité de l'air d'admission en forçant une plus grande masse d'air dans la chambre de combustion du moteur, récupérant ainsi 80 à 90 % de la puissance moteur perdue en altitude, mesurée sur notre banc d'essai en usine dans des conditions d'altitude simulées. Le marteau perforateur de la série KGS est spécialement conçu pour les taux de consommation d'air plus élevés résultant du fonctionnement d'un moteur plus puissant en altitude : le système d'alimentation, le moteur de rotation et la vanne de régulation sont tous renforcés par rapport au modèle standard KG410. D'après mon expérience de mise en service de systèmes de forage dans trois mines d'or différentes situées à plus de 3 000 m d'altitude, cette combinaison permet de récupérer systématiquement environ 30 % de la perte de pénétration du marteau par rapport à une configuration à aspiration naturelle à la même altitude. Dans cet article, j'explique précisément le fonctionnement de cette combinaison et je présente les calculs spécifiques de débit d'air et la logique d'adaptation du turbocompresseur que j'utilise pour aider les distributeurs à l'étranger à choisir la combinaison optimale pour leur site. Pour une présentation complète de notre gamme de produits, je vous recommande de commencer par notre site web.page de catégorie des appareils de forage DTH ou notre page de la gamme de produits compresseurs d'air.

Chute de pression atmosphérique entre 2 500 et 3 500 m et son effet sur le débit du compresseur d’air

Au niveau de la mer, la pression atmosphérique est de 101,3 kPa. À 2 500 m, la pression chute à environ 75 kPa. À 3 500 m, elle diminue encore pour atteindre environ 66 kPa. Pour un compresseur d'air à vis volumétrique, le débit massique d'air comprimé fourni au marteau est directement proportionnel à la densité de l'air admis. Si le compresseur a une cylindrée fixe et tourne à vitesse constante, le débit massique à 3 500 m est d'environ 66/101,3, soit environ 65 % de la valeur au niveau de la mer. La pression de refoulement est régulée par le système de contrôle du compresseur et peut être maintenue à son niveau nominal (généralement 15 à 20 bars pour le forage fond de trou), mais le débit volumique standard réel consommé par le marteau diminue proportionnellement à la densité de l'air admis. J'ai personnellement effectué ces mesures sur le terrain. Dans une mine d'or près du gisement de Kumtor au Kirghizistan, située à environ 3 200 m d'altitude, j'ai utilisé notre foreuse KG410 de la série KGS avec un enregistreur de données portable connecté à l'accéléromètre du marteau perforateur. Au niveau du panneau de commande, le compresseur affichait la même pression de refoulement que celle enregistrée lors de notre test en usine au niveau de la mer. Cependant, les données de l'accéléromètre révélaient une tout autre réalité : le nombre de coups de marteau par minute était inférieur de 18 à 22 % à la valeur de référence au niveau de la mer. Le marteau recevait bien la pression de refoulement indiquée par le manomètre du panneau, mais le débit massique réel le traversant était réduit car la densité de l'air à l'admission du compresseur à 3 200 m était inférieure de plus de 30 %. Pour les acheteurs qui évaluent une foreuse DTH pour un projet d'exploitation minière d'or en haute altitude, je recommande de consulter… Les options de spécifications des compresseurs turbocompressés sont publiées sur notre page dédiée aux compresseurs. et en demandant spécifiquement le facteur de réduction d'altitude à l'altitude de votre site avant de signer le bon de commande.

Réduction de puissance des moteurs diesel en fonction de l'altitude et compensation du turbocompresseur

Je souhaite vous donner un exemple concret tiré de mon expérience. En 2019, j'apportais mon soutien à un distributeur en Ouzbékistan qui avait fourni un compresseur diesel atmosphérique à une mine d'or située à 2 800 m d'altitude, près du gisement de Muruntau. Le directeur de la mine m'a appelé immédiatement après la première semaine de production, se plaignant que l'équipe de forage n'atteignait que 60 % du volume de production prévu. Je me suis rendu sur place avec notre équipe technique et nous avons effectué un test de prise de force sur le moteur du compresseur. Le moteur diesel atmosphérique à 6 cylindres, d'une puissance nominale de 220 kW au niveau de la mer, ne délivrait que 164 kW à l'arbre d'entrée du compresseur, soit une perte de puissance de 25 %, parfaitement prévisible compte tenu de la formule de réduction de puissance liée à l'altitude. Un moteur diesel atmosphérique perd environ 3 à 4 % de sa puissance nominale pour chaque tranche de 300 m d'altitude au-dessus de 1 500 m. À 2 800 m, la perte cumulée est d'environ 15 à 20 %. En réalité, sur ce site, la densité de l'air était de 25 %, car la température de l'air d'admission était également élevée à 38 °C, ce qui la réduisait encore davantage. Le bloc compresseur, recevant 164 kW au lieu de 220 kW, ne pouvait maintenir le débit de refoulement nominal. L'équipe de forage utilisait donc un compresseur de 165 kW alors qu'elle avait payé pour un modèle de 220 kW. J'ai remplacé le moteur atmosphérique par un moteur turbocompressé de notre série KSCY en trois semaines. Le turbocompresseur — un BorgWarner série S400 avec une roue de compresseur adaptée à la plage de fonctionnement de 2 800 à 3 200 m — a permis de rétablir la densité de l'air d'admission à 88 % de sa valeur au niveau de la mer. La puissance du moteur à l'arbre du compresseur a été mesurée à 193 kW sur le même banc d'essai de prise de force. La vitesse de pénétration au front de taille est passée de 16 m/h à 24 m/h, soit une amélioration de 50 %. Je détaille les spécifications du turbocompresseur essentielles pour le fonctionnement en haute altitude dans notre [référence manquante]. page produit du compresseur d'air mobile à vis diesel KSCY, qui comprend les données de compensation d'altitude pour tous les modèles de la gamme.

Paramètres de fonctionnement du marteau à densité d'air réduite : que m'ont révélé les données de l'accéléromètre ?

Lors de mes essais sur le terrain, sur le site de Kumtor, j'ai collecté des données d'accéléromètre sur la garniture de forage à une fréquence d'échantillonnage de 1 kHz pendant une journée de production complète de 8 heures à 3 200 m de profondeur. L'appareil de forage était notre modèle KG410 de la série KGS, équipé d'un marteau fond de trou KG430 et d'un trépan de 115 mm de diamètre. En configuration compresseur à aspiration naturelle, la fréquence de frappe du marteau était en moyenne de 1 420 coups par minute sur l'ensemble de la journée, contre 1 850 coups par minute enregistrés lors de notre essai de réception en usine à 50 m d'altitude à Ningbo. L'énergie d'impact par coup, calculée à partir de l'amplitude maximale de l'accéléromètre et de la masse de la garniture de forage, était en moyenne de 220 J en altitude, contre 280 J au niveau de la mer. L'effet combiné de la réduction de la fréquence de frappe et de la diminution de l'énergie par coup a entraîné une réduction nette du taux de pénétration d'environ 30 % dans le gisement de quartz-sulfure. J'ai ensuite équipé l'appareil d'un compresseur turbocompressé et répété la mesure sur le même banc d'essai. La fréquence de frappe a atteint 1 740 coups/min et l'énergie de frappe 258 J, soit une récupération respective de 90 % et 85 % par rapport aux valeurs de référence au niveau de la mer. Le taux de pénétration net dans le même gisement est passé de 18 m/h à 25,5 m/h. L'écart résiduel d'environ 12 % par rapport aux performances au niveau de la mer est dû à la légère diminution de la densité de l'air d'admission, que même le turbocompresseur ne peut compenser entièrement en altitude extrême, et au fait que l'énergie de frappe du marteau n'est pas parfaitement proportionnelle au débit massique en haut de la plage de fonctionnement. Pour le choix du marteau en haute altitude, je recommande d'opter pour un modèle de marteau fond de trou (DTH) avec une capacité de réserve de 15 à 20 % supérieure à la consommation d'air calculée au niveau de la mer, afin que le marteau fonctionne de manière optimale lorsque le débit massique est compensé par le turbocompresseur. foreuse diesel intégrée à ciel ouvert KT7 est un exemple de plateforme qui se marie bien avec le kit de turbocompresseur optimisé pour l'altitude que nous fournissons pour ces applications.

Données de terrain provenant des mines d'or d'Asie centrale : Kumtor à 3 200 m contre Muruntau à 1 800 m

J'ai compilé des données comparatives de terrain provenant de deux mines d'or d'Asie centrale : la mine de Kumtor au Kirghizistan (3 200 m) et la mine de Muruntau en Ouzbékistan (environ 1 800 m). Les deux mines utilisent la même foreuse KG410 de la série KGS, équipée d'un marteau fond de trou KG430 de 115 mm de diamètre. À Muruntau (1 800 m), la réduction de puissance du moteur à aspiration naturelle est d'environ 4 à 5 %, la perte de débit massique du compresseur est d'environ 12 % et la vitesse de pénétration du marteau dans le gisement de quartz-sulfure aurifère est en moyenne de 28 m par heure. À Kumtor (3 200 m), avec le compresseur à aspiration naturelle, la vitesse de pénétration a chuté à 18 m par heure, soit une réduction de 36 % par rapport à la valeur de référence de Muruntau. Après le passage au compresseur d'air diesel turbocompressé chez Kumtor, le taux de pénétration a retrouvé son niveau de 25,5 m par heure, soit une récupération de 73 % des performances perdues. Les implications en termes de coûts sont documentées dans analyses des coûts d'exploitation de l'industrie minière Le principe est simple. Avec un coût d'exploitation global d'environ 85 $US par heure pour l'appareil de forage et le compresseur combinés, la différence de 7,5 m par heure entre les configurations à aspiration naturelle et turbocompressée se traduit par un coût unitaire par mètre foré de 3,40 $US pour la configuration turbocompressée, contre 4,72 $US pour la configuration à aspiration naturelle. Sur une campagne de forage de 10 000 m – soit moins de trois mois de production dans une mine d'or à ciel ouvert de taille moyenne – la configuration turbocompressée permet d'économiser environ 13 200 $US rien qu'en coûts de forage, sans compter les économies indirectes liées à la réduction de l'usure des tiges de forage, à la diminution des changements de trépan grâce à un meilleur nettoyage du trou et à la réduction des heures supplémentaires pour l'équipe de forage. J'aborde plus en détail l'optimisation des coûts pour les opérations de forage à différentes altitudes dans notre [lien/article]. centre de ressources techniques de forage, où je publie des données de cas spécifiques à chaque site provenant de notre réseau de distributeurs en Asie centrale, en Amérique du Sud et sur le plateau tibétain.

Liste de vérification des spécifications du compresseur et de l'installation pour les commandes en haute altitude : ce que je dis à chaque distributeur

Lorsque je reçois une demande concernant la haute altitude d'un acheteur d'Asie centrale — généralement un entrepreneur minier ou un distributeur de matériel de forage desservant des mines entre 2 500 et 3 500 m —, je vérifie personnellement sept points de spécification avant d'établir un devis. J'ai développé ces contrôles grâce à plus de vingt ans d'expérience sur le terrain et aux retours de nos distributeurs à l'étranger, qui interviennent sur des sites miniers des Andes au plateau du Pamir. Je recommande à tout acheteur travaillant en altitude de vérifier ces mêmes points avec son fournisseur. Premièrement, le réglage du turbocompresseur : la taille de la roue du compresseur et le rapport A/R du carter de turbine doivent être choisis en fonction de l'altitude du site cible, et non du niveau de la mer. Un turbocompresseur standard, performant au niveau de la mer, peut surrégimer en altitude car la réduction de la contre-pression d'échappement modifie le point de fonctionnement de la turbine — ce qui peut réduire la durée de vie des paliers du turbocompresseur de 40 à 50 %. Kaishan spécifie un réglage de turbocompresseur haute altitude pour tous les moteurs fonctionnant au-dessus de 2 000 m. Deuxièmement, la puissance du bloc de compression : le profil du rotor du compresseur à vis doit être sélectionné en fonction du débit massique réel requis à l'altitude du site. Un bloc de compression optimisé pour les densités d'air d'admission au niveau de la mer peut s'emballer lorsqu'il tente de comprimer un air d'admission de densité inférieure à la même pression de refoulement. Troisièmement, le dimensionnement de l'échangeur et du refroidisseur final : en altitude, la densité de l'air de refroidissement est également réduite, ce qui diminue la capacité de dissipation thermique du radiateur de 15 à 20 %. Le système de refroidissement de l'air de suralimentation doit être surdimensionné pour un fonctionnement en haute altitude afin d'éviter que la température de l'air d'admission ne dépasse les spécifications du constructeur du moteur. Quatrièmement, la configuration de la buse du marteau : de nombreux fabricants de marteaux DTH proposent un ensemble de buses haute altitude qui restreint la section de l'orifice d'échappement afin de maintenir la contre-pression à l'intérieur du cylindre du marteau, améliorant ainsi l'énergie de frappe par coup à des débits massiques plus faibles. Cinquièmement, la cartographie d'altitude du système de contrôle : le contrôleur du compresseur doit disposer d'une cartographie de compensation d'altitude qui ajuste la consigne de pression de refoulement en fonction de la lecture du capteur de densité de l'air d'admission, plutôt que de se baser exclusivement sur le retour d'information de la pression de refoulement. Sixièmement, le diamètre du train de tiges : en altitude, la vitesse réduite des gaz d'échappement au fond du puits peut être insuffisante pour remonter les déblais grossiers à travers l'espace annulaire d'un train de tiges standard. J'ai spécifié un tuyau dont le diamètre intérieur est 10 à 15 % supérieur à la norme pour deux projets en haute altitude, et l'amélioration du nettoyage des trous a été immédiate. Septièmement, la capacité du dépoussiéreur : la densité de l'air réduite diminue également la capacité d'aspiration du système de dépoussiérage de 15 à 20 %, ce qui peut entraîner une accumulation de poussière autour de la plateforme de forage et créer un risque respiratoire pour l'opérateur dans l'espace confiné d'une gradin à ciel ouvert. Je recommande d'opter pour un moteur de ventilateur de dépoussiéreur d'une taille supérieure pour une utilisation au-dessus de 3 000 m. Ces spécifications détaillées sont disponibles sur notre site web. page complète du catalogue de produitsNos distributeurs agréés peuvent y trouver la fiche technique de chaque combinaison moteur-compresseur. J'ai constaté que les acheteurs qui prennent le temps d'examiner ces sept points de spécification avant de passer commande évitent les trois pannes les plus fréquentes en haute altitude que je rencontre sur le terrain : la surchauffe du compresseur due à des refroidisseurs intermédiaires sous-dimensionnés, le blocage du marteau par un débit massique insuffisant au niveau de l'orifice d'échappement de la buse de forage, et la réduction drastique de la durée de vie du trépan causée par un nettoyage insuffisant du fond du puits en conditions d'altitude extrême.

Pourquoi le système KG410 de la série KGS est particulièrement adapté à cette application

La foreuse KG410 de la série KGS n'est pas la seule plateforme de forage fond de trou (DTH) de la gamme Kaishan, mais j'ai identifié, lors de mes travaux sur le terrain, trois caractéristiques de conception qui la rendent particulièrement adaptée à l'utilisation d'un compresseur turbocompressé en haute altitude. Premièrement, le système d'avance du marteau perforateur est dimensionné pour supporter la poussée supplémentaire générée par un débit d'air plus élevé. Le vérin d'avance du marteau perforateur KGS fournit une poussée supérieure de 12 % à celle du vérin d'avance standard de la KG410, à pression hydraulique égale. J'ai pu le vérifier en mesurant la force d'avance à l'aide d'un capteur de force lors du test de réception en usine. Cette capacité de poussée supplémentaire est nécessaire car le débit massique plus élevé du compresseur turbocompressé engendre une force de réaction plus importante au niveau du trépan, et le système d'avance doit compenser cette force pour maintenir une pression constante sur le trépan. Deuxièmement, le système de refroidissement d'huile hydraulique de la foreuse possède une surface de radiateur 15 % plus grande que celle de la KG410 standard, compensant ainsi la densité réduite de l'air de refroidissement en altitude. J'ai mesuré la température de l'huile hydraulique lors de l'essai sur le terrain de Kumtor : à 3 200 m avec le compresseur turbocompressé, la température s'est stabilisée à 68 °C, contre 81 °C avec le compresseur atmosphérique, soit une réduction de 13 °C directement attribuable à la capacité du système de refroidissement amélioré à évacuer la chaleur dans le flux d'air moins dense qui l'entoure. Troisièmement, la vanne de commande du marteau perforateur KGS intègre un circuit de limitation de pression d'alimentation qui empêche le marteau de surmener lorsque la pression de refoulement du compresseur fluctue, une situation fréquente lors du passage d'un moteur diesel turbocompressé du ralenti à la pleine charge au début d'un cycle de forage. J'explique en détail le fonctionnement de cette vanne de régulation de pression d'alimentation sur notre [lien manquant]. base de connaissances techniques, où j'ai publié les schémas complets des circuits hydrauliques et pneumatiques de tous les modèles de la série KGS actuellement en production.

Foire aux questions

Quelle altitude est considérée comme « élevée » pour le forage DTH avec un équipement standard à aspiration naturelle ?

Au-dessus de 1 500 m d'altitude, les moteurs diesel atmosphériques commencent à perdre sensiblement de la puissance au vilebrequin. Au-dessus de 2 000 m, la perte de débit massique du compresseur devient suffisamment importante pour impacter l'objectif de forage journalier. Au-dessus de 2 500 m, je recommande vivement l'utilisation d'un compresseur turbocompressé afin de maintenir la productivité de forage à un coût par mètre acceptable.

Quelle est la perte de taux de pénétration typique pour 500 m de gain d'altitude ?

D'après mes données de terrain issues de plus de 20 visites de sites, le taux de pénétration du marteau DTH diminue d'environ 5 à 7 % par tranche de 500 m de gain d'altitude au-dessus de 1 500 m, en raison de l'effet combiné de la perte de puissance du moteur et de la réduction du débit massique du compresseur au niveau de l'orifice d'admission.

Un compresseur à aspiration naturelle peut-il être utilisé temporairement au-dessus de 2 500 m ?

Oui, mais ce n'est pas rentable. D'après mon expérience, une courte campagne de forage de 1 à 2 semaines à 2 500-3 000 m avec un compresseur à aspiration naturelle entraînera une baisse de production totale de 30 à 40 % par rapport à un système turbocompressé. De plus, l'augmentation de la consommation de trépan et de l'usure des filetages de la garniture de forage annulera toute économie réalisée sur le coût d'investissement lié à la location d'un équipement moins performant.

Le turbocompresseur nécessite-t-il un programme d'entretien différent en haute altitude ?

Oui. D'après mes rapports d'inspection, la vitesse de l'arbre du turbocompresseur à 3 500 m augmente de 10 à 15 % par rapport au niveau de la mer, car la contre-pression d'échappement plus faible permet à la turbine de tourner plus vite pour un même débit massique de gaz d'échappement. Je recommande de réduire l'intervalle de vidange d'huile moteur de 25 % et de faire vérifier le jeu des paliers du turbocompresseur toutes les 500 heures de fonctionnement au lieu des 1 000 heures habituelles.

Quel est le diamètre de forage pratique maximal pour l'appareil de forage KG410 de la série KGS à 3 500 m ?

L'appareil de forage KG410 de la série KGS offre une plage de diamètres de forage pratique et économique de 90 à 165 mm à 3 500 m de profondeur, lorsqu'il est associé à un compresseur d'air diesel turbocompressé correctement dimensionné, délivrant une pression de refoulement de 15 à 20 bars. Au-delà de 165 mm de diamètre, le nettoyage du fond de puits devient insuffisant, même avec le compresseur turbocompressé, car la vitesse des gaz d'échappement dans l'espace annulaire chute en dessous de la vitesse minimale d'évacuation des déblais de forage grossiers, compte tenu de la densité des gisements de quartz-sulfures.

Un distributeur minier d'Asie centrale peut-il commander le KG410 KGS avec le pack haute altitude installé en usine ?

Absolument. Je supervise personnellement la configuration en usine pour les commandes destinées aux hautes altitudes. Nous pouvons expédier directement depuis l'usine de Ningbo le système équipé du turbocompresseur haute altitude, de l'échangeur et des radiateurs de refroidissement d'air de suralimentation surdimensionnés, du contrôleur compensé en altitude et du moteur de ventilateur du dépoussiéreur haute altitude. Je demande à chaque acheteur d'indiquer l'altitude du site sur le bon de commande afin que l'usine puisse confirmer et vérifier la configuration correcte avant l'expédition de la machine vers le port de Lianyungang.

À propos de l'auteur : M. Yu commercialise des machines Kaishan depuis 2003 et possède plus de 20 ans d'expérience dans l'accompagnement de distributeurs, d'entreprises de forage et d'acheteurs d'équipements miniers à l'étranger, en Asie centrale, en Amérique du Sud et sur le plateau tibétain. Son expertise technique consiste à aider les clients à adapter les compresseurs et les foreuses aux conditions réelles d'exploitation en haute altitude, plutôt que de se fier aux spécifications techniques des catalogues. Pour toute discussion de projet ou assistance technique, les acheteurs peuvent contacter M. Yu.Contactez-nous - KAISHAN