Une stratégie de gestion de la chaîne AFC prolonge la durée de vie et prévient les arrêts imprévus.
Chaîne minièreLe choix de la chaîne peut faire toute la différence pour une exploitation. Si la plupart des mines à longue taille utilisent des chaînes de 42 mm ou plus sur leurs convoyeurs blindés de front de taille (CBT), nombreuses sont celles qui utilisent des chaînes de 48 mm, voire de 65 mm pour certaines. Ces diamètres plus importants permettent d'allonger la durée de vie de la chaîne. Les exploitants de longues tailles prévoient généralement de traiter plus de 11 millions de tonnes avec des chaînes de 48 mm et jusqu'à 20 millions de tonnes avec des chaînes de 65 mm avant leur mise hors service. Ces chaînes de grand diamètre sont certes onéreuses, mais leur coût est justifié si l'on peut exploiter un ou deux panneaux entiers sans interruption due à une rupture de chaîne. Cependant, si une rupture survient suite à une mauvaise gestion, une manipulation incorrecte, un manque de surveillance ou des conditions environnementales susceptibles de provoquer une fissuration par corrosion sous contrainte (FCC), la mine est confrontée à des problèmes majeurs. Dans ce cas, l'investissement initial dans cette chaîne devient caduc.
Si un exploitant de taille longue n'utilise pas la chaîne de production la plus adaptée aux conditions de la mine, un arrêt imprévu pourrait anéantir toutes les économies réalisées lors de l'achat. Que doit donc faire un exploitant de taille longue ? Il doit porter une attention particulière aux conditions spécifiques du site et choisir sa chaîne de production avec soin. Une fois la chaîne achetée, il est nécessaire de consacrer le temps et les ressources financières nécessaires à la bonne gestion de cet investissement. Cet investissement peut s'avérer très rentable.
Le traitement thermique permet d'accroître la résistance d'une chaîne, de réduire sa fragilité, de relâcher les contraintes internes, d'améliorer sa résistance à l'usure et son usinabilité. Maîtrisé de manière pointue, le traitement thermique varie d'un fabricant à l'autre. L'objectif est d'obtenir un équilibre optimal des propriétés du métal, adapté à la fonction du produit. La chaîne à trempe différentielle, utilisée notamment par Parsons Chain, est l'une des techniques les plus sophistiquées : la tête du maillon reste dure pour résister à l'usure, tandis que les jambes, plus tendres, augmentent la ténacité et la ductilité en service.
La dureté est la capacité à résister à l'usure et est exprimée soit par l'indice de dureté Brinell (HB), soit par l'indice de dureté Vickers (HB). L'échelle de dureté Vickers est parfaitement proportionnelle : un matériau de 800 HV est huit fois plus dur qu'un matériau de 100 HV. Elle offre ainsi une échelle de dureté rationnelle, du plus tendre au plus dur. Pour les faibles valeurs de dureté, jusqu'à environ 300, les résultats des échelles Vickers et Brinell sont quasiment identiques. En revanche, pour les valeurs supérieures, la valeur Brinell est inférieure en raison de la déformation de l'indenteur à bille.
L'essai de résilience Charpy permet de mesurer la fragilité d'un matériau. Un maillon de chaîne est entaillé au niveau de la soudure et placé sur la trajectoire d'un pendule. L'énergie nécessaire à la rupture du maillon est mesurée par la réduction de l'amplitude du mouvement du pendule.
La plupart des fabricants de chaînes conservent quelques mètres de chaque lot pour permettre la réalisation de tests destructifs complets. Les résultats et certificats de test sont généralement fournis avec la chaîne, expédiée par paires appariées de 50 m. L'allongement à la force d'essai et l'allongement total à la rupture sont également représentés graphiquement lors de ce test destructif.
La chaîne optimale
L'objectif est de combiner toutes ces caractéristiques pour créer la chaîne optimale, qui comprend les performances suivantes :
• Résistance à la traction plus élevée ;
• Meilleure résistance à l'usure des maillons internes ;
• Haute résistance aux dommages causés par les pignons ;
• Meilleure résistance à la fissuration martensitique ;
• Une robustesse accrue ;
• Durée de vie en fatigue accrue ; et
• Résistance au SCC.
Il n'existe cependant pas de solution idéale, seulement divers compromis. Une limite d'élasticité élevée, associée à une dureté élevée pour accroître la résistance à l'usure, tend à engendrer des contraintes résiduelles importantes, mais tend également à diminuer la ténacité et la résistance à la corrosion sous contrainte.
Les fabricants s'efforcent constamment de développer des chaînes plus durables et résistantes aux conditions difficiles. Certains optent pour la galvanisation afin de protéger les chaînes contre la corrosion. Une autre solution consiste à utiliser la chaîne COR-X, fabriquée à partir d'un alliage breveté de vanadium, de nickel, de chrome et de molybdène qui lutte contre la corrosion sous contrainte (CSC). La particularité de cette solution réside dans l'homogénéité des propriétés anticorrosion dans toute la structure métallurgique de la chaîne, et dans la constance de son efficacité malgré l'usure. La chaîne COR-X a démontré qu'elle augmente considérablement sa durée de vie en milieu corrosif et élimine quasiment les défaillances dues à la corrosion sous contrainte. Des tests ont établi une augmentation de 10 % de la force de rupture et de la force de fonctionnement, de 40 % de la résistance aux chocs et de 350 % de la résistance à la CSC par rapport à une chaîne standard (DIN 22252).
Il existe des cas où des chaînes COR-X de 48 mm ont transporté 11 millions de tonnes sans aucune défaillance avant leur mise hors service. De plus, l'installation initiale de chaînes OEM Broadband par Joy à la mine San Juan de BHP Billiton utilisait des chaînes Parsons COR-X fabriquées au Royaume-Uni, qui auraient transporté jusqu'à 20 millions de tonnes depuis le front de taille au cours de leur durée de vie.
Inverser la chaîne pour prolonger sa durée de vie
La principale cause d'usure d'une chaîne est la rotation de chaque maillon vertical autour du maillon horizontal adjacent lors de son passage dans le pignon d'entraînement. Ce mouvement accentue l'usure sur un plan des maillons. Par conséquent, l'un des moyens les plus efficaces de prolonger la durée de vie d'une chaîne usagée est de la faire pivoter de 180° afin de la faire tourner dans le sens inverse. Cette rotation sollicite davantage les surfaces non utilisées des maillons, réduisant ainsi la surface d'usure et, par conséquent, la durée de vie de la chaîne.
Une charge inégale du convoyeur, due à diverses raisons, peut entraîner une usure inégale des deux chaînes, l'une s'usant plus rapidement que l'autre. Une usure ou un allongement inégal de l'une ou des deux chaînes, comme cela peut se produire avec des ensembles doubles extérieurs, peut provoquer un désalignement des spires autour du pignon d'entraînement. Ce problème peut également être causé par le relâchement de l'une des deux chaînes. Ce déséquilibre engendre des problèmes de fonctionnement, ainsi qu'une usure excessive et d'éventuels dommages aux pignons d'entraînement.
Système de tension
Un programme systématique de tension et d'entretien est nécessaire pour garantir qu'après l'installation, le taux d'usure de la chaîne soit contrôlé, les deux chaînes s'allongeant en raison de l'usure à un rythme contrôlé et comparable.
Dans le cadre du programme de maintenance, le personnel d'entretien mesurera l'usure et la tension de la chaîne, et la remplacera lorsqu'elle sera usée de plus de 3 %. Pour bien comprendre ce que représente ce niveau d'usure, il faut savoir que sur un front de taille de 200 m, une usure de 3 % de la chaîne correspond à un allongement de 12 m par brin. Le personnel d'entretien remplacera également les pignons d'alimentation et de retour ainsi que les dénudeurs lorsqu'ils seront usés ou endommagés, vérifiera la boîte de vitesses et le niveau d'huile, et s'assurera régulièrement du serrage des boulons.
Il existe des méthodes éprouvées pour calculer le niveau de prétension correct, qui constituent un guide précieux pour déterminer les valeurs initiales. Cependant, la méthode la plus fiable consiste à observer la chaîne lorsqu'elle quitte le pignon d'entraînement, l'AFC fonctionnant à pleine charge. La chaîne doit présenter un jeu minimal (deux maillons) lorsqu'elle se détache du pignon. Dès lors, la prétension doit être mesurée, enregistrée et définie comme niveau de fonctionnement pour cette face. Les mesures de prétension doivent être effectuées régulièrement et le nombre de maillons retirés doit être consigné. Ceci permettra de détecter rapidement l'apparition d'une usure différentielle ou excessive.
Les barres de guidage tordues doivent être redressées ou remplacées sans délai. Elles réduisent les performances du convoyeur et peuvent entraîner la chute de la barre hors de la bague inférieure et son passage sur le pignon, endommageant ainsi les deux chaînes, le pignon et les barres de guidage.
Les exploitants de longues tailles doivent rester vigilants quant à l'usure et aux dommages des dévidoirs de chaîne, car ceux-ci peuvent laisser de la chaîne détendue dans le pignon, ce qui peut entraîner des blocages et des dommages.
La gestion de la chaîne commence dès l'installation
L'importance d'un alignement parfait de la face de coupe ne saurait être surestimée. Tout écart dans cet alignement risque d'entraîner des prétensions différentes entre les chaînes côté face et côté ébauche, provoquant une usure irrégulière. Ce phénomène est plus fréquent sur la face nouvellement établie, le temps que les chaînes se mettent en place.
Une fois qu'une usure différentielle s'est installée, il est pratiquement impossible de la corriger. Le plus souvent, le différentiel continue de s'aggraver, la chaîne se détendant et créant ainsi encore plus de jeu.
Les effets néfastes d'une mauvaise ligne de front de taille, entraînant des variations excessives de prétension d'un côté à l'autre, sont illustrés par l'analyse des chiffres. Prenons l'exemple d'une taille longue de 305 mètres (1 000 pieds) équipée d'une chaîne AFC de 42 mm, soit environ 4 000 maillons de chaque côté. En supposant que l'usure entre les maillons se produise aux deux extrémités, la chaîne présente 8 000 points d'usure dus aux pressions entre les maillons lors de son entraînement, aux vibrations le long du front de taille, aux chocs et à la corrosion. Ainsi, pour chaque millième de pouce d'usure, la chaîne s'allonge de 8 pouces. La moindre variation des taux d'usure entre le front de taille et le côté remblais, causée par des tensions inégales, se traduit rapidement par une variation importante de la longueur de la chaîne.
La présence simultanée de deux pièces forgées sur le pignon peut entraîner une usure prématurée du profil des dents. Ceci est dû à la perte de positionnement précis dans le pignon d'entraînement, ce qui permet au maillon de glisser sur les dents menantes. Ce glissement entaille le maillon et accélère également l'usure des dents du pignon. Une fois installée, cette usure ne peut que s'accentuer. Au premier signe d'entaillement du maillon, les pignons doivent être examinés et remplacés si nécessaire, avant que les dommages n'endommagent la chaîne.
Une tension de chaîne trop élevée entraîne une usure excessive de la chaîne et du pignon. Il est essentiel de régler la tension de chaîne de manière à éviter un jeu excessif sous pleine charge. Dans ce cas, les barres de raclage risquent de se déloger et la chaîne de se bloquer en quittant le pignon de sortie, ce qui pourrait endommager ce dernier. Une tension trop élevée présente deux risques majeurs : une usure prématurée de la chaîne entre les maillons et une usure prématurée des pignons d'entraînement.
Une tension excessive de la chaîne peut être mortelle.
On a souvent tendance à trop tendre la chaîne. Il est donc conseillé de vérifier régulièrement la tension et de retendre la chaîne par maillons. Retirer plus de deux maillons indiquerait que la chaîne est trop détendue, tandis que retirer quatre maillons créerait une tension excessive, provoquant une usure importante entre les maillons et réduisant considérablement la durée de vie de la chaîne.
En supposant un bon alignement des faces, la précontrainte d'un côté ne doit pas excéder d'une tonne celle de l'autre côté. Une bonne gestion des faces garantit que tout différentiel ne dépasse pas deux tonnes pendant toute la durée de vie de la chaîne.
L'augmentation de longueur due à l'usure des maillons (parfois appelée à tort « allongement de la chaîne ») peut atteindre 2 % et la chaîne peut toujours fonctionner avec des pignons neufs.
L'usure entre les maillons n'est pas problématique si la chaîne et les pignons s'usent de concert, préservant ainsi leur compatibilité. Toutefois, cette usure entraîne une réduction de la charge de rupture et de la résistance aux chocs de la chaîne.
Une méthode simple pour mesurer l'usure entre les maillons consiste à utiliser un pied à coulisse, en mesurant par sections de cinq pas et en reportant les résultats sur le tableau d'allongement de la chaîne. On considère généralement qu'une chaîne doit être remplacée lorsque l'usure entre les maillons dépasse 3 %. Certains responsables de maintenance, par souci de prudence, préfèrent que l'allongement de leur chaîne ne dépasse pas 2 %.
Une bonne gestion de la chaîne commence dès l'installation. Un suivi rigoureux, assorti de corrections si nécessaire pendant la période de rodage, contribuera à garantir une longue durée de vie et un fonctionnement sans problème de la chaîne.
(Avec l'aimable autorisation deEllton Longwall)
Date de publication : 26 septembre 2022
