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procédé de forage en profondeur et Installation pour sa mise en oeuvre.
Les installations actuelles de forage comportent gé- néralement une couronne armée de diamants, fixée à l'extrémité antérieure d'un tube ou trépan dénommé "tube carottier" par les hommes du métier. Ce tube est suspendu à un arbre de transmission le reliant à un dispositif l'entraînant en rotation, disposé à la surface du terrain.
Le forage s'effectue alors par fraisage du terrain, pour les terrains friables, et par usure pour les terrains rocheux.
Au fur et à mesure de l'avance du fore on descend, dans le trou effectué, un tube destiné à retenir ses parois et à éditer les éboulements. Afin d'éviter l'usure exagérée de l'outil par échauffement, le forage est effectué en présence d'eau que l'on déverse dans le trou effectué. Il est évident que lorsque l'on désire prendre des échantillons du terrain, prélevés à différentes profondeurs, la composition de ces échantillons peut être modifiée par l'eau, les sels solubles peuvent être dissous, du moins en partie, dans l'eau déversée dans le forage.
En outre, l'arbre de transmission augmentant de longueur avec la profondeur du forage, on atteint relativement rapidement
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une profondeur pour laquelle le travail n'est plus possible, l'arbre devenant trop élastique et subissant des déformations élastiques de torsion trop considérables.
Daris le but d'éliminer ce dernier inconvénient ainsi que l'énorme manutention nécessaire pour retirer l'outil du trou foré, certains constructeurs ont proposé de laisser descendre le moteur dans le trou foré, à la suite de l'outil de forage.
A cet effet, le moteur est posé sur un épaulement aménagé à l'extrémité d'un tube, par l'ouverture inférieure duquel émerge l'outil de forage. Ce tube est suspendu à un trépied ou autre support dispose à la surface du terrain. Ce trépied présente des organes d'arrêt, interdisant un déplacement angulaire du tube, afin que le moteur prenant appui sur ce dernier, soit en mesure de fournir un couple et d'entraîner l'outil en rotation.
Les installations de ce genre connues, comportent un moteur hydraulique et un outil de forage prévu pour forer un trou de diamètre plus grand lue le tube contenant le moteur. L'eau sous pression alimentant le motsur s'échappe, en remontant extérieurement au tube. Il est clair que ces installations ne permettent pas d'extraire des échantillons de terrain intacts, c'est-à-dire qui ne soient pas délavés par l'eau d'alimentation du moteur.
En outre, le tubage des parois nécessite un énorme travail.
En effet, pour chaque nouvelle section de tube à ajouter, il faut remonter à la surface le moteur et l'outil de forage et même éventuellement le ttube dans lequel ils sont logés. Enfin, ces installations n'atteignent pas entièrement le but recherché, puisque le moteur s'appuie sur le tube dans lequel il est logé et que ce dernier subit au même titre qu'un arbre de transmission des déformations élastiques de torsion. En fait, dans ces installations, le moteur n'est qu'apparemment indépendant des organes placés à la surface du sol, puisque l'arbre de transmission rotatif a simplement été remplacé par un arbre de transmission fixe.
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La présente invention a pour objet un procédé de forage en profondeur, à partir de la surface du sol, au moyen d'au moins un outil relié mécaniquement à un dispositif d'actionnement placé dans le trou foré et reposant sur l'outil de forage, procédé qui se distingue des procédés connus par le fait que ledit dispositif d'actionnement est rendu mécaniquement indépendant de tout lien rigide le reliant à la surface du sol, en lui faisant prendre appui sur une partie des parois du forage située dans la voisinage de l'outil qu'il actionne et en le laissant descendre dans le trou foré à la suite de l'outil.
La procédé est caractérisé en ce que l'on soumet ledit outil à des chocs tendant à provoquer son enfoncement dans le terrain et qu'on actionne cet outil en rotation par intermittence.
L'invention a également pour objet une installation de forage comportant anoins un outil actionné par un moteur et destiné à la mise en oeuvre du procédé. Cette installation se distingue des installations connues par le fait que le dispositif d'actionnement de l'outil de forage est constitué par un marteau pneumatique frappant sur l'outil et un moteur rotatif relié par intermittence à l'outil au moyen d'un dispositif d'ac- couplement dont les déplacements d'engagement et de dégagement de ses parties menante et menée sont commandés par le marteau pneumatique, des moyens étant prévus en outre pour l'alimentation du dispositif d'actionnement en énergie ainsi que pour permettre sa descente dans le trou foré à la suite de l'outil et pour le retirer dudit trou.
Le dessin annexé montre d'une façon schématique et à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé.
Dans la première forme d'exécution, fig. 1 à 4: la fig. 1 montre en coupe longitudinale partielle le moteur et son outil en position de travail, dans le fond du forage; les fig. 2 à 4 sont des vues en coupe longitudinale et à
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plus grande échelle montrant le dispositif d'actionnement de l'outil.
Dans la seconde forme d'exécution, fig. 5 à la fig. 4 représente une vue en élévation de l'appareil suspendu, pour la manoeuvre; la fig. 6 représente l'appareil de fig. 5 partiellement en coupe, mais dans la position de travail, reposant -dans le fond du forage; les fig. 7 et 8, à une échelle plus grande, sont des dé- tails du dispositif de serrage et d'appui contre les parois de forage, la première en élévation et coupes partielles et la ceconde en coupe selon la ligne VIII-VIII de fig. 7.
Dans les figures représentant la première forme d'exécution, 1 désigne le trou foré, 2 un tube de retenue du terrain, destiné à éviter les éboulements des parois du trou foré, 3 désigne un outil de forage ou trépan muni à sa partie antérieure d'une couronne 4 pourvue d'outils tranchants, 5 désigne un âble de suspension, dont l'une des extrémités est attachée à un treuil (non représenté au dessin) ou autre dispositif de retenue, disposé à la surface du terrain et permettant la descente et la montée de l'appareil d'actionnement et de l'outil,
Le dispositif d'actionnement s'appuie sur la paroi du fend du forage par l'intermédiaire de l'outil de forage sur lequel 11 repose.
Ce dispositif d'actionnement comporte un moteur 6 provoquant un mouvement de va-et-vient vertical de l'outil et un moteur rotatif 7 prpvoquant un mouvement rotatif de l'outil.
La partie stationnaire de ce second moteur 7 est reliée mécaniquement à l'outil.
Dans la forme d'exécution représentée, le moteur 6 est constitué par un marteau pneumatique et le moteur rotatif par un aéromoteur 7, mais il est évident que tous autres types de moteurs, actionnés par exemple électriquement, pourraient être utilisés.
Le câble de suspension.5 est constitué par une gaine souple
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et étanche, permettant en même temps l'alimentation des moteurs en air comprimé.
L'aéromoteur 7, de construction connue,, est attaché au câ- ble 5 par l'intermédiaire d'une butée à billes 10 et présente un axe creux tixe 11 sur lequel est fixé rigidement un carter 12,,.
L'axe 11 et le carter 12 constituent la partie stationnaire du moteur. Une partie rotative 32 est pivotée sur l'axe 11 par l'intermédiaire de roulements à billes 13. Ce moteur comporte une turbine à air représentée schématiquement au dessin. Cette turbine est alimentée en air comprimé par l'axe creux 11. L'échappement s'effectue entre le carter 12 et la partie rotative 32. cette dernière constitue, en outre, un volant et une masse d'inertie..
Ce moteur étant du type connu ne sera pas décrit plus en détail ici.
Le moteur 6 est constitué par un marteau pneumatique d'un type connu. Dans la forme d'exécution représentée au dessin, fig. 2 à 4, le marteau pneumatique comporte: un piston 14 délimitant une chambre à volume variable 15 et coulissant dans un cylindre 16 de section transversale plus petite que la chambre 15.
Ce piston repose, en position de repos (tig. 2) sur une tige 17 reliée rigidement à l'outil 3. Le cylindre 16 et la chambre 15 sont pratiqués dans une pièce intermédiaire 22 reliant mécani quement l'axe 11 à l'outil 3, par l'intermédiaire de deux accouplements interdisant tout déplacement angulaire rotatif entre ledit axe et l'outil, mais permettant des déplacements axiaux entre eux l'un de ces accouplements est constitué par une partie 18 de la tige 17, présentant en coupe transversale une section de forme polygonale, coulissant dans un guide 19 de forme polygonale, @@@-
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)d::b;j;rotSXbmxpWtJVd:LU1UXcorre sponèlante, aménag4 dans l'extrémité inférieure de la pièce intermédiaire 22.
Le second de ces accouplements est constitué par une partie canelée 20 de l'axe creux 11, coulissant dans un logement 21, de forme correspondante, aménagé dans l'extrémité supérieure de la pièce intermédiaire 22.
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Cette pièce intermédiaire comporte encore un logement 23, dans lequel coulisse un tiroir 24, fixé à l'extrémité de l'axe 11. Ce tiroir relie le vide intérieur de l'axe 11 à une conduite d'admission d'air comprimé 25 aboutissant à une lumière d'admission 26 qui débouche dans une chambre annula.ire 35 à volume variable. Enfin, cette pièce intermédiaire présente encore des orifices d'échappement 27 pour l'air comprimé, destinée à mettre la chambre 15 en communication avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un perçage 28 du piston, et de lumières 29 pratiquées dans la paroi de ce dernier.
Un ressort 30 dont l'une des extrémités s'appuie sur l'axe creux 11 par l'intermédiaire d'une butée à billes 31 et dont la seconde extrémité s'appuie sur la pièce intermédiaire 22, tend à écarter l'une de l'autre les parties menante et menée d'un accou- plement, destinéeà relier mécaniquement la partie rotative 32 de l'aéromoteur à la pièce intermédiaire 22. Cet accouplement est constitué par un siège conique 33 pratiqué dans l'extrémité de la partie rotative 32 et une partie conique 34 formée par l'extra mite de la pièce intermédiaire 22.
Le fonctionnement de l'installation décrite ci-dessus, en référer.ce au dessin, est le suivant :
Lorsque de l'air comprimé est envoyé dans la gaine 5, l'aé- romoteur 7 est mis en rotation, c'est-à-dire que sa partie rotative 32, formant volant, tourne autour de l'axe 11. Ce dernier est maintenu contre tout déplacement angulaire par le frottement (Le l'outil reposant sur le fond duforage. En effet, cet axe 11 est relié mécaniquement à l'outil 3 par la pièce intermédiaire 22 et par deux accouplements 18 et 23 Interdisant tout déplacement angulaire rotatif entre leurs parties manante 33, et menée 34.
L'air comprimé est également admis à travers le tiroir 24, la conduite 25 et la lumière 26 dans la chambre annulaire 35, fig. 2. Dans cette figure, les organes du marteau pneumatique sont représentés dans leur position de repos.
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La pression augmentant dans cette chambre 35, provoque un déplacement axial du piston 14, en direction du haut de la fig.2.
Pendant ce mouvement ascendant du piston 14, la pièce intermédiaire 22 subit une faible poussée vers le bas. Le fond du logement 19 entre en prise avec la partie frontale de la partis 18.
L'outil est donc appliqué sur le fond du forage et se trouve ancré dans le terrain. Il s'appose donc d'autant plus efficace ment à un déplacement angulaire de l'axe 11.
Dès que le piston atteint la position représentée en fige 3, c'est-à-dire dès que les lumières 29 ont atteint la hauteur de la lumière 26, l'air comprimé est introduit dans la chambre 15. La pression augmente dans cette chambre et la section de cette cambre, limitée par le piston 14, étant beaucoup plus grande que la section de la chambre 35, limitée par ledit piston, ce dernier est repoussé violemment vers le bas. Il heurte l'extrémité de la tige 17 et le choc se répercute sur l'outil.
Lorsque la piston 14 est arrêté brusquement dans sa course descendante par la tige 17, leslumières 29 ne sont pas encore en regard des lumières d'échappement 27. En conséquence, la pression régnant dans la chambre 15 provoque un déplacement de la pièce intermédiaire 22 contre l'action du ressort 30.Les parties menante 33 et menée 34 entrent en prise, de sorte que la pièce intermédiaire 22 est entrainée en rotation par la partie rotative 32. Le mouvement de rotation est transmis à l'outil 3 par l'accouplement 18. En outre, la pièce intermédiaire 22, s'appuyant sur la partie rotative 32, formant masse d'inertie, provoque la pénétration de l'outil dans le terrain.
Toutefois, il est à remarquer que le moteur n'ayant d'autre point d'appui que l'outil, pour entraîner celui-ci en rotation, cet entraînement est uniquement obtenu par l'énergie cynétique de la partie rotative 32 qui constitue ainsi un volant, tandis que la pénétration de l'outil dans le terrain est obtenue par la pression régnant dans la chambre 15 et par la pièce intermédiaire s'appuyant sur la partie rotative 32, formant masse d'inertie.
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L'axe 11 est également entraîné en rotation par l'accou- plement 20, mais pas la gaine 5, vu que l'arbre creux 11 est attaché à la gaine 5 par l'intermédiaire de la butée à billes 10. les parties, menée 33 et menante 34, étant en prise et l'ou til enfoncé dans le terrain, la chambre 15 est mise à l'échappement tandis que la chambre 35 est alimentée en air comprimé, coznme indiqué en fige 4.
Le cycle décritci-dessus se reproduit ainsi indéfiniment et automatiquement et l'outil subit périodiquement deux actions simultanées, à savoir un couple tondant à le faire tourner sur lui-même et une poussée tendant à l'enfoncer dans le terrain.
Il est évident que grâce à ces deux actions combinées, subies simultanément par l'outil 3, celui-ci est capable de forer un trou beaucoup plus rapidement que les outils actionnés par des installations connues et il est possible d'atteindre des vitesses de forage extrêmement rapides.
On pourrait aussi prevoir, entre l'axe 11 et la pièce 22, un accouplement du genre décrit, mais comportant en outre un dispositif de sécurité de typa connu, permettant un déplacement angulaire entre ces parties menante et menée, lorsque le couple à transmettre dépasse une valeur donnée .
L'installation pourrait aussi présenter deux outils de forage constitués par des fraises tournant concentriquement et en sens inverse l'une de l'autre. Dans ce cas, l'une des fraises est actionnée en rotation, par le moteur rotatif, tandis que la seconde est entraînée par la première au moyen d'un dispositif de transmission connu, comportant par exemple un doigt engagé dans une rainure hélicoïdale.
Dans une variante d'exécution de l'installation décrite, on pourrait prévoir, attaché au carter 12, des organes destinés , par exemple sous l'effet de la pression de l'air comprimé, à âtre appliqués entre les parois latérales du forage, en vue de maintenir, contre un déplacement angulaire, la partie stationnaire du moteur rotatif. Dans ce cas, l'axe 11 et le carter 12
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étant maintenus dans une position angulaire fixe, l'accouplement 20 doit être supprimé ou dans tous les cas, être muni d'un dispositif de sécurité permettant un glissement entre les parties de l'accouplement, dès que la couple à transmettre dépasse une valeur donnée.
Cette installation présente aussi l'avantage de permettre d'enfoncer le tube protecteur 2 dans le trou foré au fur et à mesure de l'avancement du travail de forage. On évite ainsi les risques d'écoulement des parois du trou. En outre, ces parois peuvent être cimentéespar Injection de ciment sous pression au fur et à mesure de 1'avance du forage, comme dans d'autres installations de forage.
Enfin, le forage peut être effectué sans avoir recours à un refroidissement de l'outil au moyen d'eau déversée dans le forage. Il s'ensuit que ce dernier étant effectué à sec, il est possible de prélever des échantillons de terrain dont la composition n'est altérée en aucune manière, ce qui représente un énorme avantage dans le cas de forage de prospection,
Une forme d'exécution de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de forage en terrain sec est représentée aux fig. 5 à 8.
L'appareil comporte comme parties essentielles, le moteur, le tube carottier faisant corps avec l'enclume et le dispositif de serrage et d'appui.
L'installation comporte un câble de suspension 36, retenu à la surface du sol, le long duquel descend également une conduite souple 37 pour l'amenée de l'air comprima. Le corps principal 38 de l'appareil est constitué par deux parties, savoir: un vase de sédimentation 39, dans lequel se déposent les déchets de forage 40 récoltés et d'un manchon de protection 41 isolant le marteau perforateur 42 de l'extérieur, tout en captant l'air d'échappement pour le diriger vers le tube carottier 43, en passans successivement par les lumières 44, 45 et 46, parcours indiqué au dessin par les flèches de fig. 6.
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La conduite souple 37 se prolonge par un tube rigide 47 à partir du dispositif de serrage et d'appui contre les parois de
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forage et travers le vase de sédimentation 39 jusqu'à la paroi de fcï.u 43 servant de séparation entre 1a vase et la marteau perflJratevx 1+2 noyé '.1:.:,:-.8 le Manchon de protection 4l. Li tube 47. 9.: a la. partes 49, supporte le poids de l'appareil lors- qu'il est.suspendu.
Le corps principal 38 est relié au tube carottier 43 par
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une fucmbrans tubulaire 0, en uns matière souple, assujettie au corps du moteur par l'interrnécilaire d'une bague 51 B. roulement billes .51'. afin de :p;rJ1l2ttr... à . outil 52, disposé â, l'extrémité iniérieure du tube z3, de ce déplacer axialement sous 1 im- pulsion :.les chocs ainsi que relativement.
Pour permettre le passage de l'air d'échappement dans le tube 43, la bd.gue 31 est pourvue de lumières 45, assurant ainsi
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la communication entre les lu;l1Àrs 44 du nonchon 1+1 at la mem- 'crane 50. L'espace intermédiaire entre les parties fixe 38 et rotative 51, est obstrué sur la circonférence dans le prolongemont ,la @@ paroi du manchon de protection 41 de façon connue,
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par :;:""e:1l1'1l1::1 par une chicane constituée par une bague logée librement dans des goriià en regard, aménagées dans les deux partie; en présence.
Dans cette forme d'exécution, las deux moteurs sont réunis en un marteau perforateur comportant un dispositif de rotation
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, cliquets et rampe iélicoriale d'un type connu. Le marteau frappe sur l' 81':.C:'1H.e 53 faisant corps avec le tube carottier 43, ce dernier se terminant par une fraise 52 en forme de cou- ronne garnie d'outils tranchants destinés à l'attaque du roc.
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L'air a'échappanent, sortant du moteur par une lumière g4, pénètre dans la manchon de protection 41, traverse successive-
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ment les lumières 4+, +5 et +6 et entraîne les déchets de forar, 0 :
>L dehors du tube carottier, er remontant dans l'espace com- pris entre l'appareil et la trou de forage, pour les déposer en 40, dans le vase de sédimentation 39.
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Le dispositif de serrage et d'appui contre les parois de forage, fig. 7 et 8, comporte des molettes 55, au moyen desquelles le dispositif s'agrippe contre les parois de forage.
Leurs axes 56 sont logés dans des supports 57 qui portent également les axes des galets 58 agissant sur des cames 59, appe- lées aussi des chemins de roulement, disposées sur un cadre directement relié au câble de suspension 36.
Lorsque l'appareil est suspendu, comme représenté en fig.
5, les chemins de roulement 59 maintiennent par l'entremise des galets 58 les supports 57 des molettes 55 en position de repos.
Sitôt que l'appareil repose sur la fond de forage, comme représenté en fig. 6, le cadre supportant les cames 59 est amené de haut en bas, sous la poussée du ressort 60, en s'appuyant sur la portée 61 fixée au tube 47 et libère ainsi les supports 57 des molettes 55, supports qui, sous la poussée des ressorts de compression 62 et guidés par les tiges 63 solidaires du tube 47, appliquent les molettes contre les parois deforage, de sorte que l'appareil est empêché de tourner.
Les molettes 55 sont groupées par quatre dans le sens ver- tical, le nombre de ces groupes pouvant varier entre deux et trois par dispositif.
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deep drilling process and installation for its implementation.
Current drilling installations generally comprise a crown reinforced with diamonds, fixed to the anterior end of a tube or drill bit called "core tube" by those skilled in the art. This tube is suspended from a transmission shaft connecting it to a device driving it in rotation, placed on the surface of the ground.
The drilling is then carried out by milling the ground, for friable soils, and by wear for rocky soils.
As the drill progresses, a tube is lowered into the hole made to retain its walls and to edit landslides. In order to avoid excessive wear of the tool by heating, the drilling is carried out in the presence of water which is poured into the hole made. It is obvious that when it is desired to take samples from the field, taken at different depths, the composition of these samples can be modified by the water, the soluble salts can be dissolved, at least in part, in the discharged water. in the borehole.
In addition, the transmission shaft increases in length with the depth of the drilling, one reaches relatively quickly
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a depth for which the work is no longer possible, the shaft becoming too elastic and undergoing too considerable elastic torsional deformations.
Daris in order to eliminate this latter inconvenience as well as the enormous handling required to remove the tool from the drilled hole, some builders have proposed to let the motor descend into the drilled hole, following the drill tool.
For this purpose, the motor is placed on a shoulder arranged at the end of a tube, through the lower opening from which the drilling tool emerges. This tube is suspended from a tripod or other support arranged on the surface of the ground. This tripod has stop members, preventing angular displacement of the tube, so that the motor resting on the latter, is able to provide a torque and drive the tool in rotation.
The installations of this type known, comprise a hydraulic motor and a drilling tool intended to drill a hole of larger diameter read the tube containing the motor. The pressurized water supplying the pump escapes, going up outside the tube. It is clear that these installations do not make it possible to extract samples of intact soil, that is to say which are not washed out by the water supplied to the engine.
In addition, the casing of the walls requires enormous work.
Indeed, for each new section of tube to be added, it is necessary to bring to the surface the motor and the drilling tool and even possibly the ttube in which they are housed. Finally, these installations do not fully achieve the desired goal, since the engine is based on the tube in which it is housed and the latter undergoes, like a transmission shaft, elastic torsional deformations. In fact, in these installations, the engine is only apparently independent of the organs placed on the surface of the ground, since the rotating transmission shaft has simply been replaced by a fixed transmission shaft.
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The present invention relates to a method of deep drilling, from the surface of the ground, by means of at least one tool mechanically connected to an actuating device placed in the drilled hole and resting on the drilling tool. , a method which differs from the known methods in that said actuating device is made mechanically independent of any rigid link connecting it to the surface of the ground, by making it rest on a part of the walls of the borehole located in the vicinity of the tool that it activates and letting it descend into the drilled hole following the tool.
The method is characterized in that said tool is subjected to shocks tending to cause it to sink into the ground and that this tool is actuated in rotation intermittently.
The invention also relates to a drilling installation comprising anoins a tool actuated by a motor and intended for implementing the method. This installation differs from known installations in that the device for actuating the drilling tool consists of a pneumatic hammer striking the tool and a rotary motor intermittently connected to the tool by means of a device. coupling, the engagement and disengagement movements of its driving and driven parts are controlled by the pneumatic hammer, means also being provided for supplying the actuating device with energy as well as for allowing its descent in the hole drilled after the tool and to remove it from said hole.
The appended drawing shows schematically and by way of example, two embodiments of the installation for implementing the method.
In the first embodiment, fig. 1 to 4: fig. 1 shows a partial longitudinal section of the motor and its tool in the working position, in the bottom of the borehole; figs. 2 to 4 are views in longitudinal section and on
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larger scale showing the tool actuator.
In the second embodiment, fig. 5 in fig. 4 shows an elevational view of the suspended apparatus, for the maneuver; fig. 6 shows the apparatus of FIG. 5 partially in section, but in the working position, resting in the bottom of the borehole; figs. 7 and 8, on a larger scale, are details of the device for clamping and bearing against the borehole walls, the first in elevation and partial sections and the second in section along line VIII-VIII of fig. 7.
In the figures showing the first embodiment, 1 designates the drilled hole, 2 a tube for retaining the ground, intended to prevent landslides from the walls of the drilled hole, 3 designates a drilling tool or trephine provided at its front part with 'a crown 4 provided with cutting tools, 5 designates a suspension cable, one end of which is attached to a winch (not shown in the drawing) or other retaining device, placed on the surface of the ground and allowing descent and the raising of the actuator and the tool,
The actuator is supported on the wall of the borehole split by means of the drilling tool on which 11 rests.
This actuating device comprises a motor 6 causing a vertical back and forth movement of the tool and a rotary motor 7 providing a rotary movement of the tool.
The stationary part of this second motor 7 is mechanically connected to the tool.
In the embodiment shown, the motor 6 is constituted by a pneumatic hammer and the rotary motor by a wind motor 7, but it is obvious that all other types of motors, for example electrically operated, could be used.
The suspension cable. 5 consists of a flexible sheath
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and sealed, at the same time allowing the supply of compressed air to the motors.
The aeromotor 7, of known construction ,, is attached to the cable 5 by means of a thrust ball 10 and has a fixed hollow shaft 11 on which is rigidly fixed a casing 12 ,,.
The axis 11 and the housing 12 constitute the stationary part of the engine. A rotating part 32 is pivoted on the axis 11 by means of ball bearings 13. This engine comprises an air turbine shown schematically in the drawing. This turbine is supplied with compressed air by the hollow shaft 11. The exhaust takes place between the casing 12 and the rotating part 32. the latter also constitutes a flywheel and a mass of inertia.
This engine being of the known type will not be described in more detail here.
The motor 6 consists of a pneumatic hammer of a known type. In the embodiment shown in the drawing, fig. 2 to 4, the pneumatic hammer comprises: a piston 14 delimiting a variable volume chamber 15 and sliding in a cylinder 16 of smaller cross section than the chamber 15.
This piston rests, in the rest position (fig. 2) on a rod 17 rigidly connected to the tool 3. The cylinder 16 and the chamber 15 are formed in an intermediate part 22 mechanically connecting the pin 11 to the tool. 3, by means of two couplings preventing any rotary angular displacement between said axis and the tool, but allowing axial displacements between them, one of these couplings is constituted by a part 18 of the rod 17, having in cross section a section of polygonal shape, sliding in a guide 19 of polygonal shape, @@@ -
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) d :: b; j; rotSXbmxpWtJVd: LU1UXcorre sponèlante, fitted out in the lower end of the intermediate piece 22.
The second of these couplings is constituted by a grooved part 20 of the hollow shaft 11, sliding in a housing 21, of corresponding shape, arranged in the upper end of the intermediate part 22.
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This intermediate part also comprises a housing 23, in which slides a drawer 24, fixed to the end of the axis 11. This drawer connects the internal void of the axis 11 to a compressed air intake pipe 25 leading to an intake port 26 which opens into a chamber annula.ire 35 with variable volume. Finally, this intermediate part also has exhaust ports 27 for the compressed air, intended to put the chamber 15 in communication with the atmosphere by means of a bore 28 in the piston, and slots 29 made in the chamber. wall of the latter.
A spring 30, one of the ends of which rests on the hollow shaft 11 by means of a ball stopper 31 and of which the second end rests on the intermediate piece 22, tends to move one of them apart. the other, the driving and driven parts of a coupling, intended to mechanically connect the rotating part 32 of the aeromotor to the intermediate part 22. This coupling consists of a conical seat 33 formed in the end of the rotating part. 32 and a conical part 34 formed by the end of the intermediate part 22.
The operation of the installation described above, refer to the drawing, is as follows:
When compressed air is sent into the sheath 5, the aeromotor 7 is set in rotation, that is to say that its rotating part 32, forming a flywheel, turns around the axis 11. The latter is maintained against any angular displacement by friction (The tool resting on the bottom of the drilling. Indeed, this axis 11 is mechanically connected to the tool 3 by the intermediate piece 22 and by two couplings 18 and 23 Prohibiting any angular displacement rotary between their supporting parts 33, and driven 34.
Compressed air is also admitted through the drawer 24, the pipe 25 and the lumen 26 in the annular chamber 35, fig. 2. In this figure, the components of the pneumatic hammer are shown in their rest position.
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The increasing pressure in this chamber 35 causes an axial displacement of the piston 14, towards the top of FIG.
During this upward movement of the piston 14, the intermediate piece 22 undergoes a slight downward thrust. The bottom of the housing 19 engages the front part of the parties 18.
The tool is therefore applied to the bottom of the borehole and is anchored in the ground. It therefore applies all the more effectively to an angular displacement of the axis 11.
As soon as the piston reaches the position shown in fig 3, that is to say as soon as the slots 29 have reached the height of the slot 26, the compressed air is introduced into the chamber 15. The pressure increases in this chamber. and the section of this camber, limited by the piston 14, being much larger than the section of the chamber 35, limited by said piston, the latter is pushed violently downwards. It hits the end of the rod 17 and the shock is reflected on the tool.
When the piston 14 is suddenly stopped in its downward stroke by the rod 17, the lights 29 are not yet facing the exhaust ports 27. Consequently, the pressure prevailing in the chamber 15 causes a displacement of the intermediate piece 22 against the action of the spring 30.The driving 33 and driven 34 parts engage, so that the intermediate part 22 is rotated by the rotating part 32. The rotational movement is transmitted to the tool 3 by the coupling 18. In addition, the intermediate piece 22, based on the rotating part 32, forming an inertial mass, causes the tool to penetrate the ground.
However, it should be noted that the motor having no other fulcrum than the tool, to drive the latter in rotation, this drive is only obtained by the kinetic energy of the rotating part 32 which thus constitutes a flywheel, while the penetration of the tool into the ground is obtained by the pressure prevailing in the chamber 15 and by the intermediate part resting on the rotating part 32, forming an inertial mass.
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The shaft 11 is also rotated by the coupling 20, but not the sleeve 5, since the hollow shaft 11 is attached to the sleeve 5 by means of the ball stop 10. the parts, driven 33 and driving 34, being engaged and the tool pressed into the ground, the chamber 15 is exhausted while the chamber 35 is supplied with compressed air, as shown in fig 4.
The cycle described above is thus reproduced indefinitely and automatically and the tool periodically undergoes two simultaneous actions, namely a mowing torque to make it turn on itself and a thrust tending to drive it into the ground.
It is obvious that thanks to these two combined actions, suffered simultaneously by the tool 3, the latter is able to drill a hole much faster than the tools actuated by known installations and it is possible to achieve drilling speeds extremely fast.
One could also provide, between the axis 11 and the part 22, a coupling of the type described, but further comprising a known type of safety device, allowing angular displacement between these driving and driven parts, when the torque to be transmitted exceeds a given value.
The installation could also have two drilling tools constituted by cutters rotating concentrically and in the opposite direction to each other. In this case, one of the cutters is actuated in rotation by the rotary motor, while the second is driven by the first by means of a known transmission device, comprising for example a finger engaged in a helical groove.
In an alternative embodiment of the installation described, there could be provided, attached to the casing 12, members intended, for example under the effect of the pressure of compressed air, to be applied between the side walls of the borehole, in order to maintain, against angular displacement, the stationary part of the rotary motor. In this case, the pin 11 and the housing 12
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being kept in a fixed angular position, the coupling 20 must be eliminated or in any case be fitted with a safety device allowing sliding between the parts of the coupling, as soon as the torque to be transmitted exceeds a given value .
This installation also has the advantage of making it possible to drive the protective tube 2 into the drilled hole as the drilling work progresses. This avoids the risk of flow from the walls of the hole. In addition, these walls can be cemented by Pressure Cement Injection as the drilling progresses, as in other drilling rigs.
Finally, the drilling can be carried out without resorting to cooling the tool by means of water discharged into the borehole. It follows that the latter being carried out dry, it is possible to take soil samples whose composition is not altered in any way, which represents a huge advantage in the case of prospecting drilling,
An embodiment of the installation for implementing the drilling method in dry land is shown in FIGS. 5 to 8.
The apparatus comprises as essential parts, the motor, the core tube forming part of the anvil and the clamping and support device.
The installation comprises a suspension cable 36, retained at the surface of the ground, along which also descends a flexible pipe 37 for the supply of compressed air. The main body 38 of the device is made up of two parts, namely: a sedimentation vessel 39, in which the collected drilling waste 40 is deposited and a protective sleeve 41 isolating the hammer drill 42 from the outside, while capturing the exhaust air to direct it towards the core barrel 43, passing successively through the openings 44, 45 and 46, the path indicated in the drawing by the arrows of FIG. 6.
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The flexible pipe 37 is extended by a rigid tube 47 from the clamping device and bearing against the walls of
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borehole and through the sedimentation vessel 39 to the wall of fcï.u 43 serving as a separation between the vessel and the hammer perflJratevx 1 + 2 flooded '.1:.:,: -. 8 the protective sleeve 4l. Li tube 47. 9 .: a la. partes 49, supports the weight of the appliance when it is suspended.
The main body 38 is connected to the core barrel 43 by
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a tubular fucmbrans 0, of a flexible material, secured to the motor body by the interrnécilaire of a ring 51 B. ball bearing .51 '. in order to: p; rJ1l2ttr ... to. tool 52, disposed at the lower end of the tube z3, to move axially under the impulse: the shocks as well as relatively.
To allow the passage of the exhaust air in the tube 43, the bd.gue 31 is provided with lights 45, thus ensuring
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the communication between the lu; l1Àrs 44 of the nonchon 1 + 1 at the membrane 50. The intermediate space between the fixed 38 and rotating parts 51, is obstructed on the circumference in the extension, the @@ wall of the sleeve of protection 41 in a known manner,
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by:;: "" e: 1l1'1l1 :: 1 by a baffle constituted by a ring housed freely in facing goriià, arranged in both parts; in the presence.
In this embodiment, the two motors are united in a hammer drill comprising a rotating device.
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, pawls and helical ramp of a known type. The hammer strikes on the '81':. C: '1H.e 53 forming part of the core barrel 43, the latter ending in a crown-shaped cutter 52 fitted with cutting tools intended for the attack of the rock.
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The air escaping, leaving the engine through a light g4, enters the protective sleeve 41, successive cross-section
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ment lights 4+, +5 and +6 and results in forar waste, 0:
> Outside the core barrel, going up into the space between the apparatus and the borehole, to deposit them at 40, in the sedimentation vessel 39.
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The clamping device and support against the drilling walls, fig. 7 and 8, comprises wheels 55, by means of which the device grips against the drilling walls.
Their pins 56 are housed in supports 57 which also carry the axes of the rollers 58 acting on cams 59, also called raceways, arranged on a frame directly connected to the suspension cable 36.
When the appliance is suspended, as shown in fig.
5, the raceways 59 maintain the supports 57 of the rollers 55 through the rollers 58 in the rest position.
As soon as the device rests on the bottom of the well, as shown in fig. 6, the frame supporting the cams 59 is brought from top to bottom, under the thrust of the spring 60, resting on the bearing 61 fixed to the tube 47 and thus releases the supports 57 of the rollers 55, supports which, under the pressure compression springs 62 and guided by the rods 63 integral with the tube 47, apply the rollers against the drilling walls, so that the device is prevented from rotating.
The knobs 55 are grouped by four in the vertical direction, the number of these groups being able to vary between two and three per device.