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DISPOSITIF POUR MESURER LA RESISTANCE DU CHARBON ET APPAREIL POUR
LA REALISATION DE CE PROCEDE.
L'invention concerne un procédé pour mesurer la résistance du charbon, désignée usuellement sous le nom de "dureté". Elle a pour objet de procurer un procédé de mesure qui permet de faire de telles mesures de dureté non seulement au front de taille mais également à l'intérieur du corps de charbon qui lui est adjacent, avec peu de pertes de temps et de manière très sûre, et procurer ainsi en particulier des bases irréprocha- bles pour le choix de la méthode d'exploitation appropriée à chaque cas.
Tous les procédés ou appareils connus et employés dans ce but ont l'inconvénient que leur utilisation est très compliquée et que les me- sures que l'on peut faire ainsi nécessitent une si grande dépense de temps et de travail, qu'il n'est pas possible de faire le nombre de mesures né- cessaires par exemple sur toute la longueur d'une galerie ou d'un montage.
C'est ainsi que l'appareil hydraulique à impression dans le charbon doit être monté dans une excavation pratiquée spécialement dans ce but, qui doit être d'autant plus grande que les points de mesure doivent pénétrer plus profondément dans le front du charbon, avec ce phénomène ac- cessoire désavantageux pour la précision des mesures, que par le fait de l'excavation on influence déjà de manière importante les propriétés du char- bon à mesurer.
Dans un autre appareil connu à éprouver le front de charbon, qui fait pour lui-même l'excavation nécessaire et qui indique en même temps les valeurs mesurées, cet inconvénient est à vrai dire en partie supprimé et on obtient une plus grande précision des mesures, cependant la dépense de force nécessaire ici pour effectuer les excavations nécessairement assez importantes, est très grande. Elle nécessite que tout le dispositif soit déplacé au moyen d'un lourd treuil. Malgré cela, la profondeur de pénétra- tion est limitée. Déjà pour une profondeur de pénétration de 80 - 100 cm.
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les forces à déployer sont si grandes qu'on ne peut plus les appliquer.
Pour desservir toute l'installation, y compris pour faire les opérations de lecture de l'indicateur des mesures, il faut un personnel nombreux.
L'idée de tirer des essais de forage, notamment de la résis- tance au forage, des conclusions sur la résistance du charbon n'a pas en- core donné des résultats pratiquement appréciables. Les relations entre l'allure de la résistance au forage et la résistance du charbon, qui elle même ne représente pas une notion parfaitement définie, n'ont pas encore été fixées d'une manière assez claire et les résultats de tels essais ne donnent donc pas en général des bases d'appréciation valables.
L'invention résout le problème de déterminer l'état de résis- tance du front de charbon jusque profondément dans la paroi, en ce qu'un nombre arbitrairement grand de mesures peut être fait aussi bien en des endroits répartis sur la paroi qu'en différents points se trouvant profon- dément à l'intérieur du corps de charbon, d'une manière qu'on peut dire simple et techniquement avantageuse, les mesures à l'intérieur d'un trou de mine se faisant au moyen d'un'appareil d'essai, introduit dans celui- ci, de longueur quelconque dans de larges limites, la longueur étant choi- sie d'après chaque cas particulier, ledit appareil agissant sur le charbon qui entoure le trou de mine, en des endroits des parois du trou de mine qu'on peut choisir à volonté.
Cet appareil d'essai consiste suivant une pre- mière forme de réalisation de l'invention en un corps.cylindrique compact ressemblant à une cartouche, dont le diamètre est celui du trou de mine dans lequel on a ménagé perpendiculairement à l'axe médian, un cylindre.
Dans celui-ci peut se déplacer un piston qui porte à sa face frontale un poinçon d'épreuve.
Le cylindre est relié à'une source de pression hydraulique par des canalisations qui passent dans un tuyau de guidage dépassant du trou de mine, qui est adapté au corps compact.
Les indications de mesure sont déduites de la pression d'huile qui est nécessaire pour enfoncer complètement dans le charbon le poinçon d'épreuve. La course du piston et par suite la profondeur d'enfoncement du poinçon est limitée par une fente terminale et est par suite la même pour chaque mesure.
Lorsque la mesure est terminée, on fait revenir le piston en arrière et on retire ainsi le poinçon d'épreuve du charbon, après quoi l'appareil est disponible pour une autre mesure, soit en un autre point du même trou de mine, soit dans un trou de mine suivant.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, le pro- cédé décrit complètement ci-avant est simplifié en ce que la sonde dont la résistance à l'enfoncement dans le charbon,ou autre matière, doit être me- surée, est enfoncée non hydrauliquement, mais mécaniquement dans la surface de fond d'un trou de mine, éventuellement aussi - en modifiant de manière convenable la construction - dans les parois latérales de celui-ci.
Les particularités et d'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description subséquente d'une forme de réalisation préfé- rée du nouvel appareil d'essai en s'aidant des dessins, dans lesquels : - la figure 1 montre l'installation d'ensemble, dans un trou de mine, avec représentation schématique des canalisations ; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne A-B de la figure 1, c'est-à-dire par l'axe médian de l'appareil d'essai, avec, à échelle agrandie, le poinçon d'épreuve en position de retrait; - la figure 3 est une même coupe avec le poinçon d'épreuve sor- ti ; - la figure 4 est une coupe suivant la ligne C-D de la figure 1, à travers un des deux pistons d'appui fixant l'ensemble de mesure au point d'enfoncement dans le trou de mine;
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- la figure 5 montre l'agencement suivant la forme de réalisa- tion du procédé décrite en dernier lieu dans laquelle l'enfoncement du poinçon se fait mécaniquement.
Comme on le voit à la figure 1, on a guidé, dans le trou de mine a dans la paroi de charbon, de diamètre d'environ 80'mm - et dans le cas de l'exemple de réalisation, jusqu'au fond de ce trou, - le corps com- pact b analogue à une cartouche, auquel est fixé le tube c dépassant du trou de mine.
Dans un alésage cylindrique d, perpendiculaire à l'axe médian du corps b et agencé au milieu de celui-ci, peut se déplacer le piston e, qui présente une partie à gradin f, de petite diamètre, sur la face fron- tale de laquelle est fixé en disposition centrale un poinçon d'épreuve g fait d'un métal dur approprié.
Dans le fond du cylindre débouche une conduite de fluide sous pression h et une autre conduite de fluide sous pression i débouche dans l'espace annulaire entre la partie en gradin f du piston et l'alésage cy- lindrique. En outre, dans cet espace annulaire à l'endroit donné par la po- sition la plus profonde du piston, débouche une autre conduite k. Toutes les conduites sont placées dans le tube c et raccordées de manière qui doit encore être décrite au générateur de pression et à l'instrument de mesure à l'extérieur du trou de mine, respectivement au réservoir à huile.
Le décalage ou gradin entre la partie de piston d et la partie de piston f constitue la limite finale pour la course du piston e vers le haut, tant que, par la conduite h, lorsque la conduite k est ouverte vers le réservoir à huile, un agent sous pression est introduit dans la chambre du cylindre. La position prise alors par le piston correspond à la péné- tration complète du poingon g dans le charbon.
Par débranchement de la conduite h et amenée de l'agent sous pression par la conduite i, cette fois, dans l'espace au dessus de la partie de piston d au moyen d'un robinet à plusieurs voies, le piston est ramené en arrière et le poinçon g disparaît de nouveau dans le contour du corps b.
Une pièce de guidage s qu'on peut dévisser maintient le piston e dans le cylindre et permet son changement. Le poinçon d'épreuve g est de son côté fixé au piston dans un alésage de la partie f, de manière in- terchageable.
Pour assurer que le pourtour de l'alésage cylindrique s'appli- que exactement contre la paroi du trou de mine, ce qui est important pour la précision des mesures, on a disposé de part et d'autre du cylindre d, d'autres cylindres de pression l', 1", auxquels l'agent sous pression est amené par des conduites, dont une seule est visible sur le dessin.
Par cet agent sous pression les pistons qui se déplacent dans les cylindres sont pressés sur la face de la paroi du trou de mine qui est opposée à celle par laquelle sort le poinçon d'épreuve, et une appli-- cation étroite non dérangeable de l'appareil d'essai contre la paroi du trou de mine est assurée en toute position obtenue par rotation autour de l'axe.
Les cylindres l'et 1" n'ont pas de conduite pour l'introduc- tion d'un agent sous pression qui ramènerait les pistons en arrière, mais ceci se produit, comme on peut le voir à la figure 4, par des ressorts n fixés au corps b, qui pénètrent par la fente transversale c du piston, de largeur correspondant à la course maxima du piston, lesquels ressorts soulèvent les pistons dès que cesse de s'exercer la pression du fluide.
Le dispositif qui se trouve à l'extérieur du trou de mine comprend en principe la pompe o et un système de conduites avec des ro- binets à plusieurs voies p', p", p"', et en outre un manomètre q se trou- vant dans la conduite à fluide sous pression, par lequel on peut lire les valeurs de mesure, et un réservoir d'huile r.
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Le processus de mesure au moyen de l'appareillage décrit est réalisé de la manière suivante.
Après que, par exemple au moyen d'une machine à forer par ca- rottage, on ait pratiqué un trou de mine du diamètre nécessaire et de la longueur et de la direction désirée, l'appareil de mesure est introduit dans ce trou au moyen du tube de prolongement c - dans l'exemple de réa- lisation, jusqu'au fond du trou.
A présent, en ouvrant le robinet p', on donne par la conduite m la pression aux pistons l'et 1" et on serre de cette manière l'appareil dans le trou de mine. Ensuite, par le robinet p", on établit la communica- tion entre le producteur de fluide sous pression o, en passant par le ma- nomètre q, et la chambre de cylindre d, grâce à la conduite de fluide sous pression h, et en fait avec ouverture de la conduite k, de ce fait'le pis- ton est repoussé vers l'extérieur et avec lui le poinçon d'épreuve, et on lit le manomètre q.
Lorsque la mesure est finie, on manoeuvre le robinet à plusieurs voies p"', après avoir retourné le robinet p", en sorte que le liquide sous pression peut s'écouler hors de la chambre sous le piston, en mettant la pression sur la conduite i, et de ce fait le poinçon d'épreu- ve est ramené, après quoi, aussitôt que par le retrait du piston l'ouver- ture de la conduite k dans l'espace entourant la partie de piston f est dé- gagée, l'agent sous pression peut de nouveau s'écouler hors de celui-ci.
A présent, par le renversement du robinet p' les pistons l'et 1" sont déchargés de la pression et le dispositif peut être tourné ou dé- placé dans un autre endroit à volonté dans le même trou de mine, ou être employé pour une mesure dans le trou de mine suivant.
La simplicité de tout le processus permet de réaliser les me- sures avec l'emploi de très peu de personnel. Il suffit pour cela, comme l'expérience l'a montré, de deux employés aux mesures et d'un ouvrier mi- neur, le temps à employer pour chaque mesure étant si réduit que dans le cours d'un poste on peut essayer environ 15 trous de mine.
Le poids de toute l'installation est très faible. Il n'y a pas non plus de grands déploiements de force ; une pression d'huile de 50 atmosphères, la force au poinçon d'épreuve atteint environ 600 kg, de sorte qu'il n'y a aucun danger.
La deuxième forme de réalisation du nouveau dispositif de me- sure.suivant l'invention, représenté en coupe axiale à la figure 5 comme introduit dans un trou de mine, comprend un corps b en forme de cartouche qui est introduit au fond du trou de mine a et dans lequel l'appareil de mesure se présente de front avec la sonde d et la conduite sous pression c à laquelle un manomètre f est raccordé à l'extérieur du trou de mine, d'un mode de construction analogue à celui décrit plus haut.
Au lieu d'un appareil de mesure à pression hydraulique on peut cependant employer aussi un appareil travaillant d'une autre manière, par exemple suivant un principe mécanique.
A l'arrière de la partie du corps b qui contient l'appareil de mesure, dans la partie médiane de celui-ci, se trouvent deux mâchoires g agencées l'une en sens contraire de l'autre et pouvant être amenées à sor- tir du corps en direction radiale, de conformation convenable, qui sont reliées entre elles par des ressorts h et qui, à leur pourtour extérieur bombé de manière convenable, qui s'applique à la paroi intérieure du trou de mine lors de la sortie des mâchoires, sont pourvues de dents ou analogues qui réalisent un ancrage sûr du dispositif dans le trou de mine.
L'enfoncement de la sonde dans le minéral à éprouver, ainsi que la sortie des mâchoires,s'effectuent mécaniquement dans cette forme de réalisation, au moyen d'une broche filetée i qu'on peut faire tourner à la main au moyen d'une manivelle'j, ladite broche étant agencée dans la partie postérieure creuse du corps b. Lorsque cette broche, par rotation de la manivelle j, est déplacée vers l'intérieur du corps b, les mâchoires
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g sont pressées vers l'extérieur par une surface conique k prévue sur elles, qui vient s'appliquer contre des butées ou renflements appropriées des mâ- choires et serrent dans le trou, au moyen de dents prévus à leur contour extérieur, le corps b.
Par une rotation continuée de la broche i, celle-ci bute à présent contre la boîte de mesure a, dont la sonde d sort, et elle.presse celle-ci dans le charbon au fond du trou, la force nécessaire pour cela é- tant lue au manomètre f qui forme, avec la boite de mesure, un système hy- draulique fermé.
Après achèvement de la mesure, la broche i est ramenée en ar- rière, après quoi les mâchoires g, sous l'action des ressorts h, reviennent dans leur position de départ dans le corps b; le dispositif tout entier est alors enlevé du trou de mine et il peut être employé pour d'autres me- sures, soit dans le même trou dont on a poursuivi la perforation, soit dans d'autres trous.
Bien entendu, la longueur de l'appareil, respectivement de la broche, doit correspondre à la profondeur maxima des trous de mine envisa- gés.
La dernière forme de réalisation du dispositif peut, elle aussi, être conçue de telle façon que le poinçon d'épreuve soit enfoncé, non dans le fond du trou de mine mais dans sa paroi, comme dans la forme de réalisa- tion décrite en premier lieu. Il est simplement nécessaire, dans ce cas, de veiller à une transmission convenable, en direction radiale, de la pres- sion développée en direction axiale par la broche.
La forme de réalisation, décrite en dernier lieu, du nouveau dispositif se caractérise non seulement par une particulière simplicité et un poids réduit, mais encore et surtout par le fait qu'elle exclut tout con- tact entre le charbon et le liquide de mesure, ainsi que le danger de l'ap- parition de pertes par fuites du liquide, et qu'elle donne lieu à une usure notablement moindre. Les forces à développer sont faibles et peuvent être exercées sans plus par la rotation de la manivelle.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réa- lisation décrite en détail et représentée aux figures, mais elle peut subir des modifications à divers égards, sans s'écarter de son idée fondamentale.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour mesurer la résistance du charbon, caractérisé en ce que les mesures se font à l'intérieur de trous forés (trous de mine) par détermination de la résistance à la pénétration d'un poinçon enfoncé dans la paroi du trou, en mesurant la force qu'il est nécessaire d'appli- quer. pour cela.