CH634381A5 - Dispositif d'alesage d'un trou fore et de captage des poussieres produites par la meche d'un appareil de foration. - Google Patents

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif d'alésage d'un trou foré et de captage des poussières produites par la mèche d'un appareil de forage. Cette invention entre dans le domaine des appareils, tels que glissières de forage ou appareils combinés de forage et de boutonnage, utilisés dans les mines notamment pour mettre en œuvre la méthode de soutènement du toit d'une galerie de mine par boulonnage, avec ancrage mécanique ou par scellement à la résine.

Il est rappelé que cette technique consiste, dans sa forme ancienne, après avoir foré des trous dans le toit, à engager dans chacun d'eux un boulon porteur, à son extrémité, d'un embout qui, par un effet d'expansion, vient s'ancrer dans le fond de ce trou, après quoi le serrage de ce boulon provoque la compression du terrain sous la forme d'une colonne concentrique à la tige dudit boulon. Le développement récent de cette technique a vu le remplacement des boulons à expansion par des tiges scellées à la résine, mais trois opérations essentielles : le forage du trou, la mise en place du boulon et le serrage du boulon, doivent toujours être effectuées.

On connaît, par le brevet français N° 1359297, un appareil capable à lui seul, et sans avoir à être déplacé, de réaliser successivement ces trois opérations, par simple pivotement de l'appareil autour de l'axe d'une tige ancrée dans le toit de la galerie. Cet appareil de forage et de boulonnage comporte essentiellement une poutre de section en H ou autre, sur laquelle peuvent coulisser deux chariots, l'un pour le forage du trou et l'autre pour l'introduction du boulon dans ce trou et son serrage. La poutre peut pivoter autour de l'axe de la tige d'ancrage de telle sorte que, après pivotement, l'axe du boulon corresponde à l'axe du trou foré immédiatement avant l'opération de pose du boulon.

Une difficulté rencontrée dans l'utilisation de cet appareil consiste à faire coïncider exactement l'axe du boulon avec l'axe du trou précédemment foré, le diamètre du trou n'étant que légèrement supérieur à celui du boulon. Cette difficulté est d'autant plus sensible que la hauteur de la galerie est importante, et ses causes sont diverses: d'une part, la pointe d'ancrage peut avoir subi un léger déplacement et, d'autre part, la conception de l'appareil qui comprend de nombreuses parties mobiles les unes par rapport aux autres, ainsi que l'usure, sont à l'origine de jeux inévitables. En conséquence, la mise en place du boulon doit souvent être effectuée dans la pratique par un homme prenant place sur une nacelle, alors que le but initial de l'appareil est d'éviter toute intervention manuelle.

Pour résoudre cette difficulté, donc pour faciliter l'introduction du boulon (ou des cartouches de résine), l'appareil ici considéré a déjà été perfectionné, selon le certificat d'addition N° 2337250 rattaché au brevet français cité plus haut, en prévoyant que la poutre de section en H porte, à son extrémité supérieure, un dispositif d'alésage coaxial à la mèche de forage, entrant en service à la fin de l'opération de forage, avant le pivotement de la poutre, de manière à évaser en forme de cône l'entrée du trou foré. Le dispositif d'alésage en question comprend essentiellement un alésoir entourant la mèche de forage, alésoir libre en rotation et en translation par rapport à la mèche, mais apte à être entraîné en rotation et à être poussé en avant en même temps que la mèche, lorsque le chariot de forage parvient presque en fin de course. Cette disposition évite de recourir à un moteur supplémentaire pour l'entraînement de l'alésoir et elle permet de mettre en fonctionnement le dispositif d'alésage de façon automatique, lorsque le chariot de forage parvient presque en fin de course; cependant, elle comporte deux aspects méritant d'être perfectionnés:

D'une part, pour entraîner l'alésoir lorsque la mèche parvient près de sa position de fin de course, il est nécessaire de prévoir des moyens d'accouplement entre le support rotatif de la mèche et l'alésoir; ces moyens, réalisés à la manière d'un embrayage, à friction ou autre, compliquent la réalisation, de sorte que l'avantage de la suppression d'un moteur supplémentaire est illusoire.

D'autre part, étant donné que l'alésoir intervient seulement lorsque le trou est presque entièrement foré par la mèche, la fonction de captage des poussières en cours de forage est mal assurée, même •s'il est déjà prévu à cet effet, sur l'appareil, un pot de captage des poussières.

La présente invention vise à améliorer notamment les deux points précédemment cités, en fournissant un dispositif combiné d'alésage d'un trou foré et de captage des poussières produites par la mèche d'un appareil de forage tel que celui évoqué ci-dessus.

Ce dispositif se compose d'un alésoir traversé suivant son axe par la mèche de forage de l'appareil, d'un manchon d'entraînement qui, solidaire de l'alésoir, est aussi traversé par la mèche et accouplé à des moyens d'entraînement en rotation indépendants, les diamètres intérieurs dudit manchon ainsi que de l'alésoir étant supérieurs au diamètre de la mèche de manière à ménager un passage annulaire pour l'évacuation des poussières, et d'un pot de captage des poussières situé du côté du manchon précité opposé à l'alésoir.

L'alésoir est ici entraîné par des moyens indépendants, tels qu'un motoréducteur hydraulique, ce qui supprime tout système d'accouplement avec la mèche et permet de faire intervenir l'alésoir au début du forage du trou principal par la mèche. Ainsi, on réalise une entrée conique, ou du moins de forme évasée, du trou foré, ce qui peut faciliter, si nécessaire, l'introduction d'un boulon ou d'une cartouche de résine, et, par ailleurs, l'alésoir restant appliqué contre l'entrée conique après creusement de celle-ci, une étanchéité est obtenue qui permet l'évacuation sûre de toutes les poussières au cours du forage du trou principal par la mèche, d'abord à travers le passage annulaire ménagé entre le manchon d'entraînement et la mèche, puis à travers le pot de captage qui, de manière connue, est relié à des moyens d'aspiration des poussières.

Une particularité du dispositif est la position coaxiale de la mèche et de l'alésoir. Pour le maintien de la mèche et de l'alésoir dans une position relative correcte, un guide de mèche est avantageusement fixé sous le pot de captage des poussières.

De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif d'alésage et de captage des poussières, dans un cas d'application particulier.

La fig. 1 est une vue de côté d'un appareil de forage et de boulonnage équipé du dispositif conforme à l'invention, représenté en position de début de forage d'un trou.

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La fig. 2 est une vue similaire à la fig. 1, mais représentant cet appareil en cours de forage d'un trou la fig. 3 est une vue partielle du même appareil, à échelle agrandie, montrant en coupe le dispositif d'alésage et de captage des poussières.

L'invention est décrite ici dans le cas de son application à un appareil de forage et de boulonnage selon le brevet français N° 1359297, avec une tourelle montée pivotante et coulissante autour d'un axe 1 à l'extrémité d'un bras porteur non représenté, l'axe 1 étant vertical dans la position de l'appareil montrée sur le dessin,

mais pouvant en réalité prendre toutes les inclinaisons désirées. Cet axe 1 de pivotement et de coulissement est matérialisé par une tige dont l'extrémité supérieure comporte une pointe 2 à l'aide de laquelle l'appareil est ancré dans le rocher 3. La tourelle de l'appareil est essentiellement constituée par une poutre 4 de section en H, s'étendant parallèlement à l'axe 1, dont les ailes 4a et 4b servent de glissières respectivement à un chariot de forage 5 et à un chariot de boulonnage 6 (pouvant être aussi appelés perforatrice et serreuse).

L'avance ou le recul de l'ensemble de la tourelle, le long de l'axe 1, est commandé par un vérin, non représenté, dit vérin d'avance au bloc, apte à déplacer la poutre 4. L'avance ou le recul de chacun des chariots 5 et 6 le long de la poutre 4 est obtenu par un seul et même organe constitué par un vérin 7 suspendu, par le fond de son corps, à une pièce 8 portée par le sommet de la poutre 4, sa tige 9 s'étendant vers le bas. Un câble (ou une chaîne) mouflé 10 passe sur une poulie 11 portée par la tête de la tige 9 du vérin 7. Chaque extrémité de ce câble (ou de cette chaîne) 10 est attachée à un des chariots 5 et 6 après avoir passé sur des poulies, respectivement 12 et 13, portées par la pièce 8. Lorsque l'on immobilise un des deux chariots et que la tige 9 du vérin 7 s'abaisse, l'autre chariot se déplace ainsi vers le haut à une vitesse double de celle de la tige 9. Le recul des chariots est assuré par un dispositif similaire, mais inverse, constitué par un câble ou une chaîne 14 passant sur une autre poulie 15 portée par la tête de la tige 9 du vérin 7 et dont les extrémités sont attachées à l'un des chariots 5 et 6, après avoir passé sur des poulies 16 et 17 portées par une pièce 18 solidaire de la base de la poutre 4. Ainsi, lors du relevage de la tige 9, le chariot précédemment entraîné vers le haut le long de la poutre 4 est ramené dans sa position initiale au bas de cette dernière.

L'immobilisation de l'un des chariots est obtenue au moyen d'un verrou qui bloque l'un des chariots en position basse, lorsque la poutre 4 se trouve dans l'une des positions angulaires extrêmes de son mouvement de pivotement autour de l'axe 1. Plus précisément, lorsque la poutre 4 se trouve en position de forage, le chariot de boulonnage 6 est verrouillé en position basse et, inversement, lorsque la poutre 4 a pivoté et se trouve en position de boulonnage, c'est le chariot de forage 5 qui est verrouillé en position basse.

Les mouvements de rotation de la mèche de forage 19, d'une part, et de la douille 20 qui supporte le boulon 21, d'autre part, sont obtenus à partir de deux moteurs indépendants portés respectivement par les chariots 5 et 6. Ces mouvements de rotation pourraient aussi être obtenus par l'intermédiaire d'une barre de chariotage, à partir d'un ou deux moteurs à poste fixe.

A sa partie supérieure, la poutre 4 supporte encore un guide 22 traversé par le boulon 21.

Tous les organes décrits jusqu'ici sont déjà connus et ne font pas l'objet de la présente invention.

Celle-ci se rapporte à un dispositif combiné d'alésage et de captage des poussières, désigné dans son ensemble par 23, dont la structure apparaît surtout sur la fig. 3. Ce dispositif, coaxial à la mèche de forage 19 et traversé par cette dernière de part en part, est fixé sur la pièce supérieure 8 de la poutre 4 par l'intermédiaire d'un support 24. Les parties constitutives essentielles du dispositif considéré 23 sont un alésoir 25, un motoréducteur hydraulique 26 et un pot de captage des poussières 27, le motoréducteur hydraulique 26 étant disposé entre l'alésoir 25 et le pot de captage 27.

L'alésoir 25, par exemple à plaquettes en carbure, conçu de manière à permettre la réalisation d'un trou de forme générale conique dans le rocher 3, est percé suivant son axe, et sur toute sa hauteur, d'un passage central 28 qui est traversé par la mèche de forage 19. Cet alésoir 25 est prolongé au-delà d'une collerette 25a, en direction du motoréducteur 26, par un manchon d'entraînement 29. Ce manchon 29, lié en rotation avec l'alésoir 25, comporte par exemple des cannelures extérieures, lui permettant d'être entraîné en rotation par un arbre de sortie creux du motoréducteur 26, dont le détail n'est pas représenté.

Suivant une caractéristique importante, le diamètre du passage 28 de l'alésoir 25 ainsi que le diamètre intérieur du manchon d'entraînement 29 sont supérieurs au diamètre de la mèche 19, de manière à ménager un espace libre 30 de section annulaire, permettant l'évacuation des poussières depuis l'avant de l'alésoir 25 jusqu'au pot de captage 27.

Ce pot de captage des poussières 27, traversé lui aussi suivant son axe par la mèche 19, forme une cavité cylindrique de laquelle part un conduit 31 permettant l'aspiration des poussières captées. Sous le pot de captage 27 est encore fixé un guide de mèche 32, en forme de bague, réalisé de manière à assurer un guidage en rotation et en translation de la mèche de forage 19, pour la maintenir coaxiale à l'ensemble du dispositif et notamment à l'alésoir 25.

Les fig. 1 et 2 illustrent le fonctionnement de l'appareil équipé du dispositif 23 considéré, au cours de l'opération de forage, l'opération de boulonnage qui lui fait suite n'étant pas représentée, car elle n'est pas modifiée par la mise en œuvre de la présente invention.

Au début du cycle, l'opérateur assure l'ancrage dans le rocher 3 de la pointe 2 en un point qui est fonction de la place que devra occuper le boulon 21 et qui restera fixe pendant tout le cycle. Les deux chariots 5 et 6 sont mis en position basse. La poutre 4 est amenée, par pivotement autour de l'axe 1, dans sa position angulaire de forage pour laquelle l'axe de la mèche 19 correspond à celui du trou à forer. Puis, par coulissement le long de cet axe 1, commandé par le vérin d'avance au bloc, la poutre 4 est poussée vers le haut, et en même temps la mèche 19 est mise en rotation par le moteur du chariot de forage 5, ainsi que l'alésoir 25 par le motoréducteur hydraulique 26.

Au fur et à mesure de l'avance de la poutre 4, le taillant 33 de la mèche 19 et l'alésoir 25 rentrent dans le rocher 3, jusqu'à ce que la collerette 25a de l'alésoir soit arrêtée. A ce moment, l'entrée conique du trou à forer est exécutée (position de la fig. 1). De plus, à partir de ce moment, la partie tronconique de l'alésoir 25 assure l'étanchéité avec le rocher 3, comme le montre aussi la fig. 3.

Dans la phase suivante, le motoréducteur 26 d'entraînement de l'alésoir est arrêté, tandis que le moteur d'entraînement en rotation de la mèche 19 est maintenu en marche. Le vérin 7 est alors actionné de façon à provoquer la sortie de sa tige 9. Compte tenu de la position angulaire occupée par la poutre 4, le chariot de boulonnage 6 est verrouillé en position basse, de sorte que le chariot de forage 5 avance suivant la flèche 34, en forçant le taillant 33 de la mèche 19 à pénétrer dans le rocher 3 (voir fig. 2).

Au cours de cette phase, du fait que l'alésoir 25 ne quitte pas sa position et fait étanchéité sur le rocher 3, toutes les poussières de roches dégagées par le taillant 33 sont évacuées jusqu'au pot de captage 27, à travers le passage annulaire 30.

Quand le chariot 5 est parvenu en fin de course d'avance, le trou à réaliser 35 est foré sur toute sa longueur, avec son entrée conique. On commande alors le recul de ce chariot, puis la descente de la poutre 4 et son pivotement autour de l'axe 1, la pointe 2 étant maintenue ancrée dans le rocher 3 et constituant un centre de pivotement fixe, de sorte que, en fin de pivotement, le boulon 21 se présente sous l'entrée évasée du trou 35.

Le sommet de la poutre 4 est alors de nouveau appliqué contre le toit et le boulonnage est réalisé au moyen du deuxième chariot 6, l'entrée évasée facilitant l'introduction du boulon 21 si celui-ci n'est pas présenté exactement dans l'axe du trou 35.

L'invention s'applique notamment à la pose des boulons à expansion, dont elle facilite l'introduction dans les trous forés comme

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on vient de l'indiquer, mais elle présente aussi un grand intérêt pour la technique des tiges scellées, auquel cas elle permet également d'introduire facilement les cartouches de résine, ou la canule située à l'extrémité d'un tube d'injection de résine en vrac, ou encore un autre matériau de scellement tel que béton, selon le procédé utilisé.

En outre, étant donné que le dispositif selon l'invention permet un captage des poussières efficace, comme on l'a décrit ci-dessus, il peut être utilisé uniquement pour cette fonction, c'est-à-dire même dans des cas où l'entrée évasée creusée par l'alésoir n'est pas indispensable pour l'introduction ultérieure d'un boulon ou autre objet à mettre en place dans le trou foré. Par conséquent, le champ 5 d'application de l'invention n'est nullement limité aux appareils du genre tourelle de forage et de boulonnage, mais il s'étend aux appareils de forage en général.

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2 feuilles dessins

Claims (3)

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1. Dispositif d'alésage d'un trou foré et de captage des poussières produites par la mèche d'un appareil de forage, du genre permettant la réalisation d'une entrée évasée du trou foré, caractérisé en ce qu'il se compose d'un alésoir (25) traversé suivant son axe par la mèche de forage (19) de l'appareil, d'un manchon d'entraînement (29) qui, solidaire de l'alésoir (25), est aussi traversé par la mèche (19) et accouplé à des moyens d'entraînement en rotation indépendants (26), les diamètres intérieurs dudit manchon (29) ainsi que de l'alésoir (25) étant supérieurs au diamètre de la mèche (19) de manière à ménager un passage annulaire (28,30) pour l'évacuation des poussières, et d'un pot de captage des poussières (27) situé du côté du manchon précité (29) opposé à l'alésoir (25).

2. Dispositif d'alésage et de captage des poussières selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement en rotation indépendants, auxquels est accouplé le manchon (29) solidaire de l'alésoir (25), sont constitués par un motoréducteur hydraulique (26), disposé entre l'alésoir (25) et le pot de captage des poussières (27).

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REVENDICATIONS

3. Dispositif d'alésage et de captage des poussières selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un guide de mèche (32) est fixé sous le pot de captage des poussières (27), pour maintenir la mèche (19) coaxiale à l'alésoir (25).