FR2632352A1 - Procede de forage de roches et installation pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé et une installation de forage de trou dans une roche 6. Un trou préliminaire commence à être foré à l'aide du trépan 18 monté à l'extrémité d'une tige de forage 17, alors que les articulations 3, 4, 8, 11 sont bloquées. Lorsqu'un trou préliminaire a été formé, les articulations sont libérées successivement et des capteurs placés dans les articulations permettent la détermination de la direction et de la profondeur du nouveau trou à forer pour atteindre le point terminal voulu. La flèche 2 et la poutre 5 sont alors réorientées en fonction de cet emplacement réel du trou préliminaire. Application au forage de trous avant sautage.

Description

L'invention concerne un procédé de forage de roches

ainsi qu'une installation destinée à sa mise en oeuvre.

L'invention concerne plus précisément un procédé de forage d'un trou dans une roche à l'aide d'un appareillage de forage comprenant une flèche qui peut pivoter sur des articulations; une poutre d'avance montée à l'extrémité de

la flèche afin qu'elle puisse pivoter par rapport à celle-

ci sur des articulations et qu'elle puisse se déplacer dans sa direction longitudinale par rapport à la flèche, une tige de forage parallèle à la poutre d'avance et mobile suivant la longueur de celle-ci, la tige de forage étant munie d'un trépan; des capteurs angulaires disposés dans chaque articulation et destinés à mesurer des angles de rotation de ces articulations; des capteurs destinés à la mesure de la position longitudinale de la poutre d'avance par rapport à l'extrémité de la flèche et à mesurer la position longitudinale de la tige de forage par rapport à la poutre d'avance; et un dispositif de commande raccordé aux capteurs et destiné à commander les mouvements de la

flèche et de la poutre d'avance et l'opération de forage.

Selon ce procédé, pour que l'extrémité terminale du trou foré soit pratiquement disposée à l'emplacement voulu dans la roche, la tige de forage est orientée dans une direction prédéterminée, coaxialement au trou de forage prévu par

rotation de la flèche et/ou de la poutre d'avance par rap-

port à la flèche sur les articulations, et l'opération de

forage commence à un emplacement prédéterminé par dépla-

cement de la poutre d'avance vers la roche jusqu'à ce qu'elle soit au contact de la surface de la roche; la tige de forage avance ensuite, et l'opération de forage est poursuivie jusqu'à ce que l'extrémité terminale du trou se trouve pratiquement à l'emplacement prédéterminé, toutes les articulations et la position longitudinale de la poutre d'avance étant verrouillées en positions pratiquement fixes

pendant l'opération de forage.

L'invention concerne aussi une installation destinée à la mise en oeuvre du procédé, cette installation comprenant un appareillage de forage qui comporte une flèche qui peut pivoter autour d'articulations sous la commande de dispositifs moteurs; une poutre d'avance montée à l'extrémité de la flèche de manière qu'elle puisse pivoter sur des articulations sous la commande de disposi- tifs moteurs, par rapport à la flèche, la poutre pouvant être déplacée par un dispositif moteur dans sa direction longitudinale, par rapport à la flèche; une tige de forage parallèle à la poutre d'avance et mobile longitudinalement par rapport à la poutre, la tige de forage étant munie d'un trépan; des capteurs angulaires disposés dans toutes les articulations et destinés à mesurer des angles de rotation des articulations; des capteurs de mesure de la position

longitudinale de la poutre d'avance par rapport à l'extré-

mité de la flèche et de mesure de la position longitudinale de la tige de forage par rapport à la poutre d'avance; et un dispositif de commande relié aux capteurs et destiné à commander les déplacements de la flèche et de la poutre d'avance et l'opération de forage, toutes les articulations et la position longitudinale de la poutre d'avance étant

verrouillées en positions pratiquement fixes par les dispo-

sitifs moteurs pendant l'opération de forage.

Au début du forage d'un trou dans une paroi rocheuse, le trépan glisse souvent en direction latérale sur la surface de la roche par rapport au point initial de contact prévu avant formation du trou. Ceci est dû au fait que la surface de la roc-e est très irrégulière et inclinée de diverses manières, s. Dien qu'il apparaît une composante

de force ayant tendance à faire tourner le trépan en direc-

tion latérale sous l'action de la force d'avance et de la rotation de la tige de forage. Cette composante provoque une flexion de la flèche, de la poutre d'avance et de la tige de forage. Ceci provoque alors la mise de la tige de forage en direction inclinée par rapport à la direction de forage prévue à l'origine et à une certaine distance de cette direction, lorsque le forage est poursuivi. Ainsi, le trou n'a pas l'emplacement voulu, et le clivage provoqué

par l'explosion est dégradé et un travail superflu d'exca-

vation est parfois nécessaire. Ce phénomène est un inconvé-

nient important, surtout pendant l'excavation de tunnels ou analogues selon les procédés modernes, destinés à donner une grande précision et un rendement élevé, si bien que ce

phénomène doit être évité.

Dans le but du maintien de la tige de forage dans la

direction voulue, on sait déjà, d'après le brevet britan-

nique n 2 103 969, déterminer un coefficient dit de "rigidité" pour chaque élément de l'appareillage de forage

tel que la flèche et la poutre d'avance. Les valeurs angu-

laires à chaque articulation sont alors corrigées en fonc-

tion de la force d'avance appliquée à la tige de forage

afin que celle-ci garde son emplacement prévu à l'origine.

Cependant, la solution donnée dans ce document ne tient aucunement compte du déplacement latéral de la tige de forage le long de la surface de la roche, si bien que la correction d'une direction et d'un emplacement erronés du

trou à la suite d'un tel déplacement n'est pas possible.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 724 559

décrit à son tour une solution selon laquelle le fléchis-

sement de la flèche, dû à la force d'avance, et le fléchis-

sement résultant de la tige de forage sont détectés par un détecteur spécial qui règle la rotation de la flèche afin que la tige de forage reste pratiquement dans la même direction pendant tout le forage. Les erreurs provoquées par le déplacement latéral ne sont pas non plus prises en considération dans ce document, et elles ne peuvent donc

pas être corrigées.

Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3 791 460 et 4 343 367 enseignent à leur tour comment l'ensemble à flèche d'un appareillage de forage de roche peut être dirigé automatiquement afin que la tige de forage soit mise en position convenable lors du début du forage. Aucun de ces documents ne suggère comment les erreurs créées et les écarts provoqués par le déplacement latéral de la tige de

forage pourraient être corrigés.

L'invention a pour but -de fournir un procédé et une installation grâce auxquels les erreurs provoquées par le déplacement de la tige de forage par rapport à la surface de la roche et par le fléchissement de la flèche de forage sont prises en compte et compensées afin que l'extrémité

terminale du trou foré occupe l'emplacement prédéterminé.

Le procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend les étapes suivantes: le forage initial d'un trou préliminaire ayant une longueur telle que le trépan reste pratiquement immobile dans le trou par rapport à la surface

de la roche, dans la direction de la surface; la libéra-

tion d'un nombre nécessaire d'articulations entre.la flèche

et la poutre d'avance et/ou de la poutre d'avance en direc-

tion longitudinale, afin que la flèche et la poutre d'avance soient en appui libre pratiquement sans contrainte

alors que le trépan est encore placé dans le trou préli-

minaire; la mesure des positions sans contrainte des arti-

culations libérées et/ou de la poutre d'avance; le calcul, d'après les positions sans contrainte, les dimensions de la flèche et de la poutre d'avance et la longueur d'avance de

la tige de forage, de la position réelle du trou prélimi-

naire et de la direction nécessaire pour que le forage du trou soit terminé, du trou préliminaire au point terminal voulu pour le trou; et l'orientation de la tige de forage dans la direction calculée avec conservation du trépan dans le trou préliminaire, par rotation de la flèche et/ou de la poutre d'avance sur les articulations et/ou par déplacement de la poutre d'avance dans sa direction longitudinale, le forage étant ensuite poursuivi jusqu'au point terminal

voulu pour le trou foré.

Suivant des caractéristiques avantageuses: - les articulations et/ou la position de la poutre d'avance en direction longitudinale sont libérées une à une

suivant une séquence jusqu'à l'obtention d'un état prati-

quement sans contrainte; - le procédé comporte en outre la libération de la

force d'avance qui est appliquée à la tige de forage.

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L'idée de base sur laquelle repose l'invention est qu'un trou préliminaire est d'abord foré dans la roche, quelle que soit l'amplitude du déplacement du trépan à la

surface de la roche par rapport au point de forage prévu.

Le trou de forage ainsi formé est alors utilisé comme emplacement de contrôle, et sa position est déterminée par libération des articulations placées entre la flèche et la

poutre d'avance afin que, le trépan occupant le trou préli-

minaire, la flèche et la poutre d'avance soient pratique-

ment redressées, en pivotant simultanément sur les articu-

lations. La position relative de la flèche et de la poutre

d'avance peut ainsi être déterminée par des capteurs détec-

tant les angles des articulations, et-à partir de là la position réelle du trou préliminaire peut être calculée à

l'aide des dimensions connues de la flèche et éventuel-

lement des longueurs du déplacement longitudinal de la poutre d'avance et de l'avance de la tige de forage. En

outre, d'après la position du trou préliminaire, la direc-

tion dans laquelle le forage du trou doit être réalisé à partir du trou préliminaire et la longueur que doit avoir le trou pour que son extrémité terminale occupe la position

prévue à l'origine peuvent être calculées d'après la posi-

tion du trou préliminaire. Un avantage de l'invention est que le trou de forage est disposé avec une précision aussi grande que possible en vue des opérations de sautage, si

bien que le travail d'excavation est précis et efficace.

Comme la position de l'extrémité d'entrée du trou n'a pas une très grande importance pour le sautage, puisque- la charge de sautage est placée au fond du trou, la précision de sautage ainsi obtenue est considérablement accrue par rapport à la précision antérieure du sautage. Ceci est dû au fait que, alors que l'extrémité d'entrée du trou est relativement proche de l'extrémité d'entrée prévue dans les solutions connues, l'extrémité terminale du trou se trouve à une distance considérable de l'extrémité terminale

prévue. Un autre avantage de l'invention est que ce résul-

tat peut être obtenu presque uniquement à l'aide des dispo-

sitifs existants de commande et de mesure et sans modifica-

tion ni investissement très coûteux.

L'installation selon l'invention se caractérise en ce qu'elle comporte en outre un dispositif destiné à libérer au moins les articulations placées entre la flèche et la poutre d'avance et/ou la poutre d'avance en direction longitudinale, afin qu'elles puissent se déplacer librement. Suivant d'autres caractéristiques: - le dispositif de libération et adapté pour libérer les dispositifs moteurs de manière qu'ils puissent se déplaceent librement, les articulations pouvant ainsi se déplacer librement et la poutre d'avance pouvant ainsi se déplacer librement en direction longitudinale; - l'installation comporte en outre un dispositif destiné à libérer la tige de forage dela force d'avance agissant sur elle; - les dispositifs moteurs sont des vérins commandés par un fluide sous pression, une vanne d'arrêt étant montée dans des conduits de circulation de fluide sous pression rejoignant les chambres formées de part et d'autre d'un piston, la vanne d'arrêt séparant les chambres d'une source de fluide sous pression et d'un réservoir de fluide lorsque

le vérin est à l'état bloqué, et le dispositif de libéra-

tion comporte une soupape de libération pour chaque vérin qui peut être libéré de manière qu'il puisse se déplacer librement, la soupape de libération étant connectée aux

conduits de circulation de fluide sous pression qui commu-

niquent avec les chambres, entre la vanne d'arrêt et les chambres, et aussi au réservoir de fluide, la soupape de libération étant destinée à connecter les chambres au

réservoir et l'une à l'autre afin que le vérin soit libéré.

L'idée de base de cet agencement est que, contraire-

ment à la technique antérieure, o un dispositif moteur

placé dans chaque articulation ou un dispositif de déplace-

ment relie les parties de flèche situées de part et d'autre de l'articulation ou la flèche et la poutre d'avance, ou,

de manière correspondante, dans le dispositif de déplace-

ment, le berceau de la poutre d'avance et la poutre elle-

même, si bien que le dispositif moteur n'est pas mobile dans son état normal et, de même, les articulations et la poutre d'avance sont rigides et immobiles, les articula- tions et le dispositif de déplacement peuvent être libérés

afin qu'ils pivotent et se déplacent librement, en raccor-

dant les dispositifs moteurs afin qu'ils puissent se dépla-

cer librement. De cette manière, la poutre-d'avance et la flèche sont en appui pratiquement sans aucune contrainte, si bien que seule la force de pesanteur agit sur elles. Un avantage de l'installation est qu'elle met en oeuvre l'appareillage existant dans une très grande mesure; seuls

quelques éléments doivent être ajoutés afin qu'ils permet-

tent une exécution rapide du forage et d'une manière telle que l'extrémité terminale du trou foré occupe un point voulu.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: les figures la à ld illustrent schématiquement la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; les figures 2 et 3 sont des vues schématiques plus détaillées d'une flèche de forage et d'une poutre d'avance

qui lui est fixée, ainsi que des articulations et du dispo-

sitif de déplacement nécessaires à la mise en oeuvre du procédé; et la figure 4 est un schéma d'un circuit hydraulique destiné à libérer les vérins hydrauliques des articulations à libérer, dans un ensemble à flèche pourvu d'un moteur hydraulique, de manière que ces articulations puissent se déplacer librement comme cela est nécessaire dans le cadre

de l'invention.

La figure la est un schéma représentant une flèche 2 reliée à un support 1 d'un appareillage de forage, la flèche pouvant pivoter sur une articulation 3 par rapport au support. Une poutre 5 d'avance est montée à l'autre extrémité de la flèche 2 afin qu'elle puisse pivoter sur une articulation 4, une machine de forage et une tige de

forage pourvue d'un trépan (non représentées) étant des-

tinées à se déplacer le long de la poutre d'avance. Au début du forage, la flèche 2 pivote sur l'articulation 3 et la poutre d'avance pivote sur l'articulation 4 jusqu'à ce que la poutre d'avance 5 soit parallèle au trou voulu, c'est-à-dire parallèle à un axe La allant d'un point A à un point B, et la tige de forage est pratiquement coaxiale à l'axe La. A ce moment, un angle al est délimité entre la

poutre d'avance 5 et la flèche 2, et un angle Pi est déli-

mité entre la flèche 2 et le support 1. Ensuite, la poutre d'avance est déplacée vers l'avant, dans sa direction

longitudinale, par un dispositif de déplacement (non repré-

senté) disposé entre la poutre 5 et l'articulation 4, jusqu'à ce que l'extrémité antérieure de la poutre 5 soit au contact de la surface de la roche 6. Si la surface de la roche 6 est inclinée comme indiqué sur les figures la à ld,

la force d'avance et la rotation de la tige de forage pro-

voquent le déplacement du trépan monté à l'extrémité de la tige de forage le long de la surface, vers un point auquel la force de déplacement latéral et la force de rotation en sens inverse due au fléchissement de la flèche 2 et de la poutre 5 sont en équilibre. Pendant que le trépan est déplacé en direction latérale, la poutre 5 d'avance est poussée plus avant par le dispositif de déplacement afin qu'elle puisse être diSrosée contre la roche 6 de façon aussi stable que possible. Lorsque le déplacement latéral a cessé, le trépan occupe un point C, et la flèche 2 et la poutre 5 d'avance ont fléchi du point A vers le point C comme l'indique la figure lb. Par raison de clarté, le fléchissement et les déplacements de la flèche 2 et de la poutre 5 d'avance sont représentés sous forme exagérée sur les figures la à ld. A ce moment, les angles al et P1 ont les mêmes valeurs qu'initialement, la rotation résultant uniquement du fléchissement de la flèche et de la poutre d'avance 5. Lorsque le déplacement latéral du trépan a cessé, l'opération de forage proprement dite commence, et le trépan pénètre dans la roche au point C, si bien que la tige de forage est parallèle à un axe Lb allant du point C vers un point D. Si le forage était alors poursuivi de manière classique, le trou foré serait formé entre les points C et D. L'extrémité terminale du trou foré, au point D, serait donc très éloignée de la position prévue, au point B. Selon l'invention, l'articulation 4 formée entre la flèche 2 et la poutre 5 d'avance est libérée afin qu'elle puisse se déplacer librement après que le trépan a pénétré dans la roche 6 d'une distance telle qu'il reste. immobile en direction latérale par rapport à la surface de la roche 6. De cette manière, la flèche 2 et la poutre 5 d'avance prennent les positions indiquées sur la figure lc. A cet effet, le forage peut être interrompu, par exemple par arrêt de l'avance de la tige de forage le long de la poutre

d'avance ou par arrêt à la fois de l'avance et de la rota-

tion. La poutre d'avance 5 et la tige de forage sont ainsi-

dans une position plus inclinée que précédemment par rap-

port à la position voulue de forage, et la direction de la tige de forage passe par les points C et E suivant un axe Lc. Après que la flèche 2 et la poutre d'avance 5 ont pris leur position libre, l'angle de la poutre 2 et du support 1 est encore égal à P1, alors que l'angle formé entre la

poutre d'avance 5 et la flèche 2 diffère de sa valeur anté-

rieure et prend la valeur a2. L'angle réel de rotation a2 de l'articulation 4 peut alors être mesuré à l'aide d'un capteur incorporé à l'articulation 4, alors que la flèche 2 et la poutre d'avance 5 ne subissent pratiquement aucune contrainte. De manière correspondante, la position de la poutre d'avance 5 par rapport à l'extrémité de la flèche 2

est mesurée par un capteur connecté au dispositif de dépla-

cement de la poutre d'avance 5. La position du point C, c'est-à-dire la position à laquelle le forage du trou doit commencer, peut alors être calculée à l'aide des relations géométriques connues et des dimensions connues de

2632352;

l'ensemble à flèche et de la poutre d'avance. Le calcul est réalisé simplement à l'aide d'un microprocesseur incorporé

à l'appareillage de forage et destiné à commander l'en-

semble à flèche et l'opération de forage en général.

Après calcul de la position du point C, la direction du trou foré du point C au point B, nécessaire pour que l'extrémité terminale du trou foré se trouve pratiquement à l'emplacement prévu B, peut être calculée simplement de

manière correspondante à l'aide du microprocesseur. Simul-

tanément, la longueur du trou foré, du point C au point B, peut être calculée. Ensuite, la poutre d'avance 5 est

réorientée par rotation de la flèche 2 par rapport au sup-

port 1, autour de l'articulation 3, avec un angle p2, puis

par rotation de la poutre d'avance 5 par rapport à l'extré-

mité de la flèche 2 sur l'articulation 4, avec un angle a3,

alors que le trépan reste constamment dans le trou prélimi-

naire au point C. La poutre d'avance 5 est alors orientée de manière que la tige de forage soit parallèle à un axe Ld passant par les points C et B, et la poutre d'avance 5 est poussée en direction longitudinale au contact de la surface de la roche 6, et le trou final est foré du point C au point B. Sur les figures la à ld, le procédé est illustré dans un seul plan par raison de clarté. En conséquence, les

figures ne représentent que des articulations perpendicu-

laires à ce plan, comme articulations autour desquelles la flèche 2 et la poutre 5 peuvent pivoter. Cependant, une

application tridimensionnelle est possible de manière ana-

logue, par mise en oeuvre d'angles et de longueurs dans deux plans qui se coupent, de préférence perpendiculaires,

afin que soient détectés les déplacements et les modifica-

tions des structures à flèche connus en soi dans diffé-

rentes directions. De cette manière, la flèche 2 et la poutre 5 d'avance peuvent pivoter sur des articulations perpendiculaires aux deux plans. De manière correspondante,

la mesure d'angles et le calcul de position du trou préli-

minaire et de la direction et de la distance de forage sont l1 réalisés par rapport aux deux plans, si bien que le trou foré est défini de la manière voulue dans un système de coordonnées tridimensionnels afin que cette définition

corresponde à la situation réelle.

Les figures 2 et 3 représentent un exemple typique de flèche de forage d'un appareillage de forage de roche, dans lequel la flèche 2 est montée sur le support 1 afin qu'elle puisse pivoter autour de l'articulation 3 sous la

commande d'un dispositif moteur 7 et autour de l'articula-

tion 8 sous la commande d'un dispositif moteur 9. La poutre d'avance 5 est montée à l'autre extrémité de la flèche 2 afin qu'elle puisse pivoter sur l'articulation 4,. sous la

commande d'un dispositif moteur 10, et autour d'une articu-

lation 11, sous la commande d'un dispositif moteur 12. Un

berceau 13 est disposé entre la poutre d'avance 5 et l'ar-

ticulation 11, la poutre 5 pouvant se déplacer longitudina-

lement le long du berceau 13 sous la commande d'un disposi-

tif moteur 14. Une machine 15 de forage et une tige 17 de forage s'étendant depuis la machine 15 et traversant un organe 16 de centrage placé à l'extrémité avant de la poutre d'avance, sont disposées au-dessus de cette poutre d'avance, la tige de forage étant pourvue d'un trépan 18 à

son extrémité. La flèche 2 peut aussi comporter un disposi-

tif télescopique destiné à allonger la flèche 2 dans sa direction longitudinale. Cependant, un tel dispositif est bien connu en soi et on ne le décrira donc pas plus en détail. Lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention à l'aide du dispositif représenté sur les figures 2 et 3, la flèche 2 pivote sur les articulations 3 et 8 et la poutre d'avance 5 pivote autour des articulations 4 et 11 de manière que la poutre 5 occupe une position dans laquelle la tige de forage 17 est parallèle au trou prévu à forer et est sensiblement coaxiale à ce trou, qui a une direction et une longueur prédéterminées. A ce moment, les

articulations 4 et 8 sont bloquées de façon à être prati-

quement immobiles après la rotation, du fait que les vannes

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d'arrêt des dispositifs moteurs 10 et 12 empêchent la cir-

culation du fluide hydraulique d'une chambre de vérin à l'autre, de manière connue. Etant donné l'incompressibilité du fluide, les pistons ne peuvent pratiquement pas se déplacer en direction longitudinale. En principe, la poutre

d'avance peut ainsi pivoter sur les articulations unique-

ment dans la mesure permise par l'élasticité des matériaux,

qui est pratiquement insignifiante dans le cadre de l'in-

vention. Ensuite, la poutre 5 est déplacée par le disposi-

tif 14 de déplacement vers l'avant par rapport au berceau 13 dans la direction longitudinale de la poutre 5, si bien que l'extrémité antérieure de la poutre 5 vient au contact de la paroi de roche et que le trépan 18 est pratiquement au point voulu pour le début du forage du trou. Ensuite, le forage commence, et la poutre 5 d'avance et la flèche 2 fléchissent lorsque le trépan se déplace le long de la surface de la roche 6. Le cas échéant, la poutre d'avance 5

peut être poussée de façon continue dans sa direction lon-

gitudinale, vers l'avant, afin qu'elle ait tendance à suivre la surface de la roche 6, alors que le trépan 18 est

déplacé en direction latérale, jusqu'à ce que le dépla-

cement latéral se termine et que le trépan 18 pénètre dans

la roche 6, avec formation du trou préliminaire. L'opéra-

tion de forage est ensuite interrompue de préférence de manière que le mouvement d'avance de la tige de forage 17, avec la poutre d'avance 5, soit interrompu, ou que le mouvement d'avance et la rotation de la tige 17 de forage soient tous deux interrompus. Dans un cas comme dans l'autre, ceci implique la suppression de la force d'avance agissant sur la tige de forage 17. Ensuite, les dispositifs moteurs 11 et 12 des articulations 4 et 11, c'est-à-dire les vérins à pression de fluide, notamment hydrauliques, sont raccordés afin que le fluide sous pression puisse circuler librement d'une chambre à l'autre dans chaque

vérin, si bien que les pistons peuvent se déplacer libre-

ment sous l'action des forces dues aux contraintes provo-

quées par le fléchissement de la flèche 2 et de la poutre , jusqu'à ce que la flèche 2 et la poutre 5 soient prati- quement sans contrainte. Des capteurs sont placés dans les articulations 3, 8, 4 et 11, dans Ie dispositif 14 de déplacement de la poutre d'avance et dans le dispositif de déplacement longitudinal éventuellement incorporé à la flèche 2, afin que leurs mouvements respectifs soient

détectés. Les capteurs indiquent les angles et les déplace-

ments longitudinaux permettant la détermination de la direction et de la position de la poutre d'avance 5 et de la tige de forage 17. Comme les données et les coordonnées

de directions enregistrées dans le microprocesseur de l'ap-

pareillage de forage au moment de la conception, et concer-

nant le trou foré, sont celles sur la base desquelles le microprocesseur commandé la mise de la flèche 2 et de la poutre d'avance 5 dans la position de départ utilisée pour le début du forage, il est possible de déterminer, d'après les valeurs angulaires obtenues après la libération des

dispositifs moteurs 10 et 12, l'emplacement du trou préli-

minaire formé. En outre, il est possible de calculer, d'après les valeurs correspondant à ce trou, la direction et la longueur nécessaires pour le nouveau trou de forage, et la flèche est ensuite tournée sur les articulations 3 et 8 à l'aide des dispositifs moteurs 7 et 9, et la poutre d'avance 5 est tournée sur les articulations 4 et 11 sous la commande des dispositifs moteurs 10 et 12, tandis que,

le cas échéant, la poutre d'avance-5 est déplacée longitu-

dinalement par le dispositif 14 et la flèche peut être

allongée à l'aide d'un dispositif de déplacement longitudi-

nal, non représenté, afin que le trépan 18 reste toujours dans le troupréliminaire déjà foré. Après que la tige de forage 17 a été réorientée et mise parallèlement au trou recalculé, le trépan 18 étant toujours placé dans le trou préliminaire, la poutre d'avance 5 est poussée contre la

roche et le forage du trou est terminé.

La figure 4 représente les circuits hydrauliques permettant la connexion des vérins hydrauliques afin qu'ils puissent se déplacer librement et permettent la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le vérin 10 comporte un piston 19 qui sépare l'espace interne du vérin 10 en deux chambres 20 et 21. Du fluide sous pression provenant d'un réservoir 22 est, lorsqu'on le désire, envoyé par une pompe 23, par l'intermédiaire d'un distributeur 24 d'inversion, à une vanne d'arrêt 25 commandée par la pression, qui ferme des conduits rejoignant les chambres 20 et 21 lorsque l'alimentation en fluide sous pression est interrompue, de manière que l'écoulement du fluide dans les chambres ou à

partir de celles-ci soit empêché. La structure et le fonc-

tionnement de ces différents éléments sont bien connus en

soi, si bien qu'on ne les décrira pas plus en détail.

Une soupape 26 de libération, raccordée aux chambres et 21 par des canaux séparés 27 et 28 respectivement, est utilisée pour la connexion du vérin 10 de manière qu'il

puisse se déplacer librement. La soupape 26 est aussi con-

nectée au réservoir 22 de fluide par un canal séparé 29. La soupape 26 est commandée par un signal séparé transmis par une ligne 30, la commande pouvant être réalisée par exemple par un signal électrique, ou bien la soupape peut être commandée par un fluide sous pression, suivant le type de soupape utilisé. Lorsque la soupape 26 est actionnée, elle relie les chambres 20 et 21 du vérin 10 par les canaux 27 et 28 qui communiquent l'un avec l'autre, et elle connecte aussi les deux chambres au réservoir 22 de fluide. Ceci est nécessaire car les changements de volume dans les chambres et 21 diffèrent pour une même longueur de course du

piston 19 étant donné l'i.nfluence du dispositif d'entraîne-

ment du piston 19; suivant le sens de déplacement, du

fluide doit être retiré du vérin 10 ou une quantité supplé-

mentaire de fluide doit être introduite. Avec cette con-

nexion, le fluide peut s'écouler librement dans un sens ou dans l'autre, en fonction de ce qui est nécessaire dans chaque cas particulier, et le déplacement du vérin 10 est

ainsi libre.

Le circuit hydraulique représenté sur la figure 4 ne comporte qu'un vérin 10. De même, une soupape de libération t632352L peut être associée à chaque vérin qui doit être libéré et à chaque dispositif moteur tel qu'un moteur hydraulique d'avance. La soupape de libération relie les chambres du vérin entre elles et au réservoir de fluide en réponse à un signal de commande. Toutes les soupapes peuvent ainsi être réalisées afin qu'elles fonctionnent simultanément, ou une ou plusieurs soupapes peuvent travailler à la fois, suivant

les besoins.

Dans la description qui précède, on n'a considéré

que quelques exemples du procédé et de l'installation selon

l'invention, qui n'est pas limitée à ces quelques exemples.

Elle s'applique de même à des appareillages de forage de tout type ainsi qu'à des flèches de forage utilisées dans de tels appareillages, pouvant comprendre divers types de flèches -et de poutres d'avance rotatives ainsi que des flèches et des poutres d'avance ayant des longueurs réglables. De même, non seulement les articulations placées entre la poutre d'avance et la flèche peuvent être libérées, mais encore des articulations formées entre la flèche et le support et des dispositifs d'entraînement en rotation de la flèche ou de la poutre d'avance peuvent aussi être utilisées dans le cadre de l'invention. Selon l'invention, les articulations peuvent être libérées une à une ou plusieurs à la fois de manière prédéterminée. Lors de la mise en oeuvre de l'invention, l'étape de libération peut être réalisée aussi pendant la rotation de la tige de forage, malgré l'interruption de l'avance de la tige de

forage. En outre, l'opération de forage peut être interrom-

pue puis reprise de manière connue à un autre emplacement lorsque les mesures réalisées après la libération indiquent que la position du trou préliminaire s'écarte tant de la position prévue que le trou terminé serait trop incliné compte tenu de la structure de la flèche ou du forage d'autres trous ou que le trou pourrait gêner le forage d'autres trous. Après libération des articulations, il est évidemment possible que le trépan ne reste pas dans le trou préliminaire mais s'échappe de celui-ci et que, par suite, 263235t

la poutre d'avance commence à tourner librement sous l'ac-

tion de la force de pesanteur. Dans ce cas, les capteurs détectent le mouvement exceptionnellement rapide, et les articulations sont à nouveau rendues rigides afin qu'elles puissent être maîtrisées, et l'opération de forage recom- mence de manière habituelle. En outre, bien qu'on ait décrit l'invention en référence à des flèches commandées

hydrauliquement, le procédé s'applique de même de diffé-

rentes manières et avec des flèches de forage de différents types, réalisées de diverses manières avec des dispositifs

moteurs de divers autres types.

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Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Procédé de forage d'un trou dans une roche (6) à l'aide d'tun appareillage de forage comprenant une flèche (2) qui peut pivoter sur des articulations (3, 8); une poutre d'avance (5) montée à l'extrémité de la flèche (2)

et pouvant pivoter sur des articulations (4, 11) par rap-

port à la flèche et se déplacer dans sa direction longitu-

dinale par rapport à la flèche; une tige de forage (17) parallèle à la poutre d'avance (5) et mobile suivant la longueur de cette poutre, la tige de forage étant munie d'un trépan (18); des capteurs angulaires disposés à chaque articulation (3, 4, 8, 11) et destinés à mesurer des angles de rotation (a, P) de ces articulations (3, 4, 8,

11); des capteurs destinés à mesurer la position longitu-

dinale de la poutre d'avance (5) par rapport à l'extrémité de la flèche (2) et à mesurer la position longitudinale de la tige de forage (17) par rapport à la poutre d'avance (5); et un dispositif de commande raccordé aux capteurs et destiné à commander les déplacement de la flèche (2) et de la poutre d'avance (5) et l'opération de forage; procédé suivant lequel, pour que l'extrémité terminale du trou foré soit pratiquement placée en un point voulu dans la roche (6), la tige de forage (17) est orientée dans une direction prédéterminée, coaxialement au trou de forage prévu, par rotation soit de la flèche (2), soit de la poutre d'avance (5) par rapport à la flèche (2), soit des deux, sur les

articulations (3, 4, 8, 11), et l'opération de forage com-

mence à un point prédéterminé par déplacement de la poutre d'avance (5) vers la roche (6) jusqu'à ce qu'elle soit au contact de la surface de la roche (6), et la tige de forage (17) avance ensuite, l'opération de forage étant poursuivie jusqu'à ce que l'extrémité terminale du trou se trouve

pratiquement au point prédéterminé, toutes les articula-

tions (3, 4, 8, 11) et la position de la poutre d'avance

(5) en direction longitudinale étant verrouillées en posi-

tion pratiquement fixe pendant l'opération de forage, ce procédé étant caractérisé par les étapes suivantes: le forage initial d'un trou préliminaire dont la longueur est telle que le trépan (18) y reste pratiquement immobile par rapport à la surface de la roche (6) dans la direction de la surface; la libération d'un nombre nécessaire d'articulations (4, 11) entre la flèche (2) et la poutre d'avance (5), et/ou la libération de la poutre d'avance (5) en direction longitudinale, afin que la flèche (2) et la poutre (5) soient en appui libre et pratiquement sans contrainte alors que le trépan (18) occupe toujours le trou préliminaire;

la mesure des positions sans contrainte des articu-

lations libérées (4, 11) et/ou de la poutre d'avance (5); le calcul, d'après les positions sans contrainte, les dimensions de la flèche (2) et de la poutre d'avance (5), et la longueur d'avance de la tige de forage (17), de la position réelle du trou préliminaire et de la direction nécessaire pour la poursuite du forage du trou à partir du trou préliminaire (C) et jusqu'au point terminal voulu (B) pour le trou; et l'orientation de la tige de forage (17) dans la direction calculée avec maintien du trépan (18) dans le trou préliminaire, par rotation de la flèche (2) et/ou de la poutre d'avance (5) sur les articulations (3, 4, 8, 11) et/ou par déplacement de la poutre d'avance (5) dans sa direction longitudinale, l'opération de forage étant ensuite poursuivie jusqu'au point terminal voulu (B) pour

le trou foré.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les articulations (4, 11) et/ou la position de la poutre d'avance en direction longitudinale sont libérées une à une suivant une séquence jusqu'à l'obtention d'un

état pratiquement sans contrainte.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce qu'il comporte en outre la libération de la force d'avance qui est appliquée à la tige de forage (17).

4. Installation destinée à la mise en oeuvre d'un

2632352,

procédé selon la revendication 1, du type comprenant un appareillage de forage comprenant une flèche (2) qui peut pivoter sous la commande de dispositifs moteurs (7, 9) autour d'articulations (3, 8); une poutre d'avance (5) montée à l'extrémité de la flèche (2), pouvant pivoter- sous

la commande de dispositifs moteurs (10, 12) sur des articu-

lations (4, 11) par rapport à la flèche et pouvant se déplacer sous la commande d'un dispositif moteur (14) dans sa direction longitudinale par rapport à la flèche (2); une tige de forage (17) parallèle à la poutre d'avance (5) et mobile suivant la longueur de cette poutre, la tige de

forage étant munie d'un trépan (18), des capteurs angu-

laires disposés dans chaque articulation (3, 4, 8, 11) et destinés à mesurer les angles de rotation (a, ) de ces articulations (3, 4, 8, 11); des capteurs destinés à mesurer la position longitudinale de la poutre d'avance (-5) par rapport à l'extrémité de la flèche (2) et à mesurer la

position longitudinale de la tige de forage (17) par rap-

port à la poutre d'avance (5); et un dispositif de commande connecté aux capteurs et destiné à commander les déplacements de la flèche (2) et de la poutre d'avance (5) et l'opération de forage, toutes les articulations (3, 4,

8, 11) et la position de la poutre d'avance (5) en direc-

tion longitudinale étant verrouillées en position pratique-

ment fixe par les dispositifs moteurs (7, 9, 10, 12 et 14) pendant l'opération de forage, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif (26 à 30) de libération au moins des articulations (4, 11) placées entre la flèche (2) et la poutre d'avance (5) et/ou de la poutre d'avance en direction longitudinale, afin qu'elles puissent se déplacer librement.

5. Installation selon la revendication 4, caracté-

risée en ce que le dispositif de libération (26 à 30) est adapté pour libérer les dispositifs moteurs (10, 12, 14) de

manière qu'ils puissent se déplacer librement, les articu-

lations (4, 11) pouvant ainsi se déplacer librement et la poutre d'avance (5) pouvant ainsi se déplacer librement en

direction longitudinale.

6. Installation selon la revendication 5, caracté-

risée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif destiné à libérer la tige de forage (17) de la force d'avance agis-

sant sur elle.

7. Installation selon l'une des revendications 5 et

6, dans laquelle les dispositifs moteurs (7, 9, 10, 12, 14) sont des vérins commandés par un fluide sous pression, une

vanne d'arrêt (25) étant montée dans des conduits de circu-

lation de fluide sous pression rejoignant les chambres (20, 21) formées de part et d'autre d'un piston (19), la vanne d'arrêt séparant les chambres (20, 21) d'une source (23) de fluide sous pression et d'un réservoir (22) de fluide lorsque le vérin est à l'état bloqué, caractérisée en ce que le dispositif de libération (26 à 30) comporte une soupape de libération (26) pour chaque vérin (10, 12, 14) qui peut être libéré de manière qu'il puisse se déplacer librement, la soupape de libération (26) étant connectée aux conduits de circulation de fluide sous pression qui communiquent avec les chambres (20, 21), entre la vanne

d'arrêt (25) et les chambres (20, 21), et aussi au réser-

voir (22) de fluide, la soupape de libération étant des-

tinée à connecter les chambres (20, 21) au réservoir (22) et l'une à l'autre afin que le vérin (10, 12, 14) soit libéré.