FR2761112A1 - Configuration utilisee dans une foreuse de roche et procede de commande de forage de roche - Google Patents
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Abstract
Configuration utilisée dans une foreuse de roche comprenant une tige (3) et un piston de percussion (2) et des moyens de levage pour déplacer la tige (3) vers le piston de percussion (2) , et un procédé de commande de forage de roche.La configuration comprend une douille de levage (7) autour de la tige (3) et une pluralité de pistons de levage cylindriques (8a, 8b) autour de la tige (3). Dans le procédé, lors du forage vers le bas, la grandeur de la force d'avance de la foreuse de roche est diminuée comme le nombre de tiges de prolongement augmente, et une force est réglée pour agir sur quelques pistons pour déplacer la tige (3) vers le point de percussion.
Description
L'invention se rapporte à une configuration utilisée dans une foreuse de roche comprenant à son extrémité avant une tige à mouvement de va-et-vient pour être frappée par un piston de percussion allant et venant dans la direction de déplacement de la tige, et des moyens de levage, actionnés par un fluide sous pression, pour déplacer la tige vers le piston de percussion.
L'invention se rapporte en outre à un procédé de commande de forage de roche lors du forage d'un trou s'étendant vers le bas par forage avec une tige de prolongement à l'aide d'une foreuse de roche comprenant à son extrémité avant une tige à mouvement de va-et-vient à laquelle est assujettie une tige de prolongement et qui est frappée par un piston de percussion allant et venant dans la direction de déplacement de la tige, une douille de levage entourant la tige et comprenant sur le côté du piston de percussion une surface de levage agissant sur la tige, au moins deux pistons de levage agencés pour agir sur la tige et servant à élever la tige au moyen d'une pression de fluide sous pression vers le piston de percussion de façon à déplacer la tige vers un point de percussion souhaité dans le sens longitudinal de la foreuse de roche, une force d'avance poussant la foreuse de roche vers l'avant étant conçue pour agir sur la foreuse de roche pendant le forage.
Dans certains cas le problème dans les foreuses de roche est qu'il doit être possible d'élever la tige jusqu'au point de percussion au moment où le matériel de forage se coince. Cela est réalisé de façon classique en agençant ce qui est connu sous nom de piston de levage soit de façon fixée à la tige soit de façon séparée autour de celle-ci. La pression de fluide sous pression, réglée pour agir sur le piston de levage, sert à déplacer la tige vers le piston de percussion par rapport à l'extrémité avant de la foreuse de roche. De telles solutions sont connues par exemple d'après les brevets des Etats-Unis 4.109.734, 4.718.500, et 5.002.136.
Dans ces solutions la tige est enfermée dans un piston de levage séparé, qui est une pièce annulaire séparée entourant la tige. Le piston de levage se déplace dans une chambre cylindrique agencée dans le corps de la foreuse, et doit être rendu étanche dans la chambre des deux côtés afin que le fluide sous pression amené dans la chambre cylindrique pousse le piston de levage, et en conséquence, la tige à travers une surface de support dans la tige, vers le piston de percussion, et en conséquence, le point de percussion. Le problème dans ces solutions est que l'opération consistant à rendre étanche un piston est fastidieuse, et de même les espaces libres ou jeux doivent être relativement grands à tous égards afin que le piston de levage et la tige puissent se placer dans une position appropriée l'un par rapport à l'autre, même lorsque la tige est soumise à une charge. Cela entraîne encore des fuites de fluide sous pression abondantes et, en conséquence, augmente la consommation de fluide sous pression. En outre, I'étanchéification de cette structure de façon fiable est fastidieuse et des endommagements de l'étanchéité se produisent aisément, entraînant des frais d'utilisation et d'entretien supplémentaires.
Le brevet des Etats-Unis 4.582.145 décrit encore une solution dans laquelle une surface formant piston de levage séparée, se déplaçant dans un cylindre formé dans le corps de la foreuse, est agencée dans la tige. Dans ce mode de réalisation la tige peut être élevée en amenant un fluide sous pression dans la chambre cylindrique de façon à faire agir la pression sur la surface formant piston de la tige et donc déplacer la tige vers le point de percussion. Le piston de levage doit être rendu étanche soigneusement même dans cette structure et la fabrication de la tige entraîne des frais supplémentaires. De même, I'extrémité avant de la tige doit être montée sur des paliers et rendue étanche de telle manière que lorsque la tige exerce un choc vers l'avant, le fluide sous pression qui est refoulé à partir de la chambre cylindrique ne rompe pas les joints d'étanchéité à l'extrémité avant. Cela accroît les exigences mises sur toute
la structure, et entraîne naturellement une augmentation des coûts de fabrication.
la structure, et entraîne naturellement une augmentation des coûts de fabrication.
Un autre problème se posant dans toutes ces solutions est que
la force de levage de la tige peut uniquement être réglée ou commandée par réglage de la pression de fluide sous pression, et en conséquence la force du piston de levage peut produire une résistance élevée inutile au mouvement de choc produit par le piston de percussion. Cela entraîne encore des pertes de capacité et un échauffement inutile du fluide sous
pression, entraînant une capacité de forage totale plus faible.
la force de levage de la tige peut uniquement être réglée ou commandée par réglage de la pression de fluide sous pression, et en conséquence la force du piston de levage peut produire une résistance élevée inutile au mouvement de choc produit par le piston de percussion. Cela entraîne encore des pertes de capacité et un échauffement inutile du fluide sous
pression, entraînant une capacité de forage totale plus faible.
Le but de la présente invention est de proposer une configuration pour réaliser l'élévation de la tige vers la position de choc simplement et aisément et pour choisir la force de levage agissant sur la tige de manière appropriée, suivant les circonstances. Un autre but de l'invention est de proposer une configuration qui soit facile et simple à fabriquer et qui fonctionne de façon fiable et en toute sécurité.
Un autre but de la présente invention est encore de proposer un procédé de commande de forage de roche aisé et simple lors du forage d'un trou s'étendant vers le bas, particulièrement par forage avec une tige de prolongement de façon à pouvoir maintenir des paramètres de réglage du forage donnés sensiblement identiques sans tenir compte du nombre de tiges de prolongement ni du poids de la tige de forage, et avec lesquels la capacité de forage peut être réalisée de diverses façons, en fonction des besoins, suivant les circonstances.
La configuration de l'invention est caractérisée en ce que les moyens de levage comprennent autour de la tige une douille de levage comportant sur la face latérale du piston de percussion une surface de levage agissant sur la tige, autour de la tige une pluralité de pistons de levage cylindriques agissant sur la douille de levage au niveau d'une extrémité et comprenant une chambre cylindrique destinée à un fluide sous pression à l'extrémité opposée.
Selon des modes particulières de réalisation, la configuration comprend l'un ou plusieurs des caractéristiques suivantes
- les pistons de levage sont accouplés pour agir sur la douille de levage au moyen de chevilles de levage disposées entre ceux-ci;
- la longueur de déplacement de chaque groupe formé par les pistons est différente vers la tige de façon à permettre à quelques-uns des pistons de levage de se déplacer plus loin que d'autres vers le piston de percussion;
- il y a au moins deux groupes séparés de pistons de levage derrière lesquels agit une pression de fluide sous pression indépendante;
- lorsque les pistons qui se déplacent le plus sur leur longueur de déplacement vers le piston de percussion sont dans leur position extrême dans la direction de la tige, la tige se trouve dans sa position optimale en ce qui concerne la transmission d'énergie de choc;
- pour lubrifier les surfaces de glissement de la tige, au moins quelques-uns des pistons de levage sont montés dans leurs chambres cylindriques sans joints d'étanchéité séparés, et pour amener l'huile s'écoulant depuis l'espace libre entre eux jusqu'à la surface de la tige au niveau de l'extrémité des pistons de levage en vis-à-vis du piston de percussion se trouve une chambre communiquant avec le piston de percussion et par l'intermédiaire de laquelle la circulation d'air à fournir transporte l'huile vers les surfaces à lubrifier;
- l'extrémité avant de la foreuse de roche comprend autour de la tige une douille de rinçage séparée formant une chambre de rinçage pour amener un agent de rinçage par des passages aménagés dans la tige vers le levage sont montés autour de la douille de rinçage dans le sens longitudinal de la foreuse de roche sensiblement au niveau de la douille de rinçage; et
- l'extrémité avant de la foreuse de roche comporte un palier entourant la tige, et les pistons de levage sont montés autour du palier sensiblement à proximité du palier dans le sens longitudinal de la foreuse de roche.
- les pistons de levage sont accouplés pour agir sur la douille de levage au moyen de chevilles de levage disposées entre ceux-ci;
- la longueur de déplacement de chaque groupe formé par les pistons est différente vers la tige de façon à permettre à quelques-uns des pistons de levage de se déplacer plus loin que d'autres vers le piston de percussion;
- il y a au moins deux groupes séparés de pistons de levage derrière lesquels agit une pression de fluide sous pression indépendante;
- lorsque les pistons qui se déplacent le plus sur leur longueur de déplacement vers le piston de percussion sont dans leur position extrême dans la direction de la tige, la tige se trouve dans sa position optimale en ce qui concerne la transmission d'énergie de choc;
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- l'extrémité avant de la foreuse de roche comporte un palier entourant la tige, et les pistons de levage sont montés autour du palier sensiblement à proximité du palier dans le sens longitudinal de la foreuse de roche.
Le procédé de l'invention est caractérisé en outre en ce que lors d'un forage vers le bas, la grandeur de la force d'avance est réduite comme le nombre de tiges de prolongement augmente proportionnellement à leur poids, et en ce que lorsque la force d'avance atteint une valeur de seuil prédéfinie Fmin, une telle pression de fluide sous pression est réglée pour agir sur au moins quelques-uns des pistons de levage qui maintiendront la force agissant entre la foreuse de roche et la tige et déplaçant le corps de la foreuse de roche vers la tige jusqu'à un point de percussion souhaité, sensiblement à ladite valeur.
Selon des modes particulières de réalisation, le procédé peut comprendre les caractéristiques suivantes
- la valeur de la pression de fluide sous pression est toujours augmentée lorsqu'on ajoute une nouvelle tige de prolongement proportionnellement à l'augmentation de force produite par sa masse, et
- la pression de fluide sous pression agissant sur les pistons de levage est réglée de telle manière que la tige reste à une certaine distance vers 1 'extrémité avant de la foreuse de roche par rapport au point de percussion optimal de la tige une partie de l'énergie de choc du piston de percussion étant amortie par un coussin d'amortissement situé à l'extrémité avant du piston de percussion, seule une partie de la force de percussion étant transmise par l'intermédiaire de la tige au trépan.
- la valeur de la pression de fluide sous pression est toujours augmentée lorsqu'on ajoute une nouvelle tige de prolongement proportionnellement à l'augmentation de force produite par sa masse, et
- la pression de fluide sous pression agissant sur les pistons de levage est réglée de telle manière que la tige reste à une certaine distance vers 1 'extrémité avant de la foreuse de roche par rapport au point de percussion optimal de la tige une partie de l'énergie de choc du piston de percussion étant amortie par un coussin d'amortissement situé à l'extrémité avant du piston de percussion, seule une partie de la force de percussion étant transmise par l'intermédiaire de la tige au trépan.
Une idée essentielle de la configuration de l'invention est que la tige est élevée à l'aide d'une douille de levage séparée qui, elle-même, ne fonctionne pas comme un piston mais à la place, transmet uniquement la force de levage à la tige. Une autre idée essentielle de l'invention est que pour produire la force de levage, au moins deux pistons cylindriques entourent la tige de manière sensiblement symétrique et sont disposés chacun dans une chambre cylindrique qui lui est affectée, éventuellement rendue étanche de façon appropriée. Une caractéristique d'un mode de réalisation préféré de l'invention est qu'il comprend au moins deux groupes de pistons ayant des longueurs de course différentes et au moyen desquels la tige peut être élevée, suivant les circonstances, d'une longueur différente vers le point de percussion.
Une idée essentielle du procédé de l'invention est que lorsque la force d'avance agissant sur la foreuse de roche est réduite au fur et à mesure que le poids des tiges de prolongement augmente, une transmission d'énergie suffisante peut être assurée en introduisant derrière les pistons de levage, si nécessaire, une pression qui maintiendra la force déplaçant la foreuse de roche et la tige l'une vers l'autre au niveau d'une force préréglée, ayant comme conséquence que la tige se trouve au point
de percussion souhaité tandis qu'une transmission d'énergie de choc
suffisante est aussi réalisée depuis le piston de percussion en passant par
la tige jusqu'à la tige de prolongement. De cette façon, les autres
paramètres de forage peuvent être maintenus de la manière souhaitée sensiblement identiques sans tenir compte du nombre de tiges de prolongement ou du type de tige de forage qui est fixé à la foreuse de roche.
de percussion souhaité tandis qu'une transmission d'énergie de choc
suffisante est aussi réalisée depuis le piston de percussion en passant par
la tige jusqu'à la tige de prolongement. De cette façon, les autres
paramètres de forage peuvent être maintenus de la manière souhaitée sensiblement identiques sans tenir compte du nombre de tiges de prolongement ou du type de tige de forage qui est fixé à la foreuse de roche.
Un avantage de l'invention est que la douille de levage n'a réellement pas besoin de joint d'étanchéité, ce qui rend sa fabrication et
son montage aisés. Un avantage supplémentaire de l'invention est que la fabrication de petits cylindres de piston pour le corps de la foreuse ou d'une pièce devant être fixée au corps, et aussi la fabrication de petits pistons cylindriques, sont aisées et simples par rapport aux solutions connues. Un autre avantage de l'invention est encore que la commande du
levage est aisée et simple à réaliser pour des longueurs de déplacement de levage différentes. Un avantage de l'invention est encore qu'il est aisé d'ajouter la structure de l'invention à des machines existantes avec un changement de pièces minimum. Un avantage supplémentaire de
l'invention est que les jeux ou espaces libres des pistons ayant de petits
diamètres sont aussi peu importants, et en conséquence les fuites sont minimes, les pistons ne devant pas obligatoirement être rendus étanches parce qu'on peut utiliser l'huile perdue pour la lubrification. Un autre avantage est encore que la structure normale de la foreuse de roche n'augmente pas de longueur puisque les pistons, le palier de tige et un éventuel dispositif de rinçage peuvent être incorporés dans la même structure, même sensiblement au même point axial. Un avantage supplémentaire est que, lorsque les pistons comprennent un joint d'étanchéité, le jeu peu important du piston étrangle l'impulsion de pression produite par un choc dans le joint d'étanchéité, minimisant le risque d'endommager le joint d'étanchéité. Un avantage du procédé de l'invention est que le forage est facile à régler puisque les valeurs des paramètres de réglage nécessaires pour régler le forage effectif ne doivent pas être modifiées lorsque le poids de la tige de forage ou de la tige de
prolongement est modifié, mais la variation de poids peut être compensée au moyen de la force d'avance et de la pression de fluide sous pression agissant derrière les pistons de levage. Un avantage supplémentaire est que la grandeur de la force de percussion agissant par l'intermédiaire du trépan sur la roche à forer peut être réglée par réglage de la valeur de la pression exercée derrière les pistons de levage de telle manière que la tige reste à une certaine distance vers l'extrémité avant de la foreuse de roche par rapport à son point de percussion optimal, le piston de percussion frappant partiellement sur son coussin d'amortissement et une partie de la force de percussion étant amortie en même temps, car seule la partie restante est capable de se déplacer en passant par la tige vers la tige de forage et donc vers le trépan.
son montage aisés. Un avantage supplémentaire de l'invention est que la fabrication de petits cylindres de piston pour le corps de la foreuse ou d'une pièce devant être fixée au corps, et aussi la fabrication de petits pistons cylindriques, sont aisées et simples par rapport aux solutions connues. Un autre avantage de l'invention est encore que la commande du
levage est aisée et simple à réaliser pour des longueurs de déplacement de levage différentes. Un avantage de l'invention est encore qu'il est aisé d'ajouter la structure de l'invention à des machines existantes avec un changement de pièces minimum. Un avantage supplémentaire de
l'invention est que les jeux ou espaces libres des pistons ayant de petits
diamètres sont aussi peu importants, et en conséquence les fuites sont minimes, les pistons ne devant pas obligatoirement être rendus étanches parce qu'on peut utiliser l'huile perdue pour la lubrification. Un autre avantage est encore que la structure normale de la foreuse de roche n'augmente pas de longueur puisque les pistons, le palier de tige et un éventuel dispositif de rinçage peuvent être incorporés dans la même structure, même sensiblement au même point axial. Un avantage supplémentaire est que, lorsque les pistons comprennent un joint d'étanchéité, le jeu peu important du piston étrangle l'impulsion de pression produite par un choc dans le joint d'étanchéité, minimisant le risque d'endommager le joint d'étanchéité. Un avantage du procédé de l'invention est que le forage est facile à régler puisque les valeurs des paramètres de réglage nécessaires pour régler le forage effectif ne doivent pas être modifiées lorsque le poids de la tige de forage ou de la tige de
prolongement est modifié, mais la variation de poids peut être compensée au moyen de la force d'avance et de la pression de fluide sous pression agissant derrière les pistons de levage. Un avantage supplémentaire est que la grandeur de la force de percussion agissant par l'intermédiaire du trépan sur la roche à forer peut être réglée par réglage de la valeur de la pression exercée derrière les pistons de levage de telle manière que la tige reste à une certaine distance vers l'extrémité avant de la foreuse de roche par rapport à son point de percussion optimal, le piston de percussion frappant partiellement sur son coussin d'amortissement et une partie de la force de percussion étant amortie en même temps, car seule la partie restante est capable de se déplacer en passant par la tige vers la tige de forage et donc vers le trépan.
L'invention va être décrite en plus grand détail par référence aux dessins annexés, dans lesquels:
- la Figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation de l'invention,
- la Figure 2 représente schématiquement une coupe selon la ligne A - A sur la Figure 1,
- la Figure 3 représente schématiquement un autre mode de réalisation de l'invention,
- la Figure 4 représente schématiquement un troisième mode de réalisation de l'invention, et
- la Figure 5 représente schématiquement l'application du procédé de l'invention.
- la Figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation de l'invention,
- la Figure 2 représente schématiquement une coupe selon la ligne A - A sur la Figure 1,
- la Figure 3 représente schématiquement un autre mode de réalisation de l'invention,
- la Figure 4 représente schématiquement un troisième mode de réalisation de l'invention, et
- la Figure 5 représente schématiquement l'application du procédé de l'invention.
La Figure 1 représente schématiquement une coupe partielle de l'extrémité avant d'une foreuse de roche. Un piston de percussion 2 est soumis à un mouvement de va-et-vient à l'intérieur d'un corps 1 d'une foreuse de roche par un mécanisme de frappe, connu en soi et évident pour les personnes spécialisées dans la technique. En face du piston de percussion 2 est agencée une tige 3, à l'une des extrémités de laquelle une tige de forage, non représentée, est assujettie d'une manière connue en soi, et dont l'extrémité en vis-à-vis du piston de percussion est normalement frappée par le piston de percussion pendant le forage. Le corps de la foreuse de roche comprend à son extrémité avant autour de la tige 3 une pièce avant 4 qui peut être enlevée du corps I pour changer la tige. La pièce avant 4 comporte un palier 5 de tige sur lequel la tige 3 se déplace dans la direction axiale et tourne par suite d'une rotation. Pour tourner, la tige comporte des cannelures 3a par l'intermédiaire desquelles la tige est mise en rotation par un moteur rotatif séparé d'une manière connue en soi et non décrite. Dans le cas représenté sur la Figure, la tige est entourée par une douille de rotation 6, par rapport à laquelle la tige peut se déplacer principalement dans son sens longitudinal en raison des cannelures qui correspondent à ses cannelures. La douille de rotation 6 est à son tour mise en rotation par un moteur rotatif agissant sur les cannelures 6a à sa périphérie, la douille de rotation 6 et la tige 3 tournant ensemble à la même vitesse.
A l'avant des cannelures 3a de la tige 3 se trouve une douille de levage 7 comportant une surface de levage 7a qui présente une surface convergente sur le côté des cannelures 3a et est parallèle aux surfaces des extrémités des cannelures 3a munies d'extrémités biseautées. De cette façon la douille de levage 7 repose solidement contre les extrémités des cannelures 3a. Des pistons de levage 8a et 8b, disposés dans des chambres cylindriques 9a et 9b agencées dans la pièce avant 4, sont agencés depuis la douille de levage 7 jusqu'à l'extrémité avant de la foreuse de roche, c'est-à-dire à gauche sur la Figure. Un passage commun 10 pour la pression de levage s'étend derrière les pistons de levage 8a et 8b. Le fluide sous pression amené dans le passage pour la pression de levage agit derrière les pistons 8a et 8b et les déplace vers l'extrémité arrière de la foreuse de roche, c'est-à-dire vers la droite sur la Figure. De cette façon le piston de levage 8a et 8b sert à pousser la douille de levage 7 et donc la tige 3 vers la partie arrière de la foreuse de roche, c'est-à-dire vers le piston de percussion 2.
Comme l'indique la Figure 1, les pistons de percussion 8a et 8b ont des longueurs de déplacement ou de course différentes, le piston de percussion 8a étant capable de se déplacer dans le sens longitudinal de la foreuse de roche d'une plus longue distance vers la tige 3 avant qu'il ne heurte un collier Il a qui arrête le mouvement. De même, le piston de levage 8b est capable de se déplacer d'une plus courte distance vers la tige 3 avant de heurter un collier Il b. En raison de cette structure, la tige se déplace toujours au moyen de la force commune des pistons 8a et 8b vers la tige 3, mais la tige se déplace vers son point de percussion optimal réel par la seule action de la force commune des pistons 8a. Le palier 5 de tige peut être lubrifié, par exemple de la façon indiquée sur la Figure, c'està-dire qu'il n'y a pas de joints d'étanchéité séparés entre les pistons de levage 8a et 8b et les chambres cylindriques 9a et 9b, puisque l'espace libre entre eux est petit. En conséquence, le fluide sous pression agissant derrière les pistons de levage 8a et 8b peut s'écouler à un certain degré à travers l'espace libre vers la face latérale de la douille de levage 7 jusque dans un espace 12 qui y est créé. De l'air est amené vers l'espace 12 par un passage 13 pour l'air, et le flux ou la circulation d'air, lorsqu'il part, emmène avec lui l'huile qui est entrée dans l'espace 12 et la conduit entre la tige 3 et le palier 5 de tige. L'air et l'huile que celui-ci a transporté sont évacués de l'avant du palier 5 à l'extrémité avant de la foreuse de roche par un passage de décharge 14. En outre, si les cannelures de la tige doivent être lubrifiées, cela peut être réalisé au moyen d'un second passage de décharge 14', représenté sur la Figure, si bien que, lorsque
I'air circule, il passe devant les cannelures 3a et les lubrifie et sort par le passage 14'. Les pistons de levage 8a et 8b peuvent aussi être réalisés de manière différente de telle sorte qu'ils aient un effet amortisseur différent sur le mouvement de la tige. La longueur de course du piston de levage 8a l'amène à recevoir le mouvement de choc de la tige plus tôt, amortissant celui-ci si nécessaire. D'autre part, I'extrémité des pistons de percussion 8b en vis-à-vis de la chambre cylindrique 9b peut comporter une cheville ou goupille d'étranglement 15 qui, avec un petit jeu, peut s'étendre à l'intérieur d'un passage 16b pour fluide sous pression à l'extrémité arrière de la chambre cylindrique 9b. Dans ce cas, lorsque la goupille d'étranglement 15 s'étend à l'intérieur du passage, L'espace libre entre ceux-ci joue le rôle d'un étranglement et ralentit la décharge du fluide sous pression provenant de la chambre cylindrique 9b jusqu'au passage pour fluide sous pression, et en conséquence joue le rôle d'un amortisseur efficace lorsque la tige atteint l'extrémité avant de sa longueur de course. De même, le passage 16a pour fluide sous pression du piston de levage 8a peut avoir un plus petit diamètre car aucune goupille d'étranglement ne doit y être fixée. La goupille d'étranglement décrite ci-dessus peut évidemment être fixée aussi à l'extrémité arrière du piston de levage 8a. La section de la goupille d'étranglement peut aussi varier de telle façon que son diamètre diminue en s'éloignant du piston de levage, I'effet d'étranglement augmentant au fur et à mesure que la goupille d'étranglement 15 pénètre plus profondément dans le passage.
I'air circule, il passe devant les cannelures 3a et les lubrifie et sort par le passage 14'. Les pistons de levage 8a et 8b peuvent aussi être réalisés de manière différente de telle sorte qu'ils aient un effet amortisseur différent sur le mouvement de la tige. La longueur de course du piston de levage 8a l'amène à recevoir le mouvement de choc de la tige plus tôt, amortissant celui-ci si nécessaire. D'autre part, I'extrémité des pistons de percussion 8b en vis-à-vis de la chambre cylindrique 9b peut comporter une cheville ou goupille d'étranglement 15 qui, avec un petit jeu, peut s'étendre à l'intérieur d'un passage 16b pour fluide sous pression à l'extrémité arrière de la chambre cylindrique 9b. Dans ce cas, lorsque la goupille d'étranglement 15 s'étend à l'intérieur du passage, L'espace libre entre ceux-ci joue le rôle d'un étranglement et ralentit la décharge du fluide sous pression provenant de la chambre cylindrique 9b jusqu'au passage pour fluide sous pression, et en conséquence joue le rôle d'un amortisseur efficace lorsque la tige atteint l'extrémité avant de sa longueur de course. De même, le passage 16a pour fluide sous pression du piston de levage 8a peut avoir un plus petit diamètre car aucune goupille d'étranglement ne doit y être fixée. La goupille d'étranglement décrite ci-dessus peut évidemment être fixée aussi à l'extrémité arrière du piston de levage 8a. La section de la goupille d'étranglement peut aussi varier de telle façon que son diamètre diminue en s'éloignant du piston de levage, I'effet d'étranglement augmentant au fur et à mesure que la goupille d'étranglement 15 pénètre plus profondément dans le passage.
La Figure 2 représente schématiquement une coupe de la structure du mode de réalisation de la Figure 1 suivant la ligne A - A. Cela indique la façon dont les pistons de levage 8a et 8b sont positionnés autour de la tige 3 idéalement à la périphérie d'un cercle qui est coaxial avec la tige de telle façon qu'ils vont et viennent l'un après l'autre, fournissant la force de levage symétrique idéale à la douille de levage 7.
La Figure 3 représente aussi une coupe de l'extrémité avant d'une foreuse de roche, et dans celle-ci un second mode de réalisation de l'invention. Sur la Figure 3, des chiffres identiques ont été utilisés pour indiquer les composants correspondants sur les Figures 1 et 2 et ces composants ne seront pas décrits séparément à moins que cela ne soit rendu nécessaire séparément pour la compréhension de l'invention à un moment ou à un autre.
Le mode de réalisation de la Figure 3 comporte une structure de foreuse de roche comprenant à l'extrémité avant de la foreuse de roche une chambre de rinçage pour amener un agent de rinçage à l'intérieur de la tige et en passant par celle-ci à travers la tige de forage jusqu'au trou à forer. Dans ce mode de réalisation le corps comprend entre la pièce avant 4 et le corps 1 une pièce d'espacement séparée 17 dans laquelle est agencée la structure de la chambre de rinçage. La tige 3 comporte dans sa partie interne un passage de rinçage 3b qui communique avec la surface extérieure de la tige 3 par un passage transversal 3c traversant celle-ci.
Des deux côtés du passage transversal 3c dans le sens longitudinal de la tige, la tige 3 est entourée par des joints d'étanchéité 18a et 1 8b pour rendre la tige étanche des deux côtés du passage transversal 3c. Autour du passage transversal 3c se trouve une chambre de distribution 19 entourant la tige 3 et formant un espace le long duquel l'agent de rinçage peut s'écouler vers le passage transversal 3c et plus vers l'avant. La chambre de distribution 19 est encore reliée par un passage 20 pour agent de rinçage à la surface extérieure de la pièce d'espacement 17 et à partir de là d'une manière connue en soi par un flexible ou analogue, non représenté, à des dispositifs d'alimentation en agent de rinçage, connus en soi et non décrits.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, I'effet moteur des pistons de levage 8a et 8b est communiqué à la douille de levage 7 par des chevilles ou goupilles de levage séparées 21. Les goupilles de levage 21 sont conçues à leur tour pour se déplacer au moyen d'une douille de commande séparée 22, des trous correspondant aux goupilles de levage 21 étant formés dans la douille de commande 22. De même, des évidements ont été formés dans la douille de commande 22 pour les pistons de levage 8a, de telle sorte que les pistons de levage 8a sont capables de s'étendre plus profondément que la face de la douille de commande 22 en vis-à-vis de l'extrémité avant de la foreuse de roche pour obtenir la longueur de course souhaitée d'une longueur différente. Dans ce mode de réalisation, entre les pistons de levage 8a et 8b et les chambres cylindriques 9a et 9b sont aussi agencés des joints d'étanchéité 23 pour rendre étanches les pistons de levage par rapport aux chambres cylindriques. Pour protéger les joints d'étanchéité 23, des rainures d'évacuation 24 dans lesquelles s'écoule le fluide sous pression provenant des chambres cylindriques 9a et 9b, sont agencées entre les pistons de levage 8a et 8b vers l'extrémité avant de la foreuse de roche à partir des joints d'étanchéité. Les rainures d'évacuation 24 sont raccordées par des passages séparés à un flexible de renvoi menant à un récipient à fluide sous pression, de telle sorte qu'une force sensiblement nulle agit sur les rainures. Donc, les joints d'étanchéité 23 ne seront pas soumis à des chocs de pression très importants, même lorsque le piston de percussion 2 frappera la tige 3 vers l'extrémité avant de la tige 3. La lubrification entre la tige 3 et son palier 5 a lieu en amenant par le passage 13 pour l'air vers l'avant des pistons de levage 8a et 8b, de l'air contenant un brouillard d'huile, le brouillard d'huile s'écoulant à partir des espaces libres entre les goupilles de levage 21 et la douille de commande 22 vers le côté de la douille de levage et de là plus loin entre la tige 3 et son palier 5 et encore par le passage d'évacuation 14 jusqu'à la séparation d'huile.
Dans ce mode de réalisation, les pressions qui peuvent être de grandeurs différentes les unes des autres, sont conçues pour agir indépendamment par l'intermédiaire de passages séparés 10' et 10" derrière les pistons de levage 8a et 8b, respectivement, de telle façon que la force de levage produite par le groupe formé par les pistons de levage 8a soit différente de la force de levage commune produite par les pistons de levage 8a et 8b.
La Figure 4 représente à son tour une coupe de l'extrémité avant d'une foreuse de roche comportant un troisième mode de réalisation de l'invention. Sur la Figure 4, des chiffres identiques ont été utilisés pour indiquer les composants correspondants sur les Figures 1 à 3 et ces composants ne seront pas décrits à part sauf si cela est requis pour la compréhension de l'invention. Dans ce mode de réalisation une chambre de rinçage est agencée dans la pièce avant à l'intérieur de la structure de piston de levage. Cela accroît le diamètre de la structure mais raccourcit celle-ci longitudinalement. Le fonctionnement et la structure des pistons de levage, et le rinçage et la lubrification sont identiques à ceux de la Figure 3, sauf que la lubrification de la tige 3 et de son palier 5 est réalisée à l'aide d'un passage de lubrification séparé 25, qui conduit l'air avec un brouillard d'huile depuis le côté de la douille de levage en passant devant la chambre de rinçage jusqu'à sa face avant à travers la tige et son palier 5. La figure 4 indique aussi la façon dont les différentes fonctions peuvent être exécutées à l'aide de composants auxiliaires en forme de douille montés à l'intérieur de la pièce avant 4, si bien que les chambres cylindriques 9a et 9b sont agencées dans une douille cylindrique séparée 4a, rendue étanche si nécessaire par des joints d'étanchéité 26 par rapport à la pièce avant 4. Comme indiqué sur la Figure 3, la chambre de rinçage est aussi constituée d'une douille de rinçage séparée 27, qui est aussi rendue étanche par rapport à la pièce avant 4 par des joints d'étanchéité si nécessaire. Afin d'assurer la lubrification, la douille de commande 22, disposée dans une rainure formée par la pièce avant 4, la douille cylindrique 4a et la douille de rinçage 27 sont rendues étanches à leurs périphéries intérieure et extérieure par un joint d'étanchéité 29 pour faire s'écouler l'huile suivant un trajet donné. L'extrémité avant de la tige 3 comporte aussi un joint d'étanchéité 30, qui est aussi visible sur la Figure 3 et sert à empêcher l'huile de s'écouler depuis une position entre la tige 3 et la pièce avant 4 à l'extérieur de la foreuse de roche. La Figure et la Figure précédente 3 indiquent la façon dont les chambres cylindriques 9a et 9b des pistons 8a et 8b peuvent être munies de coussins d'amortissement par rapport aux passages 10' et 10" vers l'extrémité avant de la foreuse de rocheuse. Dans ces cas, I'amortissement est basé sur le fait que lorsque les pistons de levage 8a et 8b entrent dans leurs chambres cylindriques après avoir dépassé les passages 10' et 10", ils heurtent un coussin de liquide qui peut être évacué par les seuls espaces libres ou jeux des pistons 8a et 8b et les chambres cylindriques 9a et 9b, provoquant ainsi un amortissement intense sans que les pistons frappent mécaniquement le fond du cylindre.
Lors du forage avec une foreuse de roche selon l'invention, le forage peut être réglé lors du forage vers le bas en amenant derrière les pistons de levage 8a et 8b un fluide sous pression à une telle pression qu'il produise une force déplaçant la tige et donc la tige de forage ou la tige de prolongement qui y est fixée vers le piston de percussion. Cela permet de compenser l'augmentation de poids de la tige de prolongement par augmentation du niveau de la pression agissant derrière les pistons de levage 8a et 8b dans un rapport correspondant lorsqu'on ajoute de nouvelles tiges de prolongement. Lorsqu'on a l'intention de régler la force de percussion transmise par l'intermédiaire du trépan à la roche à forer, la pression de fluide sous pression derrière les pistons de levage 8a et 8b est réglée de telle façon que la tige reste par rapport à son point de percussion optimal à une certaine distance vers l'extrémité avant de la foreuse de roche, c'est-à-dire dans ce mode de réalisation une distance déterminée par les pistons de percussion 8b dont la longueur de course est plus courte. De cette façon le piston de percussion 2 imprime un choc à un coussin d'amortissement situé à son extrémité avant et repéré par la lettre
V sur la Figure 1 et d'usage courant, ayant comme conséquence qu'une partie de la force de percussion fournie par le piston de percussion disparaît face à la résistance opposée par le coussin d'amortissement, et donc seule une partie de la force de percussion exercée par le choc du piston de percussion 2 sur la tige est transmise par l'intermédiaire de la tige de forage ou la tige de prolongement au trépan ou foret et donc à la roche à forer. Suivant les circonstances, le volume de cette pression supplémentaire peut être réglé comme on le souhaite pour transmettre des forces de percussion de grandeurs différentes par l'intermédiaire du trépan à la roche.
V sur la Figure 1 et d'usage courant, ayant comme conséquence qu'une partie de la force de percussion fournie par le piston de percussion disparaît face à la résistance opposée par le coussin d'amortissement, et donc seule une partie de la force de percussion exercée par le choc du piston de percussion 2 sur la tige est transmise par l'intermédiaire de la tige de forage ou la tige de prolongement au trépan ou foret et donc à la roche à forer. Suivant les circonstances, le volume de cette pression supplémentaire peut être réglé comme on le souhaite pour transmettre des forces de percussion de grandeurs différentes par l'intermédiaire du trépan à la roche.
La Figure 5 représente schématiquement la façon dont la pression de fluide sous pression agissant derrière les pistons de levage 8a peut être réglée lors du forage vers le bas avec une tige de prolongement afin d'obtenir la force de contact avec la roche et la transmission d'énergie souhaitées. La Figure représente une ligne en escalier M, représentant la force produite par la masse de tiges de prolongement disposées les unes à la suite des autres et que le trépan utilise pour enfoncer la roche à forer. La ligne F représente à son tour la somme du poids de la tige de prolongement et de la force d'avance réglée pour agir sur la foreuse de roche, la force d'avance étant la distance entre la ligne en escalier M et la ligne F. Sur la Figure au point K, lorsque la valeur de la force d'avance avoisine la force Fi, nécessaire pour déplacer le corps de la foreuse de roche vers un nouveau point de percussion et comprenant aussi la force due à l'accélération vers l'avant du piston de percussion, une telle pression de fluide sous pression est réglée pour agir derrière les pistons de levage 8 qui produira une force déplaçant la tige vers son point de percussion et est représentée par la courbe en escalier AF au-dessus de la ligne F. Cela fera agir une force Fmin, qui est plus élevée que Fi et qui met la tige et la foreuse de roche dans une position de choc optimale l'une par rapport à
I'autre, entre la tige et la foreuse de roche. Le but est de maintenir la différence entre les forces Fmin et Fi constante, la tige se trouvant donc au moment du choc d'une manière souhaitée à un point de percussion approprié et la transmission d'énergie souhaitée étant réalisée. Dans certains cas, dans des circonstances anormales, par exemple lorsque la foreuse est coincée, par exemple on pourrait vouloir n'utiliser qu'une partie de la force de percussion, si bien qu'une telle force est naturellement réglée pour agir sur la tige qui fera se positionner la tige par exemple en un point déterminé par les pistons 8b et seule une partie de la force de percussion peut être transmise.
I'autre, entre la tige et la foreuse de roche. Le but est de maintenir la différence entre les forces Fmin et Fi constante, la tige se trouvant donc au moment du choc d'une manière souhaitée à un point de percussion approprié et la transmission d'énergie souhaitée étant réalisée. Dans certains cas, dans des circonstances anormales, par exemple lorsque la foreuse est coincée, par exemple on pourrait vouloir n'utiliser qu'une partie de la force de percussion, si bien qu'une telle force est naturellement réglée pour agir sur la tige qui fera se positionner la tige par exemple en un point déterminé par les pistons 8b et seule une partie de la force de percussion peut être transmise.
La description ci-dessus et les dessins illustrent l'invention uniquement à titre d'exemple et ne la limitent aucunement à ces exemples.
La longueur de course des pistons de levage peut être identique pour tous les pistons de levage, ou les pistons de levage peuvent avoir plusieurs longueurs de course différentes. En outre entre les pistons de levage et la tige ou à partir des pistons de levage vers l'extrémité arrière de la foreuse de roche, la structure de la chambre de rinçage peut aussi être située à l'extrémité avant de la foreuse de roche de telle façon que les pistons de levage soient placés par rapport à la chambre de rinçage vers le piston de percussion. Lorsqu'on utilise des structures différentes, il est naturellement évident qu'on utilise des joints d'étanchéité appropriés en conséquence d'une manière connue en soi aux points requis de façon à faire passer l'eau, I'air, L'huile par le passage ou suivant le trajet souhaités. D'autres configurations et solutions de lubrification différentes sont aussi tout-à-fait possibles d'une manière connue en soi.
On peut aussi utiliser la configuration présentée dans la description et les dessins dans une situation particulière indépendante de la direction de forage, c'est-à-dire pour décoincer en frappant une tige de forage coincée, autrement dit le matériel de forage. Dans cette situation la force requise pour l'extraction est transmise par l'intermédiaire de la configuration décrite à la tige et encore au matériel de forage. La frappe du piston de percussion contre la tige pendant l'extraction contribue à l'enlèvement du matériel. L'utilisation d'une force de percussion totale peut, toutefois, endommager le matériel, mais en utilisant la configuration pour le réglage de la force de percussion de la manière décrite plus haut, cet inconvénient peut être évité.
Claims (11)
1. Configuration utilisée dans une foreuse de roche comprenant à son extrémité avant une tige (3) à mouvement de va-et-vient pour être frappée par un piston de percussion (2) allant et venant dans la direction de déplacement de la tige (3), et des moyens de levage, actionnés par un fluide sous pression, pour déplacer la tige (3) vers le piston de percussion (2), c a r a c t é r i s é e en ce que les moyens de levage comprennent autour de la tige (3) une douille de levage (7) comportant sur le côté du piston de percussion (2) une surface de levage (7a) agissant sur la tige (3), autour de la tige (3) une pluralité de pistons de levage cylindriques (8a, 8b) agissant sur la douille de levage (7) au niveau d'une extrémité. et comportant une chambre cylindrique (9a, 9b) pour un fluide sous pression à l'extrémité opposée.
2. Configuration selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é e en ce que les pistons de levage (8a, 8b) sont accouplés pour agir sur la douille de levage (7) au moyen de chevilles de levage (21) disposées entre ceux-ci.
3. Configuration selon la revendication 1 ou 2, c a r a c t é r i s é e en ce que la longueur de déplacement de chaque groupe formé par les pistons (8a, 8b) est différente vers la tige (3) de façon à permettre à quelques-uns des pistons de levage de se déplacer plus loin que d'autres vers le piston de percussion.
4. Configuration selon la revendication 3, c a r a c t é r i s é e en ce qu'il y a au moins deux groupes séparés de pistons de levage (8a, 8b) derrière lesquels agit une pression de fluide sous pression indépendante.
5. Configuration selon la revendication 4, c a r a c t é r i s é e en ce que lorsque les pistons (8a) qui se déplacent ie plus sur leur longueur de déplacement vers le piston de percussion (2) sont dans leur position extrême dans la direction de la tige (3), la tige (3) se trouve dans sa position optimale en ce qui concerne la transmission d'énergie de choc.
6. Configuration selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, c a r a c t é r i s é e en ce que pour lubrifier les surfaces de glissement de la tige (3), au moins quelques-uns des pistons de levage (8a, 8b) sont montés dans leurs chambres cylindriques (9a, 9b) sans joints d'étanchéité séparés, et en ce que pour amener l'huile s'écoulant depuis l'espace libre entre eux jusqu'à la surface de la tige (3), au niveau de l'extrémité des pistons de levage (8a, 8b) en vis-à-vis du piston de percussion (2) se trouve une chambre (12) communiquant avec le piston de percussion et par l'intermédiaire de laquelle la circulation d'air à fournir transporte l'huile vers les surfaces à lubrifier.
7. Configuration selon l'une quelconque des revendications précédentes, c a r a c t é r i s é e en ce que l'extrémité avant de la foreuse de roche comprend autour de la tige (3) une douille de rinçage séparée (27) formant une chambre de rinçage pour amener un agent de rinçage par des passages (3b, 3c) aménagés dans la tige vers le trou à percer, et en ce que les pistons de levage (8a, 8b) sont montés autour de la douille de rinçage dans le sens longitudinal de la foreuse de roche sensiblement au niveau de la douille de rinçage.
8. Configuration selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, c a r a c t é r i s é e en ce que l'extrémité avant de la foreuse de roche comporte un palier (5) entourant la tige (3), et en ce que les pistons de levage (8a, 8b) sont montés autour du palier (5) sensiblement à proximité du palier (5) dans le sens longitudinal de la foreuse de roche.
9. Procédé de commande de forage de roche lors du forage d'un trou s'étendant vers le bas par forage avec une tige de prolongement à l'aide d'une foreuse de roche comprenant à son extrémité avant une tige (3) à mouvement de va-et-vient à laquelle est assujettie une tige de prolongement et qui est frappée par un piston de percussion (2) allant et venant dans la direction de déplacement de la tige (3), une douille de levage (7) entourant la tige (3) et comportant sur le côté du piston de percussion (2) une surface de levage (7a) agissant sur la tige (3), au moins deux pistons de levage (8a, 8b) agencés pour agir sur la tige (3) et servant à élever la tige (3) au moyen d'une pression de fluide sous pression vers le piston de percussion (2) de façon à déplacer la tige vers un point de percussion souhaité dans la direction longitudinale de la foreuse de roche, une force d'avance poussant la foreuse de roche vers l'avant étant prévue pour agir sur la foreuse de roche pendant le forage, c a r a c t é r i s é en ce que lors du forage vers le bas, la grandeur de la force d'avance est réduite comme le nombre de tiges de prolongement augmente proportionnellement à leur poids, et en ce que lorsque la force d'avance atteint une valeur de seuil prédéfinie Fmin, une telle pression de fluide sous pression est réglée pour agir sur au moins quelques-uns des pistons de levage (8a, 8b) qui maintiendront la force agissant entre la foreuse de roche et la tige (3) et déplaçant le corps de la foreuse de roche vers la tige vers un point de percussion souhaite, sensiblement à ladite valeur.
10. Procédé selon la revendication 9, c a r a c té r i s é en ce que la valeur de la pression de fluide sous pression est toujours augmentée lorsqu'on ajoute une nouvelle tige de prolongement, proportionnellement à l'augmentation de force produite par sa masse.
11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, car a c t é r i s é en ce que la pression de fluide sous pression agissant sur les pistons de levage (8a, 8b) est réglée de telle manière que la tige reste à une certaine distance vers l'extrémité avant de la foreuse de roche par rapport au point de percussion optimal de la tige (3), une partie de l'énergie de choc du piston de percussion (2) étant amortie par un coussin d'amortissement situé à l'extrémité avant du piston de percussion, seule une partie de la force de percussion étant transmise par l'intermédiaire de la tige au trépan.
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