FR3035916A1 - CROWN, TOOL, SYSTEM AND METHOD FOR DRILLING BY CARROT - Google Patents
CROWN, TOOL, SYSTEM AND METHOD FOR DRILLING BY CARROT Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne une couronne de forage (12) dentée destinée à être reliée par un arbre d'entrainement (16) à un moteur (14) d'un outil de forage (10), ladite couronne (12) comprenant une paroi de carottage (122) de forme cylindrique fermée à l'une de ses extrémités par une paroi de fixation (124) de l'arbre d'entrainement (16) et comprenant au niveau de son autre extrémité une pluralité de dents de carottage. La couronne (12) est remarquable en ce que la paroi de fixation (124) de l'arbre d'entrainement (16) délimite au moins une ouverture (128) de passage d'un opérateur (30).The invention relates to a toothed drill bit (12) intended to be connected by a drive shaft (16) to a motor (14) of a drilling tool (10), said ring (12) comprising a wall of coring (122) of cylindrical shape closed at one of its ends by a fixing wall (124) of the drive shaft (16) and comprising at its other end a plurality of coring teeth. The ring (12) is remarkable in that the fixing wall (124) of the drive shaft (16) defines at least one opening (128) for passage of an operator (30).
Description
1 Couronne, outil, système et procédé de forage par carottage DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine du forage géologique ou géotechnique par carottage et concerne plus particulièrement un procédé et un outil de forage par carottage. L'invention s'applique notamment au forage par carottage dans un matériau dur tel que, par exemple, de la roche ou du béton.TECHNICAL FIELD AND OBJECT OF THE INVENTION The present invention relates to the field of geological or geotechnical drilling by coring and more particularly to a method and tool for drilling by coring. The invention applies in particular to drilling by coring in a hard material such as, for example, rock or concrete.
ETAT DE LA TECHNIQUE Dans le domaine du forage, il est connu de forer un matériau dur tel que, par exemple, de la roche ou du béton, par carottage en utilisant un outil de forage, appelé carotteuse. Une carotteuse comprend de manière connue une couronne de forage dentée, par exemple de type couronne diamant ou couronne diamantée, de forme cylindrique reliée à un moteur par un arbre d'entrainement et qui permet de carotter le matériau dur afin d'en extraire la matière. A cette fin, on fixe tout d'abord le moteur sur une grue ou sur un portique, par exemple comme cela est décrit dans la demande de brevet US 5393175 A, de manière à placer la carotteuse au-dessus de la zone à forer puis on active ledit moteur afin que la couronne entre en rotation et pénètre dans le sol, par exemple sensiblement sur sa hauteur, de manière à créer un espace annulaire dans le matériau.STATE OF THE ART In the field of drilling, it is known to drill a hard material such as, for example, rock or concrete, by coring using a drilling tool, called core drilling. A core drill comprises, in known manner, a toothed drill bit, for example of a diamond crown or diamond crown, of cylindrical shape connected to a motor by a drive shaft and which allows the hard material to be cored in order to extract the material therefrom. . For this purpose, the engine is first fixed on a crane or on a gantry, for example as described in patent application US 5393175 A, so as to place the core drill over the area to be drilled and then said motor is activated so that the ring rotates and enters the ground, for example substantially over its height, so as to create an annular space in the material.
Cet espace annulaire définit, d'une part, une paroi cylindrique de forage dans le matériau et, d'autre part, une portion de matériau à extraire située dans le volume délimité par l'espace annulaire et appelée carotte. Cet espace annulaire permet d'extraire la carotte sans endommager la paroi cylindrique de forage comme expliqué ci-après, ce qui est notamment avantageux lorsqu'on fore un puit de passage sécurisé, destiné par exemple au passage d'opérateurs ou de visiteurs vers une cavité souterraine. Une fois la carotte délimitée, on retire la couronne afin de permettre à un opérateur d'extraire la matière constituant la carotte. A cette fin, un opérateur réalise tout d'abord une pluralité de perforations dans la carotte en divers endroits, par exemple avec un 3035916 2 marteau-piqueur ou un outil de forage par carottage de faible diamètre, puis place des charges explosives dans lesdites perforations afin de faire exploser la carotte en une pluralité de fragments, sans que cela n'endommage la paroi cylindrique de forage, celle-ci étant séparée de la carotte par l'espace annulaire. L'opérateur extrait ensuite ces 5 fragments afin de déblayer la zone ainsi créée puis la carotteuse est replacée dans ladite zone à l'aide de la grue ou du portique afin de continuer le forage. Le retrait et le repositionnement de la couronne diamantée dans le trou de forage pour détruire la carotte et extraire les fragments est particulièrement chronophage et 10 complexe, ce qui présente un inconvénient majeur. En outre, la grue ou le portique sur lequel la carotteuse est montée peut être significativement lourd, par exemple jusqu'à plusieurs dizaines de tonnes dans le cas d'une grue, ce qui interdit son utilisation sur un sol comprenant déjà une ou plusieurs 15 cavités, tel que par exemple une carrière, et présente donc un inconvénient important. Enfin, un tel système ne permet pas de forer à une grande profondeur puisque la profondeur de forage est limitée par la longueur de l'arbre d'entrainement. En effet, même s'il est possible de monter bout à bout plusieurs portions d'arbre d'entrainement 20 afin d'augmenter la profondeur de forage, un tel ajout s'avère limité à une distance de quelques mètres, par exemple six mètres, car, au-delà de cette distance, l'arbre d'entrainement se met à vriller et la couronne dentée se bloque dans la roche, ce qui présente un inconvénient important.This annular space defines, on the one hand, a cylindrical drilling wall in the material and, on the other hand, a portion of material to be extracted located in the volume defined by the annular space and called core. This annular space makes it possible to extract the core without damaging the cylindrical drilling wall as explained below, which is particularly advantageous when drilling a secure passage well, intended for example for the passage of operators or visitors to a tunnel. underground cavity. Once the core is delimited, the crown is removed to allow an operator to extract the material constituting the core. For this purpose, an operator first makes a plurality of perforations in the core at various locations, for example with a jackhammer or a small-diameter core drilling tool, and then places explosive charges into said perforations. in order to detonate the core in a plurality of fragments, without damaging the cylindrical drilling wall, the latter being separated from the core by the annular space. The operator then extracts these 5 fragments in order to clear the zone thus created, then the core drill is returned to said zone using the crane or gantry to continue drilling. The removal and repositioning of the diamond crown in the borehole to destroy the core and extract the fragments is particularly time-consuming and complex, which presents a major disadvantage. In addition, the crane or gantry on which the core drill is mounted can be significantly heavy, for example up to several tens of tons in the case of a crane, which prohibits its use on a ground already comprising one or more 15 cavities, such as for example a quarry, and therefore has a significant disadvantage. Finally, such a system does not allow drilling at a great depth since the drilling depth is limited by the length of the drive shaft. Indeed, even if it is possible to mount end to end several portions of drive shaft 20 to increase the drilling depth, such an addition is limited to a distance of a few meters, for example six meters because, beyond this distance, the drive shaft begins to twist and the ring gear locks in the rock, which has a significant disadvantage.
25 L'invention vise donc à résoudre au moins en partie ces inconvénients en proposant une solution simple, fiable, rapide et efficace pour réaliser un forage par carottage dans un matériau dur, notamment de la roche ou du béton. PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION 30 A cet effet, l'invention a pour objet une couronne de forage dentée destinée à être reliée par un arbre d'entrainement à un moteur d'un outil de forage, ladite couronne comprenant une paroi de carottage de forme cylindrique fermée à l'une de ses extrémités par une paroi de fixation dudit arbre d'entrainement et comprenant au niveau 3035916 3 de son autre extrémité une pluralité de dents de carottage, la couronne étant remarquable en ce que la paroi de fixation de l'arbre d'entrainement délimite au moins une ouverture de passage d'un opérateur.The object of the invention is therefore to at least partly solve these disadvantages by proposing a simple, reliable, fast and efficient solution for drilling cores in a hard material, in particular rock or concrete. GENERAL PRESENTATION OF THE INVENTION To this end, the subject of the invention is a toothed drill bit intended to be connected by a drive shaft to a motor of a drill bit, said ring comprising a coring wall of cylindrical shape closed at one of its ends by a fixing wall of said drive shaft and comprising at its other end a plurality of coring teeth, the ring being remarkable in that the fixing wall of the driving shaft defines at least one opening passage of an operator.
5 Par les termes « la paroi de fixation ... délimite au moins une ouverture », on entend que la paroi de fixation comprend au moins une ouverture ou plus précisément que la paroi de fixation comprend un contour délimitant au moins une ouverture de passage d'un opérateur.By the terms "the fixing wall ... delimits at least one opening", it is meant that the fixing wall comprises at least one opening or more precisely that the fixing wall comprises a contour delimiting at least one opening for the passage of 'an operator.
10 Par le terme « opérateur », on entend un être humain, de préférence adulte et de taille standard, susceptible de travailler dans un trou de forage creusé par la couronne, par exemple pour détruire et extraire une carotte de forage. L'ouverture (ou les ouvertures) formée dans la paroi de fixation permet de créer un accès 15 pour un opérateur à l'espace intérieur de la couronne. Un tel accès permet d'éviter d'avoir à retirer l'outil de forage pour détruire la carotte et en évacuer la matière, ce qui permet un forage rapide du trou de forage. De plus, l'ouverture permet avantageusement non seulement le passage d'un opérateur mais aussi le passage d'outils de réduction de la carotte et le passage des fragments de carotte ainsi réduite.By the term "operator" is meant a human, preferably adult and of standard size, capable of working in a borehole dug by the crown, for example to destroy and extract a drill core. The aperture (or apertures) formed in the attachment wall provides access for an operator to the interior space of the crown. Such access avoids having to remove the drill bit to destroy the core and remove the material, allowing a rapid drilling of the borehole. In addition, the opening advantageously allows not only the passage of an operator but also the passage of carrot reduction tools and the passage of carrot fragments thus reduced.
20 De préférence, la paroi de fixation de l'arbre d'entrainement comprend une trappe d'obturation de l'ouverture. Une telle trappe permet d'obturer l'ouverture afin notamment de protéger un opérateur se trouvant dans le trou de forage sous la couronne.Preferably, the attachment wall of the drive shaft comprises a hatch for closing the opening. Such a hatch makes it possible to close the opening in order, in particular, to protect an operator located in the borehole under the crown.
25 De préférence encore, la trappe est configurée pour basculer entre une position d'obturation de l'ouverture et une position ouverte de passage d'un opérateur afin d'être aisément manipulable. La trappe peut, par exemple, être montée sur la paroi de fixation de l'arbre d'entrainement par l'intermédiaire d'un système de charnières aisé à monter et 30 à utiliser. Lorsqu'elle est réalisée dans le même matériau et avec la même épaisseur que la paroi de fixation, une telle trappe peut permettre de limiter le risque que la couronne ne présente un balourd généré par le manque de matière dans l'ouverture lorsque la couronne est 3035916 4 entrainée en rotation, un tel balourd pouvant entrainer un désaxement de l'arbre d'entrainement et un blocage de la couronne. La couronne est configurée pour être entrainée en rotation par le moteur via l'arbre 5 d'entrainement selon un axe de rotation parallèle à la paroi de carottage et passant par le centre de la paroi de fixation. A cet effet, la paroi de carottage est cylindrique de section circulaire. Dans une forme de réalisation de la couronne selon l'invention, la paroi de fixation de 10 l'arbre d'entrainement délimite un nombre pair d'ouvertures de passage d'un opérateur disposées symétriquement par rapport à l'axe de rotation de la couronne. Un tel nombre pair d'ouvertures délimitées dans la paroi de fixation permet d'équilibrer la couronne lorsqu'elle est entrainée en rotation, notamment en l'absence de trappe d'obturation desdites ouvertures, afin d'éviter un balourd qui pourrait entrainer un désaxement de 15 l'arbre d'entrainement et un blocage de la couronne. De plus, un nombre d'ouvertures supérieur ou égal à deux permet un meilleur passage de la lumière sous la couronne le cas échéant et un passage d'un plus grand nombre d'objets ou d'opérateurs simultanément, rendant ainsi le travail sous la couronne plus aisé et plus rapide.More preferably, the hatch is configured to switch between a closed position of the opening and an open position of passage of an operator in order to be easily manipulated. The hatch can, for example, be mounted on the fixing wall of the drive shaft via a system of easy hinges to mount and use. When it is made of the same material and with the same thickness as the fixing wall, such a hatch can make it possible to limit the risk of the crown having an unbalance generated by the lack of material in the opening when the crown is 3035916 4 rotational drive, such imbalance may cause a misalignment of the drive shaft and a locking of the crown. The ring gear is configured to be rotated by the motor via the drive shaft 5 along an axis of rotation parallel to the core wall and passing through the center of the attachment wall. For this purpose, the coring wall is cylindrical with a circular section. In one embodiment of the ring according to the invention, the wall for fixing the drive shaft defines an even number of passage openings of an operator disposed symmetrically with respect to the axis of rotation of the drive shaft. crowned. Such an even number of openings delimited in the fixing wall makes it possible to balance the ring when it is rotated, in particular in the absence of a shutter of said openings, in order to avoid unbalance which could lead to disengagement of the drive shaft and a locking of the crown. In addition, a number of openings greater than or equal to two allows a better passage of the light under the crown if necessary and a passage of a greater number of objects or operators simultaneously, thus making the work under the crown easier and faster.
20 De manière préférée, la paroi de fixation de l'arbre d'entrainement délimite deux ouvertures de passage d'un opérateur disposées symétriquement par rapport à l'axe de rotation de la couronne. Une première ouverture peut ainsi être utilisée pour le passage d'un opérateur tandis que la deuxième ouverture peut être utilisée simultanément pour le passage d'outils ou de fragments de matière du forage.Preferably, the fixing wall of the drive shaft defines two openings for an operator arranged symmetrically with respect to the axis of rotation of the ring. A first opening can thus be used for the passage of an operator while the second opening can be used simultaneously for the passage of tools or fragments of drilling material.
25 L'invention concerne aussi un outil de forage par carottage remarquable en ce qu'il comprend une couronne de forage telle que présentée précédemment, un moteur et un arbre d'entrainement en rotation de ladite couronne par ledit moteur.The invention also relates to a remarkable core drilling tool in that it comprises a drill bit as presented above, a motor and a drive shaft in rotation of said ring by said motor.
30 Dans une première forme de réalisation de l'outil de forage, l'arbre d'entrainement est constitué d'une unique portion d'arbre. Dans une deuxième forme de réalisation de l'outil de forage, l'arbre d'entrainement comprend une pluralité de portions d'arbre assemblées bout à bout de manière à 3035916 5 augmenter la longueur de l'arbre et permettre un forage à une profondeur plus importante. L'invention concerne également un système de forage par carottage remarquable en ce 5 qu'il comprend un outil de forage tel que présenté précédemment et un dispositif de montage dudit outil de forage agencé pour être monté sur une paroi de forage. Par les termes « paroi de forage », on entend une paroi d'un trou de forage creusé dans le sol par un outil de forage, ledit sol étant constitué d'un matériau dur. Une telle paroi de 10 forage peut par exemple résulter d'un premier carottage réalisé par l'outil de forage selon l'invention. Le dispositif de montage peut être avantageusement déplacé le long de la paroi de forage avec l'outil de forage au fur et à mesure que l'outil fore davantage en profondeur. Ceci 15 permet d'éviter d'avoir à allonger l'arbre d'entrainement de manière trop importante et de bloquer la couronne dans le trou de forage. Il est ainsi possible de forer à des profondeurs importantes, par exemple supérieures à 100 m, sans avoir à utiliser de portique ou de grue externe au trou de forage pour supporter l'outil de forage, ce qui permet notamment de forer des trous dans des sols comprenant des cavités souterraines, 20 par exemple de type grottes ou espaces de rivière souterraine. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de montage comprend au moins un rail de montage de l'outil de forage sur la paroi de forage qui est à la fois un moyen de fixation solide de l'outil et un moyen de fixation aisée du système sur la paroi de forage.In a first embodiment of the drill bit, the drive shaft consists of a single shaft portion. In a second embodiment of the drill bit, the drive shaft includes a plurality of shaft portions joined end-to-end so as to increase the length of the shaft and allow drilling to a depth. more important. The invention also relates to a remarkable coring drilling system in that it comprises a drilling tool as presented above and a mounting device for said drilling tool arranged to be mounted on a drill wall. By the term "drill wall" is meant a wall of a borehole dug in the ground by a drill bit, said floor being made of a hard material. Such a drilling wall may for example result from a first coring carried out by the drilling tool according to the invention. The mounting device can be advantageously moved along the drill wall with the drill bit as the tool drills deeper. This avoids having to lengthen the drive shaft excessively and to lock the ring in the borehole. It is thus possible to drill at large depths, for example greater than 100 m, without having to use a gantry or crane external to the borehole to support the drilling tool, which allows in particular to drill holes in holes. soils comprising underground cavities, for example caves or underground river spaces. According to a characteristic of the invention, the mounting device comprises at least one mounting rail of the drilling tool on the drill wall which is both a solid attachment means for the tool and an easy fastening means of the system on the drill wall.
25 De manière avantageuse, l'outil de forage est monté de manière mobile sur le rail de montage afin de permettre à l'outil de se déplacer aisément et rapidement. De préférence, l'outil est monté de manière mobile sur le rail de montage entre une 30 position de forage et une position de dégagement dans laquelle un espace de travail est formé sous la couronne afin de permettre à un opérateur d'accéder audit espace de travail via l'ouverture formée dans la paroi de fixation de l'arbre d'entrainement, notamment pour réduire une carotte en fragments et extraire lesdits fragments.Advantageously, the drill bit is movably mounted on the mounting rail to allow the tool to move easily and quickly. Preferably, the tool is movably mounted on the mounting rail between a drilling position and a release position in which a work space is formed under the crown to allow an operator access to said work space. working through the opening formed in the fixing wall of the drive shaft, in particular for reducing a core into fragments and extracting said fragments.
3035916 6 De préférence encore, le rail de montage comprend une crémaillère, qui est un moyen aisé et efficace pour déplacer l'outil de forage le long du ou des rails. Selon un aspect de l'invention, le dispositif de montage comprend au moins un vérin, de 5 préférence deux ou quatre vérins, de blocage contre une paroi de forage. Dans une forme de réalisation préférée du système selon l'invention, le dispositif de montage comprend deux rails de montage disposés parallèlement de manière à permettre un déplacement aisé et équilibré de l'outil le long desdits rails.More preferably, the mounting rail comprises a rack, which is an easy and effective means for moving the drill bit along the track or rails. According to one aspect of the invention, the mounting device comprises at least one jack, preferably two or four jacks, for locking against a drill wall. In a preferred embodiment of the system according to the invention, the mounting device comprises two mounting rails arranged in parallel so as to allow an easy and balanced movement of the tool along said rails.
10 L'invention concerne enfin un procédé de forage d'un trou par carottage dans un matériau, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - carottage d'une portion dudit matériau par une couronne de forage telle que présentée précédemment, 15 - déplacement de la couronne dans le trou de forage afin de ménager un espace de travail d'un opérateur, - passage d'un opérateur dans l'ouverture, formée dans la paroi de fixation, jusqu'audit espace de travail, - fragmentation de la carotte en une pluralité de fragments agencés chacun pour 20 traverser ladite ouverture, et - extraction de la pluralité de fragments à travers ladite ouverture. Le procédé selon l'invention permet d'éviter de retirer complètement l'outil de forage du trou de forage après chaque carottage, ce qui permet donc de forer rapidement un trou 25 profond, tel qu'un puits, dans un sol constitué de matériau dur. De préférence, le forage est réalisé dans un sol constitué de roche dure. Avantageusement, la taille des fragments est inférieure à la taille de l'ouverture formée 30 dans la paroi de fixation de la couronne afin de pouvoir aisément évacuer les fragments vers l'extérieur du trou de forage. Cette étape de fragmentation peut par exemple être réalisée en utilisant des explosifs, un brise-roche hydraulique (BRH) ou tout autre moyen adapté connu de l'homme du métier.The invention finally relates to a method of drilling a hole by coring in a material, characterized in that it comprises the steps of: - coring a portion of said material by a drill bit as presented above, - displacement of the ring in the borehole to provide a working space of an operator, - passage of an operator in the opening, formed in the fixing wall, to said work space, - fragmentation of the core in a plurality of fragments each arranged to traverse said opening, and - extracting the plurality of fragments through said opening. The method according to the invention makes it possible to avoid completely withdrawing the drill bit from the borehole after each coring, which makes it possible to quickly drill a deep hole, such as a well, in a soil made of material hard. Preferably, the drilling is carried out in a soil consisting of hard rock. Advantageously, the size of the fragments is smaller than the size of the opening formed in the crown fixing wall so that the fragments can easily be discharged out of the borehole. This fragmentation step may for example be performed using explosives, a hydraulic breaker (BRH) or any other suitable means known to those skilled in the art.
3035916 7 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description given with reference to the appended figures given by way of non-limiting examples and in which identical references are given to similar objects.
5 DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation du système selon l'invention disposé dans un trou de forage.DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 schematically illustrates an embodiment of the system according to the invention disposed in a borehole.
10 La figure 2 est une vue schématique partielle et en perspective du dispositif de montage du système de la figure 1. La figure 3 illustre une forme de réalisation d'une couronne de forage selon l'invention. La figure 4 à 7 illustrent schématiquement un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention par le système de la figure 1.Figure 2 is a partial schematic perspective view of the mounting device of the system of Figure 1. Figure 3 illustrates an embodiment of a drill bit according to the invention. FIGS. 4 to 7 schematically illustrate one embodiment of the method according to the invention by the system of FIG.
15 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Description d'une forme de réalisation du système selon l'invention L'outil de forage selon l'invention s'applique particulièrement au carottage de diamètre 20 supérieur à 600 mm dans des matériaux durs tels que, à titre d'exemple non limitatif, des roches sédimentaires (argilite, calcaire), des roches cristallines (par exemple granitiques), ou des matériaux de construction (par exemple béton). L'invention peut être mise en oeuvre pour tout type de forage par carottage, notamment 25 pour forer des puits d'accès à des galeries souterraines, des dalles en béton ou bien encore des espaces de stockage géologique de déchets radioactifs. I. Système de forage 1 30 On a représenté à la figure 1 un système 1 de forage par carottage selon l'invention disposé dans un trou de forage 3 d'une zone de forage 5 constituée d'un matériau dur, par exemple de la roche, et dont la surface supérieure (en référence à l'agencement de la figure 1) définit une surface de travail 9.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Description of an Embodiment of the System According to the Invention The drilling tool according to the invention is particularly applicable to core drilling of diameter greater than 600 mm in hard materials such as, for example, As a non-limiting example, sedimentary rocks (argillite, limestone), crystalline rocks (eg granitic), or building materials (eg concrete). The invention can be implemented for any type of coring drilling, in particular for drilling wells for access to underground galleries, concrete slabs or even geological storage spaces for radioactive waste. I. Drilling System 1 is shown in Figure 1 a coring drilling system 1 according to the invention disposed in a borehole 3 of a drilling zone 5 made of a hard material, for example the rock, and whose upper surface (with reference to the arrangement of Figure 1) defines a working surface 9.
3035916 8 Ce système 1 comprend un outil 10 de forage par carottage et un dispositif 20 de fixation dudit outil de forage 10. Le trou de forage 3 est défini par une paroi de forage 7 réalisée par ledit outil de forage 10. Le dispositif de montage 20 permet de fixer l'outil de forage 5 10 afin de forer la zone de forage 5. Le dispositif de montage 20 est agencé pour être monté sur la paroi de forage 7 de la zone de forage 5. A cette fin, comme illustré aux figures 1 et 2, le dispositif de montage 20 se présente sous la forme d'une structure comprenant une base 21 de support, deux 10 rails 22 de montage de l'outil de forage 10, une tige filetée 23, une base de fixation (non représentée) et quatre vérins 24, dont deux sont illustrés sur la figure 2, celle-ci étant une vue partielle. Les dimensions des éléments du dispositif de montage 20 peuvent varier en fonction du 15 diamètre de l'outil de forage 10 qui dépend du diamètre et de la profondeur du trou à forer. A titre d'exemple, la longueur des rails 22 peut être de plusieurs mètres, par exemple comprise entre trois mètres et six mètres. Les rails 22 peuvent être fabriqués en aluminium ou en acier.This system 1 comprises a tool 10 for drilling by coring and a device 20 for fixing said drill bit 10. The borehole 3 is defined by a drilling wall 7 made by said drill bit 10. The mounting device 20 enables the drilling tool 5 to be fixed in order to drill the drilling zone 5. The mounting device 20 is arranged to be mounted on the drilling wall 7 of the drilling zone 5. For this purpose, as illustrated in FIGS. 1 and 2, the mounting device 20 is in the form of a structure comprising a support base 21, two rails 22 for mounting the drilling tool 10, a threaded rod 23, a fixing base (FIG. not shown) and four cylinders 24, two of which are illustrated in Figure 2, the latter being a partial view. The dimensions of the elements of the mounting device 20 may vary depending on the diameter of the drill bit 10 which depends on the diameter and the depth of the hole to be drilled. For example, the length of the rails 22 may be several meters, for example between three meters and six meters. The rails 22 may be made of aluminum or steel.
20 La base de support 21, par exemple en acier, est montée en appui contre la paroi de forage 7. Les rails de montage 22, la tige filetée 23 et deux vérins 24 sont montés sur la base 21 au niveau de l'extrémité inférieure des rails 22 (au sens de la figure 1) de sorte que, d'une part, les rails de montage 22 et la tige filetée 23 soient sensiblement parallèles entre eux et parallèles à la paroi de forage 7 et, d'autre part, les deux vérins 24 bloquent 25 la base de support 21 contre la paroi de forage 7. La base de fixation, qui peut par exemple se présenter sous la forme d'une plaque d'acier, permet de fixer les rails 22 à la paroi de forage 7 au niveau de leur extrémité supérieure (au sens de la figure 1) par l'intermédiaire de deux vérins.The support base 21, for example made of steel, is mounted in abutment against the drill wall 7. The mounting rails 22, the threaded rod 23 and two jacks 24 are mounted on the base 21 at the lower end. rails 22 (in the sense of Figure 1) so that, firstly, the mounting rails 22 and the threaded rod 23 are substantially parallel to each other and parallel to the drill wall 7 and, secondly, the two jacks 24 block the support base 21 against the drill wall 7. The fastening base, which may for example be in the form of a steel plate, makes it possible to fix the rails 22 to the wall of drilling 7 at their upper end (in the sense of Figure 1) by means of two cylinders.
30 On notera que, pour permettre son montage sur la paroi de forage 7, le dispositif de montage 20 pourrait comprendre, en variante ou en complément, tout moyen adapté tel que des bras, des poutres, un moyen hydraulique etc.It should be noted that, in order to allow it to be mounted on the drilling wall 7, the mounting device 20 could comprise, as a variant or in addition, any suitable means such as arms, beams, hydraulic means, etc.
3035916 9 En référence à la figure 1, l'outil de forage 10 est monté de manière mobile sur les deux rails de montage 22. A cette fin, les deux rails de montage 22 comprennent chacun une crémaillère 22A. Les rails de montage 22 permettent ainsi à la fois la fixation et le guidage en translation de l'outil 10 lors du forage.With reference to FIG. 1, the drilling tool 10 is movably mounted on the two mounting rails 22. For this purpose, the two mounting rails 22 each comprise a rack 22A. The mounting rails 22 thus allow both the attachment and the translational guidance of the tool 10 during drilling.
5 Un moyen d'actionnement (non représenté), par exemple de type roue actionnée par un opérateur situé sur la surface de travail 9, est reliée à la tige filetée 23 de manière à commander le déplacement de l'outil de forage 10 le long des rails de montage 22.An actuating means (not shown), for example of the operator-operated wheel type located on the working surface 9, is connected to the threaded rod 23 so as to control the movement of the boring tool 10 along mounting rails 22.
10 On notera que le dispositif de montage 20 peut aussi être agencé pour être installé sur la surface de travail 9 de la zone de forage 5 avant le début d'un forage afin de réaliser une ou plusieurs premières carottes au début d'un forage, notamment afin de dégager l'espace nécessaire dans le trou de forage 3 pour monter le dispositif de montage 20.It should be noted that the mounting device 20 can also be arranged to be installed on the working surface 9 of the drilling zone 5 before the beginning of a drilling in order to make one or more first cores at the beginning of a drilling, in particular in order to clear the necessary space in the borehole 3 to mount the mounting device 20.
15 L'outil de forage 10 par carottage comprend une couronne 12 de forage dentée, un moteur 14 et un arbre 16 d'entrainement en rotation de ladite couronne 12 par ledit moteur 14. Le moteur peut, par exemple, être d'une puissance de 16kW, sans que cela ne soit limitatif de la portée de la présente invention.The drilling tool 10 by coring comprises a ring 12 of toothed drilling, a motor 14 and a shaft 16 for rotating said ring gear 12 by said motor 14. The motor may, for example, be of a power of 16kW, without this being limiting to the scope of the present invention.
20 L'arbre d'entrainement 16, par exemple en acier, peut être constitué d'une unique portion d'arbre ou bien, comme illustré sur les figures 1 et 4 à 7, d'une pluralité de portions d'arbre 16A assemblées bout à bout sur une longueur, par exemple, comprise entre quatre à six mètres, afin de forer dans la zone de forage 5 sur une distance importante sans avoir à déplacer le dispositif de montage 20.The drive shaft 16, for example of steel, may consist of a single shaft portion or, as illustrated in FIGS. 1 and 4 to 7, a plurality of assembled shaft portions 16A. end to end over a length, for example, between four to six meters, to drill in the drilling zone 5 a significant distance without having to move the mounting device 20.
25 L'arbre d'entrainement 16 relie le moteur 14 à la couronne de forage 12 afin de l'entrainer en rotation pour forer la zone de forage 5 par carottage. De préférence, la longueur de l'arbre d'entrainement 16 est comprise entre 40 cm et 6 m. Le fonctionnement d'un tel outil pour le forage par carottage étant connu, il ne sera pas 30 davantage détaillé ici. En référence à la figure 3, la couronne de forage 12 comprend une paroi de carottage 122 se présentant sous la forme d'un cylindre, de section circulaire et s'étendant selon un axe longitudinal de rotation X, fermé à l'une de ses extrémités 122A par une paroi 124 de 3035916 10 fixation de l'arbre d'entrainement 16. L'arbre d'entrainement 16 est fixé sur la paroi de fixation 124 au niveau de son centre 126 afin d'entrainer la couronne 12 en rotation. La paroi de carottage 122 comprend au niveau de son autre extrémité 122B, libre, une 5 pluralité de dents de carottage 127, réalisées de préférence en diamant ou en tungstène. Les dimensions des éléments de l'outil de forage 10 peuvent varier en fonction du diamètre et de la profondeur du trou à forer. A titre d'exemple, la longueur de l'arbre d'entrainement 16 peut être de quelques mètres, par exemple quatre mètres, tandis que 10 le diamètre de la couronne de forage 12 peut être, par exemple, compris entre 600 mm et 6000 mm et sa hauteur comprise, par exemple, entre 1000 et 2000 mm. Selon l'invention, la paroi de fixation 124 de l'arbre d'entrainement 16 délimite au moins une ouverture 128 de passage d'un opérateur.The drive shaft 16 connects the motor 14 to the drill bit 12 to rotate it to drill the drill area 5 by core drilling. Preferably, the length of the drive shaft 16 is between 40 cm and 6 m. As the operation of such a tool for core drilling is known, it will not be further detailed here. Referring to Figure 3, the drill bit 12 comprises a coring wall 122 in the form of a cylinder, of circular section and extending along a longitudinal axis of rotation X, closed at one of its ends 122A by a wall 124 of 3035916 fixing the drive shaft 16. The drive shaft 16 is fixed on the fixing wall 124 at its center 126 to drive the ring 12 in rotation. The coring wall 122 comprises at its other end 122B, free, a plurality of coring teeth 127, preferably made of diamond or tungsten. The dimensions of the elements of the drill bit 10 may vary depending on the diameter and the depth of the hole to be drilled. By way of example, the length of the drive shaft 16 may be a few meters, for example four meters, while the diameter of the drill bit 12 may be, for example, between 600 mm and 6000 mm. mm and its height, for example, between 1000 and 2000 mm. According to the invention, the attachment wall 124 of the drive shaft 16 defines at least one opening 128 for the passage of an operator.
15 Dans l'exemple illustré sur les figures, la paroi de fixation 124 de l'arbre d'entrainement 16 comprend une unique ouverture 128 de passage d'un opérateur mais il va de soi que la paroi de fixation 124 de l'arbre d'entrainement 16 pourrait comprendre plus d'une ouverture 128 de passage d'un opérateur. On notera, lorsqu'elle comprend plus d'une 20 ouverture 128, que la paroi de fixation 124 de l'arbre d'entrainement 16 peut avantageusement comprendre un nombre pair d'ouvertures 128 de passage d'un opérateur, disposées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal X de la couronne de forage 12, afin notamment d'équilibrer la couronne 12 lorsqu'elle est en rotation.In the example illustrated in the figures, the attachment wall 124 of the drive shaft 16 comprises a single opening 128 for the passage of an operator, but it goes without saying that the attachment wall 124 of the drive shaft Training 16 could comprise more than one opening 128 for the passage of an operator. When it comprises more than one opening 128, it will be noted that the fixing wall 124 of the drive shaft 16 may advantageously comprise an even number of openings 128 for the passage of an operator, arranged symmetrically with respect to to the longitudinal axis X of the drill bit 12, in particular to balance the ring 12 when it is rotating.
25 Afin d'obturer l'ouverture 128, notamment lorsque la couronne 12 est entrainée en rotation, la paroi de fixation 128 de l'arbre d'entrainement 16 comprend avantageusement une trappe 129, sans que cela ne soit limitatif de la portée de la présente invention. Cette trappe peut être bloquée de manière connue de l'homme du métier par un système de verrouillage 130 (en référence à la figure 3) permettant de la 30 maintenir en position d'obturation de l'ouverture 128 lors de la rotation de la couronne 12. La trappe 129 est configurée pour basculer entre une position d'obturation de l'ouverture et une position ouverte de passage d'un opérateur (ou de tout autre objet tel que, par exemple, un outil ou des fragments de matériau).In order to seal the opening 128, especially when the ring gear 12 is rotated, the attachment wall 128 of the drive shaft 16 advantageously comprises a hatch 129, without this being limiting to the scope of the present invention. This door can be locked in a manner known to those skilled in the art by a locking system 130 (with reference to FIG. 3) making it possible to keep it in the closed position of the opening 128 during the rotation of the crown. 12. The hatch 129 is configured to switch between a closed position of the opening and an open position of passage of an operator (or any other object such as, for example, a tool or fragments of material).
3035916 11 La mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrite dans son application à un forage d'un puit dans une roche dure en référence aux figures 4 à 7. Il. Mise en oeuvre de l'invention 5 De manière liminaire, on commence par démarrer forage du trou 3 de manière à dégager une hauteur de paroi de forage 7 suffisamment importante pour fixer le dispositif de montage 20. A titre d'exemple, on peut forer le trou 3 sur une hauteur sensiblement équivalente à la longueur des rails de montage 22. Ce premier forage peut par exemple être réalisé en utilisant le système selon l'invention dont on fixe le dispositif de montage 10 20 de l'outil de forage 10 à l'extérieur du trou 3 sur la surface de travail 9 ou bien par tout autre moyen adapté. Une fois le trou de forage 3 suffisamment profond, on fixe le dispositif de montage 20 sur la paroi de forage 7 du trou de forage 3 et on monte l'outil de forage 10 sur les rails 22 du 15 dispositif de montage 20. En référence à la figure 4, l'outil de forage 10 ainsi monté, on réalise une carotte 5A dans la zone de forage 5.The implementation of the invention will now be described in its application to a drilling of a well in a hard rock with reference to FIGS. 4 to 7. II. Implementation of the invention In an introductory manner, drilling of the hole 3 is first started so as to release a height of the drilling wall 7 which is sufficiently large to fix the mounting device 20. By way of example, it is possible to drill the hole 3 on a height substantially equivalent to the length of the mounting rails 22. This first bore can for example be made using the system according to the invention which is fixed to the mounting device 10 20 of the drill bit 10 to the outside of the hole 3 on the working surface 9 or by any other suitable means. Once the borehole 3 is sufficiently deep, the mounting device 20 is fixed to the drilling wall 7 of the borehole 3 and the drilling tool 10 is mounted on the rails 22 of the mounting device 20. in FIG. 4, the drilling tool 10 thus mounted, a core 5A is produced in the drilling zone 5.
20 Une fois la carotte 5A réalisée, en référence à la figure 5, on remonte l'outil de forage 10 le long des rails 22 de manière à dégager un espace de travail 30A pour un opérateur 30. L'opérateur 30 descend sur la paroi de fixation 124 de la couronne 12, par exemple à l'aide d'une échelle, ouvre la trappe 129 puis pénètre par l'ouverture 128 dans l'espace 25 de travail 30A. Des outils de perforations de la carotte 5A et des charges explosives sont descendus à travers l'ouverture 128. L'opérateur 30 perfore la carotte 5A de manière connue à l'aide desdits outils de perforations puis place les charges explosives dans les perforations (non représentées) ainsi effectuées.Once the core 5A has been made, with reference to FIG. 5, the drilling tool 10 is pulled up along the rails 22 so as to clear a working space 30A for an operator 30. The operator 30 goes down on the wall fastening 124 of the crown 12, for example using a ladder, opens the hatch 129 and enters through the opening 128 in the working space 30A. Carrot 5A perforation tools and explosive charges have descended through the opening 128. The operator 30 perforates the core 5A in a known manner with the aid of said perforation tools and then places the explosive charges in the perforations (no represented) thus performed.
30 L'opérateur 30 ressort alors de l'espace de travail 30A par l'ouverture 128 puis quitte le trou de forage 3 de sorte que les charges explosives puissent être déclenchées afin de réduire la carotte 5A en une pluralité de gravats ou fragments 40 comme illustré à la figure 6.The operator 30 then exits the work space 30A through the opening 128 and then leaves the borehole 3 so that the explosive charges can be triggered to reduce the core 5A to a plurality of rubble or fragments 40 such as illustrated in Figure 6.
3035916 12 On notera que la carotte 13 pourrait être réduite en fragments 40 par toute autre méthode adaptée, par exemple à l'aide d'un brise-roche hydraulique (BRH) avantageusement amené à travers l'ouverture 128.It should be noted that the core 13 could be reduced to fragments 40 by any other suitable method, for example using a hydraulic breaker (BRH) advantageously brought through the opening 128.
5 Une fois la carotte 5A réduite en fragments 40, l'opérateur 30 descend à nouveau sous la couronne 12 par l'ouverture 128 puis évacue les fragments 40, via l'ouverture 128, vers la surface de travail 9, par exemple en utilisant un seau 50 et un treuil 60, comme illustré à la figure 7. Pour ce faire, les fragments 40 doivent bien entendu être présenter des dimensions permettant leur passage à travers l'ouverture 128.Once the fragmented core 5A is crushed 40, the operator 30 descends again under the crown 12 through the opening 128 and then discharges the fragments 40, through the opening 128, to the working surface 9, for example using a bucket 50 and a winch 60, as shown in Figure 7. To do this, the fragments 40 must of course be of dimensions allowing their passage through the opening 128.
10 Une fois les fragments 40 évacués, l'opérateur 30 remonte vers la surface de travail 9 via l'ouverture 128. Le dispositif de montage 20 peut être déplacé le long de la paroi de forage 7 pour forer plus profondément si cela est nécessaire. L'outil de forage 10 peut ensuite être commandé à nouveau de sorte à forer une nouvelle carotte dans le fond du 15 trou de forage 3. La couronne 12 selon l'invention permet donc avantageusement d'accéder à l'espace intérieur de travail 30A de la couronne 12, par l'intermédiaire de l'ouverture 128 formée dans la paroi de fixation 124, afin de réaliser rapidement des forages par carottage. Le 20 système 1 selon l'invention permet de réaliser des forages par carottage de diamètre important, par exemple compris entre 1000 et 2500 cm, et à une profondeur importante, par exemple plus de 100 mètres, en déplaçant le dispositif de montage 20 de l'outil de forage 10 le long de la paroi de forage 7.Once the fragments 40 are evacuated, the operator 30 rises to the working surface 9 via the opening 128. The mounting device 20 can be moved along the drill wall 7 to drill deeper if necessary. The drilling tool 10 can then be re-ordered so as to drill a new core in the bottom of the borehole 3. The crown 12 according to the invention thus advantageously makes it possible to access the interior working space 30A of the ring 12, through the opening 128 formed in the fixing wall 124, to quickly drill holes by coring. The system 1 according to the invention makes it possible to drill holes of large diameter, for example between 1000 and 2500 cm, and to a considerable depth, for example more than 100 meters, by moving the mounting device 20 of the drilling tool 10 along the drilling wall 7.
25 Il est à noter enfin que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci- dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Notamment, les dimensions et les formes de l'outil de forage 10, de l'ouverture 128, de la trappe 129 et du dispositif de montage 20 tels que représentés sur les figures de façon à illustrer un exemple de réalisation de l'invention, ne sauraient être interprétés comme 30 limitatives.Finally, it should be noted that the present invention is not limited to the examples described above and is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art. In particular, the dimensions and shapes of the drilling tool 10, the opening 128, the hatch 129 and the mounting device 20 as shown in the figures so as to illustrate an exemplary embodiment of the invention, can not be interpreted as limiting.
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| US20140334892A1 (en) * | 2010-04-27 | 2014-11-13 | Western Saw Manufacturers, Inc. | Support assembly for a core drill |
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- 2015-05-05 FR FR1554002A patent/FR3035916B1/en active Active
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