Brevet FR2002816A1 — publié le 19691031

La présente invention concerne un dispositif pour forage en morts-terrains, forage de trous d'ancrage et/ou forage sous liteau qui comporte un fleuret de forage intérieur fixé à une barre de forage intérieure et un fleuret annulaire fixé à une barre de forage extérieure. On connaît des dispositifs du type en question dans lesquels il est prévu une machine,de préférence une foreuse à marteau, qui, d'une part, provoque un mouvement de rotation et d'autre part effectue également des percussions. Mouvements de rotation et percussions sont transmis aux deux barres de forage à partir de la machine susdite, par l'intermédiaire d'un élément de raccordement auquel sont reliées rigidement aussi bien la barre de forage intérieure ue la barre de forage extérieure.Par suite, le nombre de percussions exercées sur le fleuret intérieur fixé à la barre de forage intérieure est égal au nombre de percussions re çues par le fleuret annulaire extérieur fixé à la barre de forage extérieure et, de plus, il n1 est pas possible de modifier dans les dispositifs connus susdits le rapport entre les énergies de percussion sur le fleuret intérieur et sur le fleuret annulaire. Pour ces deux raisons, les dispositifs en question présentent 1' inconvénient que, par suite de la grande dimension oui est nécessaire pour les trous de forage dans le forage en morts-terrains et dans le forage de trous d'ancrage, la machine de commande men tionnée au début doit être relativement grande et lourde pour permettre d'obtenir un rendement de forage quelque peu satisfaisant. La présente invention permet d'éviter l'inconvénient dont il a été question et propose un dispositif avec lequel il est possible de fixer d'avance avec précision le rapport entre l'énergie de percussion transmise au fleuret intérieur et l'énergie de percussion transmise au fleuret annulaire, ou fleuret extérieur.Ce résultat est obtenu suivant l'invention avec un dispositif du type décrit ci-dessus grâce au fait outil est prévu deux foreuses à la fois percutantes et rotatives, comprenant chacune un mécanisme de percussion et un mécanisme de rotation, de préférence commandables indépendamment l'une de l'autre et de préférence situées en dehors des trous de forage pendant 11 opération de forage, l'ure des foreuses percutantes et rotatives agissant sur la barre ou tige intérieure et l'autre machine agissant sur la barre ou tige extérieure. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 représente, en élévation, un mode de réalisation possible du dispositif suivant l'invention comportant deux foreuses percutantes et rotatives disposées à l'extérieur du trou de forage pendant l'opération de forage -et contenant chacune un mécanisme de percussion et un mécanisme de rotation la figure 2 représente ce même dispositif en vue par dessus;; la figure 3 représente en coupe longitudinale et à plus grande échelle la foreuse percutante et rotative du dispositif des figures 1 et 2 destinée à agir sur la barre de forage intérieure f la figure Da représente en coupe longitudinale et également à plus grande échelle le manchon de raccordement qui se trouve entre les deux foreuses percutantes et rotatives la figure 4 représente en coupe longitudinale et à plus grande échelle la foreuse percutante et rotative faisant partie du dispositif représenté aux figures 1 et 2, destinée à agir sur la barre de forage extérieure la figure 5 représente, également en coupe longitudinale et à plus grande échelle, la partie terminale du dispositif repré senté aux figures 1 et 2 opposée aux deux foreuses percutantes et rotatives la figure 6 représente en élévation un deuxième mode de réa- isation du dispositif suivant l'invention possédant aussi deux foreuses percutantes et rotatives disposées à 11 extérieur du trou de forage pendant l'opération de forage et comportant chacune un mécanisme de percussion et un mécanisme de rotation la figure 7 représente en coupe longitudinale et à plus grande échelle la foreuse percutante et rotative appartenant au dispositif représenté à la figure 6 et destinée à agir sur la barre de forage intérieure la figure 8 représente en coupe longitudinale et à: plus grande échelle la foreuse percutante- et rotative appartenant au dispositif -représenté à la figure 6 et destinée à agir sur la barre de forage extérieure, et la figure 9 représente également en coupe longitudinale et à plus grande échelle la partie terminale du dispositif représenté à la figure 6 opposée aux deux foreuses percutantes et rotatives. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 1 à 5, les pistons frappeurs 2 et 25 des deux foreuses percutantes et rotatives 1 et 24 sont disposés concentriquement à l'axe de forage a - b, et, si on regarde depuis les deux fleurets 23 et 43, la foreuse percutante et rotative 24 agissant sur la barre de forage extérieure est disposée devant la foreuse percutante et rotative 1 agissant sur la barre de forage intérieure. Le piston frappeur 2 disposé dans le cylindre 1' de la foreuse percutante et rotative 1 dont la structure ressemble à celle des foreuses à marteau connues, bat par sa tige 2' contre le bout emmanchable 8 de la barre de forage intérieure. La foreuse percutante et rotative 1 comporte un dispositif de distribution par tiroirs connu dont fait partie le tiroir de distribution 6.En conséquence, l'air comprimé introduit par l'admission d'air 5 est dirigé alternativement par ce tiroir 6 dans la chambre de cylindre avant 3 et dans la chambre de cylindre arrière 4 ; par contre, l'air évacué s'échappe à l'air libre par le canal d'échappement 7. Le mouvement de rotation de la barre de forage intérieure est provoqué par le mécanisme de rotation 9 à commande hydraulique dont le pignon 9' meut le support de fleuret il muni d'une endenture extérieure par l'intermédiaire d'une roue intermédiaire 10. Le support de fleuret il présente à sa face intérieure des rainures à coin 12 dans lesquelles s'engagent les talons 13 prévus sur le tronçon emmanchable 8.Par suite, le bout emmanchable 8 qui fait partie de la barre intérieure tourne en mQme temps que les supports de fleuret 11. Depuis le bout emmanchable 8, le mouvement de rotation et les percussions effectuées en même temps sont transmis par l'intermédiaire du manchon de raccordement 16 ainsi que par les tiges de rallonge 14 et les manchons de liaison 15 sur le fleuret intérieur 22. Le manchon de raccordement 16 qui est fixé solidairement par vissage aussi bien au bout emmanchable 8 qu'à une barre de rallonge 14 et qui est disposé entre les deux foreuses percutantes et rotatives 1 et 24 est muni d'un orifice de passage pour fluide a'injection 20 d'où part un canal 21 passant à l'intérieur des barres de rallonge 14 et arrivant au fleuret intérieur 22. Dans la zone de l'orifice de passage du fluide d'injection 20, la surface extérieure cylindrique du manchon de raccordement 16 est entourée par un élément de raccordement 17 comportant un raccord pour le fluide d'injection 18 et dont l'es- pace intérieur annulaire 19 est obturé de façon étanche par rap port à l'extérieur au moyen de bagues en 0,19'. Le raccord de fluide d'injection 18 comporte un filetage intérieur de sorte qu'il est facile de fixer à l'élément de raccordement 17 un tuyau flexible pour l'alimentation en fluide d'injection au moyen d'une douille flexible vissable non représentée.Le fluide 'injection passe à travers le raccord pour fluide d'injection 18, l'espace intérieur annulaire 19, l'orifice de passage 20, le canal 21 et le trou 23 prévu sur l'axe médian du fleuret intérieur 22 et arrive ainsi au fond du trou de forage 23'. Comme fluide d'injection on peut utiliser aussi bien de l'air comprimé que de l'eau sous pression. Le piston percutant 25, le bout emmanchable 26 appartenant à la deuxième foreuse percutante et rotative 33 qui agit sur la barre extérieure ainsi que l'élément d'évacuation 40 décrit plus en détail plus loin présentent des trous 25', 26' et 40" dont les diamètres sont notablement supérieurs aux diamètres extérieurs des manchons de liaison pour permettre le déplacement le long de la barre de forage intérieure qui les traverse. La foreuse percutante et rotative 24 fonctionne de la même façon que la foreuse-percutante et rotative 1. Par conséquent, ltair comprimé amené à la chambre collectrice 30 par l'orifice d'entrée d'air 29 est dirigé alternativement par le tiroir de distribution 31 dans la chambre de cylindre avant 26 et dans la chambre de cylindre arrière 27 ; par contre, l'air évacué s'échappe à l'exté- rieur par le canal d'échappement 32.Le canal d'échappement 32 est dirigé vers les channes à rouleaux d'avancement 51 et 52 de sorte que l'air qui s'échappe de ce canal nettoie et lubrifie ces charnels. Le mouvement de rotation de la tige de forage extérieure est provoqué par le mécanisme de rotation 33 actionné hydrauliquement dont le pignon 34 meut le support de fleuret 36 qui possède une endenture extérieure et qui comporte sur sa face intérieure des rainures à coin 37 dans lesquelles s'engagent des talons 38 prévus sur le bout emmanchable 26. En conséquence, le bout emmanchable 26 qui fait partie de la barre de forage extérieure tourne en même temps que le support de fleuret 96. Sur le bout emmanchable 26 qui comporte un filetage extérieur 39 à son extrémité opposée au piston de percussion 25 est vissé l'élément d'évacuation 40.A celui-ci font suite alternativement des piè- ces intermédiaires 41 et des tuyaux de liaison 42 ainsi que le fleuret annulaire 43. Les éléments qui viennent d'etre-mention- nés sont également fixés par vissage les uns aux autres. La barre de forage extérieure se compose par conséquent du bout emmanchable 26, de l'élément d'évacuation 40, des éléments intermédiaires 41 et des tubes de liaison 42, tandis que la barre de forage intérieure se compose du bout emmanchable 8, du manchon de raccordement 16 ainsi que de barres de rallonge 14 et de manchons de liaison 15. Les deux foreuses percutantes et rotatives 1 et 24 qui, pendant l'opération de forage, se trouvent en permanence en dehors du trou de forage, sont fixées chacune sur un chariot 44, 45.Ces chariots 44, 45 sont maintenus sur un affut 46 au moyen de guidages en queues d'aronde ou éléments analogues. L'avance des chariots 44 et 45 ainsi que des foreuses percutantes et rotatives 1 et 24 fixées sur ces chariots est réalisée au moyen de moteurs d'avancement 47 et 48 disposés respectivement de part et d'autre de l'affut 46 à son extrémité opposée aux fleurets 22 et 43. L'impulsion motrice peut se faire par air comprimé ou hydrauliquement. Sur les bouts d'arbre des deux moteurs d'avancement 47 et 48 sont fixés respectivement deux pignons 49 et 50 dont les dents engrènent avec la channe à rouleaux 51 ou 52 reliée au oha- riot correspondant 44, 45. Entre les deux chariots 44 et 45 peut étre disposée une pièce d'insertion 53 représentée en tirets et points, vissée sur ces chariots.En utilisant cette pièce, il est ainsi possible de faire avancer ensemble les deux foreuses percutantes et rotatives 1 et 24 à l'aide d'un seul des deux moteurs d'avancement 47, 48, ce qui est à envisager avec des trous de forage de petit diamètre ou avec des matériaux faciles à forer. Les deux moteurs d'avancement 47 et 48 ainsi que les deux foreuses percutantes et rotatives 1 et 24 peuvent titre actionnés indépendamment l'un de l'autre à partir d'un pupitre de commande commun, non représenté. il est possible dans ce cas d'adapter aux conditions d'utilisation du moment le nombre de percussions et 1' énergie de percussion aussi bien que le régime de rotation et la vitesse d'avancement. De plus, on a la possibilité de mettre en marche et de couper l'arrivée de fluide d'injection indépendamment du fonctionnement du marteau.Suivant les conditions de mise en oeuvre (forage en morts-terrains, forage d'ancrage ou forage sous l'eau > , on peut travailler soit en même temps' avec la barre extérieure et la barre intérieure, soit uniquement avec l'une de ces deux barres. il y alieu de tenir compte à ce sujet du fait que lorsquton travaille avec le fleuret intérieur 22, la foreuse ~pércutante et rotative 24 qui opère en liaison avec la barre esT térieure doit se trouver à l'extrémité de l'affut 46 située du côté des fleurets 22 et 43 tandis que, lorsqu'on travaille avec la barre de forage extérieure, la foreuse percutante et rotative 1 qui opère en liaison avec la barre intérieure doit se trouver à l'extrémité de l'affut 46 située à l'opposé des fleurets 22 et 43. L'évacuation du matériau de forage s'effectue par l'espace annulaire 54 ménagé entre la barre de forage extérieure et la barre de forage intérieure, et il est prévu à son extrémité opposée aux deux fleurets 22 et 43, dans l'élément d'évacuation 40 un orifice 40' par lequel les boues de forage sortent à l'exté- rieur. Le mode de réalisation de l'invention représenté aux figu ès 6 à 9 ne se différencie essentiellement du mode due réalisation représenté aux figures 1 à 5 que par le fait que les deux mécanismes de percussion 2' et 25' -sont reliés rigidement l'un à l'autre par une pièce intercalaire 55, et sont en conséquence fi xes sur un seul chariot 56 coulissant sur l'affut 46, et par le fait que l'arrivée du fluide d'injection dirigé vers le fond du trou de forage s'effectue en passant par l'élément de raccord ment 57 disposé suivant l'axe de forage a - b à l'extrémité du dispositif de forage opposée aux deux fleurets 22 et 43, par le tuyau d'injection 58, par le canal 59 et par les trous 60 prévus dans le fleuret intérieur 22. il y a lieu de signaler que, lorsqu'il s'agit de forer des trous d'ancrage comme le montre la fi- gure 9, le fleuret intérieur 22 doit être placé en retrait par rapport au fleuret extérieur annulaire 43 pour éviter que l'eau d'injection ne vienne affouiller le fond du trou de forage. Par contre, dans les forages en morts-terrains et surtout dans les forages sous l'eau, où le fleuret annulaire rencontre de la roche solide (sol naturel), il est avantageux, comme le montre la figu- re 59 que le fleuret intérieur soit en saillie en avant du fleu- ret annulaire extérieur, et ceci également lorsqu'il s'agit de sages dans des couches d'argile, de cailloutis et d'eau se trouvant au-dessus de la roche naturelle. De plus 9 il y a lieu de mentionner que, pour le dispositif suivant l'invention, on peut utiliser des mécanismes de percussion à commande pneumatique ou hydraulique et des mécanismes de rotation à commande pneumatique, hydraulique ou de tout autre type. Outre le contenu des revendications, tous les détails conte nus dans les exemples de réalisation qui viennent dextre décrits sont des éléments de l'invention. Contrairement à ce qui se passe dans les dispositifs connus pour le forage en morts-terrains, le forage de trous d'ancrage et/ou le forage sous l'eau, il est possible avec le dispositif suivant l'invention de fixer a priori avec précision le rapport entre l'énergie de percussion exercée sur le fleuret intérieur et l'énergie de percussion exercée sur le fleuret annulaire extérieur, et/ou de mouvoir ces fleurets à des régimes de rotation différents. Par suite, par rapport aux dispositifs connus, le dispositif suivant l'invention offre l'avantage important de permettre d'obtenir des rendements de forage notablement supérieurs avec des puissances motrices plus faibles, toutes les autres conditions étant égales par ailleurs. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que les mécanismes de percussion et de rotation utilisés pour la commande du dispositif sont beaucoup plus petits et plus légers que dans les dispositifs connus dont il a été question. REVEEDICADIONS 1) Dispositif pour le forage en morts-terrains, le forage de trous d'ancrage et le forage sous l'eau qui comporte un fleuret intérieur fixé à un porte-taillant ou barre de forage intérieure et un fleuret annulaire fixé à une barre de forage extérieure, caractérisé en ce qu'il est prévu deux foreuses percutantes et rotatives commandées de préférence indépendamment l'une de l'autre et se trouvant de préférence en dehors du trou de forage pendant l'opération de forage, qui comportent chacune un mécanisme de percussion et un mécanisme de rotation, l'une des foreuses percutantes et rotatives agissant sur la barre de forage intérieure et l'autre foreuse agissant sur la barre de forage extérieure. 2) Dispositif suivant revendication 1, caractérisé en ce que les deux foreuses percutantes et rotatives avancent et reculent suivant la direction de l'axe de forage de préférence indépendamment l'une de l'autre, chacune sous l'action d'un moteur d'avancement. 3) Dispositif suivant revendication 2 caractérisé en ce que les pistons de percussion des deux foreuses percutantes et rotatives sont disposés concentriquement à l'axe de forage, d'une façon telle que, si on regarde depuis les deux fleurets, la foreuse percutante et rotative qui agit sur la barre de forage extérieure se trouve devant la foreuse percutante et rotative qui agit sur la barre de forage intérieure, son piston, qui comporte un alésage concentrique, entourant la barre de forage intérieure, et caractérisé également en ce que les diamètres des trous et passages prévus dans le piston de percussion qui agit sur la barre de forage extérieure, dans le bout emmanchable voisin et dans un élément d'évacuation éventuellement prévu sont supérieurs aux diamètres extérieurs de manchons d'assemblage faisant partie de la barre de forage intérieure. 4) Dispositif suivant revendication 3 caractérisé en ce que la barre de forage intérieure est munie entre les deux foreuses percutantes et rotatives d'un raccord pour fluide d'injection d' où part un canal traversant la barre de forage intérieure et aboutissant au fleuret intérieur. 5) Dispositif suivant revendication 4 caractérisé en ce que, dans la zone de l'orifice de passage du fluide d'injection, la barre de forage intérieure présente une surface latérale extérieure cylindrique et est entourée par un élément de raccordement qui comporte un raccord pour fluide d'injection qui est obturé de façon étanche aux deux extrémités de préférence à l'aide de bagues en O. 6) Dispositif suivant revendication 1, caractérisé en ce que les mécanismes de rotation sont mûs hydrauliquement. 7) Dispositif suivant revendication 2, caractérisé en ce que les moteurs d'avancement fonctionnent à l'air comprimé ou hydrauliquement