Brevet FR2096882A1 — publié le 19720303

La présente invention concerne d'une manièregénérale le fora ge rar percussion et plus particulièrement un nouvel ensemble de trépan et d'alésoir, pour le forage par percussion au câble, qui est destin- à tre utilisé 'une manière avantageuse avec des structures de forage classiques par battage. Il existe depuis longtemps un besoin pour des trépans aléseurs profilés qui permettent de réduire à un minimum le broyage secondaire des roches taillées àuparavant, de maintenir droit un trou foré en le protégeant même contre les pierres, dont l'utilisation peut être prolongée avec des outils simples qui les maintiennent aux dimensions voulues, qui ne nécessitent à peu près aucun affûtarge, en partieulier sur le terrain, ne se coincent pas lorsqu'ils sont utilisés d'une manière appropriée et permettent d'augmenter considerablement la distance forée par heure en comparaison des équipements standards, dont la durée est longue et dans lesquels l'alésoir est disposé et réalisé de manière à être efficace. En conséquence, la présente invention concerne un ensemble de trépan et d'alésoir de forage par percussion profilé qui répond aux exigences indiquées plus haut. D'une manière générale, dans un premier mode de réalisation avantageux de l'invention, l'ensemble de trépan aléseur de forage par percussion comprend un arbre ou corps profilé dont l'extrémité inférieure est de section réduite. Une rangée d'éléments de trépan ou doigts en forme de burins allongés sont montés sur l'extrémité inférieure et sont dirigés vers le bas. La forme de ltélément central peut être ronde et celle des autres éléments, semi-ronde chaque groupe disposé sur le côté de l'élément central faisant face à une direction prédéterminée pour tourner, tailler ou racler ou bien ils peuvent être tous de forme ronde. Des alésoirs espacés sont fixés suivant une nouvelle disposition à l'arbre, au-dessus des éléments de coupe dont ils sont séparés, de manière à être efficaces et à n'offrir qu'une résistance minimale lorsqu'ils sont retirés. Dans un autre mode de réalisation avantageux, le trépan est expansible. Deux dents espacées dirigées vers le bas, en forme de blocs, sont disposées dans le prolongement de cavités réalisées à l'extrémité inférieure de l'arbre profilé et chacune d'elles comporte un élément de coupe allongé rapporté, en carbure ou en toute autre matière appropriée, bien que pour certaines utilisations, les dents puissent être en acier à outil. Une cloison dirigée vers le bas sépare les dents et un gros boulon passant à travers les dents et la cloison maintient les dents en place. Des cales qui peuvent être introduites facilement en retirant le boulon sont destinées à être disposées derrière les dents et la cloison pour maintenir les dents à leurs positions d'écartement voulues. En conséquence, la présente invention concerne un ensemble de trépan aléseur de forage par percussion au câble qui peut être adapté particulièrement à une structure de forage par battageJmais qui peut être utilisé autrement, dont l'efficacité est élevée, qui permet de réduire à un minimum le broyage secondaire des roches taillées et de maintenir sensiblement rectiligne un trou foré, dont l'affûtage des éléments de coupe est minimal, qui est expansible et conserve ses dimensions-de coupe à l'aide d'outils simples, qui permet d'augmenter considérablement la distance forée par heure, dont la durée est prolongée, dont l'alésoir efficace présente un risque de coincement minimal lorsqu'il est remonté, dans lequel une ou plusieurs dents peuvent être remplacées facilement à peu de frais et qui donne. tous les avantages recherchés. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours ae la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent, à titre explicatif mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins, la figure 1 est une élévation d'un trépan aléseur de forage suivant la présente invention i la figure 2 est une vue partielle, à grande échelle, de l'ex- trémité inférieure du trépan aléseur, dont une partie est représentée en coupe afin d'en montrer les détails la figure 3 est une vue semblable à clle de .la figure 2, mais tournée de 90. degrés et dont une partie est coupée pour en montrer les détails la figure 4 est une vue-en plan, à grande échelle, de la figure 2 ; la figure 5 est une élévation d'un autre trépan aléseur de forage suivant la présente invention ;; la figure 6 est une vue partielle, à grande échelle de ltex- trémité inférieure du trépan de la figure.5 ; la figure 7 est une vue semblable à celle de la figure 6, mais tournée de 90 degrés ; la figure 8 est une vue de dessous de la figure 6 ; la figure 9 est une coupe horizontale, à grande échelle, suivant la ligne 9-9 de la figure 5 s la figure 10 est une coupe horizontale suivant la ligne 10-10 de la figure 6 ; la figure 11 est une coupe verticale suivant la ligne 11-11 de la figure 7 ; et la figure 12 est une vue semblable à celle de la figure 10, mais représentant trois dents. Sur les figures 1 à 4, la référence 10'indique d'une manière générale un ensemble de trépan et d'alésoir de forage par percussion au câble réalisé suivant les principes de l'invention. L'ensemble 10 comporte un arbre 12 dont la partie supérieure réduite 14 est filetée et dont la partie inférieure réduite 16 se présente sous la forme indiquée clairement sur les figures 2 à 4 et se termine par une surface de dessous plane et étroite 18 dont la forme permet de réduire le broyage secondaire des roches. Un burin allongé de forme arrondie 20, en acier au carbure, est monté au centre de la surface de dessous-18 où il est fixé par n'importe quel dispositif approprié,par exemple par ajustage à la presse, soudure à l'argent, filets de vis, etc.Des éléments de burins allongés de forme ronde ou demi-ronde 22, en acier au carbure, sont disposés de chaque côté-de l'élément 20, deux de ces éléments étant représentés dans chaque groupe. Chaque élément 22 est monté de manière que le bord de coupe réalisé en découpant une moitié de son nez libre soit tourné dans le sens normal de rotation de l'ensemble 10 au moment où on le laisse tomber. Les-burins 20, 22 peuvent être disposés bien en dessous de la surface 18 pour réduire le broyage secondaire des roches taillées ou brisées ou bien leur saillie peut n'être que légère. Il ne se produit aucun coincement lorsque l'ensemble 10 est utilisé avec une structure de forage par battage. Les éléments 20 et 22 peuvent se présenter sous d'autres formes particulières dont toutes appliquent une charge unitaire élevée au cours du forage. Pour le forage par percussion, la structure suivant la présente invention permet un nouveau procédé de mise sous tension des roches. Les points de contact des éléments 20, 22 font recouvrir les lignes de tension, radiales ce qui ne se produit pas avec des trépans standards. De ce fait, le forage est plus important et une plus grande hauteur de roche est forée. Des alésoirs 24 espacés diamétralement, faisant partie intégrante de l'arbre 12, sont disposés au-dessus des éléments 20, 22 et chacun d'eux comprend une lame de raclage 26 en acier au carbure dont le bord de coupe inférieur 28 est disposé à 0,8 millimètre environ à l'extérieur d'un bord d'alésage supérieur 30 afin d'obtenir un alésage maximal avec un coincement minimal lorsque l'en- semble 10 est monté, comme on le voit clairement sur les dessins. Les éléments 20, 22 et les lames de raclage 26 de l'alésoir peuvent être en d'autres matières appropriées, telles que du carbure de tungstène. Les figures 5 à 11 représentent un autre mode de réalisation avantageux de l'invention qui est indiqué d'une manière générale par la référence 30. L'ensemble 30 comprend un arbre 32 dont llex- trémité supérieure 34 est réduite et filetée et dont l'extrémité inférieure 36 comporte deux cavités ou chambres 38 ouvertes à leurs extrémités et à leurs parties inférieur-s et qui sont sC- parées par une cloison ou paroi 40. Une dent 42 en forme de bloc est montée dans l'une des cavités 38, elle corqorte une ouverture ronde 44, une partie avant agrandie 46 et un élément rapporté 48 en carbure ou en toute autre matière appropriée, dont la forme est celle qui est représentée sur le~ Je--s esi.Une seconde dent 50 est semblable à la dent 42 à llex- ception du fait qu'elle comporte une ouverture taraudée 52 au lieu de l'ouverture 44. Les dents 42 et 50 peuvent être en un bon acier massif. Un gros boulon 54 muni d'une tête 56 traverse l'ouverture 44, l'ouverture 58 de la cloison 40 et se visse dans l'ouverture 52 afin de maintenir les dents 42 et 50 à leurs positions de fonctionnement.L'ouverture 58 est un peu plus grande que le diamètre du boulon 54 pour éviter tout choc ou contact exagéré avec le boulon 54 pendant le forage et pour éviter de lui appliquer des tensions ou de le coincer. Il va de soi qu'il est possible d'utiliser des variantes du dispositif de fixation telles qu'un écrou et un boulon à la place du boulon 54, ce qui évite de former des filets dans l'ouverture 52 mais nécessite un certain espace pour loger un écrou. De plus, il est possible d'utiliser un boulon 54 pour fixer chacune des dents 42 et 50, ces boulons étant ancrés dans la cloison 40. Une cale 60 en métal ou en toute autre matière appropriée est disposée entre chacune des dents 42 et 50 et la cloison 40 afin de maintenir les dents à leurs positions de forage appropriées. Il va de soi qu a mesure que les dents s'usent au cours du forage, on ajoute un plus grand nombre de cales. Ces cales peuvent être facilement mises en place sur le terrain en enlevant et en remettant en place le boulon 54 avec des outils simples. Les dents 42 et 50 sont en un bon acier à outil ou en toute autre matière appropriée. Un bouton 62 en carbure ou en une matière analogue peut être fixé à la surface de dessous de la cloison 40 pour briser des sommets rocheux disposés au centre, etc. Des alésoirs semblables aux alésoirs 24 peuvent être utilisés avec l'ensemble 30 ou bien ils peuvent être introduits dans l'ex- trémité inférieure 36, tels que les alésoirs 64 qui sont disposés au-dessus des dents 42 et 50, ou bien ils peuvent faire partie intégrante'des dents 42 et 50 au-dessus des éléments rapportés 48 en carbure qui sont indiqués en pointiilé en 66 sur la figure 7 seulement. Cependant, le forage-effectué par I'ensemble 30 est efficace sans les alésoirs. La figure 12 représente une variante de l'ensemble expansible 30 qui est indiquée en 70 et dans laquelle une colonne centrale 72 remplace la cloison 40. Trois dents 74 sont représentées, chacune d'elles étant fixée à sa position par un boulon 76, les ouvertures traversant les dents 74 étant un peu grandes pour éviter les chocs et permettre aux dents de se déplacer sans se coincer. Il est possible dtutiliser un plus grand nombre de dents. Au cours d'un essai comparatif, une tige de forage par battage standard munie d'un trépan standard forgé sur place a foré un segment d'un trou de 15,2 centimètres à une vitesse de 20 à 22,5 centimètres par heure dans du granit vert du Connecticut. Un marteau à percussion muni d'un trépan standard forgé sur place a foré, dans les mêmes conditions, 45 à 60 centimètres par heure. Un marteau à percussion muni du trépan 30 décrit plus haut a foré dans les mêmes conditions 90 'c'entimètres à 1,20 mètre par heure. D'autres essais comparatifs ont indiqué la même amélioråtion rémarquable. L'utilisation des cales avec les dents 42 et 50 augmente la durée de coupe de l'ensemble 30 d'une manière considérable. Des essais effectués dans le granit vert du Connecticut ont montré que l'ensemble 30 perdait environ 0,8- mm d'épaisseur en forant 9 mètres. En utilisant les cales 60,il il est possible de forer presque 300 mètres avec un seul jeu de dents 42, 50 au lieu du forage de 90 à 105 mètres qu'il était possible de réaliser à l'aide de trépans fixes comparables. Il va de soi que l'usure indiquée diminue les dimensions du trépan qui devient trop petit pour le trou qui y est foré. il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et quelle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Ensemble combiné pour le forage par percussion ou autre, caractérisé en ce qu'il comprend un corps à l'extrémité inférieure auquel sont montées des dents de forage, un dispositif déplaçant les dents vers l'extérieur pour les maintenir à la largeur de forage nécessaire. 2. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que deux cavités réalisées à l'extrémité inférieure du corps sont séparées par une cloison et contiennent chacune une dent, un boulon fixant les dents contre la cloison. 3. Ensemble suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une cale est disposée entre chacune des dents et la cloison. 4. Ensemble suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le boulon traverse une ouverture de la cloison dont le diamètre est suffisamment plus grand que celui du boulon pour éviter à peu près complètement de marteler le boulon pendant le forage par percussion et de risquer de le détruire. 5. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des cavités multiples sont réalisées à l'extrémité inférieure du corps, autour d'une colonne centrale, chacune des cavités contenant une dent et un dispositif fixant la dent dans la cavité. 6. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément de broyage est fixé à la surface de dessous de l'ex- trémité inférieure dudit corps. 7. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un alésoir est fixé à chacune des dents. 8. Ensemble suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'une cale au moins est disposée entre une dent au moins et la colonne. 9. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif logeant et fixant la position des cales par rapport aux dents afin de les disposer à la largeur de forage nécessaire. 10 Ensemble combiné de forage, caractérisé en ce qu'il comprend un corps, auquel est associé un dispositif de forage, des lames racleuses d'alésoir assurant un alésage et permettant de remonter facilement l'ensemble, les lames de raclage étant montées de manière que leur position soit réglable par rapport au corps.