Brevet FR2081802A1 — publié le 19711210

la présente invention concerne le forage de trous dans la terre et, plus particulièrementf un trépan perfectionné pour le foage de trous de grand diamètre. Le trépan de l'invention est utilisable en général dans les opérations de fora-5 ge dans lesquelles un trou pilote de diamètre relativement petit est d'abord percé puis est, élargi* à -l'aide du trépan perfectionné de l'invention. L'expérience a montré qu'il est désirable que les trépans de ce type comportent un certain nombre de petites 10 molettes coupantes tournant sur le corps du trépan. Ces molettes sont placées à distance les unes des autres de façon que, lorsque le trépan tourne, chacune des parties de la section droite du forage soit attaquée par une ou plusieurs de ces molettes qui désintègrent la couche de terrain traversée. 15 On assure ainsique la presque totalité de l'usure du trépan se produit sur ses molettes et non sur son corps. Les molettes du trépan doivent pouvoir être facilement remplacées en vue de prolonger sa durée de vie utile par remplacement de ses molettes lorsqu'elles sont usées. 20 Ce type de trépan est parfois appelé "trépan de remon tée" du fait qu'il est très souvent employé pour le forage remontant de trous percés entre deux galeries de mine situées l'une au-dessus de l'autre à des niveaux différents. Cette appellation des trépans du type décrit se justifie du fait 25 qu'il est d'abord percé en descendant entre les deux galeries de mine à réunir un trou pilote qui est ensuite agrandi par un forage effectué en remontant. Le trépan de .l'invention peut être employé dans les opérations de ce type et, en général, dans tous les forages de grand diamètre. Son champ d'applica-30 tion peut'inclure des forages de direction inclinée, et avec ou sans trou pilote. Un trépan destiné au forage de trous de grand diamètre doit satisfaire à de nombreuses conditions strictes. Il doit être équilibré, capable de travailler à grand rendement et 35 être robuste et durable. Il est désirable que la plupart de ses éléments s'usent à peu près simultanément sans qu'aucun d'eux ne soit isolément et prématurément mis hors de service. 71-.08087 2 2081802 Un trépan du type décrit est soumis à répétition à de fortes contraintes et sa porme particulière impose des limitations eur les dimensions-de ses éléments qui sont exposés,à subir ces fortes contraintes» 5 Les trépans du type décrit et de conception antérieure sont en général conformes à celui décrit dans le Brevet des E.UoA. ÎT° 3 220 494. Le système décrit dans ce Brevet comprend un équipement de forage qui met le trépan en rotation et le soulève par un mécanisme hydraulique le long d'un trou pilote 10 en vue de percer en remontant un trou qui réunit deux galeries de mine situées l'une au-dessus de l'autre à des niveaux différents. Le trépan de remontée élargit le trou pilote par le travail d'une pluralité, de molettes étagées dont il est muni. Les trépans de grand diamètre antérieurement utilisés 15 sont en général munis de molettes de diamètres différents. Les molettes intérieures ont en général un diamètre plus petit que les molettes extérieures du fait qu'elles doivent être logées aussi près que possible de l'arbre central du trépan et d'autant plus près de cet arbre que le diamètre extérieur du tré-20 pan eâb plus petit. Mais» l'emploi de molettes de diamètres différents donne naissance à certains inconvénients car ces molettes s'usent plus vite les unes que les autres du fait qu'il est difficile de construire des molettes de petit diamètre capables de résister convenablement aux fortes contrain-25 tes qui leur sont appliquées. Le trépan de l'invention comporte une pluralité d'étages constitués chacun par une série de molettes qui entourent un arbre central. Le diamètre de ees étages de molettes augmente graduellement, ce qui permet d'agrandir un trou pilote 30 au diamètre désiré. La disposition en-,étages des molettes du trépan réduit son flottement en cours-de,forage, ce qui contribue à'la -douceur et à la régularité de l'opération. Les molettes du trép&n de, l'invention sont démontables, ce qui permet de les remplacer sans avoirrà .remplacer 35 le trépan -tout entier. Le trépan, de 11 invention permet l'emploi de molettes de grand diamètre, même sur l'étage intérieur9 de sorte que toutes les. molettes du trépan sont interchangea 71 08087 3 2081802 bles et que le trépan est plus robuste que ceux de conception antérieure. L'emploi de molettes de grand diamètre à tous les *étages de coupe simplifie les opérations et les rend moins coûteuses. 5 Les molettes les plus intérieures sont inclinées vers l'intérieur. Cette disposition permet de ménager une place suffisante pour loger l'étrier support des molettes à proximité de l'arbre du trépan, et, par conséquent, de réaliser un trépan plus robuste. Dans ces conditions, la réduction de dia-10 mètre ou l'encochage à prévoir sur l'arbre du trépan sont minimes ou peuvent même être supprimés. La disposition particulière des molettes intérieures permet d'assurer que le trépan ne laisse aucune partie, ou seulement une très petite partie, non travaillée au fond du trou autour du trou pilote. 15 Les molettes du trépan de l'invention peuvent être logées très près les unes des autres, ce qui permet de donner au trépan une structure plus compacte. La compacité de sa structure confère au•trépan de l'invention une simplicité de construction, une économie d'utilisation et une robustesse qui 20 ne pouvaient être obtenues dans les trépans de conception antérieure. Par conséquent, l'un des objets de la présente invention est la réalisation d'un trépan pour f©rages de grand diamètre plus robuste et d'un meilleur rendement que les tré-25 pans du même type et de conception antérieure. ïïn autre objet de l'invention est la réalisation d'un trépan de forage de grand diamètre dont les molettes sont toutes interchangeables. ïïn autre objet de l'invention est la réalisation d'un 30 trépan de forage de grand diamètre d'une structure plus com- • pacte que les trépans du même type et de conception antérieure. Un autre objet de l'invention est la réalisation d'économies substantielles dans le forage des trous de grand diamètre. 35 Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un trépan pour forages de grand diamètre qui ne laisse aucune partie non désagrégée autour d'un trou pilote et qui, par 71 08087 4 2081802 suite, évite les inconvénients qui en résulteraient. la description qui va suivre, et les dessins annexés donnés surtout à titre d'exemples non limitatifs, feront mieux comprendre comment la présente invention peut être réalisée. 5 Sur les dessins annexés : - la figure 1 représente un trépan de conception antérieure ; - la figure 2 est une vue de détail dessinée à plus grande échelle de l'une des petites molettes intérieures du 10 trépan de la figure 1 ; - la figure 3 représente un mode de réalisation de 1* invention ; - la figure 4 est une vue en plan du trépan de la figure 3 ; et 15 - la figure 5 est une vue de détail dessinée à plus grande échelle de l'une des molettes intérieures du trépan de l'invention. la figure 1 représente un trépan de conception antérieure désigné dans son ensemble par la référence 10. Ce tré-20 pan comporte deux molettes intérieures 11 et 12 de petit diamètre qui sont placées au voisinage de l'arbre central 13 du trépan et qui constituent le premier étage de coupe. Cet étage de coupe comporte au moins deux molettes en vue d'assurer l'équilibrage et la régularité de fonctionnement du trépan en 25 cours d'opération. Les molettes 11 et 12 sont supportées par des étriers 14 et 15 portés par l'arbre central 13. Ces étriers 14 et 15 permettent de remplacer facilement les molettes usées par des neuves. Un exemple de molette amovible et d'un système d'étrier de support de cette molette est donné 30 dans le Brevet des E.U.A. ÎT° 3 203 492. Un deuxième étage de coupe, situé au-dessous du premier, comporte deux grandes molettes 16 et 17 respectivement montées dans des étriers 18 et 19. L'arbre central 13 s'étend dans le trou pilote dont le 35 diamètre est légèrement plus grand que le sien. Le trépan 10 est mis en rotation par une table tournante à la manière bien connue dans la profession. Lorsque le trépan 10 tourne, les 71 08087 5 -2081802 molettes 11, 12, 16 et 17 entrent en contàet avëô la couche de terrain traversée et la désagrègent à mesure que le trépan remonte en suivant la direction de lsaxe du trou pilote. Les surfaces latérales coupantes de molettes 11, 12, 16 et 17 5 doivent attaquer en coopération toute*la sûrfaee du fond du trou en cours de forage et leur étrier de support ainsi que les autres parties du trépan ne doivent pas être en' contact avec la couche' de terrain attaquée. Pour satisfaire à ces conditions, les bords intérieurs 20 et 21 dès molettes 11 et 10 12 doivent venir aussi près que possible de l'arbre central 13 du trépan et les molettes 16 et 17 du deuxième étage de coupe doivent être placées de façon que leurs bords intérieurs coupants décrivent unë circonférence dont le diamètre est au plis égal à celui de la circonférence décrité par le bord exté-15 rieur coupant des molettes 11 et 12, Par conséquent, ces molettes 11 et 12 doivent être plus petites et l'arbre central du trépan doit comporter des évidements qui permettent de former les étriers 14' et 15. La figure 2 représente plus en détail l'une des molet-20 tes intérieures qui constituent le premier étage de coupe du trépan de la figure 1. Pour assurer que l1étrier 14 n'entre pas en contact avec la couche de terrain en cours de forage, l'axe 22~de la molette 11 fait un angle © avec l'axe de l'arbre central 13» Cet-angle ô, qui doit être supérieur à 90°, 25 est en général compris entre 120 et 130°. L'arbre central 13 doit comporter un évidement 24 qui permet de constituer l'é-trier 14 de façon que la molette 11 puisse y être logée. Cet évidement 24 affaiblit l'arbre central 13 et, par suite, est indésirable. 30 La figure 3 représente un mode de réalisation du tré pan de l'invention désigné dans son ensemble par la référence 25. Ce trépan comporte deux molettes intérieures 26 et 27 placées à proximité d'un arbre central 28. Ces deux molettes 26 et 27 sont inclinées vers le bas et vers l'intérieur ainsi 35 qu'il sera expliqué plus en détail avec' référence à la figure 5, Le premier étage de coupe comprend deux autres molettes 29 et 30. Ces molettes 29 et 30' soîit inclinées vers le bas et 71 08087 f, 2081802 vers 1* extérieur à la aanièr-e Habituelle mais sont séparées de l'arbre central 28 par une distance suffis g pour psriubi* de loger leurs étriers âe support sans qu'il soit nécessaire d*évider cet arbre, le deuxième étage' de coupe -est constitué 5 par des molettes 31» 32, 33 et 34 semblables-à celle décrite avec référence à la figure 1 » La figure 4 est une vue en plan du trépan 25. Les molettes intérieures 26 et 27 sont diamétralement opposées par rapport à l'arbre central 28 et sont inclinées vers l'inté-10 rieur. Les deux autres molettes 29 et 30 du premier étage de coupe sont plus éloignées de lfarbre central 28 et sont inclinées vers l'extérieur. Le deuxième étage de coupe comprend les quatre molettes 31 » 32, 33 et 34 qui sont logées au-dessous de celles du premier étage et disposées symétriquement pour 15 que le trépan soit équilibré. On remarquera que, lorsque le trépan tourne, ses molettes attaquent la totalité de l'extrémité du trou en cours de forage, ce qui assure l'uniformité de cette opération. L'une des molettes intérieures 26 est représentée en 20 détail sur la figure 5. L'axe 35 de cette molette fait un angle 0 avec l'axe 36 de l'arbre 28» Cet angle 0, qui est inférieur à 90®, est de 57° dans le mode de réalisation représenté. Il est sous entendu que cet angle 0 peut avoir une valeur autre que 57", et il est en général compris entre 45 et 90°. La mo-25 lette 26 a les mêmes dimensions que les grosses molettes du trépan 25. Il en résulte tous les avantages de l'emploi exclusif de grosses molettes y compris ceux"provenant d'une interchangeabilité complète, d'une robustesse plus grande, d'une économie sur les frais d'exploitation et d'une plus grande 30 surface de coupe. Le bord intérieur 37 de la molette 26 est situé très près de l'arbre central 28, ce qui assure qu'aucune partie, ou seulement une très faible partie, du fond du trou demeurera non désagrégée autour de l'arbîrë central. Si un petit cordon de la couche traversée demeure non désagrégée "35 entre le bord intérieur 37 de la molette 26 et l'arbre 28, ce cordon se brisera beaucoup plus facilement que s'il était utilisé un "trépan de conception'antérieure. Le toute façon, 71 08087 7 2081802 le cordon. de terrain non désagrégé laissé par tin trépan de conception antérieure tel que celui de la figure 1 est plus large que celui lai,ssé par le trépan de l'invention« De plus, le cordon non désagrégé laissé par un trépan de conception 5 antérieure est plus fermement rattaché à la couche de terrain qui le surmonte en raison de l'inclinaison vers l'extérieur des molettes intérieures. Dans le trépan de l'invention, 1*étrier 38 qui supporte la molette 26 est placé contre l'arbre central 28 sans qu'il soit nécessaire de prévoir un large 10 évidement de cet arbre pour le recevoir. Il s'ensuit que l'arbre sur lequel est monté le trépan de l'invention, ainsi que l'ensemble de l'outil de forage, est plus robuste et a tin rendement plus élevé et une structure plus compacte que les trépans de conception antérieure. 15 le mode d'action du trépan 25 est expliqué ci-après avec référence à la figure 3. Ce trépan 25 tourne en étant guidé par un trou pilote selon le procédé bien connu dans la profession, les deux premières molettes intérieures 26 et 27 attaquent la couche en cours de forage à proximité de l'arbre 20 central et la désintègrent à mesure que le trépan remonte en suivant l'axe du trou pilote. Il est sous-entendu que cette opération peut être effectuée par un nombre quelconque de molettes, le trépan doit être équilibré en vue d'assurer à l'opération de forage la régularité requise et, pour que cet 25 équilibre soit obtenu, il doit être prévu une pluralité de molettes régulièrement réparties autour de l'arbre central, les deux autres molettes intérieurs 29 et 30 sont en contact avec la couche de terrain forée à une certaine distance de l'arbre central. Ces molettes 29 et 30 peuvent aussi être inclinées 30 vers l'intérieur comme celles décrites avec référence à la figure 1* les molettes 29 et 30 désintègrent la couche ; forée à mesure que le trépan est soulevé suivant l'axe du trou pilote et protègent ainsi les étriers de support des deux premières molettes 26 et 27. Pour obtenir un trépan équiLibré, 35 il est,sous-entendu que, ainsi qu'il a été précédemment indiqué, il doit être prévu une pluralité de telles molettes uniformément réparties autour de l'arbre central, le deuxième 71 08087 8 2081802 étage de eoupe qui comprend les molettes 31» 32, 33 et 34 suit le premier étage dans son mouvement de remontée et agrandit le trou foré à la dimension désirée. Il est aussi sous-entendu que, dans le cas du forage de trou de très grand diamètre, le 5 trépan peut comporter plus de deux étages de coupe, le trépan à deux étages de coupe décrit et représenté ne 1*ayant été que pour l'illustration de 1*invention. Bien entendu, la présente invention n1est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais s'étend à toutes les va-10 riantes conformes à son esprit. 71 08087 9 2081802 EEVEKDICAÏIONS 1. Trépan pour forages de grand diamètre dans des couches de terrain, comportent un corps principal formant plusieurs étages de coupe incluant chacun des éléments de coupe dis- 5 posés de manière à assurer une désintégration de toutes les parties à forer de la couche de terrain aboutissant au forage de grand diamètre, caractérisé en ce que l'un au moins de ces éléments de coupe est une molette dont l'axe, incliné -vers l'intérieur, fait un angle aigu avee l'axe 10 du trépan. 2. Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que ses éléments de coupe comprennent au moins une molette dont l'axe, incliné vers l'extérieur» fait un angle obtus avec l'axe du trépan. 15 3. Trépan selon la revendication 2, caractérisé en ce que ses éléments de coupe ont tous les mêmes dimensions. 4. Trépan selon la revendication 3» caractérisé en ce que ledit angle aigu est compris entre 45° et 90°. 5. Trépan, selon la revendication 4, caractérisé en ce que 20 ledit angle aigu est d'environ 57°. 6. Trépan selon la revendication 5» caractérisé en ce que ses étages de coupe augmentent progressivement de diamètre. 7. Trépan destiné à l'agrandissement d'un trou pilote en vue d'obtenir tua. forage de grand diamètre, ce trépan comprenant 25 un arbre central, un corps principal rattaché à l'arbre central et une pluralité d'étages de eoupe, formés par ledit corps central, ces étages de eoupe augmentant progressivement de diamètre et comportant chacun des éléments de coupe qui élargissent le trou pilote, caractérisé en 30 ce que le premier de ces étages de eoupe comporte au moins une molette placée à proximité de l'arbre central et dont l'axe de rotation, incliné vers l'intérieur fait un angle aigu avee l'axe de l'arbre central. 8. Trépan selon la revendication 7» caractérisé en ce que ses 35 éléments de eoupe comportent au moins une molette dont 71 08087 10 2081802 l'axe de rotation incliné vers l'extérieur, fait un angle obtus avec l'axe de l'arbre central» 9. Trépan selon la revendication 8, caractérisé en ce que ses éléments de coupe ont tous les mêmes dimensions. 5 10. Trépan selon la revendication 9» caractérisé en ce que ledit angle aigu est compris entre 45e et 90°. 11. Trépan selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit angle aigu est d'environ 57°. 12. Trépan pour l'élargissement d'un trou pilote en vue d'ob-10 tenir un forage de grand diamètre, ce trépan comprenant un arbre central, un corps principal rattaché à cet arbre central et une pluralité d'étages de coupe forcés par ledit corps principal et augmentant progressivement de diamètre, caractérisé en ce que le premier de ces étages 15 de coupe comporte une paire de molettes montées chacune de façon amovible dans un étrier de support avec leurs axes de rotation inclinés vers 1*intérieur et faisant un angle aigu avec l'axe longitudinal de l'arbre central. 13. Trépan selon la revendication 12, caractérisé en ce que 20 3on premier étage de coupe comprend une deuxième paire de molettes, montées chacune de façon amovible dans un étrier de support, les axes de rotation de ces molettes étant inclinés vers l'extérieur et faisant un angle obtus avec l'axe longitudinal de l'arbre central. . 25 14. Trépan selon la revendication 13, caractérisé en ce que son deuxième étage de coupe comprend une pluralité de molettes montées chacune de façon amovible dans un étrier de support, les axes de rotation de ces molettes étant inclinés vers l'extérieur et faisant un angle obtus avec 30 l'axe longitudinal de l'arbre central. 15. Trépan selon la revendication 14, caractérisé en ce que toutes ses molettes ont les mêmes dimensions. 16. Trépan selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit angle aigu est compris entre 45° et 90'