Brevet FR2300894A1 — publié le 19760910

La prdsente invention est relative à un dispositif de protection des tançons hydrauliques installés dans une pile de soutene- ment marchant. On sait que, quel que soit le type des piles constituant le soutènement du toit dtune taille > une pile comprend essentiellement une ou deux semelles, un ou deux chapeaux serrés contre le toit de la couche et un ou plusieurs étançons disposés entre la ou les semelles sur lesquelles ils prennent appui et le ou les chapeaux sous lesquels ils exercent une pression pour assurer la force de serrage au toit. Les étançons sont des vérins hydraule ques munis d'un clapet anti-retour et dtune valve de sécurité. Leur rtle consiste à stopposer à l'effort du toit de la couche pour permettre l'exploitation de la taille. On sait que, quand le front de taille est abattu, les mouvements de terrain entratnent un affaissement du toit. La pression augmente alors dans l1e'tan- çon, lequel est verrouillé hydrauliquement par le clapet anti retour Lorsque cette pression atteint la valeur maximale admissible, la valve de sécurité s'ouvre et la pression interne de létançon se rétablit à la valeur désirée. La valve de sécurité fonctionne à ltévacua*ion. Ce mode de realisation n'autorise pas une ouverture instantanée, et le débit de liquide est faible. On voit que la valve remplit parfaitement son rtle lorsque le toit staffaisse lentement et de façon continue. Par contre, certains terrains restent stables pendant un certain temps puis s'affaissent brutalement polar se stabiliser à une autre position.La pression dans les étançons augmente par à.-coups dont la durée peut autre très nettement inférieure au temps de réponse de la valve de sécurité Avant que celle-ci s'ouvre puis permette un écoulement suffisant de fluide pour ramener la pression interne à la valeur désirée, l'étançon subit un effort supérieur à lteffort maximal admissible. On comprend que si ce phénomène se répète fréquemment, les étançons des piles (pile à flèche, pile à bouclier, pile à files...) peuvent etre détériorés rapidement. La présente invention a pour but d'éviter cet inconvénient et de réaliser un dispositif de protection des étançons par absor! tion des élévations brutales de pression. Un dispositif selon l'invention est destiné à protéger un étançon hydraulique pour le serrage d'une pile d'un soutènement marchant contre une surpreision interne brutale due à un affaissement saccadé du toit d'une taille, et il est caractérisé en ce qutil comprend un amortisseur constitué par un accumulateur à membrane disposé à l'intérieur de la tige de l'étançon, la paroi interne de cette membrane définissant une chambre à gaz, tandis que la paroi externe communique avec l'intérieur du cylindre de l'étançon par l'intermédiaire d'au moins un orifice percé dans l'ex- trémité de la tige. Le volume de l'accumulateur à gaz diminue instantanément lors d'une élévation brutale de pression interne dans l'étaacon, la compressibilité du gaz permettant un temps de réponse plus réduit que celui d'une valve de sécurité qui équipe l'étançon. Suivant une autre caractéristique, l'accumulateur à gaz à mem- brane est logé dans ie liquide de l'étançon, sa pression initiale de gonflage étant inférieure à la pression maximale admissible sur l'étançon0 Ainsi, lors d'une élévation instantanée de pression, le gaz de l'accumulateur -amortisseur est comprimé jusqutà ce que les pressions sur les deux parois de la membrane soient équilibrées. La faible surpression existant alors dans le cylindre provoque ltouverturo de la valve de sécurité de l'étançons l'écoulement du liquide et le rétablissement de la pression interne à la valeur calculée. Suivant un premier mode de réalisation, l'amortisseur est un accumulateur classique à membrane, logé dans un évidement pratiqué à l'extrémité et à l'intérieur de la tige de l'étançon. En cours de fonctionnement, cet accumulateur est en équilibre hydrostatique, car l'évidement pratiqué dans la tige et l'intérieur du cylindre de 11 étançon communiquent. Suivant un autre mode de réalisation, ltaccumulatear est cons~ titube par une chambre pratiquée dans la tige de l'étançen, cette chambre communiquant d'une part, à travers une membrane souple, avec l'intérieur du cylindre, et autre part, par un canal pratiqué dans la tige, avec un moyen de gonflage. Dans cette variante, la chambre pratiquée dans la tige définit elle-même la chambre à gaz formant l'accumulateur -amortisseur. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'inventien. Figure 1 est une vue générale d'une pile de soutenement marchant d'une mine, équipée dtançons selon l'invention. Figure 2 est une section axiale d'un étançon selon l'invention lors du terrage de la pile au taist, Figure 3 est une section de l'étançon en fonctionnement normal. Figure 4 est une section de l'étançon montrant l'absorption d'une surpression par l'accumulateur à membrane. Figure 5 est un diagramme illustrant ce qui se passerait avec un étançon classique. Figure 6 est un diagramme analogue illustrant la protection apportée par l'accumulateur. Figures 7 et 8 montrent une variante de réalisation d*un étan gon à accumulation. On a représenté sur la figure 1 une pile de soutènement par exemple une pile à flèche classique 1. Cette pile comprend une semelle 2 à l'arrière de laquelle est articulé le bas d'une flèche scillante 3. L'extrémité supérieure de la flèche porte un axe 4 autour duquel oscille le chapeau 5. Un étançon 6 est monté entre la semelle 2 et la flèche 3. La poussée de cet étançon fait pive ter le flèche 3 autour de l'axe inférieur 7 et assure le serrage du chapeau 5 contre le toit d'une taille de mine. Bien entendu, l'appareil pourrait aussi bien équiper une pile de tout autre type autre qu'une pile à flèche. Les figures 2 à 4 montrent la construction de I'étançen hydraulique de serrage 6. I1 comprend un cylindre creux 8 dans lequel coulisse un pistez 9 constitué par la tette d'une tige 10. Des Joints classiques 11 et 12 assurent l'étanchéité d'une part entre l'intérieur et l'extérieur de l'étançon, d'autre part entre les deux volumes internes 13 et 14 délimités par le piston 9. L'étan çon est muni d'un clapet anti-retour 15 et d'une valve de sécurité ou de coulissement 16. Â l'intérieur de la tette 9 de la tige, on pratique un logement creux 17 qui communique avec la chambre 14 par des orifices 18 ménagés à l'extrémité de la tige. Un accumulateur classique à membrane 20 est placé à l'intérieur de la tiges dans le logement 17. La pression initiale de cet accumulateur à gaz est inférieure à la pression maximale admissible par l'étançon. Pour serrer le chapeau 5 de la pile t contre le toit de la taille, on développe le vérin hydraulique que constitue l'étançon 6 (figure i). Pour cela, on remplit de liquide les capacités internes du cylindre 8. Ce remplissage s'effectue à travers le cXa- pet anti-retour 15 et la canalisation 21 (figure 2). Le clapet anti-retour laisse passer le liquide (suivant la flèche 22) aussi longtemps qas la poussée hydraulique P sous le piston et la tige 10 n'atteint pas la valeur P0 égale à la pression du circuit (fig. 2). La poussée P est transmise à la flèche 3 qui pivote vers le haut et serre le chapeau 5 contre le toit de la taille.La pression PO désirée dans l'étançon6 est maintenue par le clapet anti-retour 15 qui retombe sur son siège. Cette pression est calculée de façon à assurer une force de serrage suffisante du sou tènement au toit (figure 3). On remarquera qutau cours de la montée en pression de l'étant çon, ltaccumulateur 20 reste immergé dans le liquide. par conséquent, il est en permanence en équilibre hydrostatique. A mesure que la pression à l'intérieur de l'étançon augmente, le volume Y de l'accumulateur diminue tandis que la pression du gaz augmente de façon que les deux faces de la membrane 19 de ltaccumulateur X soient constamment soumises à la même pression.Lorsque la pcb sée désirée est atteinte, l'accumulateur occupe un volume V0 X une pression PO En se reportant aux diagrammes des figures 5 et 6, la mise en place et le serrage du soutènement contre le toit sont représen tés par la portion de courbe e b. En cours de travail, le front de taille progresse en avant du chapeau de soutènement. En outre, le mouvement des terrains tend t provoquer un affaissement du toit. La combinaison de ces deux effets entratne une augmentation de l'effort du toit sur le soutènement, donc un accroissement de la pression interne dans l'étançon 6 qui est verrouillé par le clapet anti-retour 15 en appui sur son siège 23. Lorsque cette pression interne dépasse la valeur maximale PMs une valve de sécurité 16 s'ouvre et ramène la pression dans l'étançon à la valeur PM. On sait que cette valve n'a pas un temps de réponse instantané et qu'elle n'autorise qu'un écoulement relativement lent du liquide depuis le cylindre. Lorsque l'affaissement du toit se fait par à-coups, la poussée sur la tige 10 passe brutalement de la valeur Px à la valeur P1 avant que la valve 16 ait eu le temps de s'ouvrir. La pression interne d'un étançon de construction classique demeure alors supérieure à la puissance PM maximale calculée (portions d e f de la courbe, figure 5). Dans un étançon construit suivant la présente invention, l'ac- cumulateur 20 à membrane fait office de tampon. Ceci est illustré par la figure 4 et le diagramme de la figure 6. La poussée P1 transmise par la tige 10 au piston 9 fait coulisser ce dernier vers le bas. Le volume de la capacité 14 diminue brutalement avant que la valve 16 soit ouverte. La différence de pression (P1 moins PM ) est, en majeure partie, absorbée par l'aceumulateur 20 qui contient un fluide compressible. La pression à 11 intérieur du loge ment 17, de la capacité 14 et de l'accumulateur 20 s'établit à une pression PM + p sensiblement inférieure à la pression P1 que l'on obtiendrait avec un étançon classique.Cette absorption est pratiquement instantanée, car le temps de réponse de l'accumulatear 20 est très court. La surélévation de pression 2 dans la ca opacité 14 déclenche l'ouverture de la valve de sécurité 16. Le liquide peut alors s'écouler suivant la flèche 24 jusqu'à ce que la pression à l'intérieur du cylindre soit ramenée à la valeur PM (figure 4). Si lton compare les diagrammes des figures 5 et 6, le temps de réponse de la valve 16 est représenté par la différence des abcisses des points d et eX alors que le temps de réponse de l'accumulateur à membrane est représenté par la différence des abcisses des points d' et e'. On a représenté sur les figures 7 et 8 une variante de construction d'un étançon à accumulateur. Le volume de gaz est com- pressible et contenu dans une cavité 30 pratiquée dans la tige 31 de l'étançon. Un orifice 34 met en communication l'intérieur 33 du cylindre 32 et une membrane 36 fermant la cavité 30 constituant la chambre à gaz de l'accumulateur. Le gonflage de la chambre 30 steffectue par la tige creuse de l1étançon, cette tige étant percée d'un alésage 35 débouchant sur un orifice de gonflage 37. La figure 7 montre l'étançon en fonctionnement normal (la pression interne est égale à PO). La figure 8 montre l'absorption de la surpression brutale P1 par déformation de la membrane 36 et refoulement du liquide à l'intérieur de la cavité 30. Comme décrit précédemment l'augmentation de la pression interne est limite à une valeur faible 2 qui déclenche l'ouverture de la valve de sécurité 16o il est bien entendu que la protection par accumulateur peut être adaptée pour protéger des étançons à simple ou double effet, ces étançons pouvant titre montés sur tous les types connus de pile de soutènement marchant (pile à flèche, pile à bouclier, pile à files.. .). REVENDICATIONS 1. Dispositif pour protéger contre une surpression interne brutale un étançon hydraulique utilisé dans les tailles de mine pour le serrage au toit d'une pile d'un soutènement marchant, Ca- ractérisé en ce qu'il comprend un amortisseur constitué par un accumulateur à membrane disposé à l'intérieur de la tige de lté- tançon, la paroi interne de cette membrane définissant une chambre à gaz, tandis que la paroi externe communique avec l'inté- rieur du cylindre de l'étançon par 11 intermédiaire d'au moins un orifice percé dans l'extrémité de la tige. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le -volume de l'accumulateur à gaz diminue instantanément lors d'une élévation brutale de pression interne dans l'étançon, la compressibilité du gaz permettant un temps de réponse plus réduit que celui d'une valve de sécurité classique. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'accumulateur à gaz à membrane est logé dans le liquide de l'étançon, sa pression initiale de gonflage étant inférieure à la pression maximale admissible sur l'étançons si bien que, lors d'une élévation instantanée de pression, le gaz de l'accumulateur -amortisseur est comprimé Jusqu'à ce que les pressions sur les deux parois de la membrane soient équilibrées. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lors d'une augmentation brutale de pression, l'équilibre des pressions sur la membrane de l'accumulateur est obtenu à une valeur créant une faible surpression dans le cylindre, cette surpression provoquant l'ouverture de la valve de sécurité de ltétan- çon, l'écoulement du liquide et le rétablissement de la pression interne à la valeur admissible. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédents, caractérisé en ce que l'amortisseur est un accumulateur classique à membrane, logé dans un évidement pratiqué à l'extré- mité et à l'intérieur de la tige de l'étançon, tandis que cet accumulateur est maintenu constamment en équilibre hydrostatique, par la communication entre l'évidement de la tige et l'intérieur du cylindre. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce que l'accumulateur est constitué par une chambre pratiquée dans la tige de l'4tanon, cette chambre communiquant d'une part, à travers une membrane souple, avec l'inté rieur da cylindre, et d'autre part, par ure canal pratiqué dans la tige, avec un moyen de gonflage de gaz. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la chambre pratiquée dans la tige creuse définit elle-mame la chambre à gaz constituant l'accumulateur -amortisseur.