Brevet FR2308089A1 — publié le 19761112

l'invention concerne une sonde de mesure, en particulier pour trou de forage pour le captage de gaz dans l'industrie minière. Par des forages pour le captage de gaz dans des mines de houille, on souhaite mesurer et contrôler en service des volumes de gaz ou d'air en circulation avec des paramètres d'état fortement variables, tels que la dépression, la surpression, la concentration du gaz, la température, l'humidité et similaires. Outre l'écoule- ment gazeux proprement dit, il est avantageux de mesurer simultanément la concentration du gaz (en ffi de CH4), la pression (en millimètres de colonne d'eau) et la température (en OC) à des fins d' organisation et de recherche. Il est important également de déterminer la zone d'irruption, c'est à dire les emplacements exacts où le gaz sortant de la roche avoisinante entre dans le forage. Il en est de m8me pour des forages avec dégagement naturel de gaz dans le charbon. Des essais ont montré que des sondes de mesure fonctionnant suivant le principe de mesure par thermistance conviennent moins bien, parce que leur indication dépend de la conductibilité thermique et ae la densité du gaz devant être mesuré.Chaque variation de l'un des paramètres d'état précités nécessite une correction des résultats effectivement mesures. Des opérations de mesure basées sur la méthode de pression différentielle demandent pareillement des calculs de conversion plus ou moins compliqués, car leurs résultats dépendent de la densité du gaz. La pression dynamique d'écoulement dans un tuyau est fonction non seulement de la vitesse de circulation, mais aussi de la densité du gaz, qui est influencée sensiblement, surtout dans des foragea de captage de gaz, par la pression, la température et la composition du milieu. Pour cette raison, des procédés de mesure suivant la méthode de pression différentielle sont pratiquement exclus eux aussi. L'invention a pour but de réaliser une sonde de mesure de maniement simple et ne nécessitant pas d'exploitation compliquée des résultats de mesure. Conformément à l'invention, ce problème est résolu par le fait qu'un corps de sonde formé d'un tronçon de tube est pourvu, à une extrémité, d'une coiffe ou d'un grillage de protection perméable au gaz et, à l'autre extrémité, d'un diffuseur auquel fait suite une tringlerie de guidage, que dans le tronçon de tube est fixé un anémomètre à petites ailettes, et que le corps de sonde est mu ni d'éléments de guidage et de retenue. L'utilisation selon l'invention d'anémomètres à petites ailettes qui, en raison de leur construction et de leur poids,sont indépendants de la densité, de la pression et de la température des gaz à mesurer, donne l'assurance que la sonde de mesure conforme à l'invention garantit des résultats de mesure fiables du courant de gaz à un emplacement quelconque du forage, même s'il se produit des variations relativement importantes des paramètres d' état. A l'aide de la tringlerie de guidage ainsi que des éléments de guidage et de retenue, il est possible d'effectuer des esures systématiques, aussi bien individuelles que continues, pratiquement à n'importe quel emplacement d'un forage de captage de gaz. Selon un agencement de l'invention, le corps de sonde neu+; être constitué par une sonde à centrage, avec des nervures de qui dage qui permettent ae la centrer dans l'axe du forte lors de la mesure. Le mélange gazeux circule à la fois à travers le corps de sonde ainsi agencé et à l'extérieur de celui-ci.Par des mesures comparatives pour des forages de captage de différents diamè@res, effectuées sur un banc d'essai dans des tronçons de tubes de dia- mètre équivalent à celui du forage faut déterminer préalablement, pour la sonde à centrage, en vue de l'exploitation des résultats, le rapport entre la vitesse indiquée momentanément par l'anémomètre dans l'axe du tube et la vitesse moyenne correspondante du volume total de gaz en circulation. Cet inconvénient sur le plan pratique est compensé par le maniement simple et la faible perte de charge supplémentaire créée par le corps de sonde dans le forage. Selon une autre forme de réalisation, le corps de sonde peut être agencé en une sonde d'oturation avec bagues de guidage, bagues de retenue et pièce gonfable. En raison de l'obturation étanche aux emplacements de mesure, le courant de gaz est forcé dans ce cas de traverser l'intérieur du corps de sonde et l'anémomètre.La sonde d'obturation doit entre d'abord appliquée de façon étanche sur la paroi du forage à l'aide de la pièce gonfable, par exemple pneumatique.Etant donné que la section de passage de l'anémomètre ne représente qu'une fraction relativement faible de la section du forage, il se produit alors une forte élévation de la vitesse a'écoulelllert. Pour cette raison, la sonde d'obturation convient tout spécialement pour des sures dans des forages de cap tare de az dans lesquels le gaz circule G. de faibles vitesses.Il est avantageux en outre que la caractéristique ou courbe d'Indica- tion, qui doit être déterminée par des mesures comparatives dans un tronçon de tube, soit valable sans conversion Dour différents diamètres de sondage. L'anémomètre à petites ailettes est uni te préférence d'une diode micro-ondes servant de capteur de mesure. Pour les raisons mentionnées au début, la sonde de mesure conforme à l'invention est équipée avantageusement d'autres instruments de mesure, par exemple d'un appareil de mesure de CH4, d'un ther momètre ou d'un manomètre, sans aucun changement de la structure fondamentale de la sonde de mesure. Au corps de sonde peut être raccordé également un tuyau souple mince, par exemple en matière plastique, pour que des mesures de la concentration du gaz, de sa température, de sa pression ou e son humidité, puissent être effectuées aussi le cas échéant à l'exté- rieur du forage sur des échantillons de gaz prélevés par aspiration à travers le tuyau souple. Dans ce même but, on peut utiliser aussi bien la tringlerie de guidage, formée à cet effet de tronçons de tringles creuses. Pour afficher à l'extérieur les valeurs mesurées par les instruments fixés au corps de sonde, il est prévu avantageusement un câble de mesure auquel sont branchés un indicateur et/ou un enregistreur, qui peuvent être également raccordés de manière connue au poste de surveillance de la mine par une ligne de transmission à distance. Un exemple de réalisaticn de l'invention est décrit ci-après en références au dessin annexé, dans lequel Fig. 1 représente schématiquement une sonde de mesure selon 1' invention, dont le corps est constitué par une sonde à centrage; Hig. 2 à 5 sont des coupes partielles longitudinales et transversales d'unoerpsde sonde agencé en sonde d'obturation. La Pig.1 montre un forage 1 de captage de gaz pratiqué à partir d'une galerie 14 dans la roche avoisinante 10. Dans la zone voisine de la galerie, la forage 1 est muni d'un tubage 11. Dans la galerie 14 est raccordé au tubage Il un té 12, dont une extrémité libre est raccordée à une conduite d'aspiration de gaz 15 et dont l'autre extrémité libre est fermée par une bride d'étanchéité 13. Dans le tubage Il est logé, dans le présent exemple, un corps de sonde 2, qui est constitué par une sonde à centrage 20 comportant des nervures de guidage 27, par exemple en caoutchouc durci. ic corp s de sonde 2 est revêtu à une extrémité d'un grillage de protect-on 210 pour empêcher des morceaux de roche de parvenir à l'intérieur du corps. A l'extrémité opposée du corps de sonde 2 est raccçrdée une tringlerie de guidage 3, oui est formée e tronçons de tringles creuses 30 et se prolonge à travers la ride d'étanchéité 1, jusque dans la section de la galerie 14. tin anémomètre à petites ailettes 6 est disposé ans le corps sonde 1 parallèlement à son axe longitudinal. D'autres instruments 7, o, 9 pour mesurer la concentration, la température ou la proesion du gaz sont assujettis au corps de sonde 2 dans des évide- @ents de protection latéraux. Partant du corps de sonde 2, il est prvu dans l'exemple un câble de mesure 5, qui sort du forage 1 de captage de gaz et est raccordé à un indicateur 50 et/ou un enregistreur 51 susceptibles d'être reliés par une ligne de transmission a distance 52 à un poste de surveillance de la mine non représenté.L'anémomètre a à petites ailettes est équipé d'une diode à micro-ondes 51 servant de capteur de mesure. En plus du câble de mesure 5, un tuyau scuple mince 4, par exemple en matière plastique, eut être amené du corps de sonde 2 à la galerie 14 en vue du prélèvement par cette voie d'écrantillons de gaz dont les variables d'état doivent être déterminées dans ce cas à l'extérIeur du forage 1. Le prélèvement des @chantillons de gaz peut être effectu également à travers la tringlerie de guidage creuse 3. Dans les Fig. 2 à 5 est représenté un corps de sonde 2 agencé en une sonde d'obturation 21, dont la coiffe de protection 200 est munie de canaux 24 à travers lesquels le courant ce gaz devant être @esuré par l'anémomètre à petites ailettes 6 entre à l'intérieur d' un tronçon de tube 22. A celui-ci sont fixées des bagues de guidage 5, ainsi que des bagues de retenue 28, immobilisant une pièce gonflable 26 qui assure l'étanchéité du corps de sonde 2 dans le forage 1. Sur l'extrémité libre du tronçon du tube 22 est placé un diffuseur 23 réuni à son tour au tronçon 30 de la tringlerie de gui dage creuse . a. L'anémomètre 6 à petites ailettes est fixé à une bar- rette plate 62 en vue de son centrage dans l'axe du sondage. REVENDICATIONS 1. Sonde de mesure, en particulier pour trou de forage pour le captage de gaz, dans l'industrie minière, caractérisée en ce qu' elle comprend un corps de sonde (2, 20, 21) formé d'un tronçon de tube (22) et pourvu, à une extrémité, d'un chapeau (200) ou d'un grillage de protection (210) et, à l'autre extrémité, d'un diffuseur (23) auquel fait suite une tringlerie de guidage (3), en ce que dans le tronçon de tube (22) est fixé un anémomètre (6) à petites ailettes et en ce que le corps de sonde (2, 20, 21) est muni d'éléments de guidage et de retenue (25, 26, 28, 27). 2. Sonde de mesure selon la revendication1, caractérisée en ce que le corps de sonde (2) est constitué par une sonde à centrage (20) comportant des nervures de guidages (2/). 3. Sonde de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps de sonde (2) est agencé en sonde d'obturation (21) et comporte des bagues de guidage (25), des bagues de retenue (28) et une pièce gonflable (26). 4. Sonde de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'anémomètre à petites ailettes (6) est muni d'une diode à micro-ondes (61) servant de capteur de mesure. 5. Sonde de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le corps de sonde (2, 20, 21) est équipé d'un appareil de mesure de CH4 (7). 6. Sonde de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le corps de sonde (2, 20, 21) est e- quipé d'un thermomètre (8). 7. Sonde de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le corps de sonde (2, 20, 21) est équipé d'un manomètre (9). 8. Sonde de mesure seloh l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au corps de sonde (2, 20, 21) est raccordé un tuyau souple mince (4). 9. Sonde de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la tringlerie de guidage (3) est formée de tronçons de tringles creuses (30). 10. Sonde de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au corps de sonde (2, 20,21) est raccordé un câble de mesure (5) auquel sont branchés un appareil indicateur (50) et/ou un appareil enregistreur (51).