Brevet FR2330848A1 — publié le 19770603

La présente invention concerne une sondeuse à perussion, plus précisément une sondeuse pneumatique à percussion et rotation. Pour le forage des roches dures on utilise largement des sondeuses à percuteurs pneumatiques de fond. Un percuteur pnsumatique à couronne de forage vient se fixer à ltextrémité d'un train de tiges que l'on descend solidairement avec ledit percuteur pneumatique au fond du trou. Sous l'action de l'air comprimé le percuteur pneumatique frappe par sa couronne de forage le fond du trou et désagrège la roche, qui est évacue ensuite par un jet d'air comprimé amené à cet effét au fond du trou. L'avance du percuteur pneumatique contre le fond du trou et la rotation de la couronne solidairement avec le percuteur, nécessaires au forage, sont réalisées par la sondeuse au moyen d'un train de tiges.Lorsque la couronne de forage est mis hors d'usage, on la remplace en extrayant le percuteur pneumatique hors du trou, et ce en démontant le train de tiges. Après avoir remplacé la couronne on redescend le percuteur pneumatique jusqu'au fond du trou, en reassemblant au préalable le train de tiges. Les machines de ce genre, de pair avec leurs avantages, comportent certains inconvinients. Casactérisés par un fort encombrement, ces matériels onéreux ne se prêtent pas à l'utilisation dans des endroits difficilement accessibles, dans les cas où il est indispensable de disposer de matériels de sondage mobiles. En outre, lors du forage par des machines de ce genre de trous profonds, des temps improductifs considbrables sont perdus pour les remplacements de la couronne de forage mise hors d'usage.De tels remplacements s'imposent souvent, car en service la couronne est appliquée contre le fond du trou par des forces d'avancement considérables qui agissent sur le train de tiges depuis la sondeuse, et elle pivote dans le trou sous des charges axiales, ce qui entratre son usure accélérée. L'usure rapide de la couronne de forage élève les frais généraux de forage à cause du prix élevé de la couronne. L'accélération des travaux de forage des trous exécutés par des machines de ce genre, par augmentation du nombre de percuteurs pneumatiques fonctionnant simultanément, est impossible, car on ne peut faire fonctionner simultanément plusieurs percuteurs pneumatiques à partir d'une seule sondeuse. Les inconvénients précités peuvent être supprimés en utilisant une machine automotrice de fond sans chevalement ni banc. thie machine de ce genre est connue, mais elle n'est applicable que pour le forage des roches peu ou moyennement dures. Pour le forage de roches dures une machine de ce genre est inutilisable, car elle ne comporte pas de dispositif de rotation de l'outil. Pour le forage des roches dures la machine automotrice de fond doit comporter un organe incorporé de mise en rotation suffisamment str en service. On connaît largement, à l'heure actuelle, des organes de rotation incorporés d'outils de forage dans les perforatrices. Une perforatrice comporte un corps à l'intérieur duquel sont lofés un percuteur divisant l'enceinte dudit corps en deux chambres- (antérieure et postérieure), et un mécanisme distributeur d'air. Le mécanisme distributeur d'air met en communication l'une ou l'autre chambre de la perforatrice tantôt avec la source d'air comprimé, tantôt avec l'atmosphère. Sous l'action de l'air comprimé dans les chambres le percuteur effectue un mouvement oscillatoire le long de l'axe du corps, en appliquant des chocs sur la queue de la tige de forage portant la couronne de forage à son extrémité disposée dans la partie antérieure du corps. 1a mise en rotation de la tige de forage est effectuée par un mécanisme incorporé dans le corps de la perforatrice. Le mécanisme de rotation de la tige de forage avec sa couronne est actionné par le mouvement du percuteur, dont la tette est réalisée, à cet effet, sous forme d'une tige filetée engrenant avec un écrou qui constitue simultanément le moyeu d'un manchon de marche libre. Les cliquets du manchon de marche libre sont montés de façon qu'au cours de l'avance du percuteur, c'est-à-dire de son mouvement dans le sens de forage, le moyen du manchon de marche libre tourne, alors que lors du mouvement de retour du percuteur la rotation du moyeu est impossible, grace à quoi c'est le percuteur proprement ait qui pivote.La rotation du percuteur est transmise à la tige de forage et à sa couronne par une botte pivotante qui, d' une part, est réunie par assemblage à cannelures au percuteur, et d'autre part à la queue hexagonale de la tige de forage. Ainsi, au cours de son avance le percuteur fait tourner le moyeu du manchon de marche libre et achève son mouvement en frappant la queue de la tige de forage qui porte Sa couronne. Dans son mouvement de retour le percuteur pivote et fait tourner au moyen de la botte pivotante la tige de forage portant la couronne de forage. L'air comprimé est amené à la machine par un tuyau flexible. En service, la perforatrice est en dehors du trou. Le maintien en place de la perforatrice au cours du forage en vue de prévenir son recul et ses rotations ainsi que son mouvement d'avance sont réalisés au moyen d'un dispositif d'avance ou bien à la main. Il stensuit que la couronne de forage se trouve en contact pratiquement ininterrompu avec la roche du fond du trou. Le percuteur au cours de son avance frappe la tige, grâce à quoi la couronne de forage arrache les particules de roches qui sont ensuite entraSnées hors du trou par l'air comprimé amené par le conduit central ménagé dans la tige de forage. Au retour du percuteur la couronne pivote. Ainsi, la perforatrice effectue toutes les opérations nécessaires pour réaliser le forage par percussion et rotation. L'inconvénient majeur d'une telle machine tient à ce que la couronne de forage ess constamment appliquée contre le fond du trou par des efforts d'avancement considérables. Pour cette raion la couronne subit une usure accélérée par abrasion étant donné que sa rotation danse trou s'effectue sans qu'elle se dégage du fond du trou. Cela réduit la longueur de l'avancement par couronne et nécessite des remplacements fréquents des couronnes mises hors d'usage, ce qui, compte tenu du prix de revient considérable de la couronne, augmente les frais généraux de forage. En outre, le dispositif de mise en rotation dans la perforatrice fonctionne par prise de force sur le percuteur. Pour cette raison la mise en oeuvre d'un dispositif de ce genre n'est pas recommandée car, compte tenu des dimensions réduites de la machine, celle-ci fonctionne dans des conditions de limitation des puissances. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précités. On s'est donc proposé de créer une machine pneumatique de sondage à percussion et rotation avec un corps susceptible d'exécuter des mouvements oscillatoires le long de l'axe du trou, ladite machine permettant d'utiliser l'énergie improductive de recul pour mettre en rotation l'outil de forage et prolonger la durée de service de l'outil de forage. La solution consiste en une sondeuse pneumatique à percussion ayant : un dispositif destiné à prévenir, au cours du forage, ses mouvements de recul et ses mouvements de rotation, comprenant un corps qui abrite un percuteur formant avec ledit corps une chambre antérieure et une chambre postérieure, pouvant effectuer des mouvements de va-et-vient sous l'action de l'air comprimé et appliquant des chocs sur l'outil de forage logé dans la partie antérieure du corps, un mécanisme de rotation de l'outil de forage composé d'un couple hélicordal composé d'une tige filetée et d'un écrou, et un manchon de marche libre dont la monture mobile est fabriquée d'une seule pièce avec l'un des éléments du couple hélicoSdal, et comportant un moyen destiné à évacuer les déblais de roches hors du trou de forage, ladite sondeuse étant caractérisée, suivant l'invention, en ce qu'elle est équipée d'un fourreau adjacent à la partie postérieure du corps assemblé audit fourreau de manibre à pouvoir effectuer, par rapport à lui, des mouvements de rotation et des déplacements axiaux, l'outil de forage étant solidaire dudit corps et le mécanisme de rotation étant installé entre le fourreau et le corps. L'invention a permis de créer une sondeuse pneumatique de fond à rotation et percussion qui se prête à l'utilisation de lténorgie improductive de recul pour la mise en rotation de l'outil, grftce à quoi lténergie du percuteur n'est pas dépensée pour la mise en rotation-de Outil. Etant donné la puissance limitée des machines de ce genre, ce perfectionnement constitue un avantage sérieux. son outre, la sondeuse selon l'invention permet de prolonger la durée de service de l'outil de forage, la rotation dudit outil n'intervenant que lorsque l'outil est dégagé du fond du trou. D'autres caractéristiques et avantagea de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par le dessin unique annexé, sur lequel : - la figure 1 représente une sondeuse pneumatique à percussion et rotation, suivant l'invention (vue en coupe longitudinale) ; - la figure 2 est la section II-II de la figure 1 - la figure 3 est la section III-III de la figure 1 , La machine comporte un corps 1 avec un outil de forage 2 fixé dessus. Ledit corps contient un percuteur 3 qui sépare l'enceinte intérieure du corps en une chambre antérieure 4 et une chambre postérieure 5.Sous l'action de la différence des pressions de l'air comprimé, créée par le distributeur d'air de la machine (le distributeur d'air ne fait pas l'objet de la présente invention ; ledit distributeur peut être d'un modèle quelconque choisi parmi les distributeurs d'air connus, aussi n'est-il pas représenté sur les dessins et n' est-il pas décrit dans le présent mémoire descriptif, le percuteur se déplace à l'intérieur du corps 1 en appliquant des chocs sur sa partie antérieure 7.L'air comprimé est amené dans la machine en passant par un tuyau flexible 8 relié à une source d'air comprimé, par l'enceinte 9 d'un dispositif de freinage 10 et par le conduit il d'une pipe 12 qui traverse toute la sondeuse. Ensuite l'air comprimé passe par le conduit 13 situé dans la partie antérieure 7 du corps 1 et sort par le conduit 14 de l'outil 2 pour venir souffler le fond 4 du trou de forage. La partie postérieure 15 du corps 1 est disposée de façon mobile à l'intérieur d'un fourreau 16. Le fourreau 16 est rigidement fixé- au dispositif de freinage 10. A l?intérieur du fourreau 16, entre la partie postérieure 15 du corps 1 et le fourreau, est logé un dispositif de rotation 17 qui se compose d'un couple hélicodal 18 et d'un manchon de marche libre 19. Le couple hélicoSdal 18 est formé par une tige filetée -Q, réalisée sur la partie postérieure 15 du corps 1, et un écrou -21. L'écrou 21 est fabriqué d'une seule pièce avec le manchon de marche libre 19. Le pignon - écrou 21 avec les cliquets 22 montés dans le corps du fourreau 16 forment le manchon de marche libre 19. Le fourreau 16 est muni d'un collet intérieur 23, alors que la partie postérieure 15 du corps 1 comporte un collet extérieur 24. Le dispositif de freinage 10 comporte un manchon 10a réalisé en une matière élastique (notamment en caoutchouc) et qui a deux saillies 25 sur lesquelles sont fixes des garnitures 26 en une matière stable à l'usure par abrasion. L'enceinte intérieure 9 du manchon 10a a une forme ovale.Entre les saillies 25 et la surface du trous foré sont ménagés des jeux 27 qui servent, de pair avec l'espace entre les parois du trou et la surface de la sondeuse, à l'évacuation des déblais depuis le fond 4 du trou. Un amortisseur 28 sert à adoucir les chocs éventuels du collet 24 de la partie postérieure 15 du corps 1 contre le fourreau 16 lors du déplacement du corps sous l'effet des forces de recul. Le fonctionneient de la machine se déroule comme suit. Quand on branche le tuyau flexible d'amenée d'air 8 sur la source d'air comprimé, 1'air pénètre dans la sondeuse par l'enceinte 9 du manchon 10a et la pipe 12 traversant le fourreau 16, la tige filetée 20, l'enceinte 5, le percuteur 3, l'enceinte 4 et la partie antérieure 7 du corps 1. Sous l'action de l'air comprimé, la section ovale de l'enceinte 9 tend à prendre une forme circulaire, et les saillies 25 du manchon 10a appliquent les garnitures 26 contre les parois du trou. Des forces de frottement naissent entre les parois du trou et les garnitures 26 et ces forces retiennent la sondeuse dans le trou pendant son fontionnement. Le distributeur d'air met en marche le percuteur 3. En se déplagant à l'intérieur du corps 1 le percuteur frappe la partie antérieure 7 du corps 1. Sous l'effet du choc le corps 1 avec 1' outil de forage 2 fixé dessus commence à se déplacer vers le fond du trou, par rapport au fourreau fixe 16 avec le dispositif de freinage 10. La tige filetée 20 du corps 1 agit sur l'écrou 21 en le faisant tourner (en-sens inverse des aiguilles d'une montre sur la figure 2). Le sens des filets hélicovdaux et la position des cliquets 22 à ressorts sont choisis de manière que lors de l'avancement-du corps I avec l'outil 2 contre le fond 4 du trou (marche directe) l'écrou 21 puisse tourner sans difficulté.Le corps 1 et 1' outil 2, pendant ce temps, ne tournent pas, étant donné que leur masse et leur moment d'inertie dépassent de beaucoup la masse et le moment d'inertie de l'écrou 21. Sous l'action de chaque percussion qu'il reçoit l'outil 2 agit sur le fond 4 du trou et désintègre la roche. L'air de soufflage est admis en continu au fond du trou en passant par le tuyau flexible 8, l'enceinte 9 du dispositif de freinage 10, le conduit Il de la pipe 12, le conduit 13 de la partie antérieure 7 du corps 1 et le conduit 14 de l'outil de forage 2. Les produits de désintégration de la roche (les déblais) sont évacués par le jet d'air comprimé hors du trou à travers l'espace formé par les parois du trou foré et le corps 1, à travers l'espace ménagé entre les parois du trou et le fourreau, ensuite à travers les jeux 27 entre les saillies 25 du manchon 10a et les parois du trou. Puis commence la course de retour du percuteur dans le corps. Après le choc entre les lames de l'outil 2- et la roche du fond du trou, l'outil 2 encaisse les efforts de recul qui le déplacent en sens inverse de l'attaque. Ainsi, le percuteur 3 se déplace dans le corps 1 sous l'action des forces de pression de l'air comprimé, déterminée par le distributeur d'air de la sondeuse. La course directe du corps 1 avec l'outil 2 est provoquée par le choc du percuteur 3 sur la partie antérieure 7 du corps 1. La course de retour du corps 1 avec l'outil 2 intervient sous l'action des forces de recul résultant de la percussion de l'outil 2 contre la roche du fond 4 du trou. Lors des la course de retour du corps 1 la tige filée 20 tend à faire tourner l'écrou 21 (dans le sens des aiguilles d'une montre sur la figure 2). Le sens des filets et la position des cliquets 22 préviennent la rotation de l'écrou 21 dans-le sens indiqué. il en résulte une rotation du corps 1 tout entier avec l'outil 2 ht la tige 20 par rapport au dispositif de freinage 10, au fourreau- 16 et à l'écrou 21 qui restent immobiles dans le trou. Grtce à cette disposition, lors de la course de retour du corps 1, l'outil 2 pivote d'un angle déterminé sous l'effet des efforts de recul. Cette rotation s'accompagne du dégagement de l'outil du fond du trou, ce qui facilite considérablement ladite rotation L'avancement de la sondeuse dans le trou intervient par suite des chocs appliqués par le collet 24 du corps 1 contre le collet 23 du fourreau 16. Les forces agissant sur le fourreau i6 et sur le dispositif de freinage 10 dépassent sensiblement les forces de frottement créées par le dispositif de freinage 10. Pareil avancement de la sondeuse devient possible lors de ltavancement du corps 1 dans le fourreau 16 grace à la désintégration de la roche du fond 4 du puits par l'outil 2. Ainsi, l'énergie du choc appliqué à la partie antérieure du corps 1 par le percuteur 3 est utilisée pour désagréger la roche du fond du trou et pour faire avancer la sondeuse dans le trou. La sondeuse suivant l'invention permet de réaliser le forage à percussion et rotation des roches dures en utilisant les forces du recul pour la rotation de l'outil désintégrant les roches. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'é été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la revendication qui stit. R svs N DI a A 2 I Q N tSondease pneumatique par percussion et rotation, comportant un dispositif destiné à en prévenir le recul et la rotation pendant le forage de trous, du type comprenant un corps dans lequel un percuteur formant avec ledit corps une enceinte antérieure et une enceinte postérieure, est monté de minière à pouvoir exécuter un mouvement de va-et-vient sous l'action d'air comprimé et à agir par percussions sur un outil de forage logé dans la partie antérieure dudit corps, et un mécanisme de rotation de l'outil de forage, ledit mécanisme comprenant un couple hélicordal composé d'une tige hélicoldale et d'un écrou, et un manchon de marche libre dont la monture mobile est fabriquée d'une seule pièce avec l'un des éléments du couple hélicoidal, ladite sondeuse comportant en outre des moyens pour ltévacuation des déblais hors du trou de forage caractérisée en ee qu'elle est munie d'un fourreau adjacent à la partie postérieure du corps de la sondeuse et auquel ce dernier est assemblé avec possibilité de rotation et de déplacement axial par rapport à lui, l'outil de forage étant solidaire dudit corps et le mécanisme de rotation de l'outil de forage étant monté entre ledit fourreau et ledit corps.