Brevet FR2459873A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne la structure support d'une perforatrice en remontée et elle se rap- porte plus particulièrement à une telle structure qui combine les avantages fonctionnels d'une structure sup- port en porte-à-faux dans laquelle les mécanismes pro- duisant le couple et la poussée sont portés par une colonne qui s'étend à partir d'un socle qui n'est en appui sur la surface du sol que d'un côté du trou de sonde et d'une structure support dans laquelle les mé- canismes qui produisent le couple et la poussée ne sont pas disposés en porte-à-faux et dans laquelle le socle est en appui sur la surface du sol sur plusieurs côtés du trou de sonde. Une perforatrice en remontée est une machi- ne qui est utilisée pour former des trous de forage d'un diamètre relativement grand. On obtient ce résul- tat en forant un trou pilote vers le bas à travers les couches terrestres jusqu'à ce que le trépan émerge dans une ouverture, telle qu'une galerie principale de mine. On remplace alors le trépan pour une tête de fo- rage de plus grand diamètre, la machine servant alors à tirer la tête, tout en l'entrainant en rotation, vers la surface du sol le long du trou pilote. Les machines de ce type ont été tradition- nellement construites d'une manière telle que les vé- rins de poussée et le mécanisme d'entraînement en rota- tion de la tige de forage étaient portés par un socle en appui sur le sol qui entourait presque complètement le trou de sonde. Normalement, une semelle en béton était formée sur la surface du sol, des boulons de fon- dation faisant saillie vers le haut à partir de la se- melle de façon à pouvoir être fixés au socle et à l'an- crer en place. Du fait de la répartition du poids autour du trou et de la courte distance qui existe entre la partie du socle en appui sur la semelle de béton et le trou de sonde, la machine ne pouvait pas achever complètement le forage du trou de grand diamètre de fait qu'après que la tête de coupe ait émergé à travers la surface du sol, la machine aurait pu tomber dans le trou. Le mode opératoire rendu nécessaire pour la sécurité exigerait que, lorsque la tête de coupe ne se trouvait plus qu'à quelques dizaines de centimètres de la surface du sol, la tête de coupe soit abaissée et enlevée ou immobilisée et que la machine soit dépla- cée. Le trou était ensuite achevé par abattage aux ex- plosifs ou par d'autres techniques appropriées pour enlever la matière restante. L'une des tentatives effectuées en vue de résoudre ce problème a consisté à réaliser une perfo- ratrice en remontée dans laquelle les mécanismes qui produisent la poussée et le couple sont portés en por- te-à-faux par un bâti support de sorte que le socle support n'a besoin d'être en appui sur la semelle sup- port en béton que d'un côté de la tige de forage. De cette manière, la tête de coupe peut former le trou de sonde et être tirée sur toute la distance jusqu'à la surface du sol sans risque que la machine puisse tomber dans le trou du fait que le socle maintenu en place par des boulons de fondation noyés dans la semelle en béton est nettement écarté de l'axe de la tige de forage. Cependant, cette construction en porte-à- faux a posé d'autres problèmes. Par exemple, les forces de réaction au couple et à la poussée nécessaires sont d'une telle grandeur qu'il s'est avéré nécessaire d'uti- liser des organes supports supplémentaires pour pouvoir faire fonctionner la machine avec le rendement maximal. Sans les organes supports supplémentaires, les boulons de fondation normalement utilisés pour ancrer le socle de la machine à la semelle de béton auraient tendance à se desserrer. On a trouvé que le type le plus effi- cace d'organes supports supplémentaires est constitué par des vérins hydrauliques disposés entre des parties spécifiées de la machine et un toit de galerie de mine lorsque la machine est située au fond d'une mine. Etant donné qu'il n'existe pas de surface supérieure stable pour les utilisations de la machine en surface, de tels supports supplémentaires ne sont pas utilisables, ce qui réduit considérablement l'efficacité d'une machine de ce type lorsqu'elle est employée en surface. En ou- tre, l'emploi de tels supports supplémentaires, lors- qu'il est possible, limite l'accès à la machine et exige un temps de montage supplémentaire. Les problèmes décrits ci-dessus ont été ré- solus conformément à l'invention grâce à la réalisation d'une perforatrice en remontée qui comporte une struc- ture support en porte-à-faux mais qui comporte également des patins d'appui sur le sol supplémentaires amovibles disposés sur le côté de la tige de forage opposé à la partie du socle qui est en appui sur le sol et qui ser- vent à absorber le couple et la poussée de réaction de sorte que les avantages d'une machine normale, qui ne comporte pas de structure support en porte-à-faux, sont obtenus pendant le forage. Les patins supplémentaires peuvent être retirés lorsque la tête de coupe s'approche de la surface du sol de sorte que le trou peut être achevé par la tête de coupe. Etant donné qu'une construc- tion en porte-à-faux est utilisée le risque que la ma- chine tombe dans le trou est supprimé. La perforatrice en remontée comporte un so- cle en appui sur le sol et une colonne support et de guidage qui s'élève au-dessus du socle. Il est bien en- tendu que l'expression "en appui sur le sol" couvre également la disposition suivant laquelle le socle est en appui sur une semelle support en béton formée sur la surface du sol pour porter la machine. Un mécanisme d'accrochage et d'entraînement en rotation de la tige de forage est monté coulissant sur la colonne support et de guidage et des vérins de poussée hydrauliques sont montés entre le socle et le mécanisme d'accrocha- ge et d'entraînement en rotation de la tige de forage. Un couple et une poussée axiale sont ainsi appliqués à la tige de forage pour forer le trou pilote et alé- ser en remontée le trou en montage. Le mécanisme d'accrochage et d'entra5ne- ment en rotation de la tige de forage comprend un mo- teur, un mandrin et une transmission d'entraînement appropriée à engrenage, à chaîne ou d'un autre type convenable, l'ensemble du mécanisme étant porté en porte-à-faux par la colonne support et de guidage. Le socle comporte des patins d'appui sur le sol disposés du même cÈté de la tige de forage que la colonne support et de guidage. Une partie support supplémentaire en ap- pui sur le sol est raccordée à la colonne de guidage du coté de la colonne opposée à celui o est située la tige de forage pour soutenir la colonne de guidages des boulons de fondation, qui font saillie au-dessus de la semelle de béton, servant à ancrer le socle et la par- tie support supplémentaire à la surface du sol. Le socle comporte également un prolongement qui fait saillie du côté de la tige de forage opposé à celui o est situéela colonne support et de guidage, deux patins d'appui sur le sol supplémentaires étant montés entre le prolongement du socle et le sol pour fournir un support supplémentaire pendant l'opération d'alésage en remontée. Les patins supplémentaires sont amovibles de sorte que le trou de sonde peut être ache- vé par la tête de coupe, De cette manière, pendant les opérations d'alésage en remontée, les patins supports supplémen- taires, qui peuvent être ancrés à la surface du sol par des boulons de fondation pour accroître la stabi- lité, fournissent un support supplémentaire à la machi- ne en exerçant une force dirigée vers le bas contre le sol par réaction à la traction vers le haut exercée par les vérins de poussée. De cette manière, la machine peut appliquer à la tête de coupe le couple maximal et la poussée maximale sans qu'il soit nécessaire de fournir des supports supplémentaires à la machine. Lorsque la tête de coupe a été tirée jus- qu'au voisinage de la surface du sol, on peut retirer les patins supplémentaires et utiliser la tête de cou- pe pour terminer le trou au lieu d'avoir à enlever la totalité de la machine comme ceci est le cas lorsqu'on utilise les machines de la technique antérieure du ty- pe en porte-à-faux. Etant donné que le mécanisme de forage est disposé en porte-à-faux d'un côté de la ma- chine, la répartition du poids et le boulonnage du socle et des patins sont tels qu'il n'y a aucun risque que la machine tombe dans le trou de sonde. On économi- se ainsi beaucoup de temps, étant donné que l'on peut utiliser les opérations normales d'alésage en remontée pour terminer un trou au lieu d'avoir à descendre la tête de coupe et à la retirer d'en bas, à retirer l'é- quipement, puis à faire sauter ou à abattre la matière restante ou d'avoir à retenir la tête au moyen de chaî- nes etc..., à enlever la machine, à faire sauter ou à abattre la matière restante puis à retirer la tête. Les buts et avantages ci-dessus de l'inven- tion apparaîtront ainsi que d'autres à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisa- tion préféré de l'invention, considérée en combinaison avec le dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est en vue en perspective d'une perforatrice en remontée construite conformément à l'invention - la figure 2 est une vue en plan de côté de la partie de socle de la machine représentée sur la figure 1; et - la figure 3 est une vue en plan de face de la partie de socle représentée sur la figure 2. Sur la figure 1 à laquelle on se référera maintenant, on a représenté une perforatrice en remon- tée 10 qui comporte un socle, désigné par la référence générale 12, qui est en appui sur la surface du sol à l'arrière de la machine et qui porte une colonne support et de guidage 14 sur lacuelle un mécanisme 16 d'entrai- nement en rotation de la tige de forage est monté de façon à pouvoir se déplacer de haut en bas et de bas en haut. Deux vérins de poussée hydrauliques 18 sont montés entre le mécanisme 16 d'entraînement en rotation et le socle 12 pour appliquer une force axiale à la tige de forage accouplée au mécanisme d'entraînement en rotation. Le mécanisme 16 d'entraînement en rotation comporte un moteur 20, un mandrin 22 et un engrenage réducteur approprié, monté dans une boite d'engrenage 23, qui accouple le moteur au mandrin. Avec une machine de ce type, on forme des trous ayant un diamètre relativement grand en forant tout d'abord un trou pilote vers le bas à travers les couches terrestres, en utilisant à cette fin le couple fourni par le moteur 20 et une force dirigée vers le bas fournie par les vérins de poussée 18. On ajoute des éléments de tige de forage supplémentaires à mesure que le trou avance en utilisant des techniques bien connues. Lorsque le trépan émerge dans une galerie principale de mine, ou autre chambre souterraine, on retire le trépan et on le remplace par une tête de coupe de grand diamètre. La combinaison d'un couple et d'une force di- rigée vers le haut sert à former le large trou en mon- tage le long du trajet du trou pilote, des éléments de tige de forage étant enlevés à mesure que le trou avance, comme il est bien connu dans la technique anté- rieure. Traditionnellement, les-perforatrices en remontée ont été construites avec un socle qui entou- rait pratiquement complètement le trou de sonde, le poids de la machine étant réparti autour du socle. Ce- pendant, lorsque la tête de coupe s'approchait de la surface du sol, il était nécessaire de démonter la tête de coupe et d'enlever la machine du voisinage du trou de façon que l'on puisse terminer le trou par abattage aux explosifs ou par d'autres procédés. On procédait de la sorte pour éviter le risque que la ma- chine tombe dans le trou. Une machine perforatrice en remontée du type en porte-à-faux, telle que représenté sur la fi- gure 1, a été mise au point pour éviter ces problèmes et, dans cette machine, le socle 12 n'est en appui sur la surface du sol que d'un côté de la tige de forage. Afin de fournir le support nécessaire aux mécanismes qui produisent le couple et la poussée, il est prévu un châssis support supplémentaire 24 qui est ancré par des boulons de fondation appropriés et qui est raccordé à la colonne support et de guidage 14 par des axes d'articulation 28 et par un mécanisme de ri- doir 26 qui peut être réglé pour modifier la position angulaire de la colonne support et de guidage 14 et, par conséquent, l'angle d'inclinaison du trou en mon- tage. Comme représenté sur la figure 2, la colon- ne support et de guidage 14 est rigidement raccordée à une table de travail 32. Le socle 12 comporte deux pa- tins supports arrière 30 qui sont en appui sur la sur- face du sol et portent le poids de la machine 10. La table de travail 32 est raccordée aux patins 30 par les axes d'articulation 28 de sorte que-l'on peut modi- fier sélectivement la position angulaire de la machine et, par conséquent, l'angle d'inclinaison du trou de sonde en réglant le ridoir 26. Les vérins de poussée 18 sont montés sur la table de travail 32 les tiges de piston des vérins de poussée 18 étant raccordées à cette table par des axes d'articulation 34. La table de travail comporte une ouverture centrale 36 par la- quelle la tige de forage (non représentée) peut passer, une partie évidée étant prévue dans la table pour rece- voir une fourche (non représentée) conçue pour s'enga- ger sur des empreintes formées sur la surface extérieu- re de la tige de forage de sorte qu'on peut ajouter ou retirer des éléments de tige de la tige de forage, d'une manière connue, pendant les opérations de forage du trou pilote et d'alésage en remontée. Comme décrit ci-dessus, avec les machines en porte-à-faux de ce type, on utilise des boulons de fondation (non représentés) pour ancrer les patins ar- rière 30 et le châssis support supplémentaire 24 à une semelle de béton support (non représentée) afin d'ab- sorber le couple et la poussée de réaction du mécanis- me 16 d'entraînement en rotation et des vérins 18. Ce- pendant, comme mentionné ci-dessus, une force supplé- mentaire dirigée vers le bas doit être appliquée à la machine lorsqu'elle fonctionne au couple maximal et/ou à la poussée maximale pour empêcher les boulons de fon- dation de se desserrer. La force supplémentaire est appliquée, con- formément à l'invention, par deux patins supports avant supplémentaires 40 montés entre la surface du sol et l'avant de la table de travail 32 à laquelle ils sont raccordés par des ridoirs 42 pendant que le trou en remontée est formé. Les ridoirs 42 sont utilisés pour permettre de régler la distance entre les patins avant et la table de travail 32 pour maintenir le contact avec le sol lorsque l'angle d'inclinaison de la machi- ne est modifié par le réglage du ridoir 26. Les ridoirs 42 sont raccordés à la table de travail et aux patins avant 40 par des axes d'articulation 46 et 48 pour per- mettre le réglage angulaire relatif ci-dessus mention- né. Deux ridoirs 44 sont utilisés pour raccorder les patins avant 40 aux patins arrière 30 afin de fournir une stabilité supplémentaire. Comme mentionné ci-dessus, les patins avant sont mis en place, soit pendant le forage vers le bas pour fournir un support supplémentaire permettant d'exercer une force de forage élevée, soit pendant les opérations d'alésage en remontée pour fournir le sup- port supplémentaire nécessaire pour un alésage effec- tué en utilisant un couple et une poussée élevés. On peut utiliser des boulons d'ancrage (non représentés) pour ancrer les patins avant 40 au sol. Lorsque la tê- te de coupe n'est plus qu'à quelques dizaines de cen- timètres de la surface du sol, on peut facilement re- tirer les patins avant 40 en retirant les axes d'arti- culation 46 et en détachant les ridoirs 44 de sorte qu'on peut alors utiliser la tête de coupe avec un couple et une poussée plus faible pour achever le trou. Etant donné que le socle n'est disposé que d'un seul côté de la tige de forage et est ancré à la surface du sol à une distance importante du trou de sonde, le risque que la machine tombe dans le trou est pratiquement complètement supprimé de sorte qu'on peut achever le trou avec la tête de coupe. Cependant, on évite les inconvénients de la construction en porte-à- faux en utilisant les patins supplémentaires 40 pour fournir un support supplémentaire de sorte que le trou peut être formé en utilisant la poussée et le couple maxima de façon à obtenir le rendement optimal. De cette manière, on combine les avantages de la perfo- ratrice en remontée en porte-à-faux et ceux d'une per- foratrice dans laquelle le socle support en appui sur la terre entoure pratiquement complètement le trou de sonde tandis que les inconvénients résultant habituel- lement d'une telle disposition sont supprimés. On doit garder à l'esprit le fait que des perfectionnementset modifications peuvent être appor- tés à l'invention par les spécialistes de la technique et que de ils perfectionnements et modifications doi- vent tous être considérés comme entrant dans le cadre des revendications annexées, REVENDICATIONS 1) Machine perforatrice en remontée du type qui comprend un socle en appui sur le sol, des moyens supports et de guidage qui s'étendent à partir du socle, des moyens d'accrochage et d'entraînement en rotation d'une tige de forage montés coulissants sur les moyens supports et de guidage, des moyens de pous- s6e montés entre le socle et les moyens d'accrochage et d'entraînement en rotation pour appliquer une force dirigée axialement à la tige de forage et déplacer les moyens d'accrochage et d'entraînement en rotation en vaet-vient le long des moyens supports et de guidage, cette machine étant caractérisée en ce que: a) les moyens (16) d'accrochage et d'en- tra nement en rotation sont portés dans une disposition en porte-à-faux par les moyens (14) supports et de guidage; b) un organe support (24) en appui sur le sol est raccordé aux moyens (14) supports et de guidage du c8té opposé à celui o sont disposés,es moyens d'accrochage et d'entraînement en rotation; c) le socle (12) comportant des moyens d'appui sur le sol disposés uniquement du- même cOôté de la tige de forage..que les moyens supports et de guidage; d) le socle comporte un prolongement qui s'étend jusqu'au c8té opposé de la tige de forage; et e) des moyens (40) formant socle supplémen- taire en appui sur le sol sont montés de manière amovi- ble entre le prolongement du socle et le sol dudit c8té opposé de la tige de forage pour fournir un support sup- plémentaire pendant les opérations de forage, ces moyens formant socle supplémentaire étant amovibles de sorte que le trou de sonde peut être achevé par la machine. 2) Machine selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que le socle comporte une table de travail (32) comportant une ouverture pour le passage de la tige de forage, les moyens (14) supports et de guidage étant raccordés à la table de travail et le prolongement précité formant l'avant de la table de travail. 3) Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens (14) supports et de guidage sont montés pivotants, à l'extrémité arrière de la table de travail, sur le socle (12) et en ce que le raccordement entre le prolongement et les moyens (40) formant socle supplémentaire en appui sur le sol comprend des moyens de réglage (42) pour régler la distance entre le prolongement et les moyens (40) for- mant socle supplémentaire. 4) Machine selon la revendication 3, ca- ractérisée en ce que les moyens de réglage (42) sont constitués par un ensemble de ridoir. 5) Machine selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que les moyens (40) formant socle supplémentaire comprennent une paire de patins d'appui- sur le sol disposés de part et d'autres de la tige de forage. 6) Machine selon la revendication 5, carac- térisée en ce que les moyens (30) d'appui sur le sol du socle comprennent une seconde paire de patins d'ap- pui sur le sol disposés de part et d'autre de la tige de forage, les premiers patins des deux paires et les seconds patins des deux paires de part et d'autre deJa tige de forage étant raccordés entre eux de manière sé- parable par des moyens de liaison (44) indépendants du socle.