Brevet FR2500527A1 — publié le 19820827

Système de commande d'un soutènement du toit de mine à auto-avancement. La présente invention concerne les systèmes de commande d'un du toit de mine à auto-avancement et s'applique en particulier à des systèmes de ce type permettant de commander l'avance du soutènement du toit à partir d'un endroit éloigné. Dans les exploitations minières en longue taille les soutènements du toit de mine sont avancés en actionnant les vérins et les étançons hydrauliques selon des séquences particulières. Une séquence typique comporte les fonctions suivantes: poussée du vérin, abaissement des pieds-droits arrière et/ou des pieds-droits avant, traction du vérin, levée des pieds-droits arrière et/ou des pieds-droitsavant. On connait des systèmes dans lesquels les vannes hydrauliques qui commandent l'alimentation du fluide sous pression aux vérins et aux étançons pour assurer les fonctions requises, sont éloignées du soutènement de toit à commander. Ceci permet à l'opérateur de rester dans une position de sécurité relative, par exemple sous l'élément en en- gagement avec le toit d'un soutènement de toit de mine adjacent. Un inconvénient d'un tel système réside dans la nécessité d'un ensemble de tuyaux souples, un pour chaque fonction, qui s'étendent entre le soutènement à actionner et la position de commande, par exemple le soutè- nement de toit adjacent. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé (Brevet britannique NO 1. 531.246) de positionner les vannes de commande hydrauliques sur le soutènement de toit et de commander leur fonctionnement par des signaux électriques codés transmis à partir d'un point éloigné du soutènement. On évite ainsi la multiplicité des interconnexions hydrau- liques, en particulier du fait que les signaux électriques peuvent être transmis au soutènement par un seul câble. De manière plus spécifique, le système proposé antérieurement utilisait un moteur hydraulique ou un servo-mécanisme de positionnement rotatif hydraulique entrainant une vanne hydraulique à plusieurs voies pour distribuer le fluide hydraulique provenant d'une canalisation d'alimentation vers l'une quelconque ou une combinaison de plusieurs sorties. On a trouvé cependant qu'une telle disposition n'est pas entièrement satisfaisante à cause de la force relativement élevée nécessaire pour actionner la vanne à plusieurs voies en raison de la pression élevée du fluide agissant sur les parties sélectrices mobiles de la vanne. Un but de la présente invention est de remédier à ce problème. La présente invention a pour but de fournir un appareil pour sélectionner le fonctionnement d'un soutènement de toit de mine actionné par un fluide sous pression à partir d'un endroit éloigné, cet appareil comprenant, sur ce soutènement, plusieurs orifices de débit du fluide associés chacun avec un moyen de contrôle déplaçable pour contrôler le débit du fluide sous pression à travers une canalisation associée à cet orifice pour assurer l'exécution d'une fonction ou de fonctions différentes du soutènement, un dispositif de manoeuvre pour le moyen de contrôle, un sélecteur mobile entre des positions pour lesquelles il permet et interdit sélectivement le déplacement du moyen de contrôle par le dispositif de manoeuvre et un moyen de sélection contrôlant le sélecteur en fonction de signaux de demande provenant de l'endroit éloigné, ces signaux spécifiant la position désirée de l'élément sélecteur pour laquelle il permet le déplacement par le dispositif de manoeuvre du moyen de con- trôle correspondant à la position désirée. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le système de commande pour commander le fonctionnement d'un soutènement de toit de mine à auto-avancement à partir d'un endroit éloigné comporte plusieurs vannes de contrôle du débit du fluide, chacune comportant un organe obturateur déplaçable par un dispositif de manoeuvre pour contrôler le débit du fluide sous pression à travers l'orifice de sortie associé pour assurer une fonction particulière du soutènement et un moyen de sélection sensible à des signaux, provenant de l'endroit éloigné, représentant la fonction requise pour amener le sélecteur dans la position dans laquelle il permet un déplacement de l'obturateur de vanne correspondant par le dispositif de manoeuvre. Selon des modes de réalisation préférentiels le moyen de sélection comporte un servo-mécanisme de position, comportant un moteur, et le dispositif de manoeuvre comporte au moins un vérin hydraulique. Le sélecteur peut alors comporter un piston plongeur qui est amené par le moteur dans une position entre l'obturateur de vanne choisi et le vérin hydraulique, la course du vérin étant insuffisante pour déplacer l'obturateur de vanne et actionner la vanne à moins que le piston plongeur ne soit interposé entre eux. Lorsqu'une vanne doit être sélectionnée, le signal codé approprié, de préférence sous forme numérique est envoyé au moyen de sélection à partir d'un émetteur positionné en un point éloigné, par exemple sous le soutènement de toit adjacent. La position instantanée du sélecteur est comparée avec celle requise pour le fonctionnement de la vanne choisie. Si elles sont différentes, le moteur est mis en oeuvre et déplace le sélecteur jusqu'à ce que les deux positions se correspondent. La vanne peut ensuite être ouverte par action du vérin hydraulique du dispositif de manoeuvre. De manière avantageuse, les vannes sont disposées sur un cercle et le piston plongeur est porté par un bras sur l'arbre de sortie du moteur. Le dispositif de manoeuvre peut alors comprendre un vérin hydraulique circulaire ou annulaire, coaxial avec le cercle des vannes et le moteur. Alternativement le sélecteur peut comporter une plaque inter- posée entre les vannes et un ensemble correspondant de vérins hydrauliques, au moins une ouverture étant prévue dans la plaque. La sélection de la vanne requise est effectuée en déplaçant la plaque jusqu'à ce que l'orifice soit aligné avec celui correspondant des vérins hydrauliques pour permettre au vérin de passer à travers l'orifice pour déplacer l'organe obturateur de la vanne choisie. De manière convenable, la série des vérins hydrauliques peut être disposée sur un cercle, chacun étant aligné avec une des tiges de commande des vannes et le sélecteur peut alors être constitué par une plaque circulaire ou annulaire portée par l'arbre de sortie du moteur. Lorsque les vannes sont disposées selon un cercle, le sélecteur peut comporter un servo-mécanisme rotatif comportant de manière commode un disque codé. L'actionnement manuel du sélecteur peut être prévu, par exemple au moyen d'une poignée de contrôle qui peut être utilisée pour tourner le sélecteur afin de sélectionner la vanne choisie pour le fonctionnement. La présente invention sera maintenant décrite plus en détail, à titre d'exemple seulement avec référence aux dessins ci- annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe axiale partielle de la partie des vannes du système de commande; la figure 2 est une vue en élévation frontale de l'appareil de figure 1 et la figure 3 re- présente, schématiquement, une partie du système de commande. En se référant aux dessins, la partie des vannes 10 qui doit être placée sur le soutènement du toit à actionner, comporte six vannes 12 de contrôle du débit du fluide disposées ra- dialefient dans un bloc à vannes annulaire cylindrique 14. Chaque vannne 12 comporte une chambre 16 connectée à un réservoir de fluide hydraulique (non représenté) par des canalisations d'alimentation et de retour usuelles connectées aux orifices 18 et 20 respectivement, et par un orifice de branchement ou de sortie 22 à un vérin ou à un étançon hy- draulique particulier dont le fonctionnement doit être contrôlé. Dans chaque chambre de vanne 16 est logé un obturateur de vanne mobile constitué par un piston obturateur 24 sollicité par un ressort 26 sur un siège 28 pour fermer l'orifice d'alimentation 18 et ouvrir l'orifice de retour 20 de manière à permettre au fluide de s'échapper du vérin ou de l'étançon à travers l'orifice de branchement 22. Une tige poussoir 30 connectée à une de ses extrémités au piston obturateur 24 est montée coulissante dans un forage 32 du corps 14 et elle est étanchée périphériquement par un joint d'étanchéité 34. L'autre extrémité de la tige poussoir fait saillie au delà de la surface inférieure du bloc des vannes 14 et peut être actionnée pour déplacer le piston obturateur 24 en l'écartant du siège 28 afin d'ouvrir l'orifice d'alimentation 18 et en le ramenant sur le siège 36 pour fermer l'orifice de retour 20. Le corps cylindrique 14 contient un petit moteur électrique intrinsèquement de sécurité 40 présentant un arbre de sortie 42, son axe de rotation étant coaxial avec le corps 14. A son extrémité supérieure (comme représenté) l'arbre de sortie 42 porte un transducteur de position angulaire comportant un disque codé 44 et une tête de lecture 47. Le transducteur est connecté par un émetteur (non représenté) à un récepteur situé en un point éloigné du soutènement de toit portant l'appareil avec les vannes de commande 10. sur l'arbre de sortie 42, faisant saillie sur le côté inférieur du moteur, est fixé un bras radial 45 portant à son extrémité la plus externe radialement un piston plongeur 46 de sorte que la rotation de l'arbre de sortie 42 peut positionner le piston plongeur avec son axe en alignement avec l'une quelconque des tiges poussoirs de vanne 30. Le piston plongeur 46 passe en coulissant à travers un trou dans le bras 45 et il est maintenu dans le bras 45 par des butées 48 et 50 situées de part et d'autre du bras. Un ressort 52 agit entre le bras 45 et la butée 50 pour écarter élasti- quement le piston plongeur 46 de la tige poussoir de vanne en laissant un petit jeu. Un vérin hydraulique annulaire 54 comprenant un piston 55 et un bloccylindre 56 est alimenté en fluide hydraulique par l'intermédiaire d'une vanne pilote actionnée par un solénoïde 57 laquelle commande l'admission du fluide au bloc- cylindre à travers un orifice 58. Le vérin est positionné de manière que son piston 55 puisse agir sur le piston plongeur 46 quelle que soit la tige poussoir d'obturateur de.vanne 30 avec laquelle ledit piston plongeur est aligné et l'amène à déplacer le piston de vanne 24 associé. Un ressort de rappel (non représenté) ramène le vérin 55 à sa position de non fonctionnement lorsque le fluide est mis à l'échappement par la vanne pilote. Un schéma simplifié des parties importantes du système de commande est représenté dans la figure 3.Les parties à droite de la ligne en tireté verticale 59 sont placées sur le sou- tènement de toit à commander et comprennent la partie des vannes de commande 10 et un dispositif comparateur 60 dont une entrée 62 connectée à la sortie 64 du lecteur de disque 47 et dont l'autre entrée 66 est connectée au transmetteur à distance 68 au moyen d'un câble électrique 70. Une sortie 72 du dispositif comparateur 60 est connectée au moteur de commande du sélecteur 40 et une autre sortie 74 est connectée à la vanne pilote 57 qui met en oeuvre le vérin 54 en y alimentant un fluide hydraulique par une canalisation 76. En fonctionnement un signal représentant la fonction requise à effectuer est engendré par l'émetteur 68. Ceci peut être effectué manuellement par un opérateur déplaçant un commutateur de sélection ou par un système de commande à cadran automa- tique. Des exemples des diverses fonctions requises sont illustrés dans la figure 2. De manière commode le signal est le numéro repère, sous forme numérique, de la position dans le bloc de vannes de la vanne qui commande cette fonction particulière. Ce signal et celui provenant du disque codé 44 sont comparés par le dispositif de comparaison 60. Si le piston plongeur n'est pas déjà en alignement avec la vanne choisie, le dis- positif 60 met en marche le moteur et fait tourner le piston plongeur jusqu'à ce qu'il soit en face de la vanne requise, ce par quoi un signal correct sera reçu en provenance du disque codé. Le moteur est alors arrêté et la vanne pilote 57 peut être mise en oeuvre. Le fonctionnement réel de la vanne 57 peut être assuré en fermant manuellement un bouton poussoir 78 ou être assuré automatiquement.Lorsqu'elle est mise en oeuvre la vanne 57 admet du fluide hydraulique dans le vérin annulaire 54 qui sollicite alors le piston plongeur 46 contre la tige poussoir de l'obturateur de vanne ce qui ouvre la vanne 12 et alimente le fluide à l'orifice de branchement 22 pour mettre en oeuvre le vérin ou l'étançon connecté à celui-ci. Ensuite la vanne pilote est désexcitée,le vérin 55 revient en place et le piston de vanne 24 revient sur son siège 28. Durant le fonctionnement manuel, l'opérateur actionnera le commutateur de l'émetteur pour initialiser la fonction requise, il surveillera le soutènement pendant que la fonction est effectuée et, lorsqu'elle est achevée, il arrête le signal par commutation vers une autre fonction ou vers le point neutre. Pour le fonctionnement automatique, le commutateur du sélecteur sur l'émetteur sera commuté par l'opérateur sur la position "auto". En réponse, la partie des vannes 10 sur le soutènement de toit positionne le piston plongeur 46 en face de la vanne "auto" 12 correspondante. Le fonctionnement ultérieur de la vanne à solénoïde 57 et du vérin d'actionnement 54 ali- mentera du fluide par l'intermédiaire de la vanne "auto" 12 ce qui débutera la séquence des fonctions pour faire avancer le soutènement. La séquence se continuera et se terminera sans réglage supplémentaire de la partie des vannes 10 en se basant à_la place sur le fonctionnement des commutateurs et des vannes hydrauliques associés avec les composants eux- mêmes, à savoir les étançons et les vérins. Pendant le fonctionnement automatique normal, la vanne ne sera habituellement pas déplacée hors de la position "au- tomatique" de sorte que la sélection et le fonctionnement seront virtuellement instantanés et il n'y aura pas plus de délai entre la "commande" de fonctionnement à partir de l'émetteur et son exécution qu'il n'y en a dans les systèmes actuels employant plusieurs vannes, chacune connectée di- rectement à l'émetteur. Si le dispositif de sélection n'est pas dans la position requise, soit parce qu'une fonction différente est demandée, soit parce que le sélecteur a été laissé dans une position différente après un fonctionnement manuel à distance, il y aura un retard avant que la commande ne soit exécutée. Celui-ci peut être inférieur à une seconde en utilisant soit un moteur à courant continu à double inertie, soit un moteur pas à pas. L'unité de commande peut être actionnée manuellement sur le soutènement lui-même au moyen d'une poignée de contrôle "d'homme mort" 81 connectée à l'extrémité de l'arbre 42 par l'intermédiaire d'un clabotage 83 dans l'ouverture du vérin annulaire 54. Les positions des vannes 12 sont indiquées de façon convenable en 80 sur la face inférieure 82 du bloc cylindre du vérin 56 pour faciliter le fonctionnement manuel. Lorsqu'un fonctionnement manuel est nécessaire, la poignée est poussée et tournée jusqu'à embrayer le clabot. A ce moment, la position de la poignée correspond automatiquement à la position du piston plongeur indiquée sur le cadran. Le bras du piston plongeur peut alors être tourné manuellement jusqu'à la position souhaitée et la vanne choisie est ouverte par fonctionnement de la vanne pilote, de manière commode au moyen d'un bouton-poussoir local. Diverses modifications sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, à la place d'un bras et d'un piston plongeur le sélecteur peut comporter une plaque et un jeu de vérins hydrauliques, un pour chaque vanne, peut être prévu à la place du vérin annulaire 54, l'ensemble des vérins étant commandé simultanément par la vanne pilote. Un orifice dans la plaque peut alors être positionné au voisinage de la vanne choisie pour permettre à la tige du vérin associé de passer à travers la plaque pour actionner la vanne. Les autres vérins viendront simplement porter contre le côté inférieur de la plaque. On peut aussi envisager que les vannes puissent être disposées linéairement et que le piston plongeur ou la plaque du sé- lecteur puissent être déplacés le long de la ligne des vannes, éventuellement à l'aide d'un moteur linéaire. Un avantage des modes de réalisation de la présente invention réside dans le fait que le sélecteur, qui est indépendant du dispositif de mise en oeuvre et des vannes, peut être déplacé en utilisant une force très petite, par exemple par un petit moteur du type habituellement employé dans un trans- ducteur de position angulaire. En raison des pressions de fluide élevées mises en oeuvredes forces très élevées sont nécessaires pour déplacer les pistons des vannes et un servo- moteur important serait nécessaire si le dispositif de mise en oeuvre et les vannes étaient couplés directement. On se rend compte qu'un seul canal de communication peut il être nécessaire entre la vanne de commande montée sur le soutènement de toit et l'émetteur se trouvant à distance puisque le signal de commande peut être sous forme numérique. Cependant un câble électrique à plusieurs âmes peut être employé si on préfère ne pas utiliser les signaux numériques. Revendications 1. Un appareil pour sélectionner le fonctionnement d'un soutènement de toit de mine actionné par du fluide sous pression, à partir d'un endroit éloigné, cet appareil com- prenant sur ce soutènement plusieurs orifices 22 de débit du fluide associés chacun avec un dispositif de contrôle 24 déplaçable pour contrôler l'envoi du fluide sous pression dans une canalisation associée à cet orifice pour assurer l'exécution d'une ou de fonctions différentes du soutènement, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de manoeuvre 54 pour le moyen de contrôle 24, un sélecteur 45-46 mobile entre des positions dans lesquelles il permet ou interdit sélectivement le déplacement du moyen de contrôle 24 par le dispositif de manoeuvre 54 et un moyen de sélection 40- 44-47 contrôlant le sélecteur en fonction de signaux de demande provenant d'un point éloigné spécifiant la position désirée de l'élément sélecteur dans laquelle il permet le déplacement par le dispositif de manoeuvre 54 du moyen de contrôle 24 correspondant à la position désirée. 2. Un appareil pour sélectionner le fonctionnement d'un soutènement de toit de mine à auto-avancement actionné par du fluide sous pression à partir d'un endroit éloigné, cet appareil comprenant au niveau du soutènement plusieurs vannes 16 de contrôle de l'écoulement du fluide comportant chacune un obturateur 24 déplaçable pour contrôler le débit du fluide sous pression par un orifice de sortie associé 22 pour assurer l'exécution d'une fonction particulière du soutènement avec un dispositif de manoeuvre pour l'obturateur 24 desdites vannes, caractérisé en ce qu'il comporte un élément sélecteur 45 déplaçable entre des positions pour lesquelles il peut et interdit sélectivement un déplacement de l'obturateur 24 par le dispositif de manoeuvre 54 et un moyen de sélection -44-47 répondant aux signaux de demande provenant d'un point éloigné spécifiant la fonction souhaitée du soutènement, pour déplacer l'élément sélecteur 45 vers une position dans laquelle il permet un déplacement par le dispositif de ma- noeuvre 54 de l'obturateur 24 correspondant à la fonction désirée. 3. Un appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de sélection comporte un servo- mécanisme de position 40 pour commander la position de l'élé- ment sélecteur 45. 4. Un appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le servomécanisme de position est constitué par un moteur 40 pour déplacer l'élément sélecteur 45 et un moyen 60 pour commander le fonctionnement du moteur selon la comparaison entre les signaux de demande et les signaux de position de sélecteur représentant la position actuelle de l'élément sélecteur. 5. Un appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le point éloigné comporte un moyen 68 pour fournir des signaux de demande dans le même format codé que les signaux de position du sélecteur émis par un transducteur 44-47 associé avec le servo-mécanisme de position 40. 6. Un appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de manoeuvre comporte au moins un vérin 54 et l'élément sélecteur comporte une partie 46 interposée sélectivement qui peut être positionnée par rapport à la partie mobile 54 du vérin et l'obturateur de vanne déplaçable 24-30. 7. Un appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie interposée sert sélectivement pour permettre le passage de la partie du vérin mobile qui actionne l'élément obturateur déplaçable 24 souhaité. 8. Un appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie interposée est constituée par une plaque mobile présentant une ouverture capable de venir en coïncidence entre l'un quelconque des obturateurs de vanne souhaité et les parties du vérin mobiles corres- pondantes à-raison d'une pour chaque élément obturateur. 9. Un appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie interposée 46 assure d'une manière sélective le couplage intermédiaire entre la partie de vérin mobile 54 et l'obturateur de vanne déplaçable 24 souhaité. 10. Un appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la partie interposée est constituée par un piston plongeur 46 qui peut être positionné par le dispositif de sélection 45 entre l'obturateur de vanne dé- plaçable 24 souhaité et le dispositif de manoeuvre 54, la course du vérin 54 étant insuffisante pour déplacer l'un quelconque des obturateurs de vanne pour mettre en oeuvre la vanne associée à moins que le piston plongeur 46 ne soit interposé. 11. Un appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que les obturateur de vanne déplaçables 24 sont disposés en étant espacés sur un cercle et en ce que le sélecteur 46 est déplaçable selon ce cercle. 12. Un appareil selon l'une quelconque des refendications 11 et 4, caractérisé en ce que le moteur 40 est du type rotatif pré- sentant un arbre de sortie 42 portant l'élément sélecteur 45. 13. Un appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'arbre de sortie 42 du moteur 40 entraîne de plus un disque codé 44 pour engendrer les signaux de position du sélecteur. 14. Un appareil selon l'une quelconque des revendications 11, 12 ou li, caractérisé en ce qu'il comporte une poignée de commande 81 pour mettre en oeuvre manuellement le sélecteur. 15. Un appareil selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'une des vannes assure la mise en oeuvre du fonctionnement automatique de l'avancement du soutènement associé.