Brevet FR2534308A1 — publié le 19840413

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE FORAGE ET LE PERCAGE DE MATERIAUX SOLIDES ATELIERS ET CHANTIERS DE LA MANCHE La présente invention concerne un procédé pour le forage, le perçage, la désagrégation et le décapage des matériaux solides, tels que les roches. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Pour forer, percer ou entailler les roches, on peut utiliser des jets d'eau continus à très haute pression, c'est-àdire de l'ordre de 1500 à 2000 bars. Lorsqu'un tel jet d'eau atteint la roche, il produit sur cette dernière une action érosive très importante, de sorte qu'il est possible de forer ou de percer les roches les plus dures. L'efficacité du forage ou du perçage est encore amé liorée en combinant 1 l'action du jet d'eau sous très haute pression avec celle d'un foret traversé par un canal axial d'alimen- tation en eau qui débouche à l'extérieur par une buse d'éjection. Cependant, l'utilisation de pressions de l'ordre de 1500 à 2000 bars, qui sont très nettement supérieures aux pressions d'eau couramment utilisées notamment dans les mines, implique un matériel et notamment des compresseurs particulièrement éla borés et coûteux. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient, en proposant un procédé utilisant un jet de liquide dont la mise en oeuvre est nettement moins onéreuse que celle de la technique connue précitée, tout en présentant une efficacité au moins équivalente à cette dernière. Dans le procédé visé par l'invention pour le forage, le perçage, la désagrégation et le décapage de matériaux solides tels que les roches, on envoie sur ces matériaux par une buse d'éjection, un jet de liquide sous haute pression. On a déjà proposé, par exemple dans le brevet français 2 057 709, d'augmenter l'effet obtenu avec le jet d'eau sous pression en associant à ce jet d'eau un jet d'air sous pression. En pratique, on introduit dans le liquide en amont de la buse d'éjection, un gaz non soluble dans ce liquide dans les conditions de température et de pression existant à l'aval de la buse. Le gaz introduit dans le liquide est dispersé dans ce dernier sous forme de bulles de gaz comprimé, sous haute pression. A leur sortie de la buse d'éjection, ces bulles de gaz se détendent brutalement et successivement en accélérant violemment le le liquide vers la roche ou autres matériaux à forer, percer, désagréger ou décaper. Le dispositif proposé dans ce brevet présente cependant l'inconvénient d'être complexe, du fait de la nature même du liquide et du gaz sous pression entrainant la nécessité de deux circuits d'alimentation distincts, avec des risques de mauvais fonctionnement si les pressions ne sont pas correctement ajustées. L'invention se propose de remédier à cet inconvénient. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu avec un procédé pour le forage, le perçage et le décapage de matériaux solides tels que les roches, dans lequel on envoie sur ces matériaux, par une buse d'éjection, un jet de liquide sous haute pression, dans lequel on introduit en amont de la buse d'éjection un gaz non soluble dans ce liquide dans les conditions de température et de pression existant à l'aval de la buse, carac térisé en ce que ledit gaz et ledit liquide consistent respec -tivement en une vapeur et en son condensat surchauffés. Avantageusement, on utilisera de l'eau et donc de la vapeur d'eau. L'invention vise également un dispositif pour le forage, le perçage et le décapage de matériaux solides tels que les roches, ce dispositif comprenant un organe traversé longitudinalement par un canal débouchant à l'extérieur par une buse et des moyens pour introduire dans ce canal un mélange de liquide et de gaz sous haute pression, caractérisé en ce que le mélange de liquide et de gaz éjecté de la buse d'éjection est issu d'un réservoir dans lequel on forme des bulles de gaz par chauffage d'une masse de liquide. Le chauffage du liquide, avantageusement de l'eau, pourra être obtenu par tout moyen, par exemple mais non limita tive,ent par - résistance électrique, - courant induit, - frottement, - gaz ou flamme. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-apres faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un foret engagé dans une paroi rocheuse, utilisé pour la mise en oeuvre du p-rocédé conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un réservoir faisant partie d'un dispositif conforme à l'invention. Dans la réalisation de la figure 1, le foret (1) dont 1' extrémite est engagée dans une paroi rocheuse (2), présente des filets extérieurs hélicoidaux (3) et un canal axial interne (4) pour le passage d'un liquide tel que de l'eau sous haute pression. Le canal (4) débouche à l'extérieur par une buse d'éjection (5). Dans l'exemple représenté, cette buse (5) est oblique par rapport à l'axe du canal (4). Le foret (1) est monté en rotation sur un support 76). Le canal (4) est relié à une conduite (7) d'alimentation d'un mélange liquide-gaz sous haute pression, au moyen d'un joint rotatif. Conformément à l'invention, on utilise comme mélange liquide-ga une vapeur surchauffée et son condensat. La pression est fournie par l'échauffement du liquide et/ou de la vapeur dans une enceinte portée à température suffisante pour obtenir la pression souhaitée et/ou par une pression extérieure. Lors de l'utilisation du foret (1), le mélange d'eau et de vapeur ainsi obtenu est injecté dans le canal (4). Les bulles soumises à une pression de l'ordre de 900 à 400 bars, se détendent brutalement à leur sortie de la buse d'éjection (5) du foret (1). Les détentes brutales et successives des bulles entraînent des accélération violentes t saccadées du jet d'eau. De ce fait, le jet d'eau heurte la roche (2) avec une vitesse trias élevée, qui dans les mêmes conditions de pression, est nettement supérieure à celle ob-tenue dans le cas d'un jet d'eau continu non chargé de bulles gazeuses et pour lequel la vitesse est déterminée par la relation où g est l'accEléra- tion de la pesanteur et H la pression exprimée par la hauteur de la colonne d'eau. Le jet d'eau produit ainsi une action érosive très intense combinée avec celle du foret (I) proprement dit. Grâce au procedé selon l'invention, il est possible d'obtenir une efficacité de forage et de perçage comparable à celle réalisée avec un jet d'eau sous une pression de l'ordre de 1500 à 2000 bars, en utilisant une pression ne dépassant pas 300 à 400 bars. Ceci est réalisé à partir d'un réservoir fermé (8) dans lequel on vaporise, en gardant le réservoir hermétiquement fermé, l'eau qui y est contenue. Le chauffage est réalisé par des moyens (9), par exemple par courant induit, le réservoir étant alors rotatif. Le système peut avoir une auto-alimentation en eau ou être autonome, le réservoir étant rechargé et replacé lorsqu'il est vide. REVENDICATIONS. 1. Procédé pour le forage, le perçage et le décapage de matériaux solides tels que les roches, dans lequel on envoie sur ces matériaux, par une buse d'éjection, un jet de liquide sous haute pression, dans lequel on introduit en amont de la buse d'éjection un gaz non soluble dans ce liquide dans les conditions de température et de pression existant à l'aval de la buse, ca ractérisé en ce que ledit gaz et ledit liquide consistent respectivement en une vapeur et en son condensat surchauffés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise de l'eau et de la vapeur d'eau. 3. Dispositif pour le forage, le perçage et le décapage de matériaux solides tels que les roches, ce dispositif comprenant un organe traversé longitudinalement par un canal débouchant à l'extérieur par une buse et des moyens pour introduire dans ce canal un mélange de liquide et de gaz sous haute pression, caractérisé en ce que le mélange de liquide et de gaz éjecté de la buse d'éjection est issu d'un réservoir (8) dans lequel on forme des bulles de gaz par chauffage d'une masse de liquide. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le chauffage est réalisé par un moyen (9) choisi dans le groupe comportant les chauffages par - résistance électrique, - courant induit, - frottement, - gaz ou flamme.