Brevet FR2531484A1 — publié le 19840210

1- La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la désagrégation et/ou l'abattage de veines de houille ou d'autres minéraux ou de matiè- res granuleuses et en morceaux ainsi que des masses de déblais à l'aide de têtes d'abattage actionnées par de l'air comprimé à haute pression. L'exploitation mécanique de veines de houille géologiquement accidentées mises en danger par du gri- sou et d'une résistance relativement grande, qui com- portent seulement une faible dimension aussi bien dans la direction d'inclinaison ou pentes que dans la direc- tion du filon, est effectuée à l'heure actuelle seule- ment de façon encore insatisfaisante Dans de telles exploitations minières, on met principalement en oeu- vre, en plus de l'abattage manuel, le procédé d'abat tage ou de désagrégation utilisant un trou peu profond à l'aide d'un seul cylindre, l'abattage étant effectué ainsi avec une seule tête d'abattage qui est actionnée par air comprimé et qui est disposée dans un trou foré de faible profondeur La tête d'abattage à air comprimé classique est essentiellement un cylindre creux de for- me circulaire, pourvu sur sa périphérie d'ouvertures formant des fentes de sortie ou décharge-d'air et com- portant des extrémités coniques qui sont reliées, avec. interposition d-'un disque fendu, à un flexible à air comprimé à haute pression A l'heure actuelle, la lon- gueur ou la profondeur d'abattage qu'on peut obtenir,- dans une opération, avec les dispositifs d'abattage à un seul cylindre qui sont alimentés par un réseau d'air comprimé, agencé spécialement pour une utilisation dans des mines et fournissant de l'air comprimé-à une pression de 100 MN/m 2, est de 1 à 2 m pour des veines peu ou pas inclinées et au maximum de 6 m pour des vei- nes fortement inclinées. -2- Dans le cas de veines peu ou pas inclinées, la profondeur d'abattage est augmentée en plusieurs échelons par des longueurs successives d'abattage de 1 à 1,5 m alors que cette méthode ne peut être appli- quée à des veines de forte inclinaison en utilisant la technologie de la rupture de voûte, sans soutène- ment, car la voûte serait rompue au-dessus de la zone d'abattage dans la plupart des cas Si les trous de forage nécessaires pour l'abattage étaient réalisés plus longs et si un dispositif d'abattage à un seul cylindre était actionné au fond du trou foré, cela ne produirait aucun 'effet de désagrégation et/ou d'abat- tage mais seulement un effet de compactage Lors de l'abattage par des tirs ou explosions, il serait éga- lement nécessaire d'effectuer une évacuation temporai- re de la totalité du quartier d'aérage. Les inconvénients des procédés connus d'abat- tage sont les suivants, dans les conditions définies dans le préambule: faible profondeur d'abattage, fai- ble productivité et également le fait que ces procédés ne peuvent être utilisés, pour une désagrégation et/ou un abattage de veines de forte inclinaison et contenant du gaz, en utilisant la technologie de la rupture de voûte sans soutènement, qu'avec une faible efficacité et, à cause de la fréquence des ruptures de voûte, avec une grande perte en ce qui concerne l'extraction du charbon. Un autre inconvénient des dispositifs d'a- battage classiques à un seul cylindre équipés d'un disque fendu ou à entrefer consiste en ce qu'ils fonc- tionnent de façon partiellement désavantageuse en ce qui concerne la désagrégation car l'air comprimé agit sur toute la périphérie de la tête d'abattage sur le charbon de sorte que l'abattage ne s'effectue qu'avec une faible efficacité. -3 L'invention a pour but d'aménager une techno- logie et de créer un dispositif mécanique dont l'utili- satio N augmente la productivité, réduise la perte à l'extraction du charbon et permette d'opérer de façon complètement mécanisée dans des veines de charbon géo- logiquement plissées ou coudées, accidentées-et conte- nant du gaz, dans des conditions plus sûres et égale- ment sans évacuation du quartier d'aérage. Un objectif de base consiste par conséquent à augmenter la longueur de désagrégation ou d'abattage, mais cependant de manière à faciliter ainsi simultané- ment également la désagrégation et la décharge ou éli- mination du charbon désagrégé Un problème également important consiste dans l'augmentation de l'efficacité de la désagrégation. L'invention est basée sur le fait, déterminée par la Demanderesse que, lorsqu'un trou foré de grande longueur est percé dans la veine de charbon et reçoit un dispositif d'abattage qui est actionné et qui se compose d unités qui sont mises en service depuis l'em- bouchure du trou foré jusqu'au fond de ce trou-suivant une séquence rapide et avec un retardement automatique les unes par rapport aux autres, il est alors possible d'augmenter la longueur d'abattage et par conséquent également la productivité. D'autre part, on peut également augmenter la productivité lorsque l'air d'abattage à haute pression sortant de la tête d'abattage est dirigée avec effet de concentration sur le charbon à désagréger afin que l'é- nergie contenue dans l'air n'exerce aucune influence dans la direction de progression de l'abattage alors que par contre, il se produit de l'autre côté, c'est- à-dire précisément dans la couche à exploiter une désa- grégation efficace. -4- L'essence de l'invention consiste ainsi dans la répartition de l'air à haute pression utilisé pour la désagrégation ou l'abattage sur la totalité de la longueur du trou foré dans la veine de charbon, avec un retardement échelonné qui est commandé automatique- ment et qui est faible La longueur d'abattage peut pour cette raison s'élever à un multiple de la longueur de l'unité d'abattage conforme à l'invention car, du fait de l'actionnement retardé, chaque tête d'abattage est mise en service, du fait de la désagrégation obte- nue avec la tête d'abattage placée en avant, déjà dans des conditions plus favorables en ce qui'concerne la désagrégation. Dans le cas de veines de forte inclinaison, la longueur d'abattage peut ainsi coïncider avec la longueur totale de recouvrement de sorte que cette veine peut faire l'objet d'un abattage par rupture de voûte sans soutènement avec une haute productivité et une perte minimale d'extraction de charbon, tout en é- tant d'une utilisation sûre et-d'une rentabilité ex- trême. Pour la mise en coeuvre du procédé selon l'in- vention, on utilise un dispositif d'abattage à air com- primé à plusieurs cylindres, à commande automatique et dont les unités d'abattage se composent de plusieurs tronçons tubulaires, appropriés pour remplir un trou foré de grande longueur, avantageusement de 1 à 2 m, ainsi que de têtes d'abattage à air comprimé qui sont reliées par filetage à ces tronçons tubulaires. Dans ce dispositif d'abattage, la tête d'a- battage et le tronçon tubulaire relié à celle-ci cons- tituent une unité cohérente, auquel cas le tronçon tu- bulaire emmagazine comme un réservoir d'air l'air d'a- battage ou de désagrégation à haute pression, tandis que la tête d'abattage comporte une fente de sortie -5- d'air d'abattage qui est orientée de façon appropriée, ainsi qu'un piston à commandé automatique Dans la tête d'abattage, il est prévu un alésage continu et étagé qui est destiné à recevoir le piston précité, mobile dans une direction axiale Ce piston sert à l'ouverture et à la fermeture de la lumière ou fente de sortie d'air d'abattage qui est ménagée dans l'enveloppe de la tête d'abattage, il comporte en outre un clapet anti-retour pour assurer un remplissage échelonné des unités d'a- battage et, en vue d'assurer une sortie ou décharge échelonnée de l'air, il est agencé sous formé d'un piston différentiel comportant deux surfaces actives, écartées l'une de l'autre, à ses deux extrémités. La lumière ou fente de sortie d'air d'abat- tage est une ouverture autorisant l'échappement de l'air à haute pression et qui ne s'étend pas à la dif- férence d'une tête d'abattage classique, sur toute la périphérie, mais qui exerce son action seulement sur la couche de charbon qui est située sur le côté opposé à la direction de progression Le dispositif d'abattage conforme à l'invention se compose ainsi que N unités d'abattage, la rangée des unités reliées entre elles occupant toute la longueur du trou foré dans la veine de charbon La décharge d'air comprimé à haute pres- sion, qui est automatiquement commandée par les pis- tons des têtes d'abattage, s'effectue en quelques se- condes de façon échelonnée le long du trou foré, de sorte que le courant d'air d'abattage à haute pres- sion est concentré sur la couche de charbon à désa- gréger. L'agencement des unités d'abattage, qui sont formées de récipients d'air comprimé à haute pression de forme tubulaire et de têtes d'abattage à air compri-_' mé contenant des pistons à commande automatique, a pour eonséquence que l'air d'abattage est disponible le long -6- de toute la longueur du trou foré, de sorte qu'on est assuré d'un abattage échelonné et efficace par les pistons à commande automatique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemples non limi- tatifs, et en référence aux dessins annexés dansles quels: La Figure 1 est une coupe axiale d'une tête d'abattage à air comprimé conforme à l'inven- tion; La Figure 2 est une vue en plan ou de dessus montrant l'installation d'un dispositif d'ab- battage conforme à l'invention dans une veine de for- te inclinaison (a > 50 C); La Figure 3 est une vue latérale de l'ins- tallation de la Figure 2; La Figure 4 est une vue en plan ou de des- sus montrant l'installation de dispositifs d'abattage selon l'invention dans une veine peu inclinée (a Comme le montre la Figure 1, il est prévu dans une tête d'abattage 1 conforme à l'invention un alésage continu et étagé 2 dans lequel est disposé un piston différentiel 3, dont l'étanchéité est assurée par une surface d'étanchéité 5, de profil tronconique s'appuyant contre une bague d'obturation 4, ainsi que par une bague d'étanchéité 6. Sur la périphérie de la tête d'abattage 1, il est prévu une lumière ou fente d'échappement d'air d'abattage 7 qui peut être obturée par le piston dif- férentiel 3 et qui s'étend sur un arc d'environ 90 à 1200 de la périphérie, en étant inclinée vers le bas d'un angle un peu inférieur à 45 sur -le côté du char- bon à extraire. -7- A l'intérieur du piston différentiel 3, il est prévu un clapet anti-retour déterminant la direc- tion d'écoulement et qui se compose d'une vis de gui- dage de bille 8, d'un siège 9 et d'une bille 10 s'ap- puyant sur ce siège 9 et qui est poussée contre le siège 9 par un ressort 11 à l'aide -d'une vis 12 vis- sée dans le piston différentiel 3 La bague d'obtura- tion 4 disposée à la partie supérieure de la tête d'a- battage 1 est bloquée en position par un tube de raccor- dement 13 A l'extrémité inferieure, en considérant la direction d'entrée de l'écoulement, de la tête d'abat- tage 1 est fixé, par l'intermédiaire d'une liaison fi- letée, un anneau d'amortissement pneumatique 14, qui empêche, lorsque le piston différentiel 3 passe en po- sition d'ouverture, sa butée ou son coincement La tête d'abattage l ou les têtes d'abattage il 1 N sont re- liées, par l'intermédiaire de liaisons filetées, direc- tement aux tubes de raccordement 131 o 13 pour former 1-' n des réservoirs d'air autonomes et l'étanchéité néces- saire est assurée entre eux par des bagues d'étanchéi- té 15. La liaison entre la tête d'abattage l et le tube de raccordement 13 peut être facilitée au moyen d'une tubulure. Les Figures 2 à 4 représentent des veines préconditionnées pour l'abattage, le dispositif d'a- battage conforme à l'invention étant placé à chaque fois dans un trou foré 16 qui est ménagé dans la vei- ne Dans le trou foré 16, on peut voir les différen- tes têtes d'abattage 1,1 11 ** ainsi que les tubes de raccordement 131, 132 13 N reliés à celles-ci. Dans l'embouchure du trou foré, il est prévu un élé- ment tubulaire d'entrée 17 dans lequel est disposée une soupape d'introduction ou de démarrage (ou organe d'admission) 18 L'ensemble du dispositif d'abattage -8 - est relié, par l'intermédiaire d'un tuyau souple 19, à une soupape d'admission 20 Le dispositif d'abat- tage assemblé est fixé à l'aide d'une chaîne 21 au soutènement de la galerie 22 ou au front de taille 23 Pour l'évacuation du charbon abattu, il est pré- vu un transporteur à chaîne 24. Le procédé d'abattage conforme à l'inven- tion est mis en oeuvre de la façon suivante à l'aide du dispositif décrit. A l'aide de machines de forage manuelles ou bien de machines de forage à supports comportant des tiges de forage pouvant être allongées et qui sont placées, dans le cas de veines fortement inclinées (Figures 2 et 3) dans une galerie alors que, dans le cas de veines peu inclinées (Figure 4) elles sont placées dans le front de taille ou bien dans des évi- dements ménagés dans ce but en avant de la paroi du charbon pour constituer des zones de montage, des trous forés 16 correspondant à la longueur d'abat- tage ou de recouvrement sont ménagés dans la paroi de charbon Dans le trou foré 16, on engage la pre- mière unité d'abattage pré-assemblée également de façon échelonnée et se composant du tube de raccor- dement 131 et de la tête d'abattage 11 puis l'unité d'abattage suivante se composant du tube de raccorde- ment 132 et de la tête d'abattage 12, et ainsi de suite, Après l'engagement de la première unité, la seconde unité ou bien une unité suivante quelconque est assemblée par filetage, avant son engagement, avec les unités déjà introduites puis elle est poussée Ces étapes opératoires se répètent jusqu'à ce que le trou foré 16 soit complètement rempli Pour la dernière tête d'abattage 1 (la tête située complètement en bas}, on fixe à l'aide d'une liaison filetee le tube de raccordement 17 avec la soupape de démarrage 18 -9- et on fixe le dispositif ainsi assemblé, à l'aide de la chaîne 21, en vue de l'abattage de la paroi de ga- lerie 22 ou du front de taille 23 Ensuite, l'ensemble du dispositif d'abattage est accouplé, à l'aide du tu- yau souple 19, avec la soupape d'admission 20 ouvrant ou fermant le trajet de l'air comprimé à haute pres- sion. Ensuite, on quitte l'environnement immédiat du trou foré 16 et on revient à la soupape d'admission 20, qui est montée dans ut endroit protégé Maintenant la soupape d'admission 20 est ouverte et l'air compri- mé à haute pression s'écoule par le tuyau souple 19 dans le tube d'admission 17 ou bien dans la première tête d'abattage 1 (qui est placée complètement-en n bas) de sorte que, dans cette dernière, le piston dif- férentiel 3 représenté sur la Figure 1 est poussé con- tre la bague d'obturation 4 tandis que le piston dif- férentiel obture également la lumière ou fente d'échap- pement d'air d'abattage 7 Lorsque la pression d'air comprimé dans le tronçon tubulaire d'admission 17 et dans la tête d'abattage 1 N dépasse la valeur établie au préalable, de préférence de 0,3 à 0,5 MN/m 2, qui est nécessaire pour l'ouverture du clapet anti-retour se composant des éléments 8, 9, 10, 11, 12, le clapet anti-retour s'ouvre et l'air s'écoule maintenant dans le tube de raccordement adjacent 13 ou bien dans la tête d'abattage la plus proche in 1 et ce processus, c'est-à-dire le remplissage progressif du tube de rac- cordement et l'ouverture du clapet anti-retour dans la tête d'abattage sont répétés jusqu'au remplissage du dernier tube de raccordement 13 î (placé complètement en haut) ou de l'ensemble du dispositif d'abattage. Lorsque la pression atteint, après le rem- plissage de l'ensemble du dispositif, la grandeur né- cessaire pour l'ouverture de la soupape de démarrage - 18, cette soupape 18 s'ouvre et l'air s'écoule à partir du tube d'admission 17, dans la paroi de charbon ou à l'air libre Pendant la décharge rapide du tube d'admis- sion 17, le piston différentiel 3 de la tête d'abattage (ln) disposée entre le tube d'admission 17 et le tube de raccordement 13 N est refoulé vers l'arrière (ou vers le bas) par l'air comprimé à haute pression de sorte que la lumière ou fente de sortie d'air d'abattage 7 est déga- gée et que l'air d'abattage à haute pression peut s'écou- ler par cette fente, à vitesse élevée, dans le trou foré 16 ménagé dans la paroi de charbon pendant qu'elle effec- tue le travail de désagrégation ou d'abattage Chaque tê- te d'abattage lt ln, reliée en série avec les autres, fonctionne de la manière décrite La masse de charbon ré- cupérée de cette manière est évacuée à l'aide de trans- porteurs à chaîne 24 ou d'autres moyens de transport. Le procédé selon l'invention et le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé peuvent être utilisés non seulement pour du charbon mais également pour d'au- tres minéraux, ainsi que pour différents matériaux gra- nuleux et en morceaux ou-bien également pour des masses de déblais. 1 l - REVENDICATIONS 1. Procédé pour la désagrégation et/ou l'abat- tage de veines de charbon ou d'autres minéraux ou bien de matières granuleuses et en morceaux et également de masses de déblais, un trou étant foré dans la veine de charbon ou dans la matière et un dispositif d'abattage actionné par air comprimé à haute pression étant disposé dans ce trou, caractérisé en ce que la décharge de l'air d'abattage à haute pression assurant la désagrégation et/ou l'abattage est répartie le long du trou foré dans plusieurs sections d'abattage, l'air d'abattage étant déchargé depuis l'em- bouchure jusqu'au fond du trou foré dans les différentes sections suivant une séquence rapide et avec un retarde- ment échelonné. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la décharge de l'air d'abattage est con- centrée vers la direction opposée à la direction de pro- gression de l'abattage. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, qui comporte des têtes d'abatta- ge actionnées par air comprimé à haute pression, caracté- risé en ce qu'il est constitué d'unités d'abattage assem- blées qui se composent chacune d'une tête d'abattage ( 1) et d'un tube de raccordement ( 13) relié à celle-ci, en ce qu'il est prévu dans la tête d'abattage ( 1), un alésage ( 2) continu et échelonné et dans lequel est disposé un piston différentiel ( 3) mobile axialement et approprié pour assurer l'ouverture et la fermeture d'une fente d'é- chappementd'air d'abattage ( 7) ménagée dans l'enveloppe de la tête d'abattage ( 1), un clapet anti-retour ( 8, 9, 10, 11, 12), étant disposé entre ses deux extrémités. 12 - 4. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la fente d'échappement d'air d'abattage ( 7) formée dans l'enveloppe de la tête d'abattage ( 3) est limitée sur le côté opposé à la direction de progression de l'abattage.