Brevet FR2540932A1 — publié le 19840817

La présente invention est relative à une pile de soutène- ment du type dit "soutènement marchant", destinée à être utili- sée notamment dans les mines souterraines. On sait qu'une pile de soutènement marchant comporte habi- tuellement une semelle destinée à prendre appui sur le mur, et un chapeau prévu pour être appliqué contre le toit, tandis que des vérins hydrauliques de poussée ou étançons sont intercalés entre la semelle et le chapeau Sur certaines piles, on inter- cale entre la semelle et le chapeau, une flèche ou un bouclier dont l'extrémité s'articule sous le chapeau, pour protéger l'arrière de la pile contre les éboulements susceptibles de provenir du foudroyage ou du remblayage. Le brevet français n O 2 263 370 décrit une pile à flèche sur laquelle on intercale, entre l'extrémité 7 de la flèche 2, et le chapeau 5, un levier pivotant 6, qu'un vérin 9 est susceptible d'actionner pendant les périodes o le cha- peau n'est pas serré au toit, de manière à positionner le cha- peau 5 à proximité immédiate du front dé taille 22, avant d'envoyer la pression dans les-étançons 4 qui serrent ensuite la pile au toit Ce dispositif connu est destiné à corriger la cinématique d'articulation offerte par la plupart des piles a flèche pendant les phases o la pile n'est pas serrée au toit: en effet, lorsque la flèche est articulée directement sur l'arrière de la semelle, son extrémité avant a tendance à décrire un arc de cercle, ce qui aurait normalement pour effet d'éloigner le chapeau 5 du front de taille 22, d'autant plus que la puissance de la veine est forte La présence du levier pivotant 6 et de son vérin 9 permet de corriger cet effet et de positionner convenablement le chapeau 5 par rapport au front de taille 22, avant le serrage au toit de la pile à flè- che Par contre, après serrage au toit de la pile, le levier 6 reste positivement verrouillé sur la flèche 2, par un mécanisme indéformable (secteur cranté 30, broche 31, oeil- let 32, trou de verrouillage 33) Autrement dit, ce dispositif connu vise à interdire tout déplacement relatif autre qu'un basculement sur l'axe 8, du chapeau 5 par rapport à la flè- che 2. Ce dispositif connu présente dans certains cas les inconvénients suivants: d'une part, la pile de soutènement présente parfois une hauteur et une longueur importantes, qui rendent son trans- port difficile au fond de la mine, et nécessitent par consé- quent une grande longueur de traçage pour l'installation en taille; par ailleurs,les piles de soutènement en serrage entre le toit et le mur sont souvent soumises par les mouvements re- latifs des épontes, à des efforts dont la direction ne corres pond pas toujours à la direction du coulissement de la pile. On voit donc apparaître d'importantes composantes d'efforts dirigés en avant ou en arrière de la pile, ce qui provoque des glissements du chapeau sur le toit, ou de la semelle sur le mur Les contraintes qui en résultent dans la carrosserie de la pile, et en particulier dans le système des bielles arrière, sont souvent énormes Ces efforts en avant ou en arrière de la pile peuvent même apparaître au moment du ser- rage, si la semelle ne se trouve pas en appui stable Le conséquence peutêtre, soit une détérioration de la pile, soit la réalisation d'un soutènement peu efficace. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients, en réalisant une pile de soutènement marchant d'un type nouveau qui, d'une part possède pendant le trans- port et l'installation en taille une longueur et une hauteur beaucoup plus faibles qu'une pile connue à meme amplitude de fonctionnemt et qui, d'autre part est susceptible d'accepter et d'accompagner les mouvements des épontes, pendant toute la période o le chapeau est plaqué au toit, sans qu'il en résulte pour la pile une détérioration quelconque, ou une concentration exagérée d'efforts. Une pile de soutènement marchant selon l'inven- tion comprend des étançons hydrauliques disposés entre une semelle inférieure, et un chapeau supérieur, sur l'arrière desquels se trouvent des bielles articulées à un bouclier ou flèche, et elle est caractérisée en ce qu'entre l'arrière du chapeau et l'extrémité supérieure du bouclier ou flèche, est articulée une bielle à trois axes d'articulation, dont l'un est porté par l'arrière du chapeau, le second par l'ex- trémité du bouclier, et le troisième par l'extrémité d'un vérin de positionnement prenant appui hors de cette bielle. Suivant une autre caractéristique de l'invention le vérin de positionnement prend appui sur la face inférieure du bouclier ou flèche. Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, le vérin de positionnement prend appui sous le cha - peau. Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, le vérin s'articule sur la partie centrale de la biel- le de positionnement, dont les deux extrémités sont articulées respectivement sur le chapeau et sur le bouclier ou flèche. Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, le vérin de positionnement s'articule sur l'extrémité inférieure de la bielle dont la partie centrale s'articulesur le bouclier ou flèche, alors que son extrémité supérieureest articulée sur l'arrière du chapeau, Dans tous les cas, le verrouillage du chapeau sur le bouclier ou flèche est un verrouillage uniquement hy- draulique assuré par le vérin de positionnement sur le circuit hydraulique duquel est disposée en permanence une valve de coulissement ou de surpression de type connu Grâce à cette disposition, pendant toute la période o le chapeau est pla- qué au toit,, il a la possibilité de suivre les mouvements relatifs des 6 pontes, sans endommager en aucune façon la car- rosserie de la pile o En effet, des mouvements relatifs de faible amplitude se traduisent par l'apparition d'une sur- pression modérée dans le vérin de positionnement Des mou- vements relatifs plus importants, toujours suivis par le cha- peau, ne donneront lieu par la valve de coulissement qu'à une décharge limitée de liquide, sans que le soutènement ne cesse pour autant. Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, on remplace le verin de-positionnement par un système élastique (ressort, silent block, accumulateur hydraulique et/ou un système à blocage mécanique avec limiteur d'effort incorporé). On comprend que le dispositif selon l'inven- tion permette d'assurer en permanence un soutènement particu- lièrement efficace,même dans des terrains très mouvants,et ce- ci sans endommager la pile Il est applicable à des piles de tout type, à deux, trois, ou quatre 6 tançonso Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Figures 1 à 3 illustrent plusieurs phases succes- sives du déploiement d'une pile de soutènement selon l'in- vention Figure 4 montre son fonctionnement en cas de dé- placement des épontes, par coulissement relatif trans- versalo Figure 5 à 8 illustrent une première variante de réalisation possible. Figures 9 et 10 montrent une variante supplémen- taire. Figures 11 et 12 correspondent à un autre type de variante. La pile de soutènement illustrée sur les figu- I à 4 comporte à la manière habituelle s une ou deux semelles 1 une ou deux bielles arrière 2; - une ou deux bielles avant 3; un ou deux boucliers ou flèches 4 un ou deux chapeaux 5; quatre étançons constitués par des vérins hydrauliques prin- cipaux 6. La pile selon l'invention comporte par ailleurs à l'extrémité de la flèche 4, un axe d'articulation 7 sur le- quel est articulée l'extrémité inférieure d'une bielle 80 Le mot "bielle" 8 peut désigner aussi bien un ensemble de plu, sieurs bielles juxtaposées, ou bien une belle-caisson uni- que, A sa partie supérieure, la bielle 8 porte un axe d'articulation 9, par lequel elle se raccorde sur l'arri- ère du ou des chapeaux 5. Enfin, la bielle 8 porte un troisième axe 109 qui, dans l'exemple des figures 1 à 4, est disposé entre les axes 7 et 9 Sur cet axe intermédiaire 10, est articulée une extrémité d'un vérin de positionnement 11, dont l'autre ex- trémité s'articule sur un axe 12 porté par la partie inféri- eure du chapeau 5 Cet axe 12 peut être situé sur le chapeau , par exemple à la hauteur de l'étançon 6 situé le plus en avant. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le vérin 11 sert à assurer le positionnement du chapeau 5, tout en lui permettant des déplacements longitudinaux suivant la direction schématisée par la flèche double 13 Pour cela, le vérin hydraulique 11 est relié à un circuit d'alimentation non représenté, comportant un clapet anti-retour piloté et une valve de surpression, ou valve de coulissement de type connu On sait qu'un tel ensemble a pour but de maintenir la pression dans le vérin 11 qui assure le verrouillage hydrau- lique de la bielle 89 ceci tant que ladite pression reste in- férieure à un seuil de déclenchement prédéterminé Si par sui- te d'un mouvement des épontes, une pression exagérée venait à appara tre dans le vérin 11, la valve de coulissement laisse- rait échapper une quantité minima de liquide, juste suffisan- te pour faire retomber la pression à un niveau acceptable, après quoi, la valve se refermerait pour assurer à nouveau le verrouillage hydraulique de la bielle 8. Autrement dit, le fonctionnement est le suivant: Lorsqu'elle est en position de transport, la pile est repliée sur elle-même comme illustré sur la figure 1 La présence de la bielle 8 selon l'invention permet de réduire à un minimum, à la fois la longueur hors tout 14 de la pile repliée, et sa hauteur d'encombrement 15 Le transport de la pile au fond de la mine se trouve d'autant facilité. Une fois la pile en place devant un front de taille 16 (figure 2) i on agit sur le vérin de positionnement 11 i qu'on allonge, ce qui provoque le relevage des étançons 6 (figure 2, flèches 17). Ensuite, lorsqu'on allonge les étançons 6 pour pro - voquer le serrage au toit du chapeau 5, on sait que le jeu des bielles articulées 2 et 3 provoque le déplacement de 1 ' axe 7 de la flèche 4 i, suivant une trajectoire matérialisée sur la figure 3, par la courbe 18 Cette courbe est légèrement différente d'une ligne droite, si bien que la distance 19 sé- parant du front de taille 16 l'avant du chapeau 5, varie en 4 fonction de la hauteur 20 de la veine de charbon Dans ces conditions, on comprend qu'en jouant sur la longueur du vé - rin de positionnement 11 avant le serrage au toit du chapeau , on puisse faire varier et ajuster cette distance 19, jus- qu'à obtenir exactement le soutènement désiré. Contrairement auxdispositifs connus à ce jour, c' est après serrage de la pile entre le mur 21 et le toit 22 (figure 3), que le dispositif selon l'invention assure son fonctionnement, et ceci de façon continue pendant toute la du- rée o la pile reste serrée entre les épontes. En pratique, on constate que, au fur et à mesure que le toit 22 s'effondre par rapport au mur 21, il tend à augmenter l'intervalle 19, c'est-à-dire à faire reculer le chapeau 5, par rapport au front de taille 16 Alors que les piles de soutènement connues à ce jour s'opposent à ce mouve- ment longitudinal du chapeau (flèche 13), ce qui a pour effet de faire apparaître des contraintes de plus en plus énormes qui finissent par endommager la carrosserie de la piles le dispositif selon l'invention permet au contraire au chapeau 5 de reculer (augmentation de l'intervalle 19), tout en continu- ant à assurer un soutènement efficace du toit 22. Un tel déplacement longitudinal (par exemple d' amplitude 239 figure 4), peut s'accompagner d'un simple dé- placement-angulaire 24 de la bielle 8. Dans l'exemple illustré sur les figures 5 à 8, la longueur hors tout 14 de la pile à l'état replié se trouve en- core réduite du fait que les étançons 6 sontt dans un premier temps, placés c 8 te à c 8 te, l'un devant l'autre (figure 5). Pour la mise en place de la pile, on commence par redresser les étançons 6 (figure 6), puis on recule le ou les étançons arrière dont la mise en place devient alors définitive (figu- re 7) Finalement, on fait coulisser les étançons 6 vers le haut (figure 8) jusqu'à serrer au toit le chapeau 5. Dans la variante illustrée sur la figure 9, la bielle 8 est-toujours articulée par son axe supérieur 9 sur l'arrière du chapeau 5, mais c'est son axe central 10 qui s' articule sur le sommet de la flèche 4 Dans ce cas, l'axe in- férieur 7 de la bielle 8 se trouve situé au-dessous de la flèche 4, pour recevoir une extrémité du vérin de positionne- ment 11 L'autre axe servant d'appui à ce vérin 11 est alors un axe 25, placé sous la partie centrale de la flèche 4 Ain- si, le vérin de positionnement 11 du chapeau 5 se trouve si- tué sous-la flèche ou bouclier 4 Le fonctionnement reste ana- logue à celui des variantes précédentes. Enfin, on a représenté sur la figure 10 le cas d' une pile à deux étançons Cette variante convient bien lors- que les conditions de transport de la pile au fond de la mine n'imposent pas une bielle 8 de grande longueur, Dans ce cas, la bielle 8 comporte quatre axes d'articulation, à savoir: un axe supérieur 9, articulé sur le chapeau 5; un axe 10, recevant la poussée du vérin 11 appuyé par ail- leurs sur l'axe 12 du chapeau 5, au-dessous de l'axe 10, un axe 7, placé sur le sommet de la flèche 4 enfin, un axe 25, situé à l'extrémité inférieure de la biel- le 8, pour recevoir la poussée d'un vérin de positionnement 26, lequel prend appui sur un axe 27, équipant la paroi inter- ne de la flèche 4 '. On voit que, dans cette variante, la bielle 8 est soumise à l'action simultanée f d'un vérin 11, placé sous l'arrière du chapeau 5; et d'un vérin 26, placé sous la moitié supérieure de la flèche 4 Autrement dit à la pile connue à deux étançons 6, qui comportait déjà un vérin de maintien 11 ou 26, on a ra - jouté une bielle 8 et un deuxième vérin 26 ou 110 Chacun des vérins 11 et 26 est branché hydrauli- quement à la manière ci-dessus décrites c'est-à-dire que cha- cun d'eux est susceptible d'assurer un verrouillage hydrauli- que des pièces qu'il relie, ce verrouillage hydraulique étant cependant équipé d'une valve de coulissement qui se déclenche uniquement en cas de surpression, pendant les mouvements des épontes. Dans le cas de la figure 10, qu'entre la semelle 1 et le chapeau 5 peut être intercalé un seul vérin ou rangée de vérins 6. Il résulte de la description qui précède, que 1 ' invention présente un double avantage, à savoir: amélioration de l'efficacité du soutènement, sans risquer de détérioration de-la pile au cours des mouvements relatifs des épontes, même dans le sens longitudinal amélioration des conditions de transport, par réduction de la longueur hors tout 14 de la piles lorsqu'elle se trouve à l'état replié. Dans lecadre de la variante illustrée sur les figures 11 et 12, la structure est analogue à celle de la fi- gure 10, mais la bielle 10 présente une grande longueur Cet- te dernière est imposée par les conditions de transport au fond de la mine On voit, par exemple sur la figure 11, que l'invention permet de réduire considérablement la longueur totale 14 de la pile repliée par rapport à sa longueur 28 (figure 12) en position de travail, REVENDICATIONS 1 Pile de soutènement pour les mines, comprenant des étançons hydrauliques ( 6) disposés entre une semelle in- férieure ( 1) et un chapeau supérieur ( 5) sur l'arrière des- quels se trouvent des bielles ( 2), ( 3) articulées à un bou- clier ou flèche ( 4), caractérisée en ce qu'entre l'arrière du chapeau ( 5) et l'extrémité supérieure du bouclier ou flèche ( 4), est articulée une bielle ( 8) à trois axes d'articulation, dont l'un ( 9) est porté par l'arrière du chapeau ( 5), le se- cond ( 7) par l'extrémité du bouclier, et le troisième ( 10) par l'extrémité d'un système déformable de positionnement prenant appui hors de cette bielle ( 8), pour constituer son seul organe de verrouillage. 2 Pile de soutènement suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le système déformable de positionne - ment ( 11) prend appui sur la face inférieure du bouclier ou flèche ( 4). 3 Pile de soutènement suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le système déformable de positionnement ( 11) prend appui sous le chapeau ( 5). 4 Pile de soutènement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le système dé- formable de positionnement est un vérin ( 11)o 5 Pile de soutènement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le système dé- formable de positionnement est un organe élastique tel qu'un ressort, un silent block ou un accumulateur hydrauliqueo 6 Pile de soutènement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le système dé- formable de positionnement est un système à blocage mécani- que avec limiteur d'effort incorporé, 7 Pile de soutènement suivant l U In quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le systè- me déformable de positionnement s'articule sur la partie cen- trale de la bielle de positionnement ( 8) dont les deux ex- trémités sont articulées respectivement en ( 9) sur le cha- peau ( 5), et en ( 7) sur le bouclier ou flèche ( 4) 8 Pile de soutènement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système déformable de positionnement ( 11) s'articule sur l'extrémité inférieure ( 7) de la bielle ( 8) dont la parie centrale s'ar- ticule en ( 10) sur le bouclier ou flèche ( 4), alors que son extrémité supérieure est articulée en ( 9) sur l'arrière du chapeau ( 5). 9 Pile de soutènement suivant l Ini quelconque des revendications' précédentes, caractérisée en ce que le ver- rouillage du chapeau ( 5) sur le bouclier ou flèche ( 4) est - un verrouillage uniquement hydraulique, assuré par le vérin de positionnement ( 11) sur le circuit hydraulique duquel est disposée en permanence une valve de coulissement ou de sur- pression de type connu, si bien que, pendant toute la perio- de o le chapeau ( 5) est plaqué au toit ( 22), il a la possi- bilité de suivre les mouvements relatifs des épontes ( 21), ( 22) sans endommager en aucune façon la carrosserie de la pile. Pile de soutènement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bielle ( 8) comporte quatre axes d'articulations, à savoir: un axe supérieur ( 9) , articulé sur le chapeau ( 5) a un axe ( 10), recevant la poussée du vérin ( 11) appuyé par ailleurs sur l/axe ( 12) du chapeau ( 5); -'audessous de l'axe ( 10), un axe ( 7), placé sur le sommet de la flèche ( 4) ; enfin, un axe ( 25), situé à l'extrémité inférieure de la bielle ( 8), pour recevoir la poussée d'un vérin de position- nement ( 26), lequel prend appui sur un axe ( 27), équipant la paroi interne de la flèche ( 4), si bien que la bielle ( 8) est soumise à l'action simultanée t d'un vérin ( 11), placé sous l'arrière du chapeau ( 5) -eh d'un vérin ( 26), placé sous la moitié supérieure de la flèche ( 4), chacun des vérins-( 11) et ( 26) étant branché hy- drauliquement à la manière décrite à la revendication 9, c' est-à-dire que chacun d'zeux est susceptible d'assurer un verrouillage hydraulique des pièces qu'il relie, ce verrouil- lage hydraulique étant cependant équipé d'une valve de cou-' lissement qui se déclenche uniquement en cas de surpression, pendant les mouvements des éponteso