Brevet FR2543612A1 — publié le 19841005

PROCEDE ET MACHINE DE CREUSEMENT D'UNE GALERIE SOUTERRAINE La présente invention concerne le creusement de galeries souterraines, au moyen d'une machine du type des machines de traçage ou mineurs continus, comportant une tête d'abattage portée en bout d'un bras mobile à l'avant d'un véhicule, en général orientable par rapport à un point fixe de ce véhicule et des moyens pour commander depuis le véhicule, les déplacements du bras et le fonctionnement de la tête d'abattage. L'invention vise à résoudre les problèmes que pose le positionnement de la machine dans la galerie à creuser. On a déjà proposé d'utiliser un rayon laser fixe en guise de repère pour définir une direction d'avancement, par rapport à laquelle le conducteur de la machine fait avancer son véhicule. Dans une machine connue, le rayon laser est aussi utilisé pour déterminer l'inclinaison éventuelle du véhicule lui-même par rapport à l'horizontale. Il est alors possible de corriger en fonction de cette information, la commande des déplacements du bras portant la tête d'abattage pour découper le profil souhaité à chaque passe d'abattage. Mais cette solution n'est pas encore satisfaisante. En particulier, elle ne permet pas d'éliminer totalement l'incidence des éboulis souvent présents qui perturbent l1vancement du véhicule, généralement un véhicule à chenilles, et qui entraient des erreurs de positionnement par rapport au niveau horizontal de base. La présente invention y apporte un progrès en ce qu'elle permet dans tous les cas d'assurer un abattage suivant le profil désiré, exactement positionné, quelles que soient les variations de position du véhicule, aussi bien en niveau qu'en horizontalité, et en libérant le conducteur de la machine des difficultés soulevées par le manque de visibilité. De ce point de vue, on sait qu'il est en général gêné par l'éloignement inévitable entre son poste de pilotage à bord du véhicule et la tête d'abattage elle-même, par la présence permanente de poussières en suspension dans l'air, par des équipements divers mis en place dans la galerie2 au fur et à mesure de son creusement. Pour atteindre l'objectif recherché, l'invention propose un procédé de creusement d'une galerie souterraine au moyen d'une machine comportant une tête d'abattage portée en bout d'un bras mobile à l'avant d'un véhicule et des moyens de commande à distance des déplacements du bras mobile à partir d'un poste de pilotage situé sur le véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque passe d'abattage lors de l'avancement du véhicule le long de la galerie - une étape d'initialisation consistant à déplacer le bras mobile pour amener un capteur optique porté par le bras à proximité immédiate de la tête d'abattage à recevoir un rayon laser définissant une direction d'avancement fixe dans la galerie, et à faire colncider à l'issue de cette étape la position de la tête d'abattage calculée à partir de coordonnées mesurées du bras mobile avec une position de référence correspondant au rayon laser, par rapport à un profil d'abattage théorique préalablement enregistré, - et une étape d'abattage pendant laquelle on commande les déplacements du bras mobile de manière que la position calculée de la tête d'abattage effectue un mouvement de balayage à l'intérieur dudit profil. Dans le cas le plus fréquent où le bras mobile est un bras orientable articulé autour d'axes orientés selon deux directions perpendiculaires liées au véhicule, il est avantageux de déterminer ses coordonnées angulaires au moins en site et en gisement, ce qui correspond sensiblement à un balayage de la tête d'abattage dans un plan vertical en direction verticale et en direction horizontale. On peut y ajouter une mesure en roulis dont on peut tenir compte à l'initialisation pour compenser les défauts éventuels d'horizontalité dans le sens transversal de la galerie. L'invention a aussi pour objet une machine de creusement de galeries souterraines comportant une tête d'abattage portée en bout d'un bras mobile à l'avant d'un véhicule, et des moyens pour commander à distance les déplacements du bras mobile depuis un poste de pilotage situé sur le véhicule, caractérisée en ce qu'elle comporte - un capteur optique porté par le bras à proximité immédiate de la tête d'abattage et sensible à un rayon laser définissant une direction d'avancement fixe dans la galerie, - des moyens de mesure des déplacements du bras par rapport au véhicule, - des moyens de calcul pour déterminer la position de la tête d'abattage suivant les déplacements mesurés du bras et la comparer avec une position de référence correspondant à celle du rayon laser dans la section transversale de la galerie comprenant la tête d'abattage, - des moyens d'enregistrement d'un profil d'abattage théorique définissant le contour de ladite section pour la galerie à creuser, - des moyens d'initialisation pour faire coincider ladite position calculée de la tête d'abattage avec ladite position de référence, par rapport audit profil d'abattage lorsque le capteur optique est aligné sur le rayon laser, - et des moyens pour imposer des limites aux déplacements du bras, lors d'un mouvement de balayage de la tête d'abattage, de sorte que ladite position calculée de celle-ci reste à l'intérieur dudit profil. De préférence le poste de pilotage comporte des moyens de visualisation de la position calculée de la tête d'abattage par rapport au profil d'abattage théorique. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue de côté d'une machine selon l'invention, représentée dans une galerie vue en coupe longitudinale - la figure 2 représente une vue de dessus de cette machine - la figure 3, une vue en coupe transversale montrant le profil de la galerie avec la machine vue de devant - la figure 4 est un schéma synoptique des moyens électroniques de mise en oeuvre du procédé de l'invention. La figure 1 représente, dans une galerie en cours de creusement et vue schématiquement dans son contour général, une machine de havage comprenant un véhicule automoteur 1 à chenilles, et de façon connue, des moyens de récupération 2 des produits de l'abattage, ainsi qu'un convoyeur à bande 3 monté de façon orientable sur le châssis du véhicule automoteur 1, à larrnère de celuici. Un bras mobile 4 est monté de manière orientable à l'avant du véhicule. Il peut être déplacé verticalement, en rotation autour d'un axe horizontal, au moyen de vérins 40. Il porte à son extrémité libre une tête d'abattage 5, de type en soi connu. A proximité immédiate de la tête d'abattage et sur le bras 4, est monté un capteur optique 6, sensible à un rayon laser 9 provenant d'un émetteur laser 8 monté de façon fixe ou du moins indépendante de la machine, à l'arrière de la galerie. Un capteur de rotation 7-, situé au niveau de l'axe de rotation horizontal du bras 4, mesure les écarts angulaires correspondant aux déplacements en balayage vertical du bras 4. Comme on peut le voir sur la figure 3, l'émetteur laser 8 peut être fixé de façon avantageuse au sommet de la voûte de la galerie, de sorte que les fonctions optiques du dispositif ne soient pas perturbées par les poussières que dégage l'abattage. La figure 2 montre que le bras 4 de la machine est également articulé en rotation autour d'un axe vertical sur lequel est monté un capteur 10 sensible aux écarts angulaires en balayage horizontal correspondants. Le bras 4 est déplacé horizontalement par des vérins 41. La figure fait d'autre part apparaitre une réalisation usuelle de tête d'abattage, comportant deux tambours symétriques. Le véhicule automoteur 1 comporte par ailleurs, un poste de pilotage 11, à proximité duquel sont disposés un système électronique 12 de traitement des signaux des capteurs et de commande des déplacements, un écran de visualisation 13 permettant la représentation du profil d'abattage, ou profil en section de la galerie à creuser, et un système de programmation 14 du système électronique, par exemple par carte magnétique ou tous autres moyens. La figure 3 représente une vue de devant de la machine de havage. On peut y voir un capteur d'horizontalité 15 qui, à la base du bras 4, mesure l'angle de roulis que peut prendre la machine et donc le bras lui-même, par rapport au niveau transversal horizontal. La conception précise des différents capteurs ne sera pas plus amplement décrite car elle est bien connue de l'homme de métier pour chacun des capteurs considéré individuellement. On comprend que ces capteurs permettent de caractériser les mouvements du bras orientable, et donc les déplacements de la tête d'abattage qui se déplace sensiblement dans un plan transversal de la galerie, par des impulsions codées, identifiant positivement les déplacements angulaires du bras par rapport à trois axes triédriques d'un espace lié à la machine.Naturellement, ce n'est que dans la mesure où l'angle de roulis détecté par le capteur d'horizontalité 15, là où le bras 4 est articulé sur le véhicule de la machine, serait nul, que le mouvement de balayage de la tête d'abattage s'obtiendrait par des déplacements commandés du bras 4, en site et en gisement, autour d'axes d'articulation qui seraient effectivement, l'un vertical, l'autre horizontal. Dans le cas général, le capteur 15 permet une compensation des défauts d'horizontalité. La figure 4 représente une vue schématique du système électronique 12, constitué par un dispositif à microprocesseur permettant de traiter les signaux des capteurs, de visualiser le profil d'abattage correspondant au profil de la voûte de la galerie à creuser et de commander les déplacements du bras mobile 4. Les signaux fournis par les capteurs 7, 10, 15, sont transmis à un convertisseur analogique-numérique 32 et après conversion, ces coordonnées sont enregistrées dans une mémoire vive 33 pour être ensuite traitées par le calculateur du microprocesseur. L'enregistrement est commandé quand l'opérateur appuie sur un bouton "initialisation", alors que la capteur 6 de rayons laser détecte la réception maximale du rayon laser 9. Suite à cette mesure de la position initiale de la tête 5, le calculateur peut déterminer les limites qui, pour conduire au profil de galerie souhaité, doivent être imposées, en site et en gisement, aux déplacements qu'exécute le bras mobile 4, et par conséquent les limites des ordres à envoyer aux vérins de déplacement 40, 41 pour exécuter le mouvement de balayage de la tête d'abattage, en site et gisement. Le gabarit de profil de galerie aura été enregistré dans une mémoire morte 34 contenue dans le calculateur, grâce au système de programmation 14 connecté également au calculateur, et dans cet enregistrement, il aura été positionné par rapport à la position, dans la section considérée de la galerie, de l'axe de référence constitué par le rayon laser 9.A l'initialisation, les informations transmises au calculateur par les capteurs 7, 10, 15, sont comparées aux valeurs de référence que représentent l'horizontale, d'une part, la position de l'axe de référence en site et gisement d'autre part. Les connexions internes au système 12 et les connexions entre les différents organes associés sont bien connues des spécialistes des microprocesseurs et elles ne sont donc pas détaillées. Un écran 13, connecté de façon connue avec le bus d'entrée/sortie du microprocesseur du système 12, permet une représentation du profil de la galerie à creuser suivant le gabarit 36, ainsi que celle de la trace 35 de la tête d'abattage 5 par rapport au profil de la galerie. Au moment de l'initialisation, la position de la trace 35 concise avec celle du rayon laser par rapport au même profil. L'écran 13 est disposé dans le poste de pilotage, en face du conducteur de la machine, alors que le calculateur peut être placé en un endroit quelconque sur la machine. En fonctionnement, la machine est utilisée de la façon suivante Avant une phase de travail, ou phase d'abattage, le conducteur déplace l'organe d'abattage pour mettre en concordance le rayon laser avec le capteur 6 placé au plus près des tambours d'abattage. Cette opération a pour effet d'initialiser la machine par rapport à l'axe de référence de la galerie défini par le rayon laser, en intégrant dans le calculateur les mesures effectuées par les trois capteurs dans cette position de la tête d'abattage. Le conducteur peut alors commander l'étape d'abattage par déplacement de la tête 5, sans plus avoir besoin d'observer la tête elle-même, mais seulement en suivant les déplacements de la trace 35 de la tête d'abattage sur l'écran de visualisation 13 qui comporte le profil de gabarit souhaité 36. En cours de travail, les capteurs placés sur la machine indiquent à tout moment au calculateur la position du bras orientable portant la tête d'abattage. Cette position est visualisée sur l'écran par la trace 35 de la tête d'abattage, et les zones déjà abattues apparaissent selon une représentation qui les distingue de celles qui ne le sont pas encore. Lorsque le bras d'abattage atteint les limites prévues du gabarit, le calculateur, recevant les informations du capteur, donne l'ordre d'arrêt du ou des mouvements, par exemple en coupant 11 alimentation d'électrovalves de commande des vérins 40 et 41. Il est bien évident que la description qui précède ne concerne qu'un mode de réalisation particulier de la machine, choisi à titre d'exemple et nullement limitatif, et que toute modification à la portée de l'homme de l'art fait également partie de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de creusement d'une galerie souterraine au moyen d'une machine comportant une tête d'abattage (5) portée en bout d'un bras mobile (4) à l'avant d'un véhicule et des moyens de commande à distance des déplacements du bras mobile à partir d'un poste de pilotage (11) situé sur le véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque passe d'abattage lors de l'avancement du véhicule le long de la galerie - une étape d'initialisation consistant à déplacer le bras mobile pour amener un capteur optique (6) porté par le bras à proximité immédiate de la tête d'abattage à recevoir un rayon laser (9) définissant une direction d'avancement fixe dans la galerie, et à faire coincider à l'issue de cette étape la position de la tête d'abattage calculée à partir de coordonnées mesurées du bras mobile avec une position de référence correspondant au rayon laser, par rapport à un profil d'abattage théorique préalablement enregistré, - et une étape d'abattage pendant laquelle on commande les déplacements du bras mobile de manière que la position calculée de la tête d'abattage effectue un mouvement de balayage à l'intérieur dudit profil. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bras mobile étant un bras orientable autour de deux directions perpendiculaires liées au véhicule, on détermine lesdites coordonnées par des mesures angulaires en site et gisement, et en ce que l'on tient compte à l'initialisation de la mesure d'un angle de roulis pour compenser les défauts éventuels d'horizontalité de la machine. 3. Machine de creusement de galeries souterraines comportant une tête d'abattage (5) portée en bout d'un bras mobile (4) à l'avant d'un véhicule (1), et des moyens pour commander à distance les déplacements du bras mobile depuis un poste de pilotage (11) situé sur le véhicule, caractérisée en ce qu'elle comporte - un capteur optique (6) porté par le bras à proximité immédiate de la tête d'abattage et sensible à un rayon laser (9) définissant une direction d'avancement fixe dans la galerie, - des moyens de mesure des déplacements du bras (4) par rapport au véhicule (1), - des moyens de calcul (12) pour déterminer la position de la tête d'abattage suivant les déplacements mesurés du bras et la comparer avec une position de référence correspondant à celle du rayon laser dans la section transversale de la galerie comprenant la tête d'abattage, - des moyens d'enregistrement d'un profil d'abattage théorique (36) définissant le contour de ladite section pour la galerie à creuser, - des moyens d'initialisation pour faire coïncider ladite position calculée de la tête d'abattage avec ladite position de référence, par rapport audit profil d'abattage lorsque le capteur optique (6) est soigné sur le rayon laser 9), - et des moyens pour imposer des limites aux déplacements du bras, lors d'un mouvement de balayage de la tête d'abattage, de sorte que ladite position calculée de celle-ci reste à l'intérieur dudit profil. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le poste de pilotage (11) comporte des moyens de visualisation (13) de la position calculée de la tête d'abattage par rapport au profil d'abattage théorique (36). 5. Procédé selon la revendication 3 ou caractérisé en ce que le bras mobile (4) est un bras orientable d'axes de directions liées au véhicule, et les moyens de mesure comportent des capteurs de déplacement angulaire sensibles à son orientation, au moins en site et en gisement. 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un capteur d'horizontalité -(15) détectant un angle de roulis du bras orientable (4), et des moyens pour compenser dans les mesures les défauts d'horizontalité éventuels, au moins pour l'initialisations 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un écran de visualisation (13) pour visualiserprès du poste de pilotage (11) la position de la tête d'abattage déterminée par les moyens de calcul (12), ainsi que le profil d'abattage théorique (36). 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un système (14) de programmation des moyens de calcul. 9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de calcul (12) comprennent une mémoire morte (34) enregistrant le profil d'abattage théorique, une mémoire vive (33) stockant les mesures des capteurs de déplacement, un microprocesseur, et un convertisseur analogique-digital (32).