Brevet FR2558892A1 — publié le 19850802

Fermeture tubulaire perdue pour trous de forage. L'invention concerne une fermeture tubulaire perdue pour trousde forage en vue d'injecter des mi- lieux appropriés, en particulier, pour la consolidation de la roche, par exemple, une résine synthétique, cette fermeture étant constituée essentiellement d'un tube de remplissage pouvant être assemblé à partir de tronçons et comportant, à la pointe, une sécurité contre le refoulement sous forme d'une soupape de retenue, un élément de mélange et un élément d'étan- chéité réalisé sous forme d'un tronçon de tuyau en matière élastique et monté, aux extrémités, dans des douilles métalliques. Pour la consolidation des couches de roches friables et des roches désagrégées, en particulier, dans les mines de charbon souterraines, l'injection d'une résine synthétique a pris une importance de plus en plus grande. Lorsqu'on pratique les injec- tions, les fermetures que l'on peut introduire dans les trous de forage et que l'on appelle "bourrages", sont particulièrement importantes. Suivant le brevet de la République Fédérale d'Allemagne 29 03 137, on connaît déjà une fermeture tubulaire perdue pour trousde forage du type mentionné dans l'introduction ci-dessus, cette fermeture pouvant être disposée à n'importe quel endroit désiré du trou de forage, tandis qu'elle comporte une sécurité fonc- tionnelle contre le refoulement et l'écoulement, tout en permettant également d'effectuer un mélange à l'intérieur de la pièce tubulaire. L'inconvénient majeur d'une telle fermeture perdue pour trousde forage réside dans le fait que, par suite des éléments de retenue et d'étanchéité employés, elle ne peut être utilisée que dans des trous de forage définis, c'est-à-dire des trous de forage ayant une section transversale constante, si bien que la fermeture ou l'étanchement des trous de forage ne peut être effectué que d'une manière insa- tisfaisante dans des zones ayant de plus grandes sec- tions transversales. Un autre inconvénient de poids des fermetu- res utilisées jusqu'à présent pour les trous de forage réside, en ce qui concerne la sécurité requise lors de leur introduction, dans le fait que, après son introduction dans le trou de forage ou plutôt dans une galerie qui n'est pas encore pourvue du soutène- ment et du garnissage voulus, c'est-à-dire dans une zone à haut risque concernant la sécurité, la ferme- ture du trou de forage doit être serrée, par exemple, 1i au moyen de tournevis à frapper. En revanche, l'invention a eu pour objet de fournir une fermeture pour trousde forage en vue d'injecter, en particulier, des milieux appropriés pour la consolidation de la roche, cette fermeture pouvant être serrée de manière étanche et dans une mesure suffisante, même dans des sections transversa- les non définies du trou de forage, tout en consti- tuant en même temps un perfectionnement du point de vue sécurité, si bien qu'un serrage mécanique manuel ou au moyen d'un tournevis à frapper n'est plus né- cessaire. Suivant l'invention, on réalise cet objet du fait que, à l'intérieur de la zone entourée par l'élément d'étanchéité, le tube de remplissage com- porte, en outre, une soupapetandis que l'élément d'étanchéité est réalisé de façon à assurer l'étan- chéité et à pouvoir être serré automatiquement lors de l'injection en fonction de la pression différen- tielle créée par les soupapes. La soupape assurant une sécurité contre le refoulement et prévue à la pointe de la fermeture du trou de forage, c'est-à-dire en direction du point le plus profond de ce dernier, peut être réglée au moyen du ressort utilisé de telle sorte que, lors du pressage de la résine synthétique à travers le tube de remplissage, cette résine se répartisse tout d'abord à l'intervention de la soupape disposée dans la zone de l'élément d'étanchéité, dans l'espace intermédiaire ménagé entre le tube de remplissage et cet élément d'étanchéité, afin que ce dernier vienne s'appliquer à la manière d'un corps gonflant automatiquement sur la paroi du trou de forage en exerçant un effet d'étanchéité et de serrage. Selon une caractéristique avantageuse ren- trant dans le cadre de l'invention, la soupape réali- sée sous forme d'une soupape de retenue est consti- tuée d'au moins une ouverture débouchant dans le tube de remplissage et entourée d'une manchette tubulaire flexible. De la sorte, on peut effectuer un remplis- sage et un gonflage parfaits de l'élément d'étanchéité sans que, lors d'une application correspondante de l'élément d'étanchéité sur la paroi du trou de forage, un refoulement puisse perturber le processus ultérieur d'injection. En outre, selon une caractéristique parti- culièrement avantageuse, les douilles métalliques emprisonnant l'élément d'étanchéité aux extrémités sont réalisées sous forme de manchons tubulaires pouvant être vissés sur le tube de remplissage et écartés d'une distance constante; la hauteur des douilles métalliques recevant chacune librement l'léément d'étanchéité est calculée pour emmagasiner cet élément d'étanchéité. - L'emmagasinage permet un gonflement impor- tant de l'élément d'étanchéité et, partant, son adaptation à des sections transversales non définies du trou de forage. Afin de ne pas détruire les élé- ments d'étanchéité réalisés à partir d'une matière flexible telle que, par exemple, le caoutchouc, lors du gonflage et lors du glissement y associé hors des douilles, suivant l'invention, les douilles métalliques sont réalisées avec une fente longitudinale au moins sur une longueur partielle et, ainsi, grâce à une flexibilité, elles sont adaptées à la pression de gonflage. D'autres avantages de l'invention ressor- tiront de la description ci-après. Conjointement avec les douilles métalliques, t5 l'élément d'étanchéité peut être introduit à n'importe quel endroit du tube de remplissage. Au moins sur une longueur partielle de la hauteur, les douilles métalliques sont réalisées avec une fente longitudinale. En dessous de la sécurité contre le refoule- ment, qui est disposée à la pointe du tube de remplis- sage et qui est réalisée sous forme d'une soupape de retenue, on prévoit un élément de retenue annulaire. L'élément de retenue réalisé à partir d'une matière première conductrice de l'électricité, est en même temps prévu pour la mise à la terre requise du tube de remplissage. Dans la douille métallique dirigée vers l'embouchure du trou de forage, est disposé un élément d'étanchéité. Au moins la douille métallique dirigée vers l'embouchure du trou de forage est réalisée sous forme d'un élément d'assemblage pour les tronçons de tube. L'extrémité du tube de remplissage, qui est située à l'extérieur du trou de forage, comporte 255 892 un filet extérieur destiné à recevoir un mamelon de raccordement pouvant être vissé. Dans l'extrémité du tube de remplissage, on dispose, de façon à pouvoir l'introduire, un élément de mélange comportant une bague de retenue analogue à une bride. Pour loger la bague de retenue, sans la détruire, à l'intérieur du mamelon de raccordement vissé sur l'extrémité du tube de remplissage, on prévoit un contre-écrou fixant la distance entre les pas de vis. L'élément d'étanchéité réalisé à partir d'une matière élastique, par exemple, le caoutchouc, est renforcé par une grille support réalisée, par exemple, en tissu ou en métal. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, le progrès technique de l'invention est basé sur le fait qu'un serrage mécanique de la fermeture du trou de forage, principalement dans des galeries qui ne sont pas suffisamment assurées, n'est plus nécessaire, aug- mentant ainsi considérablement la sécurité pour le personnel, tout en assurant, de manière simple et économique, l'adaptation à des sections transversales non définies du trou de forage. On décrira ci-après plus en détail un exem- ple de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une illustration partielle de la fermeture pour trousde forage selon l'invention et ce, sous une forme schématisée et par une vue en coupe, et la figure 2 illustre l'exemple de réalisa- tion (représenté en figure 1) d'un tube dé remplissage comportant un prolongement et un raccord d'injection prévu à l'extérieur du trou de forage. Comme on peut le constater dans les figures 1 et 2, la fermeture de trou de forage est constituée essentiellement d'un tube de remplissage 1 qui, comme le fait ressortir en particulier la figure 2, est réalisé de façon à pouvoir être allongé de n'importe quelle manière à l'intervention de manchons d'assem- blage 25 et d'éléments d'étanchéité correspondants 26. Afin de recevoir les douilles métalliques 11 et 12 réalisées sous forme de manchons, le tube de O10 remplissage 1 comporte, dans des zones correspondantes, des filets 13 et 14. Les douilles métalliques 11 et 12 sont vissées et dirigées l'une vers l'autre sur le tube de remplissage 1 de façon à recevoir, à la manière d'un manchon, un élément d'étanchéité 2 réalisé sous forme d'un tuyau enmatière élastique, par exemple, en caoutchouc. A des fins de renforce- ment, l'élément d'étanchéité 2 peut comporter une grille support 24, par exemple, en métal ou en tissu. L'élément d'étanchéité 2 doit être disposé à n'importe quel endroit du trou de forage 3 sur le tube de remplissage 1 ou sur des tronçons de ce der- nier indépendamment de la soupape de sécurité contre le refoulement 5 qui est adaptée à la pointe de la fermeture du trou de forage et qui est constituée d'un ressort 6 et d'une bille 7. Dans le tube de remplissage 1 et, en fait, dans la zone qui est entourée par l'élément d'étan- chéité 2, on installe une soupape de retenue 8 qui est constituée d'au moins une ouverture 9 débouchant dans le tube de remplissage, ainsi que d'une manchette en matière flexible entourant le tube de remplis- sage 1 et l'ouverture 9. Suivant la longueur de l'élé- ment d'étanchéité 2, les douilles métalliques 11 et 12 sont écartées l'une de l'autre d'une distance fixe. La hauteur 15 des douilles métalliques 11, 12 recevant l'élément d'étanchéité 2 à la manière d'un manchon sert à emmagasiner cet élément d'étanchéité 2. Lors du gonflage, l'élément d'étanchéité 2 ressort des douilles métalliques 11, 12 jusqu'à ce que la section transversale non définie du trou de forage, c'est-à-dire la paroi 4 du trou de forage 3, forme une butée. Afin d'éviter, par suite du gonflage, une destruction de l'élément d'étanchéité 2 sur les bords des douilles métalliques 11, 12, ces dernières comportent, au moins partiellement sur la hauteur 15, une fente longitudinale. De la sorte, on obtient une certaine flexibilité de la paroi des douilles. En dessous de la soupape 5 formant la sécu- rité contre le refoulement, on prévoit un élément de retenue 16 entourant le tube de remplissage 1, cet élément ayant, d'une part, pour but, de bloquer la fermeture dans sa position provisoire après son introduction dans le trou de forage 3, tandis que, en même temps, il est réalisé en une matière conduc- trice de l'électricité afin de pouvoir raccorder la fermeture du trou de forage à la terre conformément aux prescriptions. L'élément de retenue 16 peut avantageusement être réalisé en étoile. Comme le montre l'exemple de réalisation illustré en figure 1, la douille métallique 12 dirigée vers l'embouchure du trou de forage peut être pourvue d'un élément d'étanchéité 17 afin d'utiliser simultané- ment cette douille métallique 12 comme élément de raccordement pour un tronçon de tube de remplissage. Comme le montre, en figure 2, la partie du tube de remplissage 1 qui est située, avec le mame- lon de raccordement 19, à l'extérieur du trou de forage, l'élément de mélange 27 est monté à la suite du mamelon de raccordement 19 dans la zone de l'embouchure du trou de forage. Toutefois, ce système ne constitue qu'un exemple de réalisation particulier. Le mamelon à visser 19 est réalisé sous forme d'une douille et il comporte un filet inté- rieur 20. Ce mamelon 19 est vissé sur l'extrémité du tube de remplissage 1 comportant un filet exté- rieur 18 avec un écartement fixe 22 entre les pas de vis. Avant de visser le mamelon de raccordement 19 sur l'extrémité du tube de remplissage 1, on fait glisser l'élément de mélange 27 dans ce dernier et on le maintient en place au moyen d'une bague de retenue 21 réalisée sous forme d'une bride. La dis- tance 22 entre les pas de vis est calculée de telle sorte que la bague de retenue 21 soit fixée dans sa position sans pouvoir être détériorée. Lors de l'injection d'une résine synthéti- que à deux composants et lors de la pénétration des composants dans le tube de remplissage 1, la résine synthétique est tout d'abord mélangée par le mélan- geur 27 et elle avance sur la longueur du tube de remplissage 1 jusqu'à la soupape 5 prévue à la pointe de ce tube. La soupape 8 est actionnée par le reflux et l'élément d'étanchéité 2 est gonflé jusqu'à ce qu'il vienne se placer sur la paroi 4 du trou de forage. Un remplissage suffisant de l'élément d'étanchéité 2 avec une pression dépassant la pres- sion de remplissage a pour effet de fermer automati- quement la soupape 8 et d'ouvrir simultanément la soupape 5 installée à la pointe du tube de remplissage 1 de façon à pouvoir effectuer le processus d'injec- tion proprement dit. REVENDICATIONS 1. Fermeture tubulaire perdue pour trous de forage en vue d'injecter des milieux appropriés, en particulier, pour la consolidation de la roche, par exemple, une résine synthétique, cette fermeture étant constituée essentiellement d'un tube de remplis- sage pouvant être assemblé à partir de tronçons et comportant, à la pointe, une sécurité contre le refoulement sous forme d'une soupape de retenue, un élément de mélange et un élément d'étanchéité réali- sé sous forme d'un tronçon de tuyau en matière élas- tique et monté, aux extrémités, dans des douilles métalliques, caractérisée en ce que,à l'intérieur de la zone entourée par l'élément d'étanchéité (2), le tube de remplissage (1) comporte, en outre, une soupape (8) tandis que l'élément d'étanchéité (2) est réalisé de façon à assurer l'étanchéité et à pouvoir être serré automatiquement lors de l'injec- tion en fonction de la pression différentielle créée par les soupapes (5, 8). 2. Fermeture de trou de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape (8) réalisée sous forme d'une soupape de retenue est constituée d'au moins une ouverture (9) débouchant dans le tube de remplissage (1) et entourée d'une manchette tubulaire flexible (10). 3. Fermeture de trou de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les douilles métalliques (11, 12) emprisonnant l'élément d'étan- chéité (2) aux extrémités sont réalisées sous forme de manchons tubulaires pouvant 8tre vissés sur le tube de remplissage (1) et écartés d'une distance constante. 4. Fermeture de trou de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la hauteur (15) des douilles métalliques (11, 12) recevant chacune librement l'élément d'étanchéité (2) est calculée pour emmagasiner cet élément d'étanchéité (2). 5. Fermeture de trou de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que, conjointe- ment avec les douilles métalliques (11, 12), l'élé- ment d'étanchéité (2) peut être introduit à n'importe quel endroit du tube de remplissage (1). 6. Fermeture de trou de forage selon l'une quelconque des revendications 1 et 5, caractérisée en ce que, au moins sur une longueur partielle de la hauteur (15), les douilles métalliques (11, 12) sont réalisées avec une fente longitudinale. 7. Fermeture de trou de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que, en. dessous de la sécurité contre le refoulement, qui est disposée à la pointe du tube de remplissage (2) et qui est réalisée sous forme d'une soupape de retenue (5), on prévoit un élément de retenue annulaire (16). 8. Fermeture de trou de forage selon l'une quelconque des revendications 1 et 7, caractérisée en ce que l'élément de retenue (16) réalisé à partir d'une matière première conductrice de l'électricité, est en même temps prévu pour la mise à la terre re- quise du tube de remplissage (1). 9. Fermeture de trou de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans la douille métallique (12) dirigée vers l'embouchure du trou de forage, est disposé un élément d'étanchéité (17). 10. Fermeture de trou de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins la douille métallique (12) dirigée vers l'embouchure du trou de forage est réalisée sous forme d'un élément l d'assemblage pour les tronçons de tube. 11. Fermeture de trou de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité du tube de remplissage (1), qui est située à l'exté- rieur du trou de forage, comporte un filet extérieur (18) destiné à recevoir un mamelon de raccordement (19) pouvant être vissé. 12. Fermeture de trou de forage selon la revendication 11, caractérisée en ce que, dans l'ex- trémité du tube de remplissage (1),on dispose, de façon à pouvoir l'introduire, un élément de mélange (27) comportant une bague de retenue analogue à une bride (21). 13. Fermeture de trou de forage selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisée en ce que, pour loger la bague de retenue (21), sans la détruire, à l'intérieur du mamelon de raccordement (19) vissé sur l'extrémité du tube de remplissage (1), on prévoit un contre-écrou (23) fixant la dis- tance (22) entre les pas de vis. 14. Fermeture de trou de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité (2) réalisé à partir d'une matière élas- tique, par exemple, le caoutchouc, est renforcé par une grille support (24) réalisée, par exemple, en tissu ou en métal.