Brevet FR2560279A1 — publié le 19850830

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FORAGE DE BURES La présente invention a pour objet un procéda de forage de bures et un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Un bure est un puits reliant deux galeries de mines horizontales. Les bures constitués ont principalement pour but d'assurer l'aérage entre les différents niveaux d'une exploitation souterraine et ils peuvent également être utilisés pour L'exploitation ou équipés en issues de secours pour le personnel. D'une manière générale, la technique mécanique de forage ou fonçage de bures est la suivante : à partir de la galerie supérieure on fore en direction de la galerie inférieure un trou pilote descendant. Ce trou pilote réalisé, on procède à partir de la galerie inférieure à son agrandissement par une passe ascendante à l'aide d'un outil de réalésage. Cette technique est décrite, par exemple, dans le brevet allemand nO 648.438. Dans ce brevet, la passe ascendante est exécutée par battage, avec un outil suspendu à un câble. Ce procédé ne permet pas d'appliquer un couple d'entratnement en rotation d'un trépan de réalésage. Dans le brevet US-A-2 837 324, le procédé de forage de bures décrit consiste à exécuter aussi bien le trou pilote que le réalésage par passes ascendantes. Ce procédé nécessite des installations dans les deux niveaux ou galeries à réunir par le bure et comporte l'inconvénient complémentaire de nécessiter le retrait total de la tige du trou pilote avant de commencer le réalésage. Il faut en outre conserver un guidage sous l'aléseur ce qui gêne l'évacuation des déblais vers le bas. Le brevet français nO 1 374 576 propose un procédé de forage de bures incluant un trou pilote effectué par une passe descendante suivi d'un réalésage effectué par une passe ascendante. Dans ce brevet, le trou pilote est effectué au moyen d'un trépan rotatif ce qui impose une forte pression sur l'outil, pression supérieure au poids de la machine pourtant lourde et encombrante. Il est évident que dans ces conditions il faut ancrer fortement la machine dans les terrains pendant cette phase. Ce procédé est relativement lent dans les roches dures et la forte pression transmise sur le trépan favorise les déviations ce qui nuit à la précision nécessaire pour atteindre la galerie inférieure en un endroit déterminé.Par ailleurs, la machine permettant de mettre en oeuvre ce procédé est monobloc et nécessite des accès que les cages de mines ou galeries anciennes ne peuvent pas toujours lui offrir. La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients précédemment mentionnés des procédés et dispositifs connus. Selon la présente invention, le procédé de forage de bures consistant à forer un trou pilote à partir de la galerie supérieure en direction de la galerie inférieure puis à réaléser le trou pilote à l'aide d'un outil de réalésage par une passe ascendante est caractérisé en ce que l'outil de forage du trou pilote travaille constamment en retenue. Dans la technique antérieure, pour forer le trou pilote, on appliquait toujours une pression ce qui, en fonction de la dureté des veines rencontrées, provoquait des déviations et nuisait à la précision du forage. Or cette précision est essentielle pour que le bure débouche effectivement dans la galerie. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, l'outil de forage du trou pilote est un marteau fond de trou. Comme il a été vu ci-dessus, la machine fonctionne tout le temps en descente libre ou en retenue-, c'est à dire qu'elle transmet sur l'outil une pression inférieure au poids des tiges. En effet, dans un premier temps, le marteau fond de trou est fixé sur une tête de rotation du dispositif. Les marteaux fond de trou sont des outils connus munis d'un piston de percussion, la tête de l'outil étant munie d'un taillant. Grâce à cette disposition, le procédé de forage du trou pilote est plus rapide-(de l'ordre de trois à six fois selon la dureté des terrains) que les dispositifs connus, du genre rotary, faisant appel à une forte pression exercée sur l'outil.Au fur et à mesure de la descente du marteau à l'intérieur du trou pilote, on monte entre la tête de rotation du dispositif et le marteau fond de trou une série de tiges d'entraînement, et c'est en remplaçant le procédé rotary par un procédé rotopercutant que l'on peut ne pas appliquer de pression sur l'outil, ce qui permet de gagner du temps. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus qui est caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'éléments assemblés entre eux par clavetage. Ainsi, le dispositif est entièrement démontable ce qui permet son introduction à l'intérieur de galeries très étroites. De plus, ce dispositif est peu encombrant de sorte qu'il peut être monté dans des endroits peu accessibles dans lesquels les bures devaient précédemment être forés à la main, c'est-à-dire au moyen d'explosifs introduits dans des cavités percées au marteau-perforateur pneumatique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un mode pErticulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif en regard des figures qui représentent - la Fig.1 représente en élévation le dispositif de forage de bures en position repliée - la Fig.2, le même dispositif en position d'extension - la Fig.3, une vue par dessus du dispositf. - La Fig.4 est une vue en perspective des portes de montage et de démontage des tiges; - La Fig.5 est une vue de la clé de retenue; - La Fig.6 un schéma du montage des tiges. Sur les Figures, on voit que le dispositif se compose d'un socle 1 de forme rectangulaire présentant une ouverture centrale 2 (Fig.3) dont les dimensions sont telles qu'elle permette le passage de l'outil de réalésage. Sur le socle 1 sont disposés en direction verticale des montants 3. Ces montants sont clavetés sur le socle 1, deux à deux, dans les angles dudit socle par des chapes 4. Les montants 3 présentent une sec*ion > ngeuse^-trapézoidale par exemple, et des vérins 5 sont montés 1'intérieur desdits montants le corps reposant sur le socle alors que la tige peut faire saillie à partir de la surface supérieure des montants 3. La partie interne des montants 3 comporte un chemin de roulement pour des galets 6 de guidage de la tête de rotation 7 montée coulissante entre les montants 3.La tette de rotation 7 a pour but de transmettre tant au marteau fond de trou de forage du trou pilote qu'à l'outil de réalésage un mouvement de rotation adapté et d'assurer le mouvement de traction du train de tiges, ainsi que la retenue lors du forage du trou pilote lors de la remontée de l'outil de réalésage. Sur la tete 7 sont montés des moteurs hydrauliques 8 transmettant le mouvement de rotation à une couronne (non représentée) par l'intermédiaire de pignons. Un arbre cannelé 19 est lié en rotation à la couronne et libre en translation avec butée limitant la course de part et d'autre. Un raccord d'entraînement est fixé sur l'?xe cannelé,dont l'autre extrémité 10 est filetée de manière å permettre le montage des tiges sur la tête de rotation 7. Le socle 1 comprend deux portes renforcées 21 (Fig.4) permettant de supporter le dispositif de retenue et de déblocage des tiges,grâce à une clé de retenue 24 (Fig.5). Sur la tête de rotation 7 est montée à l'aide de clavettes 9 une potence 8 dont la partie supérieure est mécaniquement reliée par des clavettes 12 aux tiges 13 des pistons 5. Une fois acheminée sur le site en éléments détachés, le montage de la machine est conduit de la façon suivante dans un premier temps, le socle 1 est positionné précisément de manière à ce que l'ouverture 2 recouvre le site du trou à forer. Les montants 3 sont alors amenés sur le socle 1 et sont verrouillés par introduction d'axes dans les chapes 4. Les montants sont alors stables puisqu'ils reposent sur le socle 1 et sont verrouillés par les axes horizontaux introduits. Puis, la tête de rotation 7 est disposée entre les montants 3 de manière à ce que les galets 6 se positionnent sur les guides constitués par les petites bases des trapèzes des sections des montants 3. A ce moment, la tête repose sur le socle 1, les tiges 13 des pistons 5 étant repliées à l'intérieur du corps des pistons. La potence 11 est alors amenée au-dessus de la tête 7 sur laquelle elle repose et des clavettes 9 sont introduites dans les orifices correspondants pour solidariser la potence et la tête de rotation. De la même façon, des clavettes 12 sont introduites dans les tiges de pistons et dans les orifices 12 de la potence 11.Après connexion des flexibles hydrauliques à la centrale hydraulique et au tableau de commande (non représentés), l'appareil est prêt à fonctionner. Comme il a été dit précédemment, la première opération consiste dans le forage du trou pilote. A cet effet, un marteau fond de trou 14 est vissé sur le mandrin 10 de la tête 7, le marteau fond de trou étant relié au compresseur pneumatique (non représenté). La pression exercée sur les vérins 5 étant relâchée, le marteau fond de trou 14 descend peu à peu entrainé en rotation par la tête 7. Comme il a été dit précédemment, et selon une caractéristique de l'invention, aucune pression n'est appliquée sur le marteau 14 qui progresse soit sous son propre poids, soit en légère retenue sous l'action des vérins 5.Lorsque la partie supérieure du marteau a atteint le niveau du sol, le marteau est désolidarisé du mandrin 10, la potence est relevée par les vérins 5 et une première tige est disposée entre le marteau 14 et le mandrin 1O.Cette tige est amenée en position entre la tête et le marteau 14 grâce au bras articulé 20. Les tiges sont ensuite assemblées comme suit. La machine étant en fin de course basse, on remonte légèrement la tête 10 et on arrête la rotation de manière à ce que les fentes 22 soient parallèles aux guides 23 de la clé 24 de retenue (fige4) On met en place la clé de retenue (Fig.5) Par une rotation de sens inverse on dévisse complètement la tige qui était précédemment sur le mandrin 1O,le mandrin pouvant monter librement pendant ce dévissage.Chaque tige mesure sensiblement 1 mètre. La machine est alors mise en fin de course haute (Fig.2)et le bras 20 amène une nouvelle tige 25.La rotation en sens direct provoque le vissage de cette nouvelle tige et le bras articulé est retiré Le jeu de l'arbre cannelé 19 est suffisant pour permettre au mandrin 10 de descendre pendant le cuissage. La tige supérieure est alors vissée sur la tige inférieure, d'une part et sur la tête de rotation, d'autre part. On relève alors légèrement l'ensemble du train de tiges pour dégager la clé 24. Comme précédemment, le mouvement de descente continue jusqu'à-ce que la hauteur d'une tige ait été atteinte. A ce moment, on désolidarise la tige présente, on relève la potence et l'on introduit une deuxième tige entre la première tige et le mandrin 10. La même opération continue jusqu'à ce que le trou pilote ait été foré. Une fois que le trou pilote est réalisé, le même train de tiges utilisé pour descendre le marteau fond de trou va être mis en oeuvre pour remonter en passe ascendante un outil de réalésage du genre trépan. A cet effet, le trépan est fixé dans un premier temps sur l'extrémité inférieure de la tige 25 la plus basse du train de tiges, les pistons 5 étant en position rétractée. Puis, après mise en rotation de la fraise de réalésage, les vérins 5 sont peu à peu déployés. A titre d'exemple seulement, les vérins peuvent avoir une force de traction de 100 tonnes avec une course de lm30, la tête de rotation présentant un couple de 2000 mètres.kilo et une vitesse de rotation pouvant varier de O à 50 tours/minute. Peu à peu, les tiges sont démontées par une opération inverse de celle du montage qui vient d'être décrit. C'est à dire que la tige inférieure est bloquée comme précédemment par les portes 21 et la clé 24. On effectue alors différents mouvement de rotation et de descente du mandrin.Au cours de cette opération, la porte 21 supporte l'ensemble du train de tiges et de l'outil de réalésage.Chaque tige démontée est évacuée grâce au bras 20.La centrale hydraulique est actionnée par un moteur électrique de 125 chevaux par exemple. Sous l'action de la traction, la tête de fraisage fore le bure, les déblais pouvant être évacués par un tapis transporteur disposé au-dessous du trou pilote. A titre d'exemple au cours d'un forage effectivement réalisé, dans du granit à 2.000 bars de résistance, la vitesse de rotation de outil de réalésage etait de 30 tours/minute la tracdvier exercée par les serins de 65 tonnes, la vitesse instantanée de 2 mètres par heure et la vitesse moyenne de 1,4 mètre par heure. Bien entendu, ces paramètres dépendent des terrains rencontrés I1 va de sol que de nombreuses variantes peuvent être apportées, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention tel qu'il est défini par les revendications annexées REVENDICATIONS 10) - Procédé de forage de bures consistant à forer un trou pilote à partir de la galerie supérieure en direction de la galerie inférieure, puis à réaliser le trou pilote à l'aide d'un outil de réalésage par une passe ascendante, caractérisé en ce que l'outil de forage du trou pilote travaille constamment en retenue. 20) - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil de forage du trou pilote est constitué par un marteau fond de trou. 30) - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un socle (1) sur lequel sont fixés deux montants verticaux (3) entre lesquels est montée une tête de rotation (7) solidaire d'une potence (11), la potence ( étant reliée a des tiges de vérin (13) dont les corps (5) sont montés à l'intérieur des montants (3), la tête de rotation (7) étant montée coulissante entre les montants (3). 40) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les différents éléments sont réunis entre eux par des clavettes (4, 9, 12). 50) Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que chacun des éléments est encageable. 60) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5,caractérisé en ce qu'il comporte des portes (21) articulées comprenant un guidage(23) pour une clé de blocage (24). 70) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un bras (20) articulé de présentation des tiges (25) au dessous de la tête de rotation (7).