Brevet FR2588039A1 — publié le 19870403

La présente invention concerne un procédé pour commander un outil de forage lors du forage d'une roche en vue de réaliser le forage automatique de plusieurs trous voisins, et selon lequel on déplace un outil de forage d'un trou à un autre selon un trajet rectiligne de déplacement situé à dis- tance de la surface de la roche. Il était connu antérieurement de commander un ou- til de forage, c'est-à-dire de déplacer un outil de forage de façon automatique d'un trou à un autre, lors du creusement d'un tunnel au moyen d'un procédé de forage/abattage à l'ex- plosif, consistant à forer, dans un espace devant être creusé, un nombre prédéterminé de trous de forage distincts les uns des autres, à y placer une charge et à la faire exploser. Grâ- ce au forage automatique, il est possible d'obtenir un fonc- tionnement plus efficace d'une machine de forage et un homme peut manipuler une machine de forage comportant un grand nom- bre de bras, lorsque les trous sont repérés et percés d'une manière totalement automatique conformément à un plan de fora- ge établi par avance, une fois que la machine a été mise en place. Le brevet US N 4 113 033 décrit un bras de fora- ge fonctionnant au moyen d'une commande programmable et un pro- cédé pour transférer un outil de forage d'un trou de forage à un autre. Selon ce procédé, l'emplacement des trous est dé- terminé sur un trajet rectiligne de transfert imaginaire si- tué à une certaine distance de sécurité de la surface de la roche et au niveau duquel l'outil de forage est rétracté après le forage d'un trou et le long duquel l'outil de forage est déplacé jusqu'au trou suivant devant être foré. Selon le procédé conforme au brevet US mentionné précédemment, le trajet rectiligne de transfert de l'outil de forage est commun à tous les trous devant être forés. Mais dans la pratique la paroi du tunnel n'est pas droite mais pos- sède une forme courbe. Plus la paroi du tunnel est courbe, plus le trajet rectiligne que l'outil de forage doit parcourir du point de départ du trou jusqu'au trajet rectiligne de dé- placement est long, en particulier dans la zone centrale de la paroi du tunnel. Ceci signifie à nouveau des temps de trans- fert plus longs. Le but de la présente invention est de fournir u: procédé évitant l'inconvénient mentionné ci-dessus et permet- tant d'accroître la vitesse de forage et d'accroître le ren- dement de fonctionnement de la machine. Ce but est atteint grâce au procédé conforme à la présente invention, caractéri- se en ce que l'on déplace l'outil de forage d'un trou à un au- tre le long de trajets de transfert définis individuellement pour chaque trou. L'invention est basée sur l'idée que, lorsque l'on déplace l'outil de forage d'un trou à un autre, on tient comp- te d'une manière plus précise de la forme probable réelle de la paroi du tunnel, de sorte que l'on peut éviter d'utiliser des distances de sécurité inutiles et que l'on peut déplacer l'outil de forage d'un trou à un autre le long du trajet rec- tiligne de transfert le plus approprié dans chaque cas parti- culier. Grâce au procédé conforme à l'invention, il est pos- sible de raccourcir considérablement le temps requis pour ra- mener l'outil de forage jusqu'au niveau du trajet rectiligne de transfert requis une fois que le trou a été foré et pour déplacer respectivement l'outil de forage à partir de ce tra- jet rectiligne de transfert, en direction de la surface de la roche, jusqu'au nouveau trou devant être foré. Le procédé conforme à l'invention peut être mis en oeuvre de plusieurs manière différentes: 1. Au niveaude tous lestrous on peut utiliser une distance de sécurité constante, c'est-à-dire une distance égale, sur laquelle l'outil de forage est rétracté à partir de la sur- face de la roche au niveau d'un trou perforé, avant d'être dé- placé latéralement jusqu'au trou suivant devant être foré. Au moment o l'outil de forage contacte la surface de la roche, la longueur axiale de l'outil de forage est enregistrée, et une fois que le trou est foré, l'outil de forage est rétracté, sur une distance déterminée, à partir du point enregistré de con- tact avec la surface de la roche et est déplacé seulement en- suite suivant une direction latérale en direction du trou sui- vant. 2. Au niveau de trous séparés, on peut utiliser des distances de sécurité ayant des valeurs différentes, sur lesquels l'outil de forage est rétracté avant d'être transfé- ré suivant une direction latérale jusqu'au trou suivant. La distance entre les niveaux de contact pour le trou précédent et le trou devant être foré est mesurée et, sur la base de cette distance, une distance de sécurité éventuellement néces- saire est définie par exemple conformément à une certaine re- lation par rapport à la distance entre les niveaux de contact ou bien selon une méthode mathématique conformément à la cour- be formée par les points de départ de plusieurs trous succes- sifs. 3. La distance de sécurité de trous séparés peut être définie au moyen de la mesure de la distance de la sur- face de la roche à l'aide de n'importe quel procédé approprié. On utilisera normalement une distance de sécurité constante, sur laquelle l'outil de forage est rétracté à partir du point de contact avec la surface de la roche, mais s'il apparaît des variations assez importantes pour cette distance, on utilise de façon correspondante, une distance de sécurité plus grande. 4. La distance de sécurité de trous séparés peut être séparée sur la base de la forme de la surface de la ro- che, grace à la mise en contact de l'outil de forage avec la roche en des points appropriés afin de définir la forme mathé- matique de la surface ou dessiner la forme de la surface de la roche sur la base d'une connaissance statistique et dlune expérience précises dans le domaine du creusement des roches. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement, selon une vue en plan, la mise en oeuvre du procédé connu d'après le bre- vet US mentionné précédemment pour réaliser la commande d'un outil de forage lors du creusement de la paroi d'un tunnel; - la figure 2 représente, d'une manière corres- pondante, un premier mode d'exécution du procédé selon l'in- vention, dans le cas de l'utilisation d'une distance de sécu- rité constante; - la figure 3 illustre un second mode d'exécution du procédé, dans le cas de l'utilisation d'une distance de re- trait basée sur la forme de la surface; - la figure 4 illustre un troisième mode d'exécu- tion du procédé, dans le cas de l'utilisation d'une distance basée sur la probabilité statistique; et - la figure 5 illustre deux autres modes d'exécu- tion du procédé, selon lequel le trajet rectiligne de trans- fert de l'outil de forage se trouve situé dans une position oblique par rapport aux trous de forage, afin d'accélérer le transfert de l'outil. Lors du creusement d'un tunnel dans une roche, on fore un nombre prédéterminé n de trous R1-Rn essentiellement parallèles, dans un espace UVXY devant être creusé, figure 1, et on place dans les trous une charge, que l'on fait exploser. Conformément au procédé suggéré dans le brevet US N 4 113 033, l'emplacement des trous est défini sur un trajet de transfert imaginaire S situé à une certaine distance de la surface 1 de la roche, au niveau duquel on ramène un outil de forage 2 après le forage complet d'un trou de forage etle long duquel on transfère l'outil de forage jusqu'au trou suivant. Par exem- ple, après que le trou R3 a été foré, l'outil de forage est rétracté axialement sur une distance A3 jusqu'au trajet rec- tiligne de transfert, et est transféré suivant une direction latérale le long du trajet rectiligne S jusqu'au trou suivant R4 et est avancé axialement sur une distance B4 pour être ame- né en contact avec la surface de la roche en vue du forage d'un nouveau trou. Une fois que le trou R4 a été foré, on ré- tracte à nouveau l'outil de forage jusqu'au trajet rectiligne de transfert S, etc. Les déplacements de l'outil de forage sont réalisés de façon automatique sous l'action d'un système de commande automatique de la machine de forage à partir du trajet rectiligne de transfert S commun pour tous les trous. Conformément aux procédés illustrés sur les figu- res 2-4, on transfère l'outil de forage d'un trou à un autre le long de trajets rectilignes définis individuellement pour chaque trou. Dans le mode d'exécution de la figure 2, après cha- que trou, on rétracte l'outil de forage, à partir de la sur- face 1 de la roche, sur une distance de sécurité C, qui doit être maintenue constante. Le terme "distance de sécurité" si- gnifie une distance à partir de la surface de la roche, qui est connue, estimée d'une autre manière ou supposée, soit au niveau d'un trou foré, soit au niveau d'un trou devant être foré. Par exemple, une fois que le trou R4 a été foré, on ré- tracte axialement l'outil de forage sur la distance C à par- tir du point de départ 3 du trou, jusqu'à un point 4 situé sur le prolongement axial de l'outil. Ce point définit un trajet rectiligne de transfert S5, qui est perpendiculaire à la di- rection du trou foré. On transfère l'outil de forage sur ce trajet rectiligne jusqu'en un point 5 situé sur le prolonge- ment axial du trou suivant R5 devant être foré, à la suite de quoi on rapproche l'outil de forage 2 à la surface de la ro- che, qu'il contacte au niveau d'un point de départ 6 après avoir parcouru une distance D5. On fore le trou R5 d'une ma- nière normale jusqu'à une profondeur désirée, à la suite de quoi on retire l'outil de forage du trou en le rétractant à nouveau sur la même distance de sécurité C par rapport à la surface de La roche. A partir de ce point, on transfère l'ou- til de forage le long d'un trajet rectiligne de transfert S6 jusqu'au trou R6 suivant devant être foré, etc. On choisit pour la distance de sécurité constante C une valeur suffisamment importante pour être sûr que l'ou- til de forage peut être transféré le long de trajets rectili- gnes de transfert S sans venir heurter d'éventuelles parties saillantes irrégulières de la surface dû la roche. La distan- ce de sécurité constante reste la même, sauf si l'opérateur désire en changer. Dans la pratique, l'opérateur peut toujours estimer la distance de sécurité constante nécessaire lorsqu'il commence à forer un ensemble de trous et la régler à une va- leur constante dans le système de commande, pour cet ensemble de trous. On notera que les distances de transfert de l'ou- til de forage sont nettement inférieures aux distances de fo- rage de l'art antérieur illustrées sur la figure 1. Ceci ac- célère de façon substantielle le forage des trous nécessaires pour le creusement d'un tunnel. Dans le mode d'exécution du procédé illustré sur la figure 3, après le forage de chaque trou, l'outil de fora- ge est rétracté environ sur une distance E définie individuel- lement pour chaque trou. La forme de la surface de la roche est évaluée au moyen d'une mesure de distance avant le forage des trous de sorte que l'on connaît la coordonnée de profon- deur au niveau du point de départ 3 de chaque trou. La distan- ce de retrait est alors calculée de façon automatique de sor- te que l'outil est rétracté juste approximativement sur une distance E telle que l'outil a juste la place pour se dépla- cer jusqu'au trou suivant devant être foré. Par exemple, une fois que le trou R4 a été foré, on rétracte l'outil axialement, sur une distance de rappel E4 calculée de la manière expliquée, à partir du point de démar- rage 3 du trou jusqu'au point 4 situé sur son prolongement axial. On déplace l'outil de forage suivant une direction axia- le le long d'un trajet rectiligne de transfert S5 passant par ce point et aboutissant à un point 5 situé sur le prolonge- ment axial du trou de forage R5 devant être foré. On fore le trou R5 de façon normale jusqu'à la profondeur désirée. Une fois que le trou a été foré, on rétracte l'outil de forage hors du trou sur une faible distance de rappel S5 telle par rapport au point de départ du trou, et l'outil de forage peut être transféré sans rencontrer d'obstacles, le long d'un tra- jet rectiligne de transfert S6 jusqu'au trou suivant devant être foré. On notera que la commande de déplacement de l'ou- til de forage sur la base de la forme prédéterminée de la sur- face de la roche permet de maintenir la distance de rappel E à une valeur minimale. Sur la figure 3, on a représenté à l'ai- de de lignes brisées, l'utilisation d'une certaine distance de sécurité constante F en liaison avec ce procédé de comman- de. Cette distance de sécurité peut être considérablement plus courte que la distance de sécurité estimée, représentée en ré- férence à la figure 2. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 4, la distance de rappel G de l'outil de forage est dé- terminée individuellement pour chaque trou sur la base d'une forme estimée de la surface de la roche. Lorsque le creuse- ment est réalisé dans une pierre d'un certain type (résistan- ce, étant de fissuration, etc), la surface de la paroi du tun- nel est approximativement semblable après l'abattage à l'ex- plosif. Alors on connaît statistiquement la formation de la surface de la roche, sur la base du forage antérieur de sur- faces de roches semblables et d'expériences antérieures dans le domaine du creusement de roches. La forme moyenne et la pro- fondeur probable du profil de la surface de la roche sont par conséquent connues. Ceci permet de calculer une distance de rappel qui est suffisante, avec une certaine probabilité, pour le transfert de l'outil de forage d'un trou au suivant sans que l'outil vienne heurter une partie saillante de la surface de la roche. On peut choisir une probabilité de par exemple %, 95 % ou 99 %. Sur la figure 4 la forme moyenne du profil de sur- face de la roche devant être forée est repérée par une ligne formée de tirets P et la limite, en-deçà de laquelle la sur- face de la roche se situe avec une probabilité de 90 %, est repérée par une ligne formée de pointillés P-90. Par exemple, après que le trou R4 a été formé, on rétracte l'outil de forage à partir du point de départ 3 jus- qu'au point 4, sur une distance de rappel G4 correspondant à la distance de la limite de probabilité P-90 sur le prolonge- ment axial du trou à partir dudit point de départ 3 et en ou- tre sur une distance de sécurité constante désirée H jusqu'au niveau d'un point 4'. Ensuite, on transfère l'outil de forage sur un trajet rectiligne transversal de transfert S5 passant par ce point et aboutissant au point 5 situé sur le prolonge- ment axial du trou suivant R5 devant être foré. A partir de ce point, on fait avancer l'outil de forage vers la surface de la roche, qu'il rencontre après avoir parcouru une distan- ce J5 à partir du point de départ pour le trou R5. On fore nor- malement le trou R5, à la suite de quoi on rétracte l'outil de forage à la distance de sécurité constante H à partir de la ligne P-90, etc. Sur la figure 5, on a représenté deux modes d'exé- cution du procédé selon l'invention, selon lequel on transfè- re l'outil de forage le long d'un trajet rectiligne oblique par rapport à la direction de forage depuis un trou de forage au suivant afin de raccourcir le temps requis pour le trans- fert. Le premier mode d'exécution est basé sur l'idée selon laquelle on connaît la forme de la surface de la roche d'une manière prédéterminée par exemple au moyen d'une mesure ou d'un procédé mentionné précédemment dans la présente des- cription. On détermine alors de façon correspondante le point de départ des trous de forage successifs et on peut détermi- ner le transfert de l'outil sur la base de la distance de sé- curité de sorte que l'outil, situé au niveau du trou foré, à une distance de sécurité par rapport au point de départ de ce trou, est transféré directement jusqu'au trou suivant devant 258803? être foré, à une distance de sécurité par rapport au point de démarrage déterminé pour ce trou. Conformément à la figure 5, une fois que le trou 3 a été foré, on déplace l'outil sur une distance E3' à par- tir du point de départ du trou R3. Une fois que le point de départ 3 du trou R3 a été déterminé sur la base de la surface prédéterminé de la roche, on peut tranférer obliquement l'ou- til, a partir du point 1 correspondant à la distance de sécu- rité 3' par rapport à la roche, le long d'un trajet rectili- gne de transfert S4' jusqu'à un point situé à une distance de sécurité E4' par rapport au point de départ 3 du trou R4. Après cela, on peut forer le trou R4 et l'opération peut se poursuivre de la manière désirée ou conformément a un program- me établi d'avance. Le second mode d'exécution illustré sur la figure est basé sur l'idée selon laquelle l'outil peut être trans- féré de façon sûre le long d'une surface oblique par rapport à la direction de forage, lorsque l'on veille à conserver une distance de sécurité minimum. Une fois que le trou R5 a été foré, on transfère l'outil, comme cela est indiqué lors du transfert du trou R5 au trou R6, jusqu'à un point situé à une distance de sécurité minimale C' du point de départ 6 du trou R5. A la suite de cela, on continue a déplacer l'outil à l'ex- térieur par rapport à la surface de la roche en le rapprochant simultanément de l'axe du trou R6, ce qui a pour effet que l'outil se déplace le long d'un trajet rectiligne oblique de transfert S6', si bien que, lorsque l'outil arrive sur l'axe du trou R6, il s'est simultanément écarté du point de départ 6 du trou R5 d'une distance correspondant à la distance de sé- curité prédéterminée C. Grâce aux différentes opérations intervenant lors du mode d'exécution illustré sur la figure 5, on obtient une économie de temps lors du transfert de l'outil étant donné que ce dernier est déplacé le long d'un trajet rectiligne aus- si court que possible d'untrou de forage à un autre. En rai- son de.la forme de la surface de la roche, les trajets recti- lignes de transfert sont, lors de ces modes d'exécution, dans leurs positions les plus obliques par rapport à la direction de forage, mais dans certains cas le trajet rectiligne de transfert peut également être perpendiculaire à la direction de forage. Lorsque l'on cherche à exécuter un forage aussi efficace et rapide que possible, il est préférable d'utiliser normalement, sur le côté gauche par rapport à la ligne média- ne de la surface de la roche creusée, un procédé illustré sur la figure 5 et selon lequel on transfère l'outil depuis un point situé à la distance de sécurité d'un trou foré jusqu'à un point situé à la distance de sécurité du trou suivant de- vant être foré, et sur le côté de droite, on utilise un trans- fert oblique basé sur une distance de sécurité minimum de sor- te que le trajet rectiligne de transfert suit, avec la plus grande probabilité, l'orientation générale de la surface de la roche. 25880jO? REVENDICATIONS 1. Procédé pour commander un outil de forage lors du forage de roches pour effectuer 1l forage automatique de plusieurs trous voisins et selon lequel on déplace un outil de forage (2) d'un trou (R1-Rn) à un autre le long d'un tra- jet rectiligne de transfert (S) situé à distance de la surfa- ce (1) d'une roche, caractérisé en ce qu'on transfère l'outil de forage (2) d'un trou (R3, R4, R5, R6) à un autre le long de trajets rectilignes de transfert (S41, S5, S6, S6') défi- nis individuellement pour chaque trou. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, une fois qu'un trou (R3, R4, R5) a été foré, on ré- tracte l'outil de forage (2) jusqu'à un trajet rectiligne de transfert (S4', S5, S6') en commençant à une distance de sécu- rité (E3', C, C') à partir d'un point de départ (3) du trou de forage. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la distance de sécurité (C) est constante et que chaque trajet rectiligne de transfert (S5, S6) est essentiel- lement perpendiculaire à la direction de forage. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, une fois que le trou (R5) a été percé, on rétracte tout d'abord l'outil de forage (2) au moins jusqu'à une dis- tance minimum de sécurité (C') à partir du point de départ (6) du trou de forage et qu'ensuite on rétracte de façon supplé- mentaire l'outil de forage (2) sur une distance constante de sécurité (C) à partir du point de départ (6) dudit trou de fo- rage en le plaçant simultanément suivant une direction la- terale jusqu'à un trou suivant (R6), ce qui a pour effet que le trajet rectiligne de transfert (S6'), qui commence à la dis- tance de sécurité minimum (C') à partir du point de départ du- dit trou de forage, dans une position oblique par rapport à la direction de forage. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la position de la surface (1) de la roche à un ni- veau de forage est déterminéepar une mesure de distance et qu'une fois que le trou (R3, R4) a été foré, on rétracte l'ou- til de forage (2) jusqu'à un trajet rectiligne de transfert (S4', S5) situé à une distance (E3', E4) telle d'un point de départ (3) dudit trou de forage, que 1 trajet rectiligne de transfert est parallèle à latangente à la surface (1) de la roche, en en étant écarté d'une distance de sécurité dési- rée (F). 6. Procédé suivant la revendication 5, caractéri- sé en ce que, une fois que le trou (R3) a été foré, on rétrac- te l'outil de forage (2) au moins sur une distance de sécuri- té (E3') à partir du point de départ du trou de forage et que l'on déplacel'outil de forage (2) directement 1l long d'un tra- jet rectiligne de transfert (S4') qui commence en un point situé à une distance de sécurité (E3') du point de démarrage du trou de forage et aboutit en un point situé à une distance de sécu-- rité (E4') du trou suivant (R4). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le trajet rectiligne de transfert (S4') est dans une position oblique par rapport à la direction de forage. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, une fois que le trou (R4) a été foré, on rétracte l'outil de forage (2) jusqu'à un trajet rectiligne de trans- fert (S5) situé à une distance (G4) du point de départ (3) du trou de forage, qui correspond avec une probabilité désirée, à une forme estimée (P-90) de la surface de la roche au ni- veau du forage, ladite distance étant augmentée d'une distan- ce de sécurité désirée (H).