Brevet FR2612986A1 — publié le 19880930

La présente invention concerne un procédé de commande de forage de roche, selon lequel une poutre d'entraînement d'une machine de forage de roche est posi- tionnée dans la direction d'un trou à forer d'une manière telle qu'une tige de forage soit positionnée dans le trou à forer, ensuite la poutre d'entraînement est déplacée par un moyen de déplacement dans sa direction longitudinale en direction de la surface de la roche à forer jusqu'à ce que l'extrémité avant de la poutre d'entraînement entre en contact avec la surface de roche et supporte la poutre d'entraînement sur la roche au moins au début du processus de forage, le mouvement longitudinal de la poutre d'en- trainement étant commandé au moyen d'un élément de com- mande monté à l'extrémité avant de la poutre d'entraine- ment, ledit élément de commande arrêtant le fonctionne- ment, du moyen de déplacement de la poutre d'entraine- ment quand elle entre en contact avec la surface de roche, et ensuite le forage du trou est commence.. L'invention concerne également un dispositif de commande d'une poutre d'entraînement d'une machine de forage de roche, lorsque la poutre d'entraînement est déplacée de telle sorte que son extrémité avant entre en contact avec la surface de roche à forer pour suppor- ter la poutre d'entraînement pendant le processus de forage, comprenant un moyen de déplacement pour déplacer la pou- tre d'entraînement dans sa direction longitudinale et un moyen de commande pour commander le fonctionnement du moyen de déplacement, le moyen de commande comprenant un élément de commande qui est monté à l'extrémité avant de la poutre d'entraînement de telle sorte que, quand la poutre d'entraînement est déplacée dans la direction lon- gitudinale, elle soit la première à entrer en contact avec la surface de roche, l'élément de commande étant connecté 2 Z 2612986 pour arrêter le fonctionnement du moyen de déplacement de la poutre d'entrainement quand elle vient buter contre la surface de roche. Lors du forage d'un trou dans une roche, il est d'une grande importance, notamment lors du démarrage du forage, de pouvoir supporter l'extrémité avant de la poutre d'entraînement de la machine de forage sur la roche afin d'empêcher le déplacement d'un trépan annulaire le long de la surface de la roche pendant sa rotation pour que le forage puisse être commencé à l'endroit désiré. En outre, le mouvement du trépan annulaire engendre dans la tige de forage des forces latérales qui peuvent défor- mer ou rompre la tige de forage, ce qui produit des in- terruptions dans le processus de forage et des dépenses inutiles. Pour éviter cela, il a été courant, à la fois lors d'un forage manuel et lors d'un forage automa- tisé, de déplacer d'abord la poutre d'entraînement jusque dans la position correcte de forage et ensuite de la pousser dans la direction longitudinale en direction de la roche de façon qu'un support de forage, usuellement en forme de dent, monté à l'extrémité avant de la poutre d'entraînement, vienne buter contre la roche en empêchant ainsi les mouvements transversaux de l'extrémité avant de la poutre d'entraînement, et par conséquent du trépan annulaire. Ce processus a été réalisé manuellement par l'opérateur chargé du forage, bien que le processus de forage soit par ailleurs complètement automatisé. Un déplacement automatique de la poutre d'entraînement jusqu'à une distance prédéterminée de la surface de roche est connu en soi par exemple d'après le brevet britannique 2 103 968, o la distance d'espacement de la poutre d'entraînement est ajustée au moyen du mé- canisme d'entraînement de la tige de forage et de moyens de commande fixés sur celle-ci. Dans la solution définie dans ce brevet, la poutre d'entraînement est d'abord posi- tionnée dans la direction de forage etelleest déplacéejusqu'à une certaine distance de la roche, et ensuite la machine de forage de roche sur laquelle est fixée une tige de fo- rage commence à être avancée depuis sa position rétractée sur la poutre d'entraînement jusqu'à ce que le trépan an- nulaire vienne buter contre la surface de roche. Pendant le déplacement de la machine de forage, sa distance de déplacement est mesurée et, après que le trépan annulaire a buté contre la roche, la poutre d'entraînement est dé- placéesur une distance plus courte que la distance de déplacement de la machine de forage de roche, de telle sorte qu'une distance prédéterminée subsiste entre la poutre d'entraînement et la roche. La solution précitée est applicable à un forage automatique, o le moyen de commande effectue automatiquement les étapes d'approche, de mesure et de déplacement sans l'aide du technicien de forage. Outre sa lenteur, un inconvénient de cette solution consiste en ce que la poutre d'entraînement n'est pas supportée sur la roche et qu'en conséquence des incidents et des dommages perturbent le processus de forage. L'objet de la solution conforme à l'inven- tion consiste à créer un procédé et un dispositif qui permettent un déplacement automatique de la poutre d'entraînement jusque dans la position correcte de chauf- fage de telle sorte que son extrémité avant soit supportée sur la roche, ce qui rend plus facile le démarrage du processus de forage. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que l'élément de commande est un support de forage en forme de manchon, monté autour d'un trépan de forage à l'extrémité avant de la poutre d'en- trainement etmonté de façon à pouvoir coulisser axiale- ment dans la direction longitudinale de la tige de forage, afin que le mouvement axial du support de forage par rapport à la poutre d'entraînement commande le mouvement de déplacement de la poutre d'entraînement quand le sup- port entre en contact avec la roche. Selon une autre particularité du procédé, le forage du trou est en outre commandé au moyen de l'élément de commande d'une manière telle que, lors d'un arrêt du fonctionnement du moyen de déplacement de la poutre d'entraînement, l'élément de commande commence le forage de la roche. Le dispositif conforme à l'invention est caractérisé en ce que l'élément de commande comprend un support de forage en forme de manchon, monté de façon à pouvoir coulisser dans la direction longitudinale de la poutre d'entraînement et à être positionné autour d'un trépan de forage dans sa position rétractée, le support de forage étant déplacé par rapport à la poutre d'entraînement vers l'arrière dans sa direction longi- tudinale lors de l'entrée en contact avec la surface de roche; un organe qui est agencé pour pousser le support de forage jusque dans sa position avancée; et un détec- teur qui détecte le déplacement du support de forage et qui est connecté de façon à commander le moyen de dépla- cement de la poutre d'entraînement. Selon d'autres particularités du dispositif conforme à l'invention: - Le support de forage comprend une rainure ou évidement; le détecteur est agencé pour détecter le déplacement d'un bord de la rainure ou évidement. - L'organe agencé pour pousser le support de forage est un ressort. - Le bord avant du support de forage en forme de manchon comprend au moins trois branches en forme de dent qui sont positionnées sensiblement symé- triquement par rapport à l'axe longitudinal du support de forage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexes dans lesquels: la Figure 1 représente un équipement de forage de roche avec sa flèche et la poutre d'entraine- ment; la Figure 2 est une vue détaillée d'une réalisation de l'invention, 1iC la Figure 3 est une vue de face de la réalisation représentée sur la Figure 2; la Figure 4 est une vue latérale d'une autre réalisation de l'invention; la Figure 5 est une vue de face de la réalisation représentée sur la Figure 4; et les Figures 6 et 7 représentent la réa- lisation des Figures 4 et 5 dans une situation opéra- tionnelle. La Figure 1 représente un équipement de forage de roche, désigné dans son ensemble par la réfé- rence numérique 1. L'équipement de forage de roche com- prend une flèche 2 sur laquelle est montée une poutre d'entraînement 3. La poutre d'entraînement 3 est dépla- çable par rapport à l'extrémité de la flèche 2, dans sa direction longitudinale, par un moyen de déplace- ment 4,le long de coulisses positionnées dans un ber- ceau 5. Le dispositif d'actionnement du moyen de dépla- cement 4 est généralement un vérin hydraulique ou analogue. Un élément de commande 6 conforme à l'in- vention est fixé à l'extrémité avant de la poutre d'en- trainement et une tige de forage 7, montée sur la ma- chine de forage de roche, est agencée de manière à pas- ser au travers dudit élément de commande. Le fonctionnement et la structure du moyen d'actionnement de l'équipement de forage de roche, de la flèche et du moyen de déplacement de la poutre d'entraînement sont dans leur ensemble connus dans l'art anté- rieur de sorte qu'ils ne seront pas décrits de façon plus détaillée ici. La Figure 2 représente l'élément de com- mande conforme à l'invention. Sur la Figure, la tige de forage 7, sur laquelle est fixé un trépan annulaire 8, passe au travers d'un dispositif de centrage 9 connu en soi. L'élément de commande 6 est monté en avant du dispositif de centrage 9, à l'extrémité avant de la poutre d'entraînement 3. L'élément de commande com- prend un support 10 en forme de manchon, qui est disposé autour du trépan annulaire 8 et qui agit comme un élément de détection, ainsi qu'uncorps llqui est fixé àl'extrémité de la poutre d'entralnement 3. Un ressort 12 est monté à l'intérieur du corps 11 en arrière du support 10, entre lui et le corps 11, ledit ressort poussant le support 10 vers l'avant, c'est-à-dire dans une direction d'éloigne- ment par rapport à la poutre d'entrainement. Pour la commande des opérations, le support 10 comprend, par exemple, une rainure annulaire 13 dont un bord 14 est positionné sur un détecteur 15 dans la position avancée du support 10. Le support 10 est monté à l'intérieur du corps 11 de façon à pouvoir coulisser axialement, sans cependant pouvoir tourner, par exemple au moyen de rai- nures (non-représentées) formées dans ledit corps, et de boulons 16 pénétrant dans les rainures ménagées dans le corps. Le détecteur 15, qui opère par exemple au moyen de courant électrique ou de lumière, est connecté de façon à commander le moyen de déplacement 4 de la poutre d'entraînement 3 d'une façon telle que le dépla- cement du support 10 à partir de sa position avancée conduise le détecteur 15 à produire une impulsion de commande qui arrête le fonctionnement du moyen de dé- placement 4. L'équipement opère d'une manière telle que, lorsque le processus de forage est enclenché, par exemple, au moyen d'un dispositif de commande automatique, la poutre d'entraînement 3 soit déplacée jusque dans la po- sition de forage de telle sorte que la tige de forage 7 soit placée en regard du trou à forer, dans la direction de ce dernier, mais à une certaine distance de la surface J0 de la roche. Ensuite, le dispositif de commande enclenche le moyen de déplacement 4 à l'aide duquel la poutre d'en- traînement 3 est déplacée le long des faces de glissement dans le berceau 5 en direction de la roche jusqu'à ce que le support 10 vienne buter contre la surface de la roche. Puisque le support 10 est déplaçable axialement par rap- port au corps 11, il recule légèrement vers l'intérieur, en comprimant ainsi le ressort 12, de sorte que le bord 14 de la rainure 3 du manchon est éloigné du détecteur 15. Cela conduit le détecteur 15 à produire une im- pulsion de commande qui arrête le fonctionnement du moyen de déplacement, en laissant ainsi la poutre d'entraînement en appui sur la surface de la roche au moyen du support 10. L'impulsion de commande qui arrête le fonc- tionnement du moyen de déplacement 4 peut simultanément être utilis:-pour enclencher automatiquement le processus de forage, de sorte que la machine de forage de roche et la tige de forage 7 commencent à se déplacer le long de la poutre d'entraînement en direction de la roche, d'une manière connue en soi, et l'ensemble du processus de forage se poursuit d'une manière classique jusqu'au forage du trou suivant. Par utilisation du support 10 conforme aux Figures 2 et 3 comme élément de détection dont le mou- vement enclenche l'opération de commande servant à arrêter le mouvement d'entraînement, on obtient une solution simple et avantageuse selon laquelle la poutre d'entraînement est supportée au début du processus de forage, ce qui rend l'amorçage du processus de forage plus facile. Comme le montrent les figures, des branches 17 en forme de dent, positionnées de préférence symétriquement autour de l'axe du support 10, peuvent être formées à l'extrémité du support 10, de sorte que lesdites branches agissent comme un support de forage fiable car elles sont capables de pénétrer môme dans de petites fissures dans la roche. Le support 10 peut être fixé de façon non- tournante, mais il peut aussi être monté de façon tournante si cela est considéré comme nécessaire. L'évi- dement ou rainure 13 peut être formé seulement du côté du détecteur 15, si le support 10 est monté de façon non- tournante, mais il peut aussi être constitué par une rai- nure s'étendant tout autour du manchon. Le support 10 peut avoir une section droite circulaire, angulaire ou elliptique ou bien toute autre forme désirée. Lorsqu'il comporte des branches 17, elles sont de préférence au nombre de trois ou plus. Le détecteur 15 peut être électrique ou électromagnétique ou bien il peut être actionné par la lumière, le point du support 10 qui produit l'impulsion de commande pouvant être profilé ou réalisé d'une manière imposée par l'utilisation du détecteur. Le détecteur peut également être constitué par un interrupteur ou un détec- teur analogue qui est placé en arrière de l'élément de détection de telle sorte que l'élément de détection exécute l'opération de commande lorsqu'il pousse le dé- tecteur ou se rapproche de lui. A la place du support en forme de manchon, l'élément détecteur peut se composer d'un corps séparé qui peut avoir par exemple une forme de dent ou tout autre forme et qui est monté à l'extrémité avant de la poutre d'entraînement, à côté de la pointe axiale dela tige de forage, de telle sorte qu'il s'étende en avant du trépan annu- laire 8 lorsque celui-ci se trouve dans sa position ré- tractée; en conséquence, il est le premier à entrer en contact avec la surface de roche quand la poutre d'en- trainement est déplacée en direction de la roche. Comme décrit ci-dessus, ilest possible de décelerlemomentauquelun tel élément de détection vient buter contre la roche et d'assurer,encorrespondance, la commande du fonctionnement de l'équipement. Les Figures 4 et 5 représentent une 3 structure formée par trois moyens de détection séparés, dont les éléments de détection sont disposés symétrique- ment autour du. trépan annulaire 8. Chaque moyen de dé- tection comprend un élément de détection 10' et un corps 11'. La pointe de l'élément de détection 10' peut avoir une forme de dent ou bien il peut être pourvu de branches en forme de dent, ou analogues. Les moyens de détection sont connectés de façon à commander le moyen de déplacement de la poutre d'entraînement 3 d'une manière telle qu'un seul élément de détection 10' entrant en contact avec la roche soit suffisant pour arrêter le mouvement de déplacement de la poutre d'entrainement. Le dispositif de commande peut en outre être connecté de façon à commander le processus de forage de telle sorte que, si un ou plusieurs des éléments de détection 10' ne touchent par la roche quand le mouve- ment de déplacement de la poutre d'entraînement est achevé,le dispositif de commande déplace la poutre d'en- traînement et la fasse tourner dans la direction des éléments de détection 10' qui n'ont pas établi un contact avec la roche. La tige de forage tourne alors en se rap- prochant de. l'axe normal de la surface de roche, ce qui rend 1' amorçage du forage plus facile. Dans le cas d'un forage automatique, la rotation et le déplacement de la poutre d'entraînement peuvent être pris en considéra- tion d'une manière particulièrement aisée du fait que la poutre d'entraînement peut être déplacée à l'écart de son axe de forage d'origine et ce déplacement peut être pris en considération de telle sorte que le point final du trou de forage terminé soit positionné sensiblement au même endroit que ce qui était planifié à l'origine. Cette opération est illustrée sur les Figures 6 et 7; sur la Figure 6, un élément de détection 10' seulement est entré en contact avec la surface de roche. Lorsque l'élé- ment de détection 10' entre en contact avec la roche, le mouvement de la poutre d'entralnement en direction de la t0 roche est arrêté mais la position de la poutre d'entrai- nement par rapport à la surface est trop inclinée en oblique pour que le forage soit engagé de façon fiable. Sur la base de la position de l'élément de détection qui est resté hors de contact avec la roche, le dispositif de commande fait tourner la poutre d'entraînement et la déplace plus loin dans la direction latérale par rapport à la paroi rocheuse de manière à ce que les deux éléments de détection entrent en contact avec la surface de roche et que le processus de forage puisse être amorcé. L'élément de détection 1C peut en outre être utilisé pour commander le fonctionnement de l'équi- pement de forage dans le cas o un morceau de roche se détache de dessous le détecteur agissant comme un sup- port de forage lors de l'engagement du processus de forage, l'élément de détection 10, 10' pouvant alors progresser jusque dans sa position avancée. Il existe ainsi un ris- que d'endommagement de la tige de forage à cause d'une absence de support suffisant, avec pour résultat une interruption du processus de forage. Dans un tel cas, le fonctionnement peut être commandé, par exemple, en mesurant la distance d'avance- ment de la machine de forage, c'est-à-dire l'avancement de la tige de forage, et si la distance d'avancement est inférieure à une valeur prédéterminée, le processus de forage est interrompu et la tige de forage est rétractée, il puis la poutre d'entraînement est à nouveau avancée jus- qu'à ce que l'élément de détection vienne à nouveau buter contre la roche et l'opération peut alors être poursuivie de façon similaire à ce qui avait été initialement prévu. Cependant, si le forage a progressé d'une distance prédéterminée, il peut être poursuivi simplement en faisant avancer la poutre d'entraînement jusqu'à ce que l'élément de détection 10 entre en contact avec la surface de roche au point o le morceau de roche s'est détaché. O0 Les deux opérations peuvent être agencées de façon à se dérouler automatiquement, de telle sorte que le déplacement de l'élément de détection vers l'avant enclenche l'opérationentenantcomptedeladistancesur laquelle la tigedeforageaavancé. Dans le cas d'un forage trop court, la poutre d'entraînement est déplacéevers l'avant, par exemple en réponse à une impulsion engendréeparladétectionde la position rétractée de la machine de forage et, dans le cas o le forage dépasse une longueur prédéterminée, le déplacement vers l'avant de la poutre d'entraînement est amorcé par une impulsion de commande engendrée par l'élément de détection pendant qu'il est déplacé. Le procédé et le dispositif conformesà l'in- vention peuvent aussi être utilisés dans un équipement de forage de roche qui ne comporte pas des moyens de déplace- ment séparés pour assurer le déplacement longitudinal de la poutre d'entraînement. Ainsi, le mouvement longitudinal de la poutre d'entraînement est produit, par exemple, en faisant tourner la flèche par rapport au support du dis- positif et en assurant simultanément son extension, puis en faisant encore tourner la poutre d'entraînement par rapport à l'extrémité de la flèche. Dans un équipement commandé par ordinateur en particulier, cela est facile à réaliser et la flèche a agit alors comme un moyen de dé- placement pour produire le mouvement longitudinal de la poutre d'entraînement. Il est en outre possible d'utiliser à la fois le moyen de déplacement et la flèche comme un moyen de déplacement produisant le mouvement longitudinal de la poutre d'entraînement. En addition à un forage automatique, l'in- vention est applicable à un forage manuel, auquel cas la poutre d'entraînement peut être placée contre la sur- face de roche d'une manière beaucoup plus rapide que pré- cédemment. Apres que le technicien de forage a amorcé le mouvement de déplacement longitudinal de la poutre d'en- trainement, le mouvement se poursuit jusqu'à ce que le détecteur produise une impulsion de commande qui arrête le mouvement et qui déclenche par exemple un signal lumi- neux et/ou qui enclenche le forage. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de forage de roche, selon lequel une poutre d'entraînement (3) d'une machine de forage de roche est positionnée dans la direction d'un trou à forer d'une manière telle qu'une tige de forage (7) soit positionnée dans le trou à forer, après quoi la poutre d'entraînement (3) est déplacée par un moyen de déplacement (4) dans sa direction longitudi- nale en direction de la surface de la roche à forer jus- qu'à ce que l'extrémité avant de la poutre d'entraînement (3) entre en contact avec la surface de roche et supporte la poutre d'entraînement (3) sur la roche au moins au début du processus de forage, le mouvement longitudinal de la poutre d'entraînement (3) étant commandé au moyen d'un élément de commande (6) monté à l'extrémité avant de la poutre d'entraînement (3), ledit élément de com- mande (6) arrêtant le fonctionnement du moyen de dépla- cement de la poutre d'entraînement (3) quand elle entre en contact a-vec la surface de roche, après quoi le forage du trou est commencé, caractérisé en ce que l'élément de commande (6) est un support de forage (10) en forme de manchon, monté autour d'un trépan de forage (8) à l'extrémité avant de la poutre d'entraînement (3) et monté de façon à pouvoir coulisser axialement dans la direction longitudinale de la tige de forage (7), afin que le mou- vement axial du support de forage (10) par rapport à la poutre d'entraînement (3) commande le mouvement de dépla- cement de la poutre d'entraînement (3) quand le support (10) entre en contact avec la roche. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le forage du trou est en outre commandé au moyen de l'élément de commande (6) d'une manière telle que, lors d'un arrêt du fonctionnement du moyen de dépla- cement de la poutre d'entraînement (3), l'élément de com- mande (6) commence le forage de la roche. 3. Dispositif de commande d'une poutre d'en- trainement (3) d'une machine de forage de roche, lorsque la poutre d'entraînement (3) est déplacée de telle sorte que son extrémité avant entre en contact avec la surface de roche à forer pour supporter la poutre d'entraînement (3) pendant le processus de forage, comprenant un moyen de déplacement (4) pour déplacer la poutre d'entraînement (3) dans sa direction longitudinale et un moyen de commande (6) pour commander le fonctionnement du moyen de déplace- ment, le moyen de commande comprenant un élément de com- mande qui est monté à l'extrémité avant de la poutre d'entraînement de telle sorte que, quand la poutre d'en- trainement (3) est déplacée dans la direction longitudi- nale, elle soit la première à entrer en contact avec la surface de roche, l'élément de commande étant connecté pour arrêter le fonctionnement du moyen de déplacement (4) de la poutre d'entraînement (3) quand elle vient buter contre la surface de roche, caractérisé en ce que l'élé- ment de commande (6) comprend un support de forage (10) en forme de manchon, monté de façon à pouvcir coulisser dans la direction longitudinale de la poutre d'entraînement (3) et à être positionné autour d'un trépan de forage (8) dans sa position rétractée, le support de forage étant déplacé par rapport à la poutre d'entraînement 3) vers l'arrière dans sa direction longitudinale lors de l'en- trée en contact avec la surface de roche; un organe (12) qui est agencé pour pousser le support de forage (10) jusque dans sa position avancée; et un détecteur (15) qui détecte le déplacement du support de forage (10) et qui est connecté de façon à commander le moyen de déplacement (4) de la poutre d'entraînement (3). 4. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le support de forage (10) comprend une rainure ou évidement (13) et en ce que le détecteur (15) est agencé pour détecter le déplacement d'un bord (14) de la rainure ou évidement (13). Z561986 5. Dispositif selonl'unedes revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'organe (12) agencé pour pousser le support de forage (10) est un ressort. 6. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le bord avant du support de forage (10) en forme de manchon comprend au moins trois branches en forme de dent qui sont positionnées sensiblement symé- triquement par rapport à l'axe longitudinal du support de forage (10).