Brevet FR2663980A1 — publié le 19920103

La présente invention concerne une colonne perforatrice verticale pour appareillage perforateur au rocher comprenant une colonne verticale monté de manière pivotante à son extrémité inférieure autour d'un axe horizontal par rapport à un support de l'appareillage perforateur au rocher, cette colonne verticale étant du type comprenant deux parties de colonne, montées coulissantes dans le sens longituainal l'une par rapport à l'autre, et un dispositif d'actionnement servant à déplacer ces parties de colonne l'une par rapport à l'autre de façon à régler la longueur de la colonne, au moins un dispositif d'actionnement servant à faire pivoter la colonne autour de l'axe, une tête de colonne servant à faire pivoter un affût d'avance d'une perforatrice au rocher, montée sur la colonne autour d'un axe orienté transversalement, de préférence perpendiculairement, à l'axe longitudinal de la colonne, et des moyens servant à faire pivoter cette tête de colonne. Lorsqu'on fore ce qu'il est convenu d'appeler des trous de production d'une manière parallèle entre eux dans une roche, notamment dans des tunnels, de façon à faire sauter d'une manière systématique le matériau d'abattage, il est courant d'utiliser une colonne perforatrice verticale pour exécuter l'opération de forage. La colonne perforatrice verticale est une colonne verticale dont l'extrémité inférieure est montée d'une manière pivotante autour d'un axe horizontal de pivotement dans l'appareillage perforateur, de manière telle qu'on puisse faire pivoter l'extrémité supérieure de cette colonne le long d'une trajectoire incurvée par rapport à l'appareillage perforateur.A l'extiémité supérieure de la colonne verticale, il est prévu un joint pivotant dont l'axe est parallèle à l'axe de l'extrémité inférieure de la colonne perforatrice et auquel ce dernier est relié au moyen de ce qu'il est convenu d'appeler un joint Herculéen. Ce joint Herculéen est pourvu d'un bras fixé sur le joint pivotant de ltextré- mité supérieure de la colonne, l'autre extrémité de ce bras étant fixée d'une manière pivotante sur l'affût d'avance de la perforatrice, autour d'un axe parallèle audit axe de pivotement, de manière telle que, lorsqu'on incline la colonne verticale, l'affût d'avance est maintenu avec la même orientation et dans la même position dans la direction longitudinale de cet affût par rapport au joint de l'extrémité inférieure de la colonne verticale, et donc par rapport au rocher à forer. L'utilisation du joint Herculéen présente de nombreux inconvénients en raison de sa structure complexe et du grand nombre d'articulations. Le déplacement de l'affût d'avance d'un trou à l'autre est complexe pour l'opérateur et ce déplacement est très difficile à automatiser étant donné que l'agencement exige plusieurs capteurs et dispositifs de réglage qui devraient être commandés. Un autre inconvénient réside dans le fait que la solution exige plusieurs dispositifs d'actionnement auxquels doivent être raccordés un grand nombre de tuyaux souples de fluide sous pression, de sorte que la mise en place des tuyaux souples nécessaires est difficile à réaliser d'une manière telle que toutes les positions voulues de la colonne soient possibles.Il en résulte que l'agencement implique des faisceaux importants de tuyaux souples et que la dimension de la colonne verticale suivant la direction de l'axe de pivotement est importante, de sorte que les dimensions d'appareillage sont inutilement grandes. La présente invention a pour but de fournir une colonne verticale qui évite les inconvénients ci-dessus, qui soit d'une structure plus simple et soit plus facile à réaliser et qui puisse être facilement commandée en cours de forage à la fois manuellement et d'une manière automatique. A cet effet, l'invention a pour objet une colonne verticale, du type précité, caractérisée en ce que le fluide sous pression servant à faire fonctionner la perforatrice au rocher et les dispositifs d'actionnement associés à celle-ci passe du support à la perforatrice et à ses dispositifs d'actionnement, et revient au support, par des conduits traversant la tête de la colonne verticale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels les figures la et lb raprésentent une colonne perforatrice verticale conforme à l'invention montée dans un appareillage perforateur, les figures 2a à 2c représentent la colonne verticale conforme à l'invention dans différentes positions le long de sa trajectoire et la figure 3 est une vue schématique, en coupe, du passage de conduits hydrauliques à travers une tête de colonne. Aux figures la et lb, une colonne perforatrice verticale 2 est montée dans un support 1. Une tête de colonne 3 formant un joint pivotant est prévue à 1' extrémité supérieure de cette colonne verticale 2. Cette dernière est montée dans un châssis auxiliaire 4, d'une manière pivotante par rapport à ce dernier autour d'un axe 6 orienté d'une manière transversale, normalement d'une manière perpendiculaire, à l'axe longitudinal de la colonne verticale 2 et d'une manière parallèle à un axe 5 de la tête de colonne 3. Cette dernière comprend deux moteurs 5a à commande hydraulique au moyen desquels elle peut être déplacée en rotation autour de son axe 5. Des moyens d'actionnement, plus précisément des vérins hydrauliques 7a et 7b, sont prévus sur les côtés oe la colonne verticale 2. Les extrémités des vérins sont articulées sur le châssis auxiliaire 4 d'une manière pivotante autour d'axes 8 parallèles à l'axe 6 et leurs tiges de piston sont articulées d'une manière correspondante sur la colonne verticale 2 au moyen d'axes 9 parallèles à ces axes 8, d'une manière telle qu'on puisse faire pivoter la colonne verticale 2 autour de l'axe 6 en faisant varier la longueur des vérins. Le châssis auxiliaire 4 est lui-même articulé sur le support 1 de l'appareillage perforateur au moyen d'un axe 10 perpendiculaire à l'axe 6 et il comporte des vérins hydrauliques 11 disposés entre le support 1 de l'appareillage perforateur et le châssis auxiliaire 4.Les vérins hydrauliques 11 sont articulés sur l'appareillage perforateur et, d'une manière correspondante, sur le châssis auxiliaire 4 au moyen d'axes parallèles à l'axe 10. En faisant varier la longueur de ces vérins 11, on peut faire pivoter le châssis auxiliaire 4 et donc la colonne verticale 2 autour de l'axe 10. Un affût d'avance 12 prévu pour une perforatrice au rocher est monté directement sur la tête 3 de la colonne verticale, de telle façon qu'on puisse le faire tourner autour de l'axe 5 suivant une direction transversale à l'axe longitudinal de la colonne verticale 2, de préférence dans un plan passant par l'axe vertical. La figure lb représente la colonne verticale de la figure la vue suivant la direction de l'axe 10. Le châssis auxiliaire 4 est pourvu de bras d'inclinaison 4a à l'une des extrémités desquels les vérins 11 sont fixés d'une manière pivotante autour d'un axe 13 parallèle à l'axe 10, les tiges de piston des vérins étant fixées à l'autre extrémité d'une manière pivotante autour d'un axe 14 parallèle à l'axe 10. En faisant varier la longueur des vérins 11, on peut faire pivoter la colonne verticale 2 autour de l'axe 10, de sorte qu'on peut forer des trous suivant une inclinaison voulue avantageuse en vue de l'abattage. La colonne verticale 2 est formée d'un corps 2a en forme de manchon à l'intérieur duquel une barre de colonne 2b est montée d'une manière mobile par rapport à ce corps suivant la direction longitudinale de la colonne verticale. Un vérin hydraulique 2c est prévu sur le corps 2 et la barre de colonne 2b, de préférence à l'intérieur de cette dernière. L'une des extrémités du vérin 2c est fixée sur le corps 2a et son autre extrémité, sur la barre de colonne 2b de façon à permettre de déplacer cette dernière par rapport au corps 2a. Les figures 2a à 2c illustrent la manière dont la colonne verticale 2 fonctionne lorsque des trous d'une profondeur constante et à espacement mutuel préfixé doivent être forés suivant une direction préfixée. A la figure 2a, la colonne verticale 2 est inclinée jusqu a sa position extrême, sur la gauche de la figure, de sorte que le vérin de gauche 7a est à sa plus courte longueur et le vérin de droite 7b à sa plus grande longueur. Le vérin 2c situé à l'intérieur de la colonne verticale 2 est aussi à sa plus grande longueur et la barre de colonne 2b fait saillie du corps 2a aussi loin que cela lui est possible. L'axe 5 de la tête de colonne 3 est ainsi sur une ligne L et, dans le cas de la figure, l'afflux d'avance 12 s'étend suivant la direction verticale, de sorte que le trou débouche perpendiculairement vers le bas.Lorsqu'après le forage du premier trou, on déplace l'affût d'avance 12 jusqu'au trou suivant, on incline la colonne verticale 2 vers la droite de la figure au moyen des vérins 7a et 7b, tandis qu'on raccourcit le vérin 2c, de façon telle que la barre de colonne 2b se déplace à l'intérieur du corps 2a et que l'axe de pivotement 5 de la tête de colonne 3 se déplace à tout moment le long de la ligne L, ainsi que cela est représenté à la figure 2b. Sur cette dernière, la colonne verticale 2 est parfaitement verticale, de sorte que le vérin 2c est à sa longueur la plus courte et que la barre de colonne 2b est totalement rétractée à l'intérieur du corps 2a.Lorsque la colonne verticale 2 pivote autour de l'axe 6, on fait pivoter d'une manière correspondante l'axe 5 de la tête de colonne au moyen des moteurs 5a, de façon telle que l'affût d'avance 12 reste toujours dans la même direction, c'est-à-dire, dans le présent cas particulier, suivant la direction verticale, ainsi que cela est représenté à la figure 2a.Lorsqu'on déplace l'affût d'avance de la position représentée à la figure 2b jusqu'à l'autre position extrême représentée à la figure 2c, on fait s'incliner la colonne verticale 2 au moyen des vérins 7a et 7b, tandis que la barre de colonne 2b est à nouveau repoussée vers l'extérieur à partir du corps 2a au moyen du vérin 2c, de façon telle que l'axe 5 de la tête de colonne 3 reste toujours sur la ligne L, l'affût d'avance 12 étant déplacé par la tête de colonne 3 de manière pivotante autour de l'axe 5 d'une manière telle que sa direction reste inchangée à tout moment. Etant donné que l'axe de pivotement 5 reste à tout moment sur la même ligne, le point extrême du trou à forer au moyen du dispositif perforateur est toujours situé sur la même ligne, de sorte que l'abattage s'effectue d'une manière voulue, bien maîtrisée.La structure de la colonne verticale et les déplacements relatifs entre ses parties ont été décrits ci-dessus. Etant évidente pour un spécialiste en la matière sur la base de la description ci-dessus, la réalisation des raccordements hydrauliques entre les moyens d'actionnement ou de tout autre raccordement de commande n'a pas été décrite. La figure 3 est une vue vue schématique, en coupe, de la tête de colonne 3 et du passage de conduits hydrauliques à travers cette dernière, d'une manière telle qu'on puisse faire tourner liDrement cette tête de colonne 3 autour de l'axe 5 sans aucun risque que les tuyaux souples ou conduites s'emmêlent. Cela est réalisé de telle façon que des tuyaux souples hydrauliques 15a et 15b provenant du support de l'appareillage perforateur s'étendent jusqu'à l'extrémité de l'axe 5 et soient raccordés à des conduits 16a et 16b traversant cet axe 5. L'autre extrémité de chaque conduit 16a ou 16b se trouvant sur la face extérieure de l'axe est située par rapport à la tête de colonne 3 de façon telle que cette extrémité soit située dans l'alignement d'une gorge annulaire distincte, respectivement 17a et 17b, qui lui est propre et qui est ménagée dans la tête de colonne 3.Un autre conduit, respectivement 18a ou 18b, mène de chaque gorge jus qu a la surface frontale de la tête de colonne 3 où ses conduits sont raccordés à des tuyaux souples 19a et 19b menant à l'affût d'avance et au mécanisme d'avance de la perforatrice, ainsi qu'à cette perforatrice ellemême. Les tuyaux souples 15a et 15b et 19a et 19b sont raccordés aux extrémités des conduits associés d'une manière qui est connue en soi, au moyen de raccords filetés. L'étanchéité des gorges annulaires 17a et 17b par rapport à l'axe 5 est assurée des deux côtés d'une manière connue en soi, au moyen de garnitures annulaires d'étanchéité non représentées à la figure, ces garnitures permettant d'isoler les conduits l'un de l'autre de façon qu'ils n'influent pas l'un sur l'autre.De ce fait, le tuyau souple hydraulique 15a ou 15b correspondant à chaque moyen d'actionnement particulier communique d'une manière continue uniquement avec le moyen d'actionnement correspondant, par l'intermédiaire du tuyau souple respectivement 19a ou 19b s'étendant à partir de la surface frontale de la tête de colonne 3, de sorte que ce moyen d'actionnement peut être commandé d'une manière classique. L'introduction d'un fluide sous pression dans un axe ou moyeu rotatif, tel que décrit ci-dessus, est connue en soi et n'est donc pas décrite d'une manière détaillée. L'invention a été décrite ci-dessus et illustrée aux dessins annexés à titre d'exemple et elle n'y est limitée en aucune manière. La structure de la colonne verticale et la structure et le fonctionnement de la tête de colonne peuvent s'écarter de nombreuses manières de ceux décrits ci-dessus. Il n'est pas nécessaire de pouvoir incliner la colonne verticale dans toutes les directions, mais il est suffisant qu'elle puisse être inclinée dans un plan passant par l'axe de pivotement de la tête de colonne, de façon telle que l'axe de pivotement et donc la position de l'affût d'avance et du trou à forer puisse être amenés dans le même plan en faisant varier la position relative des parties de la colonne l'une par rapport à l'autre suivant la direction longitudinale de cette colonne.Bien que seulement deux tuyaux souples soient représentés comme traversant la tête de colonne à la figure 3, le nombre de tuyaux souples peut être supérieur dans la pratique, ce nombre sera plus important, étant donné que tous les tuyaux souples nécessaires au fonctionnement de la perforatrice et au fonctionnement des moyens d'actionnement- associés à l'opération de forage peuvent passer d'une manière aisée et simple du support de l'appareillage perforateur jusqu'à l'affût d'avance, puis jusqu'aux moyens d'actionnement. De cette manière, les tuyaux souples peuvent être protégés aussi sur le côté de l'affût d'avance de la perforatrice, étant donné qu'on peut les faire passer vers l'avant à partir de la tête de colonne dans un espace formé à l'intérieur de l'affût d'avance, ces tuyaux souples étant totalement protégés vis-à-vis de l'environnement. Il n'est pas nécessaire de faire passer les tuyaux souples à travers la tête de colonne ; cela offre néanmoins un grand avantage, étant donné qu'on peut dans ce cas utiliser des tuyaux souples plus courts et que ces tuyaux souples sont moins susceptibles de frotter, de stemmtler et de s'user et que le risque qu'ils soient endommagés est réduit. REVENDICATIONS 1. Colonne perforatrice verticale pour appareillage perforateur au rocher comprenant une colonne verticale (2) monté de manière pivotante à son extrémité inférieure autour d'un axe horizontal (6) par rapport à un support (1) de l'appareillage perforateur au rocher, cette colonne verticale (2) étant du type comprenant deux parties de colonne (2a, 2b), montées coulissantes dans le sens longitudinal l'une par rapport à l'autre, et un dispositif d'actionnement (2c) servant à déplacer ces parties de colonne (2a, 2b) l'une par rapport à l'autre de façon à régler la longueur de la colonne (2), au moins un dispositif d'actionnement (7a, 7b) servant à faire pivoter la colonne (2) autour de l'axe (6), une tête de colonne (3) servant à faire pivoter un affût d'avance (12) d'une perforatrice au rocher, montée sur la colonne (2) autour d'un axe (5) orienté transversalement, de préférence perpendiculairement, à l'axe longitudinal de la colonne (2), et des moyens (5a, 5b) servant à faire pivoter cette tête de colonne (3), caractérisée en ce que le fluide sous pression servant à faire fonctionner la perforatrice au rocher et les dispositifs d'actionnement associés à celleci passe du support (1) à la perforatrice et à ses dispositifs d'actionnement, et revient au support (1), par des conduits (16a à 18a, 16b à 18b) traversant la tête (3) de la colonne verticale (2). 2. Colonne perforatrice verticale suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'un conduit (16a, 16o) associé à un tuyau souple correspondant de fluide sous pression (15a, 15b) est formé dans l'axe (5) de la tête de colonne (3), ce conduit (16a, 16b) menant jusqu'à la surface extérieure de l'axe (5), en ce que des conduits correspondants (18a, 18b) s'étendent, sur le côté de l'axe (5), de la surface intérieure de la tête de colonne (3) jusqu'à la surface frontale de cette dernière, de façon telle que des tuyaux souples de fluide sous pression (19a, 19b) conduisant aux dispositifs d'actionnement puissent leur être raccordés, et en ce que des gorges annulaires (17a, 17b) sont ménagées entre l'axe (5) et la tête de colonne (3), de façon telle que chaque conduit (16a, 16b) de l'axe (5) communique avec le conduit respectif (18a, 18b) ménagé dans la tête de colonne (3) quelle que soit la position de pivotement de cette dernière. 3. Colonne perforatrice verticale suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les gorges annulaires (17a, 17b) sont ménagées sur la surface intérieure de la tête de colonne (3). 4. Colonne perforatrice verticale suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif d'actionnement (2c) est agencé de façon à régler la longueur de la colonne (2) d'une manière telle que, lorsqu'on fait pivoter cette dernière autour de l'axe (6), la longueur de la colonne varie d'une manière proportionnelle à l'angle de piVotenxent de la colonne, de telle façon que l'axe de pivotement (5) de la tête de colonne (3) reste pratiquement sur une ligne droite (L) quel que soit l'angle de pivotement de la colonne (2).