Brevet FR2663680A1 — publié le 19911227

I "Dispositif de contrôle d'effort d'ancrage pour glissière de foration" La présente invention concerne un dispositif de contrôle d'effort d'ancrage, pour une glissière de foration Cette invention se rattache au domaine technique des engins de foration des roches, utilisés notamment dans le secteur minier ainsi que pour le creusement de toutes galeries, telles que tunnels. Les engins de foration des roches comportent une glissière, liée à un bras-support, sur laquelle coulisse une perforatrice entraînant, en rotation ou en rotation-percussion, une tige terminée par un taillant, l'ensemble permettant de forer un trou dans la roche La foration d'un trou consiste à ancrer d'abord la glissière contre la roche, puis à amorcer et à forer le trou en avançant la perforatrice vers la roche, le long de la glissière, par l'intermédiaire d'un vérin de poussée. Les moyens d'ancrage, auxquels s'intéresse plus particulièrement la présente invention, comprennent au moins une pointe d'ancrage montée à l'extrémité antérieure de la glissière L'opération d'ancrage consiste d'abord à approcher la glissière de la roche, puis à amener la pointe d'ancrage au contact de cette roche A cet effet, la glissière est ellemême montée coulissante sur un caisson, dit caisson d'avance au bloc, monté à l'extrémité du bras-support, et il est prévu un vérin hydraulique, dit vérin d'avance au bloc, qui déplace la glissière relativement au caisson et qui assure et maintient une poussée de la pointe d'ancrage contre la roche, en fin de mouvement d'avance au bloc Dans les réalisations actuelles, le vérin d'avance au bloc n'est pourvu d'aucune régulation, de sorte que l'effort de poussée de la pointe d'ancrage contre la roche, que l'on peut appeler plus simplement "effort d'ancrage", n'est pas régulé Seul un limiteur de pression monté sur le conduit d'alimentation en huile du vérin d'avance au bloc limite l'effort de ce verin. Ainsi, le dispositif développe un effort d'ancrage brutal et non contrôlé, qui varie en fonction des masses mises en mouvement, de la direction de la foration et des rendements mécaniques eux-mêmes variables. Tout ceci engendre des inconvénients multiples: Il existe un risque de ripage, c'est-à-dire de déviation de la glissière par rapport à sa direction d'origine, pendant les phases d'ancrage et d'amorçage du trou. Un délitage éventuel ne peut être rattrapé Le délitage est la fracturation de la roche sous la pointe d'ancrage, provoquée par les vibrations de foration ou par l'effort d'ancrage, et tout délitage se traduit par une perte d'ancrage. Des déviations peuvent se produire au cours de l'amorçage du trou. L'effort d'ancrage varie pendant les phases de foration. Il existe de grandes difficultés d'ancrage sur les roches dont la surface présente un angle d'incidence important. La foration perd en précision. La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, et elle a donc pour but de contrôler l'effort d'ancrage réel, quels que soient les rendements des pièces mécaniques, la direction de la foration et les phases de la foration, de manière à réaliser un ancrage avec effort progressif, et réglable quels que soient le relief, l'hétérogénéité de la roche et l'angle d'incidence. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un dispositif de contrôle d'effort d'ancrage pour glissière de foration, qui comprend essentiellement, d'une part, au moins un capteur d'effort d'ancrage situé au niveau de la pointe d'ancrage de la glissière et délivrant un signal représentatif de la valeur de l'effort de contact entre la pointe d'ancrage et la roche, et d'autre part, un système d'asservissement en boucle fermée, qui reçoit et traite le signal issu du capteur d'effort d'ancrage et qui agit sur la commande du vérin d'avance au bloc, déplaçant la glissière, pour maintenir l'effort d'ancrage sensiblement constant et permanent contre la roche. Le système d'asservissement en boucle fermée assure notamment la détermination et la correction de l'écart entre la valeur d'effort réelle, fournie par le capteur, et une valeur de consigne d'effort d'ancrage, préréglée et de préférence réglable. Divers modes de réalisation sont envisageables, en ce qui concerne l'association de la pointe d'ancrage et du capteur d'effort d'ancrage. Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la pointe d'ancrage constitue la tige de piston d'un vérin hydraulique relié à un accumulateur hydro-pneumatique assurant son alimentation en fluide incompressible sous pression, tandis qu'un capteur de pression est prévu pour détecter la pression dudit fluide, représentative de la valeur de l'effort d'ancrage, le capteur de pression étant en relation avec le système d'asservissement. Deux ou plusieurs vérins hydrauliques similaires peuvent être reliés par un même circuit de fluide incompressible à l'accumulateur hydropneumatique et au capteur de pression, pour une mesure pondérée, plus précise, de l'effort d'ancrage (avec une pointe d'ancrage double ou multiple). De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes d'exécution de ce dispositif de contrôle d'effort d'ancrage pour glissière de foration: Figure 1 est une vue générale, de côté, d'une glissière de foration équipée d'un dispositif de contrôle d'effort d'ancrage conforme à la présente invention; Figure 2 est un schéma de principe du dispositif de contrôle d'effort d'ancrage, avec illustration d'un mode de réalisation du capteur d'effort d'ancrage; Figure 3 est une vue partielle de la glissière du dispositif de contrôle d'effort d'ancrage, illustrant une variante du capteur d'ancrage. La figure 1 montre partiellement un engin de foration de roches, avec une glissière de foration désignée par le repère l La glissière de foration 1 sert de support et de guide de coulissement pour une perforatrice 2, munie de patins de guidage 3 La perforatrice 2 entraîne en rotation, ou en rotation-percussion, une tige de fonction 4 terminée par un taillant 5, permettant de forer un trou dans la roche 6 La perforatrice 2 est déplacée le long de la glissière 1 par l'intermédiaire d'un vérin de poussée 7. La glissière de foration 1 est elle-même montée coulissante, par des patins de guidage 8, sur un caisson d'avance au bloc 9 qui est monté à l'extrémité d'un bras-support 10 seulement représenté partiellement Un vérin hydraulique d'avance au bloc Il déplace la glissière 1 relativement au caisson d'avance au bloc 9, en direction de la roche 6 L'extrémité antérieure de la glissière 1 comporte une pointe d'ancrage 12, qui est amenée au contact de la surface de la roche 6 et est maintenue en poussée contre cette roche, avec un effort F, par l'action du vérin d'avance au bloc Il. Un capteur 13 est associé à la pointe d'ancrage 12, pour mesurer l'effort d'ancrage F de la glissière 1 Le capteur d'effort 13 est lié à un système d'asservissement en boucle fermée, désigné globalement par 14 Le système d'asservissement 14 reçoit et traite le signal issu du capteur d'effort 13, et il agit sur la commande du vérin d'avance au bloc 11 Ainsi, l'effort d'ancrage F est contrôlé, et il peut être maintenu sensiblement constant dans le temps, assurant donc la stabilité et la permanence du contact de la pointe d'ancrage Il contre la roche 6, notamment lors de l'amorçage du trou foré par la perforatrice 2, mais aussi durant toute la foration de ce trou. La figure 2 montre, plus précisément, la structure du capteur d'effort d'ancrage 13 et du système d'asservissement 14, dans un mode de réalisation particulier Le capteur 13 comprend un vérin hydraulique 15, possédant un piston 16 dont la tige est constituée par la pointe d'ancrage 12, le corps du vérin 15 étant solidaire de la partie avant de la glissière 1 La chambre 17 du vérin 15 opposée à la tige de piston est remplie d'un fluide incompressible; cette chambre 17 communique par un conduit 18 avec un accumulateur hydro-pneumatique 19, qu'une membrane interne 20 divise en une première chambre 21 remplie d'un gaz compressible, et en une seconde chambre 22 remplie du fluide incompressible précité, mis en pression par le gaz compressible Le conduit 18 parcouru par ce fluide incompressible comporte une dérivation 23 qui aboutit à un capteur de pression 24, lequel détecte la pression P dudit fluide incompressible. Tout effort F sur la pointe d'ancrage 12, donc sur la tige du vérin 15, engendre un déplacement du piston 16, donc un transfert de fluide incompressible depuis la chambre 17 du vérin 15 vers la chambre 22 de l'accumulateur 19 La pression P du fluide incompressible, détectée par le capteur 24, est proportionnelle au volume de ce fluide déplacé, donc à l'effort d'ancrage F. Le système d'asservissement 14 comporte des moyens de mémorisation pour une valeur de consigne Fc de l'effort d'ancrage, des moyens de traitement 26 qui comparent la valeur réelle captée de l'effort d'ancrage F avec la valeur de consigne Fc, et des moyens de commande 27 du vérin d'avance du bloc 11, sur lesquels agissent les moyens de traitement 26 De préférence, le système d'asservissement 14 comprend encore des moyens de réglage 28, pour l'ajustement de la valeur de consigne Fc de l'effort d'ancrage. La figure 3 illustre une variante du capteur d'effort d'ancrage 13, dans laquelle la pointe d'ancrage 12 constitue toujours la tige de piston d'un vérin 29 Il s'agit ici d'un vérin 29 à ressort 30 de caractéristiques définies, associé à un capteur de déplacement ou de position 31, la valeur de déplacement D du piston du vérin 29 étant représentative de l'effort d'ancrage F. Quelle que soit sa structure, le capteur d'effort d'ancrage 13 est simplement fixé à l'avant de la glissière 1, à la place de la pointe d'ancrage traditionnelle; ce capteur peut être étalonné en fonction de la nature de la roche 6. Le dispositif de contrôle d'effort d'ancrage, décrit précédemment, procure de façon avantageuse: l'établissement d'un effort d'ancrage F progressif la possibilité d'ancrage et de foration dans une roche 6 présentant un faciès très accidenté, les performances étant ici encore améliorées en multipliant le nombre des pointes d'ancrage 12 associées à un capteur d'effort 13; l'amélioration de la précision de la foration, donc un meilleur rendement de tir et une limitation des "hors profil", particulièrement intéressante dans le cas du creusement de tunnels; le rattrapage automatique de l'effort d'ancrage en cas de délitage et/ou de ripage; la stabilité de la glissière 1 pendant toutes les phases de la foration. Il va de soi que l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif de contrôle d'effort pour glissière de foration qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par le recours à tous moyens équivalents de ceux décrits plus haut et illustrés par le dessin Ainsi, le capteur d'effort d'ancrage peut être autre que ceux décrits, et en fait on peut utiliser tout capteur de force ou de pression, se présentant sous la forme d'un amortisseur de choc, d'un vérin pneumatique, d'un ensemble de blocs en caoutchouc, de jauges de contrainte, etc, pourvu qu'il délivre un signal représentatif de l'effort d'ancrage, permettant un contrôle de cet effort. REVENDICATIONS 1 Dispositif de contrôle d'effort d'ancrage pour glissière de foration ( 1) sur laquelle coulisse une perforatrice ( 2), la glissière de foration comprenant à son extrémité antérieure au moins une pointe d'ancrage ( 12) prévue pour être amenée au contact de la roche ( 6), et cette glissière ( 1) étant elle-même montée coulissante sur un caisson ( 9), un vérin hydraulique d'avance au bloc ( 11) déplaçant la glissière ( 1) relativement au caisson ( 9) et assurant et maintenant une poussée de la pointe d'ancrage ( 12) contre la roche ( 6), caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement, d'une part, au moins un capteur d'effort d'ancrage ( 13) situé au niveau de la pointe d'ancrage ( 12) de la glissière ( 1) et délivrant un signal (P,D) représentatif de la valeur de l'effort de contact (F) entre la pointe d'ancrage ( 12) et la roche ( 6), et d'autre part, un système d'asservissement en boucle fermée ( 14), qui reçoit et traite le signal (P,D) issu du capteur d'effort d'ancrage ( 13) et qui agit sur la commande ( 27) du vérin d'avance au bloc ( 11), déplaçant la glissière ( 1), pour maintenir l'effort d'ancrage (F) sensiblement constant et permanent contre la roche ( 6). 2 Dispositif de contrôle d'effort d'ancrage pour glissière de foration, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'asservissement en boucle fermée ( 14) comporte des moyens de mémorisation ( 25) pour une valeur de consigne (Fc) de l'effort d'ancrage, et des moyens de traitement ( 26) qui comparent la valeur réelle captée de l'effort d'ancrage (F) avec la valeur de consigne (Fc), et qui agissent sur la commande ( 27) du vérin d'avance au bloc ( 11). 3 Dispositif de contrôle d'effort d'ancrage pour glissière de foration, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système d'asservissement en boucle fermée ( 14) comprend encore des moyens de réglage ( 28), pour l'ajustement de la valeur de consigne (Fc) de l'effort d'ancrage. 4 Dispositif de contrôle d'effort d'ancrage pour glissière de foration, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pointe d'ancrage ( 12) constitue la tige de piston d'un vérin hydraulique ( 15) relié (en 18) à un accumulateur hydro-pneumatique ( 19) assurant son alimentation en fluide incompressible, tandis qu'un capteur de pression ( 24) est prévu pour détecter la pression (P) dudit fluide, représentative de l'effort d'ancrage (F), le capteur de pression ( 24) étant en relation avec le système d'asservissement ( 14). Dispositif de contrôle d'effort d'ancrage pour glissière de foration, selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux ou plusieurs vérins hydrauliques ( 15) similaires sont reliés par un même circuit de fluide incompressible à l'accumulateur hydro-pneumatique ( 19), la pointe d'ancrage ( 12) étant double ou multiple. 6 Dispositif de contrôle d'effort d'ancrage pour glissière de foration, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pointe d'ancrage ( 12) constitue la tige de piston d'un vérin ( 29) à ressort ( 30), associé à un capteur de déplacement ou de position ( 31), la valeur de déplacement (D) du piston du vérin ( 29) étant représentative de l'effort d'ancrage (F).