Brevet FR2678317A1 — publié le 19921231

"Tourelle de foration et de boulonnage, utilisable pour la foration de longs trous" La présente invention concerne une tourelle de foration et de boulonnage, trouvant son application dans le domaine minier en particulier pour les travaux de soutènement du "toit" et des "parements" d'une galerie de mine, et conçue pour pouvoir réaliser : soit la foration de trous de longueur limitée et la pose de boulons d'ancrage traditionnels dans ces trous, soit la foration de longs trous pouvant avoir diverses utilisations: - trous destinés à recevoir des boulons-câbles scellés au ciment, - trous pour exploitation minière par tirs d'explosifs, - trous de reconnaissance, - trous destinés à recevoir des boulons d'ancrage à allonges. Pour la pose de boulons d'ancrage traditionnels, généralement utilisés comme soutènement provisoire, il est bien connu actuellement d'utiliser une tourelle de foration et de boulonnage, constituée par une poutre montée pivotante autour d'un axe sur un support, apte à être monté lui-même à l'extrémité d'un bras-support, la poutre comportant des moyens de guidage en coulissement, suivant une direction parallèle à son axe de pivotement, d'une perforatrice pour la foration d'un trou et d'une unité de boulonnage pour la mise en place d'un boulon dans le trou foré, ainsi que des moyens de commande des mouvements d'avance et de recul de la perforatrice et de l'unité de boulonnage, d'autres moyens de commande étant prévus pour le pivotement de la poutre de manière à amener l'unité de boulonnage dans l'axe d'un trou foré précédemment par la perforatrice, la tourelle étant associée à un magasin de boulons porté par le même support, des moyens étant prévus pour le transfert successif des boulons entre le magasin et l'unité de boulonnage. Une tourelle de ce genre est déjà décrite par exemple par les brevets français N" 1 359 297, N" 2 520 800 et NO 2 526 479. Elle est conçue pour forer un trou au moyen d'un premier chariot qui porte et déplace la perforatrice, et pour introduire ensuite un boulon d'ancrage dans le trou et le fixer au moyen de l'unité de boulonnage portée et déplacée par un second chariot, cette unité étant pourvue d'un embout recevant le boulon. Le dispositif se trouve ancré contre une paroi, telle que "toit" ou "parement" de la galerie, suivant l'axe de pivotement de la poutre. Ainsi, après une rotation de la poutre selon un angle prédéterminé autour de son axe de pivotement, l'axe de travail de l'unité de boulonnage vient exactement en correspondance avec l'axe du trou foré.La tourelle possède donc au moins deux positions angulaires distinctes de travail, correspondant respectivement à la foration du trou et à la pose du boulon. En vue de la mise en oeuvre de techniques modernes de soutènement, on peut prévoir une troisième position de la tourelle, pour l'introduction de cartouches de résine dans le trou foré, avant la mise en place du boulon. La présence du magasin de boulons permet de forer successivement une série de trous et d'y introduire des boulons au fur et à mesure, ceci pratiquement sans intervention manuelle. Des moyens mécaniques prélèvent les boulons un à un dans le magasin, pour les amener dans l'axe du trou foré, et pour les maintenir jusqu'à ce qu'ils soient repris par l'unité de boulonnage.Ces moyens de préhension et de transfert des boulons se présentent habituellement comme des pinces, qui décrivent un mouvement de rotation sous l'action de moyens de commande tels que des vérins, et qui sont pourvues de mâchoires aptes à saisir un boulon ; deux pinces espacées sont généralement prévues, pour maintenir correctement le boulon selon une direction définie. Une telle tourelle de foration et de boulonnage n'est adaptée qu'au creusement de trous relativement courts, dont la longueur maximale ne peut excéder la course de la perforatrice et est de l'ordre de 4 mètres, cette course étant elle-même limitée par les dimensions de la tourelle qui doit être construite de manière à pouvoir être introduite dans la galerie. Ainsi, une tourelle de foration et de boulonnage traditionnelle n'est pas du tout adaptée à la foration de "longs" trous, dont la profondeur est égale à un multiple plus ou moins grand de la hauteur libre de la galerie. Ainsi, pour le creusement de tels longs trous destinés par exemple à recevoir des boulons-câbles, on utilise actuellement des machines de conception entièrement différente des tourelles. Ces machines assurent le creusement de trous de longueur importante en utilisant un train de tiges de foration, c'est-à-dire des tiges allonges réunies successivement les unes aux autres, au fur et à mesure de l'approfondissement du trou en cours de foration. L'exploitant de mine, qui a besoin de réaliser alternativement la pose de boulons d'ancrage traditionnels et la foration de longs trous, doit donc posséder deux machines distinctes, spécialisées chacune dans l'une de ces fonctions, ce qui constitue naturellement un inconvénient du point de vue pratique et économique. La présente invention évite cet inconvénient, en fournissant une tourelle de foration et de boulonnage conçue de telle sorte qu'elle permette aussi la foration de longs trous. A cet effet, la tourelle de foration et de boulonnage objet de l'invention, utilisable pour la foration de longs trous, comprend en combinaison - un support apte à être monté à l'extrémité d'un bras-support, - une poutre montée pivotante, autour d'un axe parallèle à sa direction longitudinale, sur le support, - une glissière de foration montée coulissante sur la poutre et servant elle-même de guide à une perforatrice, apte à recevoir au choix une barre de foration pour trous courts ou une tige allonge appartenant à un train de tiges pour la foration de longs trous, un pince-mèche étant disposé à l'avant de la glissière de foration, - une glissière de boulon nage montée coulissante sur la poutre et servant elle-même de guide à une unité de boulonnage, apte à recevoir des boulons d'ancrage destinés à être mis en place dans des trous courts, - des moyens de commande du coulissement des glissières sur la poutre, - des moyens de commande des mouvements d'avance et de recul de la perforatrice et de l'unité de boulonnage le long des glissières respectives, - d'autres moyens de commande pour le pivotement de la poutre autour de l'axe précité, de manière à amener l'axe de travail de l'unité de boulonnage dans l'axe d'un trou court foré précédemment par la perforatrice, - un magasin porté par le support précité et apte à recevoir, au choix, des boulons d'ancrage ou des tiges allonges, et - des moyens de préhension et de transfert, aptes à saisir un boulon d'ancrage ou une tige allonge, et aptes, selon l'utilisation de la tourelle soit à transférer un boulon d'ancrage du magasin vers l'axe de travail de l'unité de boulonnage, soit à transférer une tige allonge du magasin vers l'axe de travail de la perforatrice et vice-versa. Ainsi, l'invention fournit une machine combinée, utilisable avec peu d'adaptations soit pour la foration de trous courts et la pose de boulons dans ces trous, soit pour la foration de longs trous, de nombreux organes de cette machine (perforatrice, magasin, moyens de préhension et de transfert) étant communs aux deux fonctions. Grâce au pince-mèche, la retenue des tiges allonges déjà engagées dans le trou est assurée, lors de la foration de longs trous, au moment de l'adjonction ou du retrait d'une tige allonge supplémentaire. 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'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette tourelle de foration et de boulonnage, utilisable pour la foration de longs trous: Figure 1 est une vue de côté simplifiée d'une tourelle conforme à la présente invention, illustrant son utilisation en foration de trous courts avant boulonnage Figure 2 est une vue en plan par dessus, correspondant à figure 1 Figure 3 est une vue de la tourelle suivant la flèche F de figure 4 Figure 4 est une vue en plan par dessus de cette tourelle, en position de boulonnage Figure 5 est une autre vue de côté de la même tourelle, illustrant son utilisation en foration de longs trous. Les figures représentent une tourelle de foration et de boulonnage, désignée dans son ensemble par le repère 1, et supposée orientée verticalement. La tourelle 1 est portée par un caisson-support 2, possédant une forme en "col de cygne", qui est lui-même monté à l'extrémité d'un bras-support 3 porté par un engin minier non représenté. La tourelle 1 proprement dite comprend une poutre principale 4, qui est montée pivotante sur le caisson-support 2 autour d'un axe 5 parallèle à la direction longitudinale de cette poutre 4 (donc un axe vertical dans les positions illustrées par le dessin). La poutre 4 porte des patins sur lesquels coulissent deux rails 6 et 7, parallèles entre eux et à l'axe de pivotement 5, lesquels sont solidaires, respectivement, d'une glissière de foration 8 et d'une glissière de boulonnage 9. La glissière de foration 8 sert de guide à une perforatrice 10, utilisable aussi bien pour la foration de trous "courts" que pour la foration de "longs" trous dans le "toit" 11 d'une galerie de mine. La glissière de boulonnage 9 sert de guide à une unité de boulonnage 12, pourvue d'un embout 13 apte à recevoir un boulon d'ancrage destiné à être posé dans un trou court. Des moyens de commande non représentés, de structure connue, sont prévus : pour commander le pivotement de la poutre 4 autour de l'axe 5 afin de l'amener dans des positions angulaires prédéterminées, pour déplacer en translation les deux glissières 8 et 9 par rapport à la poutre 4, pour déplacer en translation la perforatrice 10 le long de la glissière de foration 8, et pour déplacer en translation l'unité de boulonnage 12 le long de la glissière de boulonnage 9, dans le sens d'avance et de recul. La tourelle 1 comporte encore un dispositif d'ancrage 14, disposé sur l'axe de pivotement 5 de la poutre 4 et permettant, par son application contre le "toit" 11 de la galerie, d'immobiliser ledit axe de pivotement 5 dans la position désirée.La distance entre cet axe de pivotement 5 et l'axe de travail 15 de la perforatrice 10 est égale à la distance entre le même axe 5 et l'axe de travail 16 de l'unité de boulonnage 12. Ainsi, après foration d'un trou dans le "toit" 11, une rotation appropriée de la tourelle 1 permet d'amener l'axe de travail 15 de l'unité de boulonnage 12 exactement en alignement avec un trou foré par la perforatrice 10, les figures 2 et 4 illustrant les deux positions de travail de la tourelle 1. L'ensemble représenté au dessin comprend encore un magasin rotatif 17, porté par le caisson-support 2 et ayant son axe 18 parallèle à l'axe de pivotement 5 de la poutre 4. Le magasin 17 est apte à recevoir soit des boulons d'ancrage 19 (figures 1 à 4), soit des tiges allonges 20 (voir figure 5), positionnés dans des encoches. Des moyens de préhension et de transfert, désignés globalement par le repère 21, sont prévus pour prélever un à un les boulons 19 ou les tiges 20 dans le magasin 17, et pour les déplacer jusqu'à les amener dans l'axe de travail 16 de l'unité de boulonnage 12 ou dans l'axe de travail 15 de la perforatrice 10, selon l'utilisation considérée.De manière connue, ces moyens de préhension et de transfert 21 comprennent deux pinces mobiles 22, espacées l'une de l'autre, qui sont portées par un même axe rotatif 23 orienté parallèlement à l'axe 18 du magasin 17, ainsi que des moyens motorisés (non représentés) de commande du pivotement de l'axe 23 et de l'ouverture/fermeture des mâchoires respectives des deux pinces 22. Enfin, l'extrémité supérieure de la glissière de foration 8 porte un pince-mèche 24, disposé suivant l'axe de travail 15 de la perforatrice 10. Lorsqu'il s'agit de poser des boulons d'ancrage 19 dans des trous courts, le magasin 17 est chargé de tels boulons 19, tandis que la perforatrice 10 reçoit une barre de foration 25 - voir figure 1. La tourelle 1 est ancrée au "toit" 11 par son dispositif d'ancrage 14. Cette tourelle 1 occupant la position angulaire montrée à la figure 2, la glissière de foration 8 est aussi ancrée au "toit" 1 1 et la perforatrice 10 est déplacée vers le haut le long de la glissière de foration 8 et se trouve actionnée, de sorte que la barre 25 fore un trou suivant l'axe de travail 15 de la perforatrice 10. Après foration du trou, la perforatrice 10 est reculée et la glissière de foration 8 est écartée du "toit" 11. La tourelle 1 pivote autour de l'axe 5 pour être amenée de sa position de foration à sa position de boulonnage, montrée aux figures 3 et 4. Le magasin 17 effectue une rotation d'une fraction de tour autour de son axe 18 pour présenter un nouveau boulon 19 dans la position d'extraction. Les pinces 22, aussi amenées dans cette position, viennent y saisir le boulon 19 et pivotent, suivant la flèche 26, de manière à amener le boulon 19 prélevé jusque dans l'axe du trou précédemment foré. Ensuite, la glissière de boulonnage 9 est avancée jusqu'au contact avec la roche et l'unité de boulonnage 12 est déplacée vers le haut le long de la glissière de boulonnage 9, de sorte que son embout vienne prendre en charge le boulon 19. L'actionnement de l'unité de boulonnage 12 assure alors un début d'introduction du boulon 19 dans le trou foré, jusqu'à ce que celui-ci soit suffisamment maintenu par le trou et l'embout 13 de l'unité de boulonnage 12. Les pinces 22 sont alors ouvertes, et les moyens de préhension et de transfert 21 sont pivotés vers le magasin 17, puis l'introduction du boulon 19 est poursuivie, jusqu'à son engagement complet dans le trou. L'unité de boulonnage 12 est reculée, ainsi que la glissière de boulonnage 9, et la tourelle 1 est ramenée dans sa position de foration.Un nouveau cycle de pose d'un boulon 19 identique à celui précédemment décrit peut se répéter, et ainsi de suite... Pour la foration de longs trous, la tourelle 1 est amenée et maintenue dans sa position de foration (figure 2), tandis que le magasin 17 est garni de tiges allonges 20, pourvues d'extrémités filetées 27 et d'embouts taraudés 28 -voir figure 5. En se référant toujours à la figure 5, la glissière de foration 8 est ancrée au "toit" 11, tandis que la glissière de boulonnage 9 est reculée jusqu'à ce qu'elle atteigne le sol 29 de la galerie. La tourelle 1 se trouve ainsi stabilisée, étant ancrée à son sommet par la glissière de foration 8 et, à sa base, par la glissière de boulonnage 9, éventuellement pourvue à cet effet d'un dispositif d'ancrage particulier 30 indiqué en pointillés. La perforatrice 10 est alors avancée le long de la glissière de foration 9, et actionnée de manière à amorcer le trou au moyen d'une tige de foration 20, pourvue d'un taillant à son extrémité supérieure. Une fois ce premier trou réalisé, le pince-mèche 24 est actionné de manière à retenir l'extrémité inférieure de la tige de foration 20, et la perforatrice 10 est actionnée en sens de rotation inverse, éventuellement avec une légère percussion, de manière à se déconnecter de ladite tige de foration. Ensuite, la perforatrice 10 est reculée, tandis que le magasin 17 décrit une rotation d'une fraction de tour autour de son axe 18 pour présenter une tige allonge 20 en position d'extraction. Les moyens de préhension et de transfert 21 viennent saisir la tige allonge 20 par leurs pinces 22, et ils amènent cette tige 20 dans l'axe de travail 15 de la perforatrice 10, donc en alignement avec la première tige de foration utilisée. La perforatrice 10 est alors déplacée vers le haut et actionnée, de manière à prendre en charge la tige allonge 20 et à réunir cette tige avec la première, par vissage des extrémités correspondantes de ces tiges entre elles. La foration du trou précédemment amorcé peut alors se poursuivre, sur une profondeur supplémentaire correspondant à la longueur d'une tige allonge 20, après escamotage des moyens de préhension et de transfert 21 par ouverture des pinces 22 et pivotement de celles-ci vers le magasin 17. Ensuite, la perforatrice 10 est séparée de la tige allonge 20 et reculée, et elle peut prendre en charge une autre tige allonge 20 et ainsi de suite, de manière à former un train de tiges et à forer, au moyen de ce train de tiges, un trou de la profondeur désirée, égale à un multiple de la longueur d'une tige allonge 20. Lorsque la foration de ce long trou est achevée, la perforatrice 10 est utilisée, en combinaison avec les moyens de préhension et de transfert 21, pour retirer une à une les tiges allonges 20 hors du long trou précédemment foré, et à ramener toutes ces tiges 20 sur le magasin 17. Pendant que s'effectue ainsi le retrait de train de tiges hors du trou foré, le pince-mèche 24 intervient aussi pour retenir les tiges allonge 20 encore logées dans le trou. Après retrait de toutes les tiges allonges 20 hors du long trou, un boulon-câble de grande longueur, c'est-à-dire un boulon scellé au ciment, peut être introduit dans ce trou par d'autres moyens connus en soi, sans utilisation de la tourelle 1. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette tourelle de foration et de boulonnage, utilisable pour la foration de longs trous, qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe.C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention: - par des modifications de détail concernant la structure de la tourelle 1 proprement dite et de l'ensemble de préhension et de transfert 21 pour les boulons d'ancrage 19 ou les tiges allonges 20 - en associant à la tourelle un magasin d'un autre type que celui décrit et représenté, mais toujours capable de recevoir au choix des boulons d'ancrage ou des tiges allonges - en utilisant cette tourelle dans une position différente, horizontale ou inclinée, pour l'une ou l'autre de ses deux utilisations, l'ancrage entre "toit" et sol illustré sur la figure 5 se faisant plus généralement entre deux parois opposées - dans l'utilisation de la tourelle pour la pose de boulons courts, en appliquant cette tourelle à la pose de boulons de tous types, l'expression "unité de boulonnage" ici employée désignant tout dispositif conçu pour la mise en place d'un boulon dans un trou foré, ce dispositif pouvant être une visseuse pour des boulons mécaniques à expansion, ou une unité rotative pour le malaxage de résine par le boulon lors de son introduction dans le trou, ou un poussoir pour des boulons scellés au ciment, ou une unité de percussion pour introduire des boulons élastiques, ou encore une unité d'injection de liquide sous haute pression pour des boulons déformables - en utilisant cette tourelle pour la foration de longs trous ayant une destination autre que celle de recevoir des boulons-câbles. REVENDICATIONS 1. Tourelle de foration et de boulonnage, utilisable pour la foration de longs trous, caractérisée en ce qu'elle comprend, en combinaison - un support (2) apte à être monté à l'extrémité d'un bras-support (3), - une poutre (4) montée pivotante autour d'un axe (5) parallèle à sa direction longitudinale, sur le support (2), - une glissière de foration (8) montée coulissante sur la poutre (4) et servant elle-même de guide à une perforatrice (10), apte à recevoir au choix une barre de foration (25) pour trous courts ou une tige allonge (20) appartenant à un train de tiges pour la foration de longs trous, un pince-mèche (24) étant disposé à l'avant de la glissière de foration (8), - une glissière de boulonnage (9) montée coulissante sur la poutre (4) et servant elle-même de guide à une unité de boulonnage (12), apte à recevoir des boulons d'ancrage (19) destinés à être mis en place dans des trous courts, - des moyens de commande du coulissement des glissières (8,9) sur la poutre (4); - des moyens de commande des mouvements d'avance et de recul de la perforatrice (10) et de l'unité de boulonnage (12) le long des glissières respectives (8,9), - d'autres moyens de commande pour le pivotement de la poutre (4) autour de l'axe (5) précité, de manière à amener l'axe de travail (16) de l'unité de boulonnage (12) dans l'axe d'un trou court foré précédemment par la perforatrice, - un magasin (17) porté par le support (2) précité et apte à recevoir, au choix, des boulons d'ancrage (19) ou des tiges allonges (20), et - des moyens de préhension et de transfert (21) aptes à saisir un boulon d'ancrage (19) ou une tige allonge (20), et aptes, selon l'utilisation de la tourelle (1) soit à transférer un boulon d'ancrage (19) du magasin (17) vers l'axe de travail (16) de l'unité de boulonnage (12), soit à transférer une tige allonge (20) du magasin (17) vers l'axe de travail (15) de la perforatrice (10) et vice-versa. 2. Tourelle de foration et de boulonnage, utilisable pour la foration de longs trous, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le magasin (17) est du type rotatif autour d'un axe (18) parallèle à l'axe de pivotement (5) de la poutre (4), et comporte des encoches aptes à recevoir soit les boulons d'ancrage (19), soit les tiges allonges (20). 3. Tourelle de foration et de boulonnage, utilisable pour la foration de longs trous, selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de préhension et de transfert précités (21) comprennent deux pinces mobiles (22) portées par un même axe rotatif (23) et aptes à saisir un boulon d'ancrage (19) ou une tige allonge (20). 4. Tourelle de foration et de boulon nage, utilisable pour la foration de longs trous, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la glissière de boulonnage (9) est conçue pour l'ancrage de la tourelle (1) contre une paroi (29) opposée à celle (11) dans laquelle sont forés les trous, lors de la foration de longs trous, en étant éventuellement pourvue d'un dispositif d'ancrage (30).