Brevet FR2692005A1 — publié le 19931210

i ETANCON DE SOUTENEMENT L'invention concerne un support, étai ou étançon de soutènement destiné à la construction de tunnels ou de galeries minières souterraines, étançon ou support qui consiste en une enveloppe ou coque extérieure portante et en un noyau constitué par une substance durcissable, pouvant être introduite à l'état fluidifié. On connaît des étançons ou supports de soutènement tels qu'ils sont décrits dans le document DE-OS 28 47 906 et dans le document DE-OS 39 15 837 La pratique enseigne qu'il est fréquemment nécessaire, compte tenu de la mécanique des roches, de mettre en place des étançons, supports ou étais présentant des forces de pose ou pressions de serrage défi- nies Les supports ou étançons précités ne fournissent leur pleine force portante qu'après durcissement de la substance introduite Par le document DE-OS 28 47 906, on sait qu'il est possible d'atteindre une certaine force portante plus rapidement en laissant un support auxiliaire en place sur l'étançon tant que la substance introduite dans l'étançon n'a pas durci Le document DE-OS 39 15 837 décrit une possibilité de calage par un mécanisme à enroulement Dans ce cas, les forces de calage sont limitées dans la hauteur et ne satisfont pas aux exigences relatives à la mécanique des roches Dans ce type de réalisation, le mécanisme à enroulement dispendieux demeure dans le support ou étançon rempli et perd sa fonction après le remblayage Ce type de procédé ne constitue par conséquent pas une solution écono- mique dans les systèmes d'exploitation minière o les étançons ne servent qu'une fois. Le but de l'invention est de proposer un support ou étançon de soutènement du type décrit dans l'introduction, permettant d'obtenir de façon économique une force d'appui ou résistance immédiate répondant aux exigences préétablies de la mécanique des roches avant le remplissage et le dur- cissement de la substance et de conserver cette résistance, même après l'enlèvement du dispositif de calage. Ce but est atteint selon l'invention en ce qu'une partie d'étançon supérieure s'appuie par rapport à une partie d'étançon inférieure de façon extensible ou coulis- sante et par un élément élastique ou de ressort annulaire qui est appliqué contre la partie d'étançon supérieure par rapport à la partie d'étançon inférieure et à un anneau profilé et qui est fixée dans sa position par l'anneau profilé et bloquée contre le risque d'enfoncement, l'élément élastique étant conçu de telle manière que la force élasti- que ou force précontrainte de ressort autorise l'extension et son contour contigu à la partie d'étançon supérieure forme une liaison par engagement positif après le serrage ou calage de l'étançon de soutènement avec celle-ci. Dans un des modes de réalisation appropriés, sur la partie d'étançon supérieure et sur la partie d'étançon infé- rieure, il est respectivement agencé au moins une partie de logement pour recevoir un dispositif de serrage ou de calage. Dans un autre mode de réalisation, la partie d'étan- çon supérieure est munie pour le guidage dans la partie d'étançon inférieure sur son extrémité inférieure d'au moins trois élargissements ou évasements répartis sur la périphé- rie. Dans un autre mode de réalisation pour l'évacuation de l'air et de l'eau de la substance chargée dans l'étançon de soutènement, un couvercle est raccordé, de façon non étanche à l'eau et/ou au gaz, à la partie d'étançon supé- rieure. Dans un autre mode de réalisation pour l'évacuation de l'air et de l'eau de la substance chargée dans l'étançon de soutènement, un capuchon est raccordé, de f açon non étanche à l'eau ou au gaz, à la partie d'étançon supérieure et les matières ou fluides sont évacués dans la direction longitudinale de l'étançon. Dans un autre mode de réalisation, sur le fond de la partie d'étançon inférieure, on introduit une partie pré- formée qui lors d'une surcharge entraîne et favorise une déformation systématique et un évasement ou élargissement du pied. Dans un autre mode de réalisation, sur les extré- mités de la partie d'étançon supérieure et/ou de la partie d'étançon inférieure sont agencées des ouvertures traversan- tes destinées à recevoir des éléments rapportés, formés par les profilés creux. Dans un autre mode de réalisation, sur la partie d'étançon supérieure et/ou sur la partie d'étançon infé- rieure sont agencées des barres profilées traversantes pour recevoir des éléments rapportés. Dans un autre mode de réalisation, l'élément de réception est conçu sous forme d'anneau profilé. Dans un autre mode de réalisation, sur les parties de logement sont fixés des entretoises et/ou d'autres éléments rapportés. Dans un autre mode de réalisation, le couvercle et/ou le fond de la partie d'étançon supérieure et/ou de la partie d'étançon inférieure sont sur leurs extrémités conçus pour une liaison par engagement positif avec d'autres éléments de construction. Dans un autre mode de réalisation, les éléments de construction de l'étançon télescopique consistent en un matériau métallique résistant aux fluides agressifs. Enfin dans un autre mode de réalisation, l'élément élastique annulaire comporte des fentes radiales agencées sur la périphérie. Dans l'art, on connaît de façon générale des éléments mécaniques qui empêchent un mouvement longitudinal de parties emboîtées les unes dans les autres Il s'agit par exemple de bagues ou anneaux d'arrêt élastiques qui empê- chent le déplacement axial dans un sens et qui sont utilisés sur des arbres lisses ou axes. Le côté novateur et inventeur réside toutefois dans le fait d'équiper des étançons de soutènement de ce type d'éléments élastiques. On va maintenant décrire l'invention plus en détail en se référant aux exemples d'exécution représentés schéma- tiquement la figure sur la figure 2 la figure 3 la figure 4 la figure 5 la figure 6 la figure 7 la figure 8 la figure 9 la figure 10 la figure 11 le dessin dans lequel: est une vue de face extérieure d'un étançon de soutènement; représente un étançon de soutènement en coupe longitudinale avec un dispositif de calage et 1 'agencement de 1 ' élément élastique annulaire; est une vue en coupe agrandie au niveau de l'élément élastique ou à ressort; est une coupe transversale horizontale de l'étançon de soutènement dans la zone des évasements; est une coupe partielle au niveau du pied de la partie d'étançon inférieure avec l'élément de préforme introduit; est une coupe partielle du pied de la partie d'étançon inférieure après le formage; est une coupe partielle de la tête de la partie d'étançon supérieure ainsi que la vue de dessus correspondante; est une coupe partielle de la tête de la partie d'étançon supérieure et une coupe transversale correspondante; est une vue frontale de l'étançon de soutène- ment avec d'autres possibilités de raccorde- ment; est une vue frontale de l'étançon de soutène- ment avec d'autres possibilités de raccorde- ment; est une coupe transversale de l'élément élas- tique annulaire avec la vue de dessus corres- pondante. Dans le mode de réalisation de l'étançon de soutène- ment selon l'invention, on emboîte des profilés creux les uns dans les autres, il s'agit de préférence de tubes de section circulaire de manière qu'ils ne puissent plus être extraits Pour ce faire, il convient de prévoir un espace libre entre le diamètre extérieur de la partie d'étançon supérieure 1 et le diamètre intérieur de la partie d'étançon inférieure 2, espace dans lequel on peut loger une bague d'étanchéité 13 Pour que les deux parties d'étançon après extension demeurent dans la position préétablie, il est prévu sur l'extrémité supérieure de la partie d'étançon inférieure 2 un élément élastique annulaire 4 Cet élément élastique, dans le mode de réalisation préféré, est conçu sous la forme d'un anneau ou d'une bague fendue conique et il s'appuie par son plus grand diamètre sur l'extrémité supérieure de la partie d'étançon inférieure 2 ainsi que sur le diamètre intérieur de la bague profilée 3 Par son con- tour intérieur 26 qui présente un bord tranchant, l'élément élastique 4 vient en appui sur le diamètre extérieur de la partie d'étançon supérieure 1 Un déplacement de position de l'élément élastique 4, lors du mouvement coulissant est empêché par le côté supérieur, dirigé vers le diamètre extérieur de la partie d'étançon supérieure 1, de l'anneau profilé 3 L'élément élastique annulaire 4 est conçu de telle manière que le processus d'extension est autorisé par la force de précontrainte existante de l'élément élastique 4 et lors de la mise en sollicitation de charge des étançons de soutènement dans la direction longitudinale, l'enfonce- ment des parties d'étançons l'une dans l'autre est empêché par un bord tranchant situé sur le contour intérieur 26 de l'élément élastique 4 par liaison par engagement positif avec la partie d'étançon supérieure 1. Dans un mode de réalisation supplémentaire préféré, l'élément élastique 4 est muni de fentes transversales 27. Les fentes transversales 27 ont pour effet de diminuer la rigidité de ressort Selon le nombre et l'emplacement des fentes transversales 27, on peut moduler de façon spécifique la force de précontrainte La partie d'étançon supérieure et la partie d'étançon inférieure 1, 2 sont munies de parties de logement 15 qui peuvent recevoir un ou plusieurs dispo- sitifs de calage 17 Ces dispositifs de calage sont de préférence constitués par des vérins hydrauliques Grâce à la mise en oeuvre d'un ou de plusieurs vérins hydrauliques, on peut travailler avec des pressions de pose ou pressions de serrage variables On peut dès lors appliquer une charge de pose ou de serrage définie qui répond aux exigences de la mécanique des roches De plus, des pompes appropriées permettent l'extension et le serrage ou calage des étançons de soutènement. Pour le guidage, il convient d'adapter le jeu entre le diamètre intérieur de la partie d'étançon inférieure 2 et le diamètre extérieur de la partie d'étançon supérieure 1 à la dimension appropriée Pour ce faire, sur l'extrémité inférieure 18 de la partie d'étançon supérieure 1 sont prévus des évasements 12 au moins en trois endroits répartis sur la périphérie De préférence, ces élargissements ou évasements 12 sont répartis uniformément sur la périphérie. Pour ce type d'étançon, il suffit de prévoir un guidage de fabrication plus simple et plus économique que les éléments de guidage fixés par soudage ou autre procédé. Pour le remplissage de l'étançon de soutènement, il est prévu dans le haut de la partie d'étançon supérieure 1 une ouverture 21 munie d'une vanne. Dans les étançons de soutènement connus du type précité, l'évacuation de l'air et de l'eau s'effectue par des alésages recouverts de tissus filtrants L'évacuation de l'air et de l'eau dans l'étançon de soutènement selon l'invention s'effectue par les fentes 10, 11 Ces fentes sont créées par l'assemblage de la partie d'étançon supé- rieure 1 et du couvercle 8, ces parties n'étant soudées entre elles que sur certaines sections Lors de la fabrica- tion des sections de profilés creux pour la partie d'étançon supérieure 1, une opération de sectionnement grossière liée à la surface non usinée du couvercle 8 facilite particulié- rement la création des fentes Cette façon de procéder s'avère très avantageuse du point de vue des coûts, les opérations d'usinage supplémentaires pour réaliser les alésages et leur recouvrement au moyen de tissus filtrants étant supprimées. Un perfectionnement supplémentaire du système d'évacuation de l'air et de l'eau s'obtient en fixant un capuchon 9 sur l'extrémité supérieure de la partie d'étançon supérieure 1 Ici, les matières ou fluides excédentaires sont évacués par la fente annulaire 10 dans la direction longitudinale de l'étançon de soutènement Grâce à cet agencement, le personnel de service n'est pas incommodé par les éclaboussures de fluide. Dans des cas particuliers, il est nécessaire de conférer une certaine souplesse aux étançons de soutènement normalement rigides Pour ce faire, on pose sur le fond 19 une pièce préformée 6 En cas de surcharge, la substance solidifiée 5 va d'abord déformer la partie préformée 6, la substance 1 se fractionnant et se dilatant alors latérale- ment Il se produit un refoulement 7 au niveau du fond La partie préformée 6 lors de ce processus renforce la zone du fond Le refoulement produit un agrandissement de la surface portante et réduit la pression superficielle Ceci permet d'atténuer le risque d'affaissement de l'étançon de soutène- ment chargé. Un avantage supplémentaire de l'étançon de soutène- ment réside en ce que les parties de logement 15 peuvent être utilisées après l'opération de serrage ou de calage pour d'autres possibilités de raccordement Les étançons de soutènement peuvent être mis en place de façon à répondre aux exigences particulières requises en respectant un espa- cement uniforme sans qu'il faille effectuer de nombreuses opérations de mesure, des entretoises 16 pouvant être emboîtées dans les parties de logement 15 Grâce à ces entretoises, on prévient simultanément la chute des étançons de soutènement non encore calés Ceci facilite les opéra- tions de mise en place des étançons de soutènement, notam- ment de ceux de grande longueur Grâce aux parties de logement 15, on peut également assembler des étançons de soutènement individuels pour former des étançons composés ou mixtes Un agencement annulaire de la partie de logement 15 permet de relier entre eux des étançons de soutènement dans n'importe quelle direction. Il est avantageux que les extrémités de la partie d'étançon supérieure et de la partie d'étançon inférieure 1,2 comportent des alésages traversants 14 a, 14 b formés par des profilés creux 20 a, 20 b On peut ainsi mettre en place différents éléments rapportés, comme par exemple les embases ou plaques d'appui au toit de la galerie ou encore relier les étançons de soutènement en position diagonale ou hori- zontale avec d'autres systèmes de soutènement. Un autre mode de réalisation avantageux des extré- mités d'étançons de soutènement 23, 24 est obtenu en formant le couvercle 22 a et le fond 22 b de manière à pouvoir rece- voir par liaison par engagement positif d'autres éléments de construction Ainsi, on contribue à une application centrale des forces présentes et on évite le glissement latéral des étançons de soutènement. REVENDICATIONS 1 Etançon ou support de soutènement pour la cons- truction de tunnels ou de galeries minières souterraines, constitué par une coque ou enveloppe extérieure portante et un noyau constitué par une substance durcissable, introduite à l'état fluidifié, caractérisé en ce qu'une partie d'étan- çon supérieure ( 1) s'appuie par rapport à une partie d'étançon inférieure ( 2) de façon extensible ou coulissante et par un élément élastique ou de ressort annulaire ( 4) qui est appliqué contre la partie d'étançon supérieure ( 1), par rapport à la partie d'étançon inférieure ( 2) et à un anneau profilé ( 3) et qui est fixée dans sa position par l'anneau profilé ( 3), et bloquée contre le risque d'enfoncement, l'élément élastique ( 4) étant conçu de telle manière que la force élastique ou force précontrainte de ressort autorise l'extension et son contour ( 26) contigu à la partie d'étan- çon supérieure ( 1) forme une liaison par engagement positif après le serrage ou calage de l'étançon de soutènement avec celle-ci. 2 Etançon ou support de soutènement selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que sur la partie d'étançon supérieure et sur la partie d'étançon inférieure ( 1, 2) il est respectivement agencé au moins une partie de logement ( 15) pour recevoir un dispositif de serrage ou de calage ( 17). 3 Etançon ou support de soutènement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie d'étançon supérieure ( 1) est munie pour le guidage dans la partie d'étançon inférieure ( 2) sur son extrémité inférieure ( 18) d'au moins trois élargissements ou évasements ( 12) répartis sur la périphérie. 4 Etançon ou support de soutènement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour l'évacua- tion de l'air et de l'eau de la substance chargée dans l'étançon de soutènement, le couvercle ( 8) est raccordé, de façon non étanche à l'eau et/ou au gaz, à la partie d'étançon supérieure ( 1). Etançon ou support de soutènement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour l'évacua- tion de l'air et de l'eau de la substance chargée dans l'étançon de soutènement, le capuchon ( 9) est raccordé, de façon non étanche à l'eau ou au gaz, à la partie d'étançon supérieure ( 1) et les matières ou fluides sont évacués dans la direction longitudinale de l'étançon. 6 Etançon de soutènement selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que sur le fond ( 19) de la partie d'étançon inférieure ( 2) on introduit une partie préformée ( 6) qui lors d'une surcharge entraîne et favorise une déformation systématique et un évasement ou élargisse- ment du pied ( 7). 7 Etançon de soutènement selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que sur les extrémités de la partie d'étançon supérieure et/ou de la partie d'étançon inférieure ( 1, 2) sont agencées des ouvertures traversantes ( 14 a, 14 b) destinées à recevoir des éléments rapportés, formés par les profilés creux ( 20 a et 20 b). 8 Etançon de soutènement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que sur la partie d'étançon supérieure et/ou sur la partie d'étançon infé- rieure ( 1, 2) sont agencées des barres profilées traver- santes ( 27 a et 27 b) pour recevoir des éléments rapportés. 9 Etançon de soutènement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de logement ( 15) se présente sous la forme d'un anneau profilé. 10 Etançon de soutènement selon l'une des revendi- cations 1 à 9, caractérisé en ce que sur les parties de logement ( 15) sont fixés des entretoises ( 16) et/ou d'autres éléments rapportés. 11 Etançon de soutènement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le couver- cle ( 22 a) et/ou le fond ( 22 b) de la partie d'étançon supé- il rieure et/ou de la partie d'étançon inférieure ( 1, 2) sont sur leurs extrémités ( 23, 24) conçus pour une liaison par engagement positif avec d'autres éléments de construction ( 25 a, 25 b). 12 Etançon de soutènement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les élé- ments de construction de l'étançon télescopique consistent en un matériau métallique résistant aux fluides agressifs. 13 Etançon de soutènement selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'élément élastique annulaire ( 4) comporte des fentes ( 27) radiales agencées sur la périphérie.