Brevet FR2773195A1 — publié le 19990702

DISPOSITIF CONSTIrUANT UN PERFECTIONNEMENT AUX OUTILS DE CREUSEMENT DE PUITS DE GRANDS DIAMèTRES La réalisation des puits dans des sols très durs est toujours difficile car il n'existe que très peu de matériel adapté à ce genre de travail .Les difficultés sont d'autant plus importantes lorsque Iton doit forer des puits à l'intérieur des mines à partir de galeries souterraines .Les galeries sont généralement de faible hauteur et il est difficile voire impossible d'installer à l'intérieur un appareil lourd de forage Des outils de fond, équipés de plateaux munis à la partie inférieure de molettes à dents, permettent de forer, mais engendrent des équipements de surface très lourds . Pour que les molettes qui attaquent le front de taille soient efficaces, elles doivent subir un effort de pression très important, (plusieurs dizaines de tonnes par molettes), d'où la nécessité de fournir une grande quantité d'énergie, (moteur électrique ou diesel très puissant) . Les vitesses de creusement sont faibles. L'outil à roto-percussion (brevet 2745031) apporte une solution très intéressante car il limite le matériel à mettre en oeuvre . L'inconvénient majeur est que le diamètre du puits reste moyen 1,80 à 2 mètres . Le dispositif, objet de la présente invention, permet d'éviter tous ces inconvénients. Tout d'abord ce dispositif reste de dimension réduite en hauteur, ce qui permet sa mise en oeuvre à partir de galeries minières. Un tel dispositif autorise le forage de puits de plusieurs mètres de diamètre. En outre le dispositif objet de la présente invention, conjugue les mouvements de rotation et de percussion ce qui améliore le rendement énergétique par rapport aux outils conventionnels à molettes. Le dispositif ne nécessite pas, pour l'entraînement en rotation, de tubes rigides reliant le dit dispositif à un quelconque appareil transmettant un mouvement de rotation en surface. Mais, en outre, le dispositif objet de l'invention, tel qu'il va être décrit comporte: - Un caisson cylindrique formé par deux plateaux circulaires reliés entre eux par soudure et boulons sur un tube cylindrique (virole) métallique . Le caisson ainsi formé reste d'un diamètre légèrement inférieur au diamètre du puits à forer . La hauteur du dit caisson est suffisamment grande pour contenir des marteaux fond de trou. - Les dits marteaux sont fixés dans des logements pratiqués dans le plateau supérieur du caisson. Le dit plateau étant d'une épaisseur suffisamment grande pour contenir des trous taraudés dans lesquels viennent se visser les marteaux fond de trou. - Les marteaux exercent une frappe alternative sur des taillants désolidarisés des marteaux. On remarque que dans les procédés déjà connus, les taillants sont toujours solidaires des marteaux fond de trou et ne forment qu'un seul ensemble. Dans le dispositif objet de l'invention, le mouvement alternatif de percussion est transmis au taillant, par l'intermédiaire d'un cylindre métallique contenu dans la partie inférieure du marteau, de telle sorte que le piston vienne frapper alternativement la partie supérieure du cylindre . La partie inférieure du dit cylindre étant toujours en contact avec le sommet du taillant. - Les dits taillants sont solidaires du plateau inférieur formant la base du caisson . Des logements pratiqués dans le plateau inférieur, permettent aux taillants de s'insérer à l'intérieur des dits logements . Les logements sont usinés de telle sorte qu'ils autorisent aùx taillants, un léger jeu, afin de coulisser dans le sens vertical . Des axes assurent la liaison des taillants au plateau en traversant un orifice oblong pratiqué dans chaque queue de taillant . Les dits orifices permettent également un jeu vertical aux taillants. Ainsi installés, les taillants peuvent absorber les inégalités du front de taille créées par de petites failles dans le sol, lors de la formation. A la mise en mouvement de rotation du dispositif, les taillants sont entraînés dans un mouvement circulaire, autour d'un axe central,. le dit axe étant l'axe vertical du puits. Les taillants ainsi entraînés, ripent sur le front de taille, et brisent la roche dès que les marteaux sont mis en action. Les taillants sont usinés selon deux côtés, extérieurs et intérieurs courbes, installés dans le plateau inférieur, selon deux diamètres concentriques, de telle sorte que les dits taillants , lorsque le dispositif effectue un tour complet, poinçonnent toute la surface du front de taille. Les taillants installés, selon le plus grand diamètre, tangentent par la face extérieure la paroi verticale du puits. La face intérieure des dits taillants tangente la face extérieure du (des) taillant installé selon le plus petit diamètre. La face intérieure de celui-ci (ceuxci) tangente le tube guide. Le dit tube central, muni à sa partie inférieure d'une couronne de métal dur, ou d'un outil de forage quelconque, assure le guidage du dispositif, objet de la présente invention, en descendant au fur et à mesure du creusement du puits, dans un forage pilote effectué au préalable . Le cylindre formant le caisson jouant le rôle de stabilisateur assure aussi la rectitude du puits. L'effort nécessaire à la mise en rotation du dispositif objet de l'invention est fourni par des roues motorisées hydrauliquement . Les roues sont organisées de telle sorte, dans le caisson cylindrique, que les roues inférieures prennent appui sur le front de taille. Les roues supérieures prennent appui sur la paroi verticale du puits. Par cette disposition particulière des roues, on comprend que dés le début du forage du puits, les roues inférieures assurent la rotation de l'ensemble du dispositif. Les roues supérieures n'entrent en fonction que lorsque la profondeur du puits est égale à la hauteur comprise entre les taillants posés sur le front de taille et la position des roues installées à la partie supérieure du dit dispositif. Dès que toutes les roues sont en contact avec le front de taille et la paroi verticale du puits, le couple maximum de rotation du dispositif peut être obtenu. Des ouvertures pratiquées dans la paroi de la virole et dans le plateau inférieur permettent le contact entre les roues et le terrain . Des vérins installés sur le plateau supérieur assurent un effort latéral sur les roues supérieures . Cet effet à pour but d'augmenter le contact entre les roues qui tangentent la paroi verticale du puits et la dite paroi . Cette pression auxiliaire permet d'augmenter l'adhérence des roues et d'éviter le patinage de celles-ci sur la paroi verticale du puits. Des lumières usinées sur le plateau supérieur permettent à l'ensemble moteur , formé par les moto-réducteurs et les roues supérieures, de coulisser sur le dit plateau supérieur, sous l'effet des venns. Des ressorts hélicoïdaux permettent aux vérins de se rétracter plus facilement dès que les dits vérins ne sont plus soumis à la pression du fluide hydraulique. Le fluide utilisé pour transmettre la force motrice nécessaire à l'entraînement en rotation du dispositif, ainsi que l'alimentation du vérin est assuré par une centrale hydraulique. Cette centrale est installée à la surface du sol, ou sur le plateau supérieur, les différentes fonctions de manoeuvres étant télécommandées à partir de la surface du sol. Dans le cas de la centrale installée à la surface du sol le fluide moteur est véhiculé par des tubes flexibles et distribué aux moto-réducteurs et vérins par des joints tournants . Les dits joints tournants enveloppant deux tubes concentriques au tube support vertical fixé dans l'axe du plateau supérieur du dispositif objet de l'invention . Un troisième joint tournant, et des canaux prévus à cet effet, assurent l'alimentation en air comprimé des marteaux fond de trou . Le procédé étant très connu, celui-ci n'est pas décrit. (Brevet 2745031) Des ouvertures pratiquées dans le plateau inférieur permettent l'évacuation des déblais créés par les taillants vers la surface du sol, lors de la formation. L'évacuation des dits déblais provenant du front de taille s'effectue selon le principe déjà connu de la circulation inverse .(Brevets BONIFACE: 8605734-9314628 - 2745031 ). Pour obtenir la rectitude des puits, pendant le forage, le dispositif objet de l'invention, suit la trajectoire de trou pilote, ce guidage étant possible grâce au tube guide et au cylindre formant le caisson qui assure la stabilité de l'ensemble : le dit dispositif, maintenu en position verticale par un câble reliant le sommet du tube support supérieur, à un engin de levage installé en surface du sol, ou de galerie de mine. Les dessins annexés, donnés à titre d'exemple seulement, montrent un mode de réalisation du dispositif, objet de la présente invention. - La figure 1 est une vue schématique en coupe des taillants et de la base des marteaux. - La figure 2 est une vue schématique de dessus selon une coupe AA' de la figure 3. - La figure 3 est une vue schématique en élévation montrant la disposition des marteaux, le tube guide, le tube support et le conduit pour l'évacuation des déblais - La figure 4 est une vue schématique en élévation du dispositif objet de l'invention montrant les différents organes moteurs. - La figure 5 est une vue de dessus des taillants. - La figure 6 est une vue schématique de l'ensemble du dispositif objet de l'invention. Tel qu'il est représenté Fig. 4, on constate que le caisson (27), est constitué par un plateau circulaire supérieur (13), d'un plateau circulaire inférieur (4) - Le plateau supérieur (13) est soudé et le plateau inférieur (4), boulonné aux deux extrémités d'une virole (26) . Le caisson (27) ainsi formé est traversé en sa partie centrale par un tube guide (29) . Le dit tube est solidaire du caisson (27), soudé sur le plateau (13), boulonné sur le plateau (4), et le tube central (29) .Un tube d'extension (47), vissé à la base du tube central (29), dépasse la base du dispositif de façon suffisante pour en assurer le guidage dans le trou pilote (1 6): le trou pilote (16), ayant été réalisé au préalable. Comme il est représenté Fig. 4 on constate que les roues motrices verticales (8) sont fixées, par l'intermédiaire d'un arbre (46), coté extérieur sur la virole (26), coté intérieur sur les motoréducteurs (11) . Les dits moto-réducteurs étant eux même fixés sur le plateau inférieur (4) . Chaque roue motrice (9), aménagée horizontalement, est reliée par un arbre de transmission (20) au moto-réducteur (10). Les dits moto-réducteurs fixés sur le plateau supérieur (13) restent mobiles et coulissent dans un guidage formé par des gorges (37) usinées sur le plateau (13) . Des lumières (23) fraisées sur le plateau supérieur (13) permettent aux ensembles formés par les roues (9) et les moto-réducteurs (11) de coulisser latéralement sur le plateau (13) . Les dites lumières (23) offrent un passage suffisant aux différents arbres de transmission (20), reliant le motoréducteur (10) aux roues supérieures (9). Comme il est indiqué Fig. 2, la fléche (25) indique le sens de rotation du dispositif sur le front de taille Des vérins (12) exercent un effort latéral sur les moto-réducteurs (10) et de ce fait assurent le déplacement latéral des roues motrices (9). On comprend qu'ainsi disposés, les vérins (12) augmentent le contact entre les roues (9) et la paroi verticale du puits, lorsque les dits vérins sont mis en pression, et de ce fait augmentent l'adhérence des dites roues . Lorsque les vérins se rétractent les roues (9) ne sont plus en contact avec la paroi du puits . Les opérations des manoeuvres montée ou descente du dispositif, objet de l'invention, dans le puits, sont avantageusement facilitées Des ressorts de rappel (48) diamétralement opposés aux vérins (12) assurent une meilleure rétractation des dits ensembles moteurs supérieurs (10). Le tube support (28) est soudé à sa base sur le plateau supérieur (13) et sur des goussets renforts (45). Trois tubes concentriques de différents diamètres formant trois canaux (14)-(15)-(43) enveloppent le tube central (28). Les dits tubes (14)-(15)-(43) fermés à leur partie supérieure, soudés à leur base sur le plateau (13), forment trois canaux qui assurent l'alimentation en fluide hydraulique et air comprimé des différents organes (10)-(11)-(12)-(1). Trois joints tournants (17) (18)-(19) autorisent la circulation du fluide hydraulique et air comprimé au travers des différents canaux correspondants (14)-(15)-(43) . Selon la figure 2, le plateau inférieur (4) est de fabrication oxycoupée . Des logements (33) usinés dans le dit plateau (4) épousent exactement la forme des taillants (3)-(24) L'usinage des logements (33) est réalisé de telle sorte, qu'il permet un jeu suffisant, afin que les dits taillants (3) (24) puissent jouer librement à l'intérieur des dits logements Les trous (36) percés horizontalement dans le plateau (4) permettent la liaison du plateau (4), des taillants (3)-(24), par l'intermédiaire des axes cylindriques (5) . Les dits axes étant maintenus en place dans leur logement respectif par des circlips (34) . Selon la figure 1, un trou de forme oblong (31) usiné dans la queue (30) de chaque taillant, (3) (24), assure un jeu vertical aux dits taillants. Les taillants (3)-(24), ainsi organisés, on remarque que leur axe respectif géométnque vertical se trouve exactement, sous et dans l'axe vertical des marteaux (1) . De ce fait l'effort de frappe des dits marteaux, par l'intermédiaire des cylindres (2) est bien réparti sur la surface des taillants en contact avec le front de taille. Des ouvertures (6), rectangulaires, oxycoupées dans le plateau (4), permettent le passage des roues motrices inférieures (8) pour assurer le contact avec le front de taille . Les ouvertures sont suffisamment grandes pour que les dites roues (8) puissent tourner librement à l'intérieur. Des trous (7), oxycoupés dans le plateau inférieur (4), offrent un passage préférentiel aux déblais provenant du front de taille. Les dits déblais canalisés par la cloche (42) sont évacués à la surface du sol par le fluide air comprimé s'échappant des taillants (3)-(24), par les orifices (49), via une conduite (35) . La chape (21), soudée, percée d'un trou au sommet du conduit (35), permet au dispositif objet de l'invention d'être relié par un câble à un engin de levage en surface. Le dit engin assurant la manutention du dispositif. Des portes de visite (32) sont aménagées dans le caisson (27), de façon à rendre accessible, tous les organes du dispositif objet de l'invention. Il est bien entendu, que l'invention n'est pas limitée à l'exemple qui en a été donné, toutes variantes considérées comme équivalence ne pouvant en modifier la portée. REVENDICATIONS 1") Dispositif constituant un perfectionnement aux outils de creusement de puits de grand diamètre en terrain dur à partir de la surface du sol ou de galeries minières. Caractactérisé par le fait que le dispositif est auto-rotatif animé dans un mouvement circulaire par des roues prenant appui sur le front de taille et la paroi verticale du puits . Les dites roues sont contenus dans un caisson cylindrique, ainsi que des marteaux fond de trou, connus, transmettant leur mouvement de percussion à des taillants, désolidarisés des dits marteaux, mais solidaires d'un plateau circulaire formant le caisson . Les dits taillants exerçant leur action sur le front de taille, par poinçonnement et par ripage. 2") Dispositif selon revendication 1 Caractérisé par le fait que les roues motrices (8)-(9) entraînant dans un mouvement circulaire, un caisson cylindrique (27), sont contenues à l'intérieur du dit caisson . Les roues motrices (8)-(9) exercent leur action en prenant appui sur le front de taille et la paroi verticale du puits, au travers des ouvertures (6)-(44) pratiquées dans la virole (26) et le plateau inférieur (4) 3 ) Dispositif selon la revendication 2 Caractérisé par le fait que les taillants (3)-(24) sont désolidarisés des marteaux, mais solidaires du plateau circulaire inférieur (4), et mobiles sur le dit plateau, par l'intermédiaire des axes 5 traversant les trous (36) percés dans le dit plateau et les trous oblongs (31) 4 ) Dispositif selon la revendication 3 Caractérisé par le fait que des vérins (12), fixés sur le plateau supérieur (13), exercent une pression latérale horizontale sur l'ensemble moteur, formé par les moto-réducteurs (10) et les roues horizontales (9), coulissant dans les gorges (37), afin d'augmenter le contact entre les dites roues et la paroi verticale du puits. 5 ) Dispositif selon revendication 4. Caractérisé par le fait qu'un tube guide (47) ,muni à sa partie supérieure d'une couronne de métal dur, est vissé à la base du tube centrale (29). 6 ) Dispositif selon revendication 5 Caractérisé par le fait que chaque taillant (3)-(24) possède une queue horizontale (30), que les deux cotés latéraux des dits taillants sont usinés selon une forme courbe Un trou oblong vertical traverse horizontalement la queue (30). La partie supérieure des dits taillants est usinée selon une forme concave correspondant à la base du cylindre (2) contenu dans le marteau (1).