DOWN-THE-HOLE PNEUMATIC HAMMER

Abstract: 1. Down-the-hole pneumatic drilling hammer, which comprises a tubular body (1) supplied with compressed air and carrying a drilling bit (3) and in which a ramming piston (21) is made to perform a reciprocating movement inside an internal sleeve (7) forming a casing by means of a mechanism for distributing compressed air alternately above and below the ramming piston in such a way that it cyclically strikes the bit and rises again, characterised in that the hammer has two separate sources (16, 18) of compressed air, a high-pressure one and a low-pressure one respectively, the distribution mechanism ensuring alternately the supply of high-pressure air to the upper chamber (51) above the piston (21) so as to project the latter towards the bit, while the lower chamber (50) allows the air to escape, and the supply of low-pressure air to the lower chamber (50) so as to cause the piston (21) to rise again, while the upper chamber (51) allows the air to escape.

Description: "Marteau pneumatique du type "fond-de-trou" La présente invention concerne un marteau pneumatique de forage, et plus particulièrement un marteau du type "fond-de-trou", c'est à dire destiné à travailler au fond même du trou que l'on est en train de forer. De tels appareils sont donc disposés à I'extrémité d'un ensemble de tubes qui servent à lui transmettre l'air comprimé de fonctionnement ainsi que la poussée et le mouvement géneral de rotation pour régulariser l'action du taillant de perforation. De tels marteaux pneumatiques destinés à travailler au fond du trou comportent généralement un corps tubulaire alimenté en air comprimé, un mecanisme de distribution, un piston frappeur, et un taillant recevant les chocs du piston frappeur pour les transmettre à la roche. Le piston frappeur est mobile dans un cylindre formé par une chemise intérieure, et entre la chemise et la paroi interieure du corps du marteau sont ménages des passages longitudinaux servant à amener l'air comprimé agissant sur le piston, d'autres passages servant à ltéchappement de ltair après son action sur l'une où l'autre face du piston frappeur. Lorsque de tels marteaux sont pré- vus pour une amenée indépendante d'un fluide de chasse de déblaies, ils comportent une pièce de raccordement axial à la tuyauterie d'amenée du fluide à travers les tubes de forage, et un tube axial traversant de part en part tout l'ensemble du marteau, c'est à dire en particulier le piston frappeur, pour venir déboucher dans un alésage axial ménage dans le taillant. Un tel marteau pneumatique a e été décrit par exemple dans le brevet français publie sous le numéro 2.044.939. Pour obtenir des efforts suffisants de frappe du piston frappeur sur le taillant, et par conséquent sur la roche à briser, on utilise de l'air comprimé sous forte pression, sous 20 à 25 bars par exemple. La consommation qui peut être de l'ordre par exemple de 10 à 15 Nm3 par minute impose donc l'utilisation de compresseurs de fort débit sous forte pression, c'est à dire de matériels lourds et encombrants. I1 s'agit en outre de matériels onéreux, aussi bien en valeur d'achat et d'immobilisation, quten coût de fonctionnement car la consommation d'énergie est importante. La présente invention permet une reduction importante de ces coûts, et en particulier, à même efficacité de forage, une importante reduction de la consommation d'énergie. L'invention concerne donc un marteau pneumatique de forage de type "fond-de-trou", comportant un corps tubulaire alimenté en air com@@ portant un taillant de persoraticn, et dans lequel un piston frappeur est mis en mouvement alternatif dans une chemise intérieure formant fourreau par un mécanisme de distribution d'air comprimé alternativement au-dessus et au-dessous du piston frappeur de manière à ce qu'il vienne cycliquement frapper sur le taillant et remonter. Selon l'invention le marteau comporte deux alimentations séparées d'air comprime, respectivement à haute et basse pression, le mécanisme de distribution assurant alternativement l'alimentation en air haute pression de la chambre supérieure au-dessus du piston frappeur pour le projeter vers le taillant avec mise à l'échappement de la chambre inférieure, puis ltal:t- mentation en air basse pression de la chambre inférieure pour faire remonter le piston avec mise à l'échappement de la chambre supérieure. Selon une forme particulière de réalisation de l'invention l'ali- mentation en air basse pression de la chambre inférieure est assurée par une chambre axiale intérieure du piston frappeur, tandis que l'alimentation en air haute pression de la chambre supérieure est assurée par des lumières traversant le fourreau et des rainures longitudinales formées extérieure ment dans l'épaisseur du fourreau. L'invention sera mieux comprise en se référant à un mode de réali- sation particulier donne à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. La figure 1 est une vue generale en coupe longitudinale, en deux parties, d'un marteau pneumatique réalise selon l'invention. Les figures 2 à S sont des vues partielles qui montrent les positions successives du piston trappeur au cours d'un cycle de fonctionnement. En se référant tout dBabord à l'ensemble des deux parties de la figure 1, on verra que le corps principal 1 du marteau est visse à sa partie inferieure sur un embout 2 dans lequel coulisse la queue cannelée du taillant de perforation 3. La queue du taillant est arrêtée en rotation par rapport au corps, et limitée en déplacement axial par une clavette tangentielle 4 qui porte sur un dégagement 5 de la queue. Un fourreau cylindrique @ double intérieurement le corps 1 sur pres que toute sa longueur. A sa partie inférieure le fourreau 7 prend appui sur une bague entretoise d de forme generale conique, percée d'orifices radiaux 9, et qui prend elle-méme appui sur l'embout 2. De façon analogue l'autre extrémité du fourreau @ @@t en butée sur une bague 10 munie de conduits radiaux 11. La bague 10 est maintenue par l'extrémité de l'embout de rac cordement 13 vissé sur le corps 1. Par son autre extrémité l'embout 13 reçoit les pièces usuelles de liaison avec les tubes et tiges d'alimentation et de manoeuvre du marteau. La pièce 15 qui transmet la poussée sur le marteau forme un premier conduit annulaire 16 autour d'un tube 17 ; un second conduit annulaire 18 est formé entre la face interne du tube 17 et un tube central 19. Par sa surface interne le fourreau 7 sert de guide au piston frappeur coulissant 21 qui peut se deplacer librement entre une position basse telle que représentée sur la figure 1 où il est au contact de I'extrémité de la queue du taillant, et une position haute comme on le verra plus loin lors de la description du fonctionnement de l'appareil. La partie supérieure du frappeur 21 enserre en permanence la partie basse du tube 17 dont l'ex- trinité inferieure pleine 23 comporte des canaux 24 qui font communiquer le conduit annulaire 18 avec une chambre centrale 25 à l'intérieur du frappeur 21. La chambre 25 est prolongée par deux conduits axiaux 26 et 27, ce dernier débouchant à la partie inférieure du frappeur. Exterieurement le frappeur 21 comporte une gorge circulaire 28. La surface extérieure du fourreau 7 comporte trois séries de rainures longitudinales ; pour simplifier le dessin on n'a représenté ici qu'une seule rainure de chaque type. Une première se rie de rainures supérieures 30 fait communiquer la chambre annulaire 31 qui entoure la bague 10 avec autant d'orifices 32 qui débouchent à l'intérieur du fourreau. Une deuxième série de rainures inférieures 34 aboutissent à la chambre annulaire 35 entourant la bague inférieure 8 ; les orifices 36 et 37 traversent la paroi du fourreau 7 et débouchent dans ces rainures 34. Enfin une troisième série de rainures 39 fait communiquer les orifices 40 et 41 qui traversent aussi la paroi du fourreau 7. On notera que la chambre 35, autour de la bague 8, communique avec ltextérieur du marteau par les conduits 9, par les jeux entre les cannelures du taillant et les gorges conjugues de l'embout 2, et par la chambre 47 qui comnunique avec l'extérieur par les conduits d'échappement 48. Le tube central 19 sert à l'amenée d'eau utilisée pour chasser les déblais en fond de trou. Pour cela le tube 19 se prolonge à la partie inférieure jusqu'à penetrer dans la queue du taillant qui comporte un canal central conjugué 43. La pénetration du tube dans la queue du taillant est déterminée pour que le tube reste engagé quelle que soit la position du taillant dans son déplacement axial. Le canal central 43 est pIolonge par un canal 44 qui vient déboucher par des orifices 45 à la périphérie du taillant pour en @@asser @es dé@@@@@, Le conduit annulaire extérieur 16 est alimenté en air comprimê à naute pression, par exemple sous 20 à 23 bars. Le conduit annulaire intérieur 18 est alimente en air comprime à basse pression par exemple sous 6 bars. On n'a pas représenté sur les dessins les raccords d'alimentation si multanés du marteau par les trois fluides diffcrents, liquide de chasse pou le tube central 19, air basse pression pour le conduit 18, air haute pression pour le conduit 16. De tels raccords, ainsi que la structure des tubes allonges de liaison avec la surface ont été déjà décrits par exemple par le brevet français publié sous le numéro 2.126.118. On se référera maintenant aux figures 2 à 5 pour comprendre le fonctionnement du marteau, ainsi alimenté en air comprime sous deux pressions différentes. Sur la figure 2, comme sur la figure 1 précédente, le piston frappeur 21 est représente en position basse, juste après son impact sur La queue du taillant. Dans cette position l'air à haute pression remplit le conduit 16, la chambre intermédiaire 49, les conduits 11, la chambre annu- laire 31, les rainures O et les orifices 32 ; mais ceux-ci, à l'intérieur du fourreau, sont obtures par le frappeur 21 et l'air haute pression reste prisonnier dans les rainures 30. Par contre l'air à basse pression qui arrive par le conduit 18 passe par les conduits 24 dans la chambre 25, et de là par les conduits 26 et 27 rempli@ la chambre inférieure 50 sous le frappeur 21. La pression dans la chambre inférieure 50 fait remonter le frappeur 21 sans autre réaction que son propre poids car la chambre supérieure 51 communique alors librement avec l'échappement à l'axtérieur du marteau par les orifices 36, les rainuses 34 et la chembre 35. Lorsque dans sa course de r@montée le frappeur atteint la position représentée à la figure 3, l'arrivée d'air à basse pression est interrompue par obturation des orifices 24 par es parois de la chambre 26. En même tes la chambre 50 est mise à l'échappement par l'ouverture des orifices 37 qui la font alors communiquer avec les rainures 34. Sous l'impulsion dennée le frappeur 2 v poursuivre sa course vers le haut et la gorge 28 va se trouver face aux orifices 32 et se remplir d'air à haute pression. Lorsque le frappeur atteint la position représentée à la figure 4 la gorge 28, déjà pleine d'air sous haute pression, fait directement communiquer les orifices 32 et 40, si bien que par les rainures 39 et les orifices 41 la chambre 51 e trouve remplie d'air sous haute pression, Les orifices d'éch@ppement 36 étant déjà fermés, la haute pression dans la chambre 51 repousse violemment le frappeur 21 vers le bas, sans contrepression puisque la chambre inférieure 50 est alors à ltéchappement par les orifices découverts 37. Au cours de sa course descendante (figure 5), le frappeur 21 ferme d'abord l'alimentation haute pression de la chambre 51, puis met celle-ci à l'échappement en découvrant les orifices 36. Un peu avant l'impact sur ltextrémité de la queue du taillant ltéchappement de la chambre 50 est fermé par obturation des orifices 37, puis l'air basse pression est à nouveau amené dans la chambre 50 par ouverture des orifices 24 sur la chambre 25, et le cycle peut recommencer. On voit qu'ainsi à chaque cycle, c'est à dire à chaque aller et retour du frappeur 21, seule la phase active de lance du frappeur vers le taillant est consommatrice d'air à haute pression; tandis que la phase inactive de remontée ne consomme que de l'air sous basse pression ; l'effort engendré par la basse pression dans la chambre 50 est suffisante pour assurer la libre remontée du frappeur qui benéficie d'ailleurs de lteffet de rebond lors du choc sur 1'extrémité de la queue du taillant. La consommation en air à haute pression est donc globalement divisée sensiblement par deux, ce qui permet pour la même puissance de perforation, d'utiliser un matériel beaucoup moins encombrant, moins coûteux à l'rachat et moins couteux en consommation d'énergie. L'alimentation en air comprime sous basse pression de l'ordre de 6 bars ne necessite en effet qu'un raccordement à un réseau usuel de distribution, ou un groupe compresseur de faible coût d'achat et de consommation. On notera qu'à ltéchappement, aussi bien l'air haute pression après action dans la chambre supérieure 51 que l'air basse pression après travail dans la chambre inferieure 50, se retrouvent mélangés dans la chambre 35, puis à la sortie du marteau dans les conduits 48. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée au mode de realisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais elle couvre également les réalisations qui n'en diffèreraient que par des détails, par des variantes d'exécution, ou par l'utilisation de moyens équivalents. Ainsi, bien que la description ci-dessus ait e été faite pour un marteau pneumatique comportant une amenée centrale de fluide de chasse, on observerait le même avantage de réduction de consommation d'energie pour un marteau sans fluide de chasse, et dont les déblais ne seraient évacues que par l'air d'échappement issu des conduits 48.

Claims: REVENDICATIONS 1.- Marteau pne@matique de perforation de type "fond-de-trou". comportant un corps tubulaire (1) alimenté en air comprime et portant un taillant de perforation (3), et amans lequel un piston frappeur (21) est mis en mouvement de va-et-vient dans une chemise interieure (7) formant fourreau par un mécanisme de distribution de l'air comprimé alternativemen au-dessus et au-dessous du piston frappeur de manière a ce qu' il vienne cycliquement frapper sur le taillant et remonter, caractérisé par le fait que le marteau comporte deu alimentations séparée (16, 18) d'air comprime', respectivement à haute et basse pression, le mé- canisme de distribution assurant alternativement l'alimentation en air haute pression de la chambre supérieure (51) au-dessus du piston (21) pour le projeter vers le taillant avec mise à l'échappement de la chambre infé- rieure (50), puis l'alimentation en air basse pression de la chambre infé- rieure (50) pour faire remonter le piston (21) avec mise à l'échappement de la chambre supérieure (51). 2.- Marteau pneumatique selon revendication 1, caractérisé par le fait que l'alimentation en air basse pression de la ch bre inférieure est assurée par ulle chambre axiale @ntérieure (25) du piston frappeur '21), tan@is que l'alimentation en aiz: haute pression de le chambre supérieure (51) est assuree par des lumières (32, 40, 41) traversant le fourreau (7) et @es rainures longitudinales (30, 39) formées extérieurement dans l'epa@s@eur du fourreau. 3. - Marteau pneumatique selon revendication 1, caractérisé par le fait que les conduits d'échappement (36, 37), respectivement de l'air haute pression de la chambre supêrieure (51) et de l'air basse pression de la chambre inférieure (50), présentent une partie commune (34) débouchant à la pantie inféricure du marteau. 4.-Marteau pneumatique selon l'une quelconque des revendications @récédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un conduit axial 9) d'alimentation en fluide de chasse des déblais.

Inventors: DE GELIS, CHRISTIAN, TECHY, MARCEL
Applicants: STENUICK FRERES S.A.
Application year: 1983
Main classification: E21B4
IPC codes: E21B21, E21B4