Engin de forage de carrière
La présente invention est relative à un engin de forage, en particulier, pour forer des trous dans des carrières, mines ou gisements minéraux, comprenant un plateau rotatif porté par un dispositif de support non rotatif destiné à prendre appui contre une surface à forer, le plateau rotatif étant destiné à être traversé en son centre par un tube de forage entraîné en rotation par ce plateau.
On connaît des engins de forage du type décrit ci-avant, dans lesquels le plateau rotatif est solidaire du tube de forage et se déplace avec celui-ci au cours du forage.
Dans ces engins connus, un moteur servant à faire tourner le plateau et le tube de forage est monté sur une plate-forme déplaçable sous l'action d'un vérin hydraulique dans le même sens que le plateau rotatif et le tube de forage, le long de guides verticaux entretoisés par des traverses pour les raidir.
Ces engins de forage connus à moteur transporté exigent l'emploi d'une ossature lourde capable de supporter les déplacements et vibrations du plateau rotatif et de la plate-forme.
Le tube de forage des engins de forage connus est muni à une de ses extrémités,, d'un trépan ou autres outils en carbure de tungstène. L'emploi d'un tel matériau oblige la mise en rotation du tube de forage à des vitesses faibles comprises entre 80 et 130 t/min.
De plus, lorsque dans ces engins de forage connus, le plateau rotatif arrive en fin de course dans une position où il est proche de la surface à forer, ce plateau doit être relevé en même temps que la plateforme pour permettre la continuation du forage, ce qui implique que celui-ci doit d'abord être interrompu.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
Elle a pour objet un engin de forage du type décrit dans le premier paragraphe du présent mémoire qui se caractérise par une construction plus légère et un fonctionnement plus aisé.
Conformément à la présente invention, dans l'engin de forage du type décrit dans le premier paragraphe du présent mémoire, le plateau rotatif occupe une position fixe par rapport au dispositif de support, ce plateau étant muni d'au moins un organe permettant un déplacement axial du tube de forage pendant sa rotation, cet organe étant pourvu de moyens propres à transmettre le couple de rotation du plateau au tube de forage.
L'engin de forage suivant la présente invention permet ainsi le forage de trous sans déplacement du plateau rotatif ni du moteur entraînant celui-ci en rotation.
Les termes "tube de forage" tels qu'ils sont utilisés dans le présent mémoire désignent un seul tube de forage ou plusieurs éléments de tube de forage fixés bout-à-bout l'un à l'autre, par exemple par vissage.
Dans une forme de réalisation de l'engin de forage suivant l'invention, le plateau rotatif porte, de préférence, deux galets disposés symétriquement par rapport à la direction du déplacement axial du tube de forage, ces galets présentant avantageusement chacun une gorge ayant un rayon de courbure sensiblement égal à celui du tube de forage.
Les gorges des deux galets qui peuvent tourner autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe du tube de forage, délimitent avantageusement une ouverture sensiblement circulaire destinée à livrer passage au tube de forage au cours de son déplacement axial.
Selon une autre particularité de l'invention, la gorge du ou des galets porte des saillies d'agrippage du tube de forage.
Dans une autre forme de réalisation de l'engin de forage selon l'invention, le galet présente une saillie, cette saillie s'introduisant dans une rainure creusée dans la paroi extérieure du tube de forage et s'étendant parallèlement à l'axe de ce tube sur toute la longueur de celui-ci.
Le moteur entraînant le plateau et le tube de forage en rotation ne doit pas être déplacé dans l'engin de forage selon l'invention, puisque le plateau rotatif lui-même ne subit aucun déplacement au cours du forage.
De ce fait,il est possible d'utiliser des moteurs de plus grande puissance, supérieure à 15 ou 20 CV, et donc d'entraîner le tube de forage à de plus grandes vitesses de rotation de l'ordre de 1000 t/min. Cette plus grande vitesse de rotation du tube de forage permet l'emploi d'un trépan ou outil de coupe diamanté, placé à une extrémité du tube de forage.
L'emploi de ces outils ou trépans combiné à une plus grande vitesse de rotation du tube de forage permet un forage aisé et rapide.
L'engin de forage selon la présente invention permet, par exemple, de forer des puits dans lesquels de l'eau est introduite pour diminuer la résistance et le frottement du tube de forage avec la boue formée dans ces puits.
L'emploi de grandes vitesses de rotation permet, en outre, lorsque le tube de forage est rainuré, d'éviter que la boue n'adhère au parois du tube de forage.
L'eau utilisée lors du forage peut également être introduite dans le puits au voisinage de l'outil diamanté ; dans ce cas,l'eau de forage est injectée à l'intérieur du tube de forage vers l'outil diamanté.
L'engin de forage selon la présente invention peut être utilisé comme sonde pour le prélèvement de carottes, comme perforatrice ou comme foreuse pour creuser, dans une carrière, une mine ou un gisement minéral, des trous de mine ou puits, éventuellement convergents. Les trous peuvent être destinés à recevoir des câbles de sciage, et éventuellement des poulies de renvoi, en vue de permettre l'extraction de blocs pierreux ou autres.
D'autre particularités et détails de l'invention ressortiront de la description suivante dans laquelle il est fait référence aux dessins annexés qui représentent schématiquement et à titre d'exemple seulement, une forme de réalisation d'un engin de forage selon l'invention.
Dans ces dessins :
la figure 1 est une vue en perspective d'un engin de forage selon l'invention ; la figure 2 est une vue en plan du plateau rotatif ; la figure 3 est une coupe transversale, selon la ligne ligne III de la figure 1, d'une bague de centrage pourvue d'un anneau rotatif comportant trois patins de centrage;
les figures 4 et 5 montrent en coupe transversale, une bague de serrage dans laquelle les plaquettes occupent des positions inversées; la figure 6 est une vue schématique partiellement en coupe d'un tube de forage et, des organes permettant de transmettre le couple de rotation du plateau à ce tube de forage; la figure 7 est une vue en coupe d'un engin de forage muni d'un vérin hydraulique dont le piston occupe une position haute, et la figure 8 est une vue analogue à la figure 7 montrant ledit vérin dont le piston occupe une position basse.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
Comme le révèlent les figures 1 et 2, l'engin de forage suivant l'invention comporte un plateau rotatif désigné dans son ensemble par la notation de référence 1. Ce plateau rotatif est porté par un dispositif de support 2 constitué d'une plaque perforée par exemple de forme triangulaire. Cette plaque 2 est destinée à être ancrée par exemple au moyen de goujons 3, dans une surface à forer.
La plaque 2 présente un trou central (non montré) destiné à livrer passage à un tube de forage 4.
La plaque 2 supporte, par l'intermédiaire de roulements à bille (non montrés), une roue dentée 5 dont est solidaire le plateau rotatif 1. Sur la roue dentée 5 passe une courroie de transmission crantée 6 passant également sur un pignon 7 porté par l'arbre 8 d'un moteur électrique 9. Ce dernier sert à entraîner le plateau rotatif 1 en rotation à une vitesse prédéterminée, par exemple une vitesse de 1000 tours /minute.
Le plateau rotatif 1 présente un trou central
(non montré) livrant passage au tube de forage 4.
Sur le plateau rotatif 1 sont fixés à l'aide de cornières 10, deux galets 11 pouvant tourner autour de leur axe X-X qui est perpendiculaire à l'axe Y-Y du tube de forage. Chacun des galets 11 présente une gorge
12 dont le rayon de courbure 13 correspond sensiblement à celui du tube de forage 4, comme on le voit plus particulièrement à la figure 2. Comme le montre également les figures 1 et 2, les deux galets 11 portés par le plateau rotatif 1 sont disposés symétriquement par rapport à la direction du déplacement axial du tube de forage 4 indiquée par la flèche Z.
Les deux galets 11 délimitent une ouverture circulaire 14 destinée à livrer passage au tube de forage au cours de son déplacement axial.
Les gorges 12 des galets 11 présentent des saillies annulaires 15 servant de moyens d'agrippage du tube de forage 4, pour entraîner ce dernier en rotation avec le plateau rotatif 1. Ce plateau rotatif 1 peut
<EMI ID=1.1>
qui peuvent être fixées chacune à la roue dentée 5.
<EMI ID=2.1>
rotatif 1 présente des trous 16 pour fixer cette partie l' au moyen de boulons à la roue dentée 5.
Quant à la seconde partie 1" du plateau rotatif 1, elle-présente des boutonnières 17 s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation X-X des galets
11. Grâce à ces boutonnières 17 qui livrent passage à des boulons de fixation, on peut rapprocher ou éloigner plus ou moins la partie 1" de la partie l' du plateau rotatif 1 pour assurer un serrage convenable du tube de forage 4 entre les gorges 12 des galets 11.
Pendant la rotation du plateau rotatif 1, le tube de forage 4 est entraîné en rotation par les saillies annulaires 15 des galets 11, tout en pouvant se déplacer axialement grâce à la rotation libre des galets
11 autour de leur axe X-X.
La plaque de support 2 forme la base d'une cage désignée dans son ensemble par la notation de référence 18.
Cette cage 18 sert à guider et à centrer le tube de forage 4 par rapport au plateau rotatif 1. La cage 18 est formée de barreaux 19 reliés de place en place par des traverses constituées de plaques 20, 21 semblables à la plaque de support 2 ; ces plaques 20, 21 présentant un trou central pourvu d'un dispositif de centrage, désigné dans son ensemble par le signe de référence 22.
Le dispositif de centrage 22 est constitué d'un palier 23, qui porte par l'intermédiaire d'un roulement à billes 24, une couronne de rotation 25 munie d'orifices latéraux 26, dans lesquels sont introduits des patins de guidage 27 de bronze. La position des patins est ajustée à l'aide de rondelles de réglage insérées entre la couronne 25 et les patins de guidage
27. La fixation des patins et des rondelles de réglage est assurée par les goujons 28.
La mise en place du roulement à billes 24 est réalisée à l'aide d'un circlips annulaire 29 et par la tête d'un des goujons 28.
A la plaque 20 sont associées deux crémaillères parallèles 30 fixées à une de leurs extrémités à une bague 23 non rotative servant notamment à l'agrippage du tube de forage 4.
La bague 31 peut être déplacée axialement
(Y-Y) par déplacement des crémaillères 30 dans le sens des flèches Z,Z' au moyen de deux séries de pignons
32, 33 et 34 engrenant l'un avec l'autre. Les pignons 32 engrènent avec les crémaillères 30 ainsi qu'avec les pignons 33 qui engrènent à leur tour avec les pignons 34 calés sur un arbre 35 dont une extrémité est pourvue d'une manivelle 36.
La bague 31 contient un anneau rotatif amovible 37 présentant sur sa surface intérieure.,un mandrin auto-bloquant 40 permettant, dans une position (montrée
<EMI ID=3.1>
Lorsque l'anneau 37 est dans cette position, le tube de forage 4 agrippé par cet anneau 37 peut être déplacé dans la direction de la flèche V par la manivelle 36. Ainsi, le tube de forage 4 peut, pendant sa rotation, être enfoncé dans le trou foré dans un gisement pierreux ou autre, avec une force pouvant atteindre 500 à 600 kg.
L'anneau 37 est porté par des roulements à bille coniques 39. Grâce à cet agencement, l'anneau
37 peut tourner librement par rapport à la bague de centrage 31.
Cet anneau 37 abrite le mandrin auto-bloquant
40 constitué de plaquettes 41 munie de dents 42 . ces dents 42 étant dirigées vers l'intérieur de l'anneau 37.
La bague 31 est pourvue sur sa partie supérieure , d'un couvercle 43 fixé au corps 44 de la bague
31 au moyen d'un filetage 45.Ce couvercle 43 amovible permet d'enlever l'anneau 37 et de le retourner, de façon que cet anneau occupe la position montrée à la figure � (en coupe).
Lorsque l'anneau 37 est dans la position montrée à la figure 4, le déplacement axial du tube de forage 4 vers la surface à forer (direction de la flèche U) provoque le desserrement des plaquettes 41 autour du tube de forage 4.
Lorsque l'extrémité du tube de forage 4 qui peut être munie d'un trépan ou d'un instrument diamanté arrive au contact d'un matériau de grande dureté au cours du forage, le tube de forage 4 ne se déplace plus ou ne se déplace que lentement vers la surface à forer
(direction U). Lorsque la bague de centrage 23 est déplacée dans la direction U, c'est-à-dire vers la surface à forer, la vitesse de ce déplacement étant plus grande que la vitesse du déplacement axial du tube
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tube de forage 4, axe 37 dans le sens des flèches U", de sorte que toutes les dents 42 des plaquettes 41 viennent en contact avec le tube de forage 4.
Ce serrage du tube de forage 4 par les dents
42 entraîne la mise en rotation de l'anneau 37 par rapport à l'axe du tube de forage 4 à une vitesse sensiblement égale à la vitesse de rotation du tube de forage 4 et du plateau rotatif 1.
Ainsi grâce au déplacement de la bague de centrage, et au serrage du tube de forage 4 par les dents 42, il est possible de transmettre une poussée dans le sens de déplacement axial du tube de forage 4 vers la surface à forer.
Dans la position montrée à la figure 5, l'anneau 37 permet un déplacement ne provoquant pas le serrage des plaquettes 41 sur le tube de forage 4, ni l'application d'une poussée sur ce tube, mais un déplacement de la bague 23 dans une direction opposée (flèche R') à la direction de forage (flèche R), ce déplacement provoquant le serrage des plaquettes 41, sur le tube de forage 4 et donc l'application, sur ce tube de forage 4 d'une force sur le tube de forage 4 tendant à le retirer du trou foré.
La figure 6 est une vue schématique en plan, partiellement en coupe, d'un plateau rotatif 1 muni d'organes permettant le déplacement axial d'un tube de forage pendant sa rotation, ces organes étant munis de moyens propres à transmettre le couple de rotation du plateau au tube de forage 4.
Ces organes sont constitués , dans cette forme de réalisation, de galets 11 pouvant tourner autour de leur axe de symétrie X-X, cet axe étant sensiblement perpendiculaire à l'axe du tube de forage
4. Ces galets 11 ont la forme d'une roue cylindrique munie d'une saillie annulaire de forme triangulaire 46, cette saillie étant engagée dans une rainure 47 creusée dans la paroi extérieure du tube de forage 4 et s'étendant sur toute la longueur du tube de forage 4, et parallèlement à l'axe de ce dernier.
Dans une seconde forme de réalisation de l'invention, illustrée aux figures 7 et 8, le dispositif de poussée est constitué d'un vérin hydraulique ou pneumatique 48.
Ce vérin 48 comprend une enveloppe cylindrique 49 fermée à ses extrémités par des garnitures d'étanchéité 50 qu'enserrent une tige creuse
51, portant une bague 52 et une garniture d'étanchéité
53 constituant le piston à double effet du vérin 48. La tige 51 porte à sa partie inférieure un mandrin auto-bloquant 40 monté rotatif par l'intermédiaire de l'anneau rotatif 37 et des roulements 39, sur la bague 31. Le mandrin auto-bloquant 40 porte des plaquettes annulaires 41 munies de dents 42. Un couvercle amovible 43 permet d'enlever les plaquettes 41 et de les retourner, de manière à inverser le mode d'action du mandrin auto-bloquant 40.
A son extrémité supérieure, la tige creuse 51 est munie d'un dispositif de centrage 22, dont la couronne rotative guide le tube de forage en tournant avec lui tout en permettant audit tube de glisser le long des patins de bronze 27. Les patins de centrage sont fixés de manière réglable afin de permettre de régler le centrage et de compenser l'usure des points de contact.
L'enveloppe cylindrique 49 est à mi-longueur, aussi pourvue d'un dispositif de centrage 22 semblable à celui disposé monté en tête de la tige creuse 51.
La paroi extérieure de la tige creuse 51 présente une surface rectifiée et polie de manière à coulisser de manière étanche le long des garnitures d'étanchéité 50. Le vérin 48 est actionné hydrauliquement par l'injection d'huile sous pression entre l'enveloppe cylindrique 49 et la tige creuse 51, par les orifices 54 et 55. L'huile sous pression est alimentée par une pompe hydraulique non montrée, entraînée par le moteur amovible 9.
Selon la position des plaquettes 41 du mandrin auto-bloquant 40, le vérin hydraulique 48 permet d'exercer une poussée hydraulique pendant l'opération de forage ou, au contraire, de retirer l'outil du trou foré.
L'enveloppe cylindrique 49 est fixée à la plaque 2, qui repose sur le sol par les pieds de stabilisation 3.
L'enveloppe cylindrique 49 présente sur la moitié inférieure de sa longueur des trous d'allégement et d'inspection 56, permettant d'accéder facilement notamment au plateau rotatif 1.
Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation représentées et que bien des modifications peuvent y être apportées.
Ainsi, au lieu d'utiliser des tubes de forage, il est possible d'utiliser des tiges de forage pleines.
La mise en rotation du plateau rotatif par le moteur d'entraînement peut être réalisée par tous autres systèmes de transmission (engrenages, transmission hydraulique, chaînes, etc.).
Le plateau rotatif peut être muni de plusieurs organes permettant le déplacement axial du tube ou de la tige de forage, ces organes étant pourvus de moyens pour transmettre le couple de rotation du plateau au tube ou à la tige de forage.
Ces organes peuvent avoir la forme de galets tels que décrits dans les formes de réalisation montrées sur les dessins, mais ils peuvent également avoir la forme de billes, ou de roues, ces billes ou roues étant alors introduites dans des gorges situées le long de la paroi extérieure des tubes ou tiges de forage.
Les traverses constituées de plaques reliant les bureaux formant la cage présentent un trou central, ce dernier pouvant être muni de moyens de centrage supplémentaires de la tige de forage, constitués par exemple de roulements à billes.
La poussée pouvant être exercée sur le tube de forage peut, par exemple, être de l'ordre de 500 à
600 kg et le moteur d'entraînement du plateau rotatif et du tube ou de la tige de forage peut par exemple être un moteur électrique d'une puissance de l'ordre de 15 à 20 CV pour des tubes ou tiges de forage d'un diamètre inférieur à 60 mm et pour un forage d'une profondeur inférieure à 10 m.
Au lieu d'utiliser des roulements à billes, il est également possible d'utiliser des roulements coniques permettant de reprendre des efforts plus importants.
REVENDICATIONS
1. Engin de forage, en particulier pour forer
des trous dans des carrières, mines ou gisements minéraux comprenant un plateau rotatif (1) porté par un dispositif de support non rotatif (2) destiné à prendre appui contre une surface à forer, le plateau rotatif (1) étant destiné à être traversé en son centre par un tube de forage
(4) entraîné en rotation par ce plateau (1), caractérisé en ce que le plateau rotatif (1) occupe une position fixe par rapport au dispositif de support
(2) et en ce que ce plateau (1) est muni d'au moins un organe (11) permettant un déplacement axial du tube de forage (4) pendant sa rotation, cet organe
(11) étant pourvu de moyens propres à transmettre le couple de rotation du plateau (1) au tube de forage (4).