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"Perfectionnoments aux procédés et appareils pour faire sauter ou abattre certaines matiè- res telles que la houille".
La présente invention est relative à un pro- cédé et à un appareil perfectionné pour faire sauter ou abattre certaines matières telles que la houille.
Le procédé et l'appareil faisant l'objet de la présente invention sont essentiellement basés sur l'utilisation d'air ou autre gaz à haute pression sans avoir recours à la combustion ou sans emploi de la ohaleur,de l'électricité,ou d'éléments chimiques, en a déjà proposé d'utiliser de l'air compri- mé pour l'abatage de la houille et autres matières,
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mais.jusqu'ici.on n'a pu trouver aucun procédé et aucun appareil entièrement pratiques et satisfaisants.
La présente invention a pour objet un procédé nouveau: permettant d'appliquer de l'air ou autre gaz- à haute pression à l'abatage de la houille et autres matières,, et elle a également pour objet certains perfectionne- ments avantageux apportés aux appareils proposés jus- qu'ici dans ce but .
L'invention consiste en un procédé pour faire sauter ou abattre certaines matières telles que la houille; ce procédé consiste à introduire,dans une matière du genre indiqué,.une cartouche destinée à rece- voir et à contenir une charge d'énergie potentielle, à déterminer,dans ladite cartouche,à partir d'un point éloignée l'accroissement progressif d'une charge d'éner- -gie potentielle,à cesser d'accroître cette charge lorsqu'elle a atteint une valeur désirée.et à effec- tuer,! partir d'un point éloigné,la libératian,dans ladite matière.de ladite charge d'énergie potentielle à la valeur qu'elle a atteinte .
Dans le dessin annexé :
La fig.l est une vue d'ensemble montrant l'appareil appliqué à l'abatage de la houille .
La fig.2 est une vue en coupe longitudina- le faite par une forme de cartouche,pouvant être utili- sée suivant le procédé faisant l'objet de la présente invention .
La fig.3 est une vue en coupe longitudina- le faite par une variante de cartouche .
La fig. 4 est une vue analogue faite par une troisième forme de cartouche .
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En se reportant tout d'abord à la fig.l,on voit que 2 désigne un front de taille,qui est convenable- ment entaillé par en dessous et dans lequel est foré un trou destiné à recevoir une cartouche 1 du genre représenté dans les fig.2,ou 3,ou 4 un tuyau d'alimen tation 3 s'étendant de la cartouche jusqu'à un compres- seur 4 . Il est entendu que le compresseur 4 sera nor- malement placé dans un endroit où il sera complètement à l'abri des éclats et qu'il ne se trouvera pas en re- gard du front de taille à abattre .Sur le tuyau d'ali- mentation 3 sont montés un robinet 5 et un manomètre 6, ce, dernier indiquant naturellement à tous moments le degré de pression du fluide qui a été introduit dans la cartouche.
Dans une position du robinet 5de l'air à haute pression peut être envoyé du compresseur 4 dans la cartouche 1 en passant par le tuyau 3,tandis que dans une autre position du robinet 5,l'arrivée d'air à haute pression à la cartouche est complètement coupée et le tuyau 3 est mis en communication avec l'atmosphère,un orifice d'échappement latéral appra- prié 5' pouvant être prévu pour mettre le tuyau 3 en communication avec l'atmosphère lorsque le robinet est ainsi, réglé .
En se reportant maintenant à la fig.2 on voit que la cartouche représentée dans cette figure con- siste en un corps en acier 7 comportant une chambre intérieure de réception de la charge,qui est fermée. à une extrémité de la cartouchepar un chapeau 8.L'ex- trémité opposée de la cartouche,qui peut-être de cons-' truction robuste,,présente plusieurs orifices d'échap- pement radiaux 15.Une ouverture 14,commandée par une
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soupape sert à mettre l'intérieur de la cartouche en communication,dans les conditions voulues,avec les ori- fices d'échappement 15.
L'ouverture 14 constitue un siège de soupape conique destiné à coopérer avec une
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soupape 13,àe forme oorrespondantetportée par une extré- mité d'une tige 12. L'extrémité opposée de la tige 12 porte un piston 12 a qui s'adapte à glissement dans l'alé- sage intérieur formé dans la cartouche. Le chapeau 8 pré- sente une lumière axiale 11 destinée à être mise ere com- munication avec un tuyau 3 d'amenée d'air à haute pres- sion,qui peut-être raccordé au chapeau S par des élé- ments 9 et 10 @
Le principe de fonctionnement de cette forme de cartouche sera décrit avant de donner une description des autres formes de cartouches mentionnées et du mode d'emploi de ces cartouches.
En supposant que le tuyau 3 soit relié à une source appropriée d'air ou autre gaz à haute pression,on remarquera que le premier effet de 1'introduction de l'air dans la cartouche par l'orifice lissera d'exercer une pression considérable sur la sur- face du piston 12 a .déplaçant ainsi celui-ci ainsi que la tige de soupape et la soupape 13,dans le sens axial et appliquant fortement ladite soupape 13 sur la surfaoe 14. Cette opération ayant eu lieu, du reste instantanément l'air à haute pression passe assez graduellement autour du piston et arrive dans la chambre principale de récep- tion de la charge de la cartouche.
Sous ce rapport,il y a lieu de mentionner que le piston s'adapte assez libre- ment dans l'alésage de la cartouche,afin que l'air à haute pression introduit en avant du piston puisse gra- duellement passer de l'autre coté pour former dans la
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chambre principale;
une charge complète d'air.Apres qu'une charge ayant le volume et la pression désirés a été in- troduite dans la chambre principale de la cartouche,le piston doit être actionné pour écarter la soupape 13 de son siège,permettant ainsi l'échappement de la charge entière à travers les orifices d'échappement 15 et dans la matière environnante à abattre.Ceoi est effectué d'une manière excessivement simple,en réduisant la pression dans la petite chambre de la cartouche qui se trouve eh avant du piston 12a .Ainsi,en mettant le tuyau 3 en com- munioation avec l'atmosphère,le petit.volume du gaz qui se trouve en avant du piston s'échappe facilement,par l'orifice 11 et le tuyau 3,
dans l'atmosphère déterminant ainsi une chute instantanée de pression dans la petite chambre située en avant du piston.Ceoi provoque naturel- lement une différence de pression sur les cotés opposés du piston,la pression régnant sur le coté postérieur du , piston dépassant de beaucoup celle régnant sur le coté opposée ce qui détermine un rapide mouvement axial du piston dans le sens voulu pour écarter la soupape 13 de son siège. Cette action est naturellement suivie par l'échappement en principe instantané de la totalité de l'air à haute pression,par les divers orifices d'échap- pement 15,dans la matière environnante à abattre - La fig.3 représente une variante de cartouche établie pour fonctionner précisément suivant le même principe que celui décrit en référence à la figure 2.
Dans ce cas,.la cartouche ainsi que ses orifices d'échap- pement,son chapeau d'extrémité,le tuyau d'alimentation et le racoord de tuyau,sont exactement les mmes que dans la fig.2 et sont désignés par les marnes nombres de'
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référence.Toute la différence entre les deux dispo- sitifs consiste dans la forme du piston et de sa sou- pape .La tige 16 présente une forme tronconique à une extrémité pour constituer une soupape correspondant à la soupape 13 de la construction décrite ci-dessus et,à son extrémité opposée,ladite tige 16 comporte un piston.
Toutefois,dans ce cas,le piston est pourvu d'une garniture convenable constituée par des cuirs emboutis 20 et des bagues de retenue 21.@ l'intérieur du piston est disposée une soupape supplémentaire 17 établie pour assurer une obturation hermétique,comme indiqué en 18,en s'appliquant sur une bague 19.Un ressort 23 sert à maintenir normalement la soupape 17 appliquée hermétiquement sur la bague 19,Plusieurs orifices 22 assurent la communication entre les deux cotés du piston lorsque la soupape 17 est dans la position ouverte .
Le fonctionnement du dispositif représenté fig.3 est le suivant
En supposant que le tuyau 3 soit relié à une source d'air à haute pression,l'air amené par le tuyau 3, et admis,par l'orifice 11,dans la petite chambre 25 se trouvant en avant du piston,a tout d'abord pour effet de déplacer le piston et les organes s'y rattachant axialement dans un sens pour fermer la soupape se trouvant à l'extrémité d'échap- pement de la cartouche.Lorsque le piston a atteint la limite de son déplacement dans ce sens,la pression continuant à augmenter dans la chambre 25,a pour
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effet d'ouvrir la soupape 17 en opposition à l'action du ressort 23,permettant ainsi à l'air- à haute pres- sion de passer directement de la chambre 25,par les orifices 22,
et d'arriver dans la chambre principale 24 contenant la charge.Lorsqu'une charge ayant le volu- me et la pression désirés a été introduite dans la chambre 24,on peut couper l'arrivée d'air fourni par le tuyau 3,conditions dans lesquelles le piston reste- ra en position pour maintenir la soupape,située à l'extrémité d'échappement de la cartouche,de façon à assurer une obturation hermétique.
Ceci peut être expliqué par le fait que la surface du piston soumise à l'action de l'air à haute pression contenu dans la chambre 25 est sensiblement plus grande que la surface du piston soumise à la pression régnant dans la cham- bre 24*Il y a également lieu de remarquer que la pression régnant dans la chambre 2 sera normalement plus grande que celle régnant dans la chambre 24 d'une quantité en principe égale à la pression requise pour ouvrir la soupape 17 en opposition à l'action du res- sort 2,.Il est évident que si on laissait s'échapper brusquement dans l'atmosphère l'air sous pression contenu dans la ohambre 25,
le piston serait immédia- tement déplacé par la pression régnant dans la chambre 24 dans le sens voulu pour ouvrir la soupape située à l'extrémité d'échappement de la cartouche et per- mettrait le libre échappement à l'extérieur de l'air à haute pression contenu dans la chambre 24,échappe- ment s'effectuant par les orifices d'échappement radiaux .Ceci est précisément la façon dont la
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cartouche se trouve tirée,à la fois dans le présent cas et dans le cas de la construction représentée fig..
Dans la fig.4 on a représenté une cartouche comportant un corps 7,un chapeau d'extrémité 8,et un chapeau d'échappement 6 présentant plusieurs orifices d'échappement radiaux 19.La cartouche est pourvue d'un mécanisme de soupape différentielle consistant en une tige 28 s'étendant sur toute la longueur de la cartou- che et à une extrémité de laquelle est fixée une sou- pape 29 établie pour obturer l'ouverture du chapeau 26 ladite tige 28 porte,à son extrémité opposée, un plon- geur 30 s'adaptant à glissement dans une chambre 31 formée dans le chapeau d'extrémité 8,Ue plongeur 30 présente plusieurs trous 32 qui le traversent oomplè- tement.Une soupape de retenue annulaire 33 entoure la tige 28 et est pressée par un ressort 34,comme repré- senté,
contre le plongeur 30 pour obturer les orifices 32 ménagés dans ce dernier .Le ressort 34 réagit con- tre un écrou 35 également porté par la tige 28.
De l'air à haute pression est introduit dans la cartouche par un passage de chargement 36 formé dans le chapeau d'extrémité 8,un raccord 37,vissé dans le chapeau d'extrémité 8,servant à fixer une tuyauterie 38 s'étendant à partir de ce chapeau jus- qu'à une source appropriée d'air à haute pression indiquée dans son ensemble en 39.Dans la tuyauterie 38 est monté un robinet 40 présentant un orifice d'échappement latéral 40'.Il est à remarquer que le passage de chargement 36 présente une section transversale relativement faible .
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Le réglage du robinet 40,dans une position permet à l'air à haute pression de passer de la sour- oe 39 directement dans la chambre 31 du chapeau d'ex- trémité 8 ; cet air,empruntant ensuite les divers ori- fices 32 ménagés dans le plongeur 30,passe au-delà de la soupape de retenue 33 et arrive dans la ohambre principale 41 de réoeption de la charge.Lorsqu'une charge ayant la pression désirée a été introduite dans la chambre 4-1, ainsi que cela peut être indiqué par un manomètre approprié monté sur la source d'ali- mentation ou dans la tuyauterie 581,le robinet 40 est actionné pour libérer cette charge par les orifices 15 du chapeau d'échappement 26 de la cartouche.Ainsi en amenant le robinet 40 dans la position voulue pour couper l'arrivée d'air à haute pression(provenant de la source 39)
à la cartouche et pour mettre la partie de tuyauterie 38 s'étendant entre le robinet 40 et la cartouche en communication avec l'atmosphère par l'o- rifice d'échappement latéral 40',une chute apprécia- ble de pression est provoquée dans la chambre 51,ce qui a pour effet,en raison de la pression sensible- ment plus élevée régnant dans la chambre 41,de déter- miner le déplaoement instantané de l'ensemble du mé- canisme de soupape différentielle vers l'extrémité de la cartouche comportant le chapeau 8,permettaht ainsi à l'air à haute pression de sortir de la cham- bre 41 par les orifices 15 pratiqués dans le chapeau d'échappement 26*En rappelant que le passage d'échap- pement 36 présente une seotion transversale relative- ment faible,
on comprendra aisément que l'échappement
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de l'air à haute pression hors de la chambre 41,par les orifices d'échappement 15,seulement pendant une très faible fraction d'une seconde,aura pour effet de faire tomber la pression dans la chambre 41 à un degré inférieur à la valeur de la pression régnant dans la chambre 31*lorsque ceci se produit le mécanisme de soupape différentielle se déplace immédiatement axia- lement dans le sens opposé et obture louverture formée dans le chapeau 26.Il y a lieu de seréférer à nouveau ici à la section transversale relativement faible du passage 36 et de mentionner que si ce passage avait une grande section transversale,ainsi que cela est le cas pour l'orifice 11 des formes de cartouches repré- sentées fig. et 3,
1'action d'obturation de la soupape différentielle qui vient d'être décrite ne se produi- rait pas.En d'autres termes,la section transversale du passage 36 doit être telle que la mise en communi- cation de la tuyauterie 38 avec l'atmosphère détermi- nera une réduction plus rapide de la pression régnant dans la chambre 31 que oelle qui se produit dans la chambre 41 lorsque la soupape différentielle est dans la position ouverte.Il y a également lieu de faire remarquer que la rapidité de la chute de pression dans la chambre 31,avant l'ouverture initiale de la soupape différentielle,n'est pas importante,car la mise en communication de la chambre 31 avec l'atmosphère.,par une ouverture quelconque quelle que petite soit-elle,
provoquerait éventuellement une différence de pression c'est-à-dire que la pression régnant dansla chambre 41 dépasserait oelle régnant dans la chambre 31 d'une
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quantité suffisante pour déterminer l'ouverture de la soupape différentielle.Toutefois,une fois que la soupape différentielle a été amenée dans la position ouverte,la rapidité relative de la chute de pression dans les chambres 31 et 41 devient importante,et o'est pour cette raison que la faible section transversale du passage 36 provoque l'action décrite ci-dessus.
Il est naturellement entendu que l'ouverture et la fermeture de la soupape différentielle,comme décrit ci-dessus,ne représente qu'un seul cycle du fonctionnement et que,.dans la pratique,cette soupape s'ouvrira et se fermera un certain nombre de fois, assurant une succession de décharges distinctes,dont le nombre et l'intensité dépendent de la pression et du volume d'air ou autre gaz introduit dans la car- touche *.L'expérience a démontré qu'avec une charge d'air à 700 atmosphères dans la chambre 41 de la car- touohe,il se produira généralement quatre ou cinq décharges distinctes diminuant progressivement de force et de volume de la première à la dernière.Bien que l'on ait dit que cette aotion se manifestait sous la forme d'une succession de décharges distinctes,
il est entendu que ces décharges se succèdent très rapidei ment .L'action répétée de la soupape différentielle se poursuit en tous cas jusqu'à ce que les valeurs des pressions dans la cartouche soient tombées à un degré tel qu'elles ne sont plus suffisantes pour actionner la soupape différentielle.
D'après la description qui précède,on voit qu'une charge d'énergie potentielle est progressive- ment formée à l'intérieur de la cartouche à partir-
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d'un point éloigné,aprèsque la cartouche a été in- troduite dans un trou foré dans la matière à faire sauter ou à abattre,et que la formation de cette char- ge peut être interrompue après que celle-ci a atteint une valeur désirée,après quoi la libération,dans la matière,de la charge d'énergie potentielle,à la valeur qu'elle a atteinte,peut être effectuée sous contrôle également à partir d'un point éloigné.11 est égale- ment évident que la présente invention permet de tirer une cartouche à volonté sous toute pression désirée,
allant d'une pression dépassant légèrement zéro jus- qu'à la pression maximum pouvant être obtenue à l'aide d'un compresseur d'air. Ce résultat est obtenu en ac- tionnant simplement le robinet 5 pour couper l'arrivée d'air fourni par le compresseur et pour mettre le tu- yau 3 en communication avec l'atmosphère lorsque la pression désirée a été atteinte,pression qui est indi- quée par le manomètre 6.La présente invention assure donc une souplesse de fonctionnement qui n'a pu être atteinte jusqu'ici avec aucun procédé d'abatage,en ce sens que chaque coup de mine individuel peut être tiré sous une pression destinée à accomplir précisément la quantité de travail que ce coup de mine doit effec- tuer.Dans l'abatage de la houille,par exemple,
il arri- ve fréquemment que lorsqu'un certain nombre de trous ont été forés et que des cartouches y ont été placées, le tir d'une ou plusieurs de ces cartouches peut laisser très peu de travail à effectuer par les cartouches restant à tirer,et,dans ce cas,le présent procédé permet de déterminer exactement la somme
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de force éxigée pour le travail à effectuer.Il est également important de remarquer que le mécanisme de la cartouche utilisée avec le présent procédé,n'a pas besoin d'être fabriqué avec précision,ainsi que cela serait le cas si cette cartouche devait rester chargée pendant un temps très long.Par exemple,dans le présent procédé,une légère fuite de la soupape placée à l'ex- trémité d'échappement de la cartouche,n'a que très peu d'importance,
étant donné que cette fuite se pro- duirait seulement pendant que l'air à haute pression est introduit dans la cartouche à une vitesse assez rapide et que la cartouche serait tirée immédiatement lorsque la charge atteint la pression désirée.Il y a également lieu de faire remarquer que la cartouche peut rester reliée au tuyau d'alimentation 3 et être ainsi utilisée pour tirer tout nombre désiré de coups de mine.Le tuyau d'alimentation 3 doit affecter la forme d'un tube flexible armé approprié,susceptible de supporter en toute sécurité des pressions extrême- ment élevées.Ainsi,l'invention n'exige aucun agent dilatable autre que l'air comprimé,et n'oblige pas à établir des raccords et à les défaire chaque fois que la cartouche est tirée et est préparée en vue de la recharger .En réalité,
la présente invention permet de réaliser un dispositif utilisable en principe d'une façon permanente et susceptible d'effectuer une somme importante de travail utile d'une manière exactement contrôlée en ayant simplement à faire les frais de production du volume nécessaire d'air ou autre gaz à haute pression
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L'invention permet égalanent d'obtenir un autre avantage qui n'a pas été mentionné jusqu'ici et qui ne peut être assuré par de nombreux procédés con- nus d'abatage à la mine.Ainsi,il est parfaitement possible de tirer simultanément deux ou. un plus grand nombre de cartouches,
sans qu'une ou plusieurs cartou- ches d'une série puissent ne pas partir.La mise en communication avec l'atmosphère d'un seul tuyau four- nissant de l'air à haute pression à deux ou un plus grand nombre de cartouches servirait à tirer chacune desdites cartouches sans possibilité de raté en rai- son d'une réduction instantanée de pression dans la chambre de contrôle de chaque cartouche par la mise en communication avec l'atmosphère du tuyau d'alimen- tation commun qui y est relié.Dans la plupart des autres formes de dispositif d'abatage à la mine,
il existe des facteurs variables qui empêchent le tir sur et certain de deux ou d'un plus grand nombre de cartouches simultanément
La source d'air ou autre gaz à haute pres- sion peut être autre qu'un compresseur.Il est égale- ment entendu que,dans ce cas,on ne revendique pas le mécanisme intérieur des cartouches représentées ici pour décrire le procédé et l'appareil faisant l'objet de la présente invention .