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"SYSTEME DE SOUTENEMENT POUR MINES, DESTINE AUX FRONTS D'ABATAGE ET A LA CONSTRUCTION DE GALERIES"
Pour supporter et assurer le toit et les parois dans les mines, sans appui d'en bas, il est connu de pratiquer des forages dans les couches solides de la roche, forages dans lesquels on insère, pour les y fixer, des dispositifs d'ancrage, auxquels on réunit des chaînes, des câbles ou éléments analogues, afin de soutenir les. parties ébouleuses da la roche. Cette méthode manque cependant son. but dans les cas où. il n'existe pas un toit solide et sûr.
En outre, elle ne peut en aucun cas empêcher un déplacement du toit, pour la raison que le système de soutènement étant ancré dans le toit même, suit les déplacements de ce dernier.
On connaît en outre une méthode de soutènement du toit par on-dessous, consistant à pratiquer des forages dans la paroi de charbon, par exemple sur toute la largeur du tronçon d'abatage,
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et à introduire dans ces forages des chapeaux ou poutres transversales en vue de l'affermissement préliminaire, les éléments de soutènement étant posés librement dans les dits forages. Cette. méthode présente le désavantage que le système de soutènement ainsi réalisé n'offre qu'une faible résistance, étant donné que les poutres, qui sont simplement supportées par la paroi de charbon, ne travaillent qu'à la flexion. Cette méthode n'était donc pas susceptible d'empêcher le déplacement du toit.
Suivant la présente invention, les deux méthodes sont combinées en ce sens que des éléments métalliques de garniture (par exemple tubes ou fers ronds), partant des chapeaux d'un système d'étançonnement, sont introduits dans le massif à l'aide da forages profonds pratiqués dans la paroi de charbon, les dits éléments étant, d'une part, cramponnés aux chapeaux, à l'aide de butées et, d'autre part, ancrés dans la paroi de charbon. On obtient ainsi une liaison solide entre, d'une part, le systèma de soutènement constitué par les chapeaux et les étançons et, d'autre part, la paroi de charbon, liaison qui assure des avantagea particuliers inconnus à ce jour, en ce qui concerne la sécurité du chantier et le rendement de l'exploitation.
On a constaté notamment dans les mines profondes, dans lesquelles les veines "travaillent", que la toit mis à nu dana les chantiers subit non seulement un affaissement, mais encore un déplacement en direction du remblai. Ceci donne lieu à la formation de lézardes et de fissures, qui crevassent le toit et provoquent des éboulements, si la roche n'est pas soigneusement soutenue.
En outre, les crevasses, qui se forment lors du déplacement du toit, présentent le désavantage de constituer des poches à grisou.
L'invention permet de s'opposer efficacement à un déplacement trop accentué du toit et à la formation de lézardas et de fissures.
Un autre avantage essentiel de l'invention réside dans le
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fait que les éléments métalliques d'affermissement sont sollicités d'une façon très favorable, principalement à la traction, de sorte que leur matière constitutive est très judicieusement utilisée.
L'avantage technique et économique de l'invention réside dans le fait que les travaux d'extraction peuvent être exécutés, d'un bout à l'autre de chaque tronçon;' du système de soutènement, sans interruption et sans ttra gnés par des considérations imposées par la mise en place d'éléments de soutènement entre deux chapeaux consécutifs, le déplacement du dispositif d'enlèvement à la taille étant effectué facilement et rapidement par translation latérale et n'étant nullement entravé par les dits éléments de soutènement.
En outre, et suivant l'invention, les butées prévues sur les fers de garniture du côté soutènement, peuvent présenter la forme de crocheta ou de coins. Elles peuvent, de plus, être montées sur les fers de garniture d'une manière réglable, afin de permettre une adaptation, aux divers écartements entre cadres d'étançonnement consécutifs et entre ceux-ci et la paroi de charbon.
Du côté abatage, et lorsque la roche "travaille" fortement, l'affaissement rapide,qui en résulte, des parois des forages, suffit déjà, dans de nombreux cas, pour retenir fermement le fer de garniture, qui présente à cet effet des parties dépouillées à la fraisa au rendues rugueuses d'une autre manière, Là où la pression de, la roche est insuffisante, on utilise des dispositifs de serrage particuliers, qui s'aplatissent lors de leur insertion dans les forages, mais s'ouvrent en s'arc-boutant contre les parois de ces derniers lorsqu'on essaie de les retirer des dits forages.
Toujours suivant l'invention, le système de soutènement de mines qui en fait l'objet peut encore être amélioré par le renfor- cement des appuis pour les fers de garniture et par une augmentation de leur degré de sécurité, tant du coté de la paroi de charbon
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que du coté des cadres de soutènement, comme il sera décrit plus en détail à propos du deuxième exemple de réalisation.
Dans tous les cas, l'objet de l'invention peut être construit suivant le mode d'exécution préféré, qui consiste à réunir les fers de garniture entre eux par des dispositifs de connexion à articulation, en utilisant éventuellement des tendeurs spéciaux.
On décrira ci-après des exemples de réalisation avantageux de l'objet de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels les mêmes chiffres de référence désignent des éléments correspondants.
Dans ces dessins :
Fig. 1 est une vue en plan d'un système de soutènement pour mines, suivant l'invention; Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne I-L de Fig. 1;
Fige 3 est une vue en coupe analogue prise après établissment d'un nouveau cadre d'étançonnement et après avancement des fers de garniture;
Fig. 4! montre le fer de garniture, tandis que les Figs.
4B et 4C montrent des butées réglables prévues sur ce fer;
Fig. 5 est une vue en plan montrant un système de soutènement pour mines, d'une construction renforcée;
Fig. 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de Fig. 5;
Figs7 et 8 montrent deux mode s de réalisation des éléments intermédiaires;
Fige. 9 et 10 représentent un axemple de réalisation d'un dispositif d'ancrage, dans deux positions différentes;
Fig. 11 est une vue en coupe suivant la ligne XI-XI de Fig. 9.
Dans les Fige. 1 - 3, les éléments de garniture métalliques, établis sous forme de tubes, sont désignés par a1 (rangée 1) et a2 (rangée 2); ils sont posés sur les chapeaux b, lesquels sont supportés par les étançons c. Des pièces d'écartement d, en bois,
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sont disposéassur les chapeaux au droit de la surface d'appui de cea derniers sur les étançons c. Ces pièces d'écartement maintiennent una faible distance entre les chapeaux et le toit, entre lesquels elles permettent ainsi d'interposer les tubes servant de fers de garniture. Conne montré dans les Figs. 1-3, les extrémités postérieures des tubes a1 et a2 sont recourbées en forme de crochets et viennent s'engager, dans'leur position finale, derrière les chapeaux b (comp. Fig. 4A, à gauche).
Les extrémités avant de ces tubes, enfoncées dans le charbon, présentent des parties dépouillées à la fraise (Fig. 4A, à droite), qui, dans le cas de veines "travaillantes", permettent un serrage efficace des tubes dans les forages, grâce à l'affaissement des parois de ces derniers. L'expérience a montré qu'un tel serrage se produit encore lorsque l'extrémité du tube engagée dans le charbon présente une longueur de 60 - 100 cm.
La construction du système de soutènement suivant l'invention s'opère comme suit
Dans la phase représentée aux Figso 1 et 2, chacun des tubes a1 (rangée 1) est supporté par deux chapeaux, tandis que les ex- trêmités avant de ces tubes sont déjà dégagées. Par contre, les tubes a2 (rangée 2) reposent par leurs extrémités arrière uniquement sur le dernier chapeau, derrière lequel elles s'engagent par leurs bouts postérieurs crochus, tandis que leurs extrémités avant sont encore engagées dans le charbon sur une longueur de 60 - 100 cm. et sont ancrées dans celui-ci par la pression de la roche.
A ce moment, on comnence les opérations visant la consoladation d'un nouveau tronçon de toit, ce qui doit permettre d'avancer le front d'abatage. On pratique d'abord des forages au-dessous du toit, entre les tubes a2, aux endroits endiqués en pointillé dans la Fig. 1.
Après que le'dispositif d'enlèvement à la taille e' (couloir oscillant, ruban transporteur, ou analogue) a été déplacé,
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et un nouveau chapeau, ainsi que les étançons s'y rattachant, mis en place, corrme montré dans la Fig. 3, on tourne les tubes a1 de 90 autour de leur axe, afin que les crochets d'extrémité puissent glisser au-delà de l'avant-dernier chapeau, on les déplace vers l'avant et on les introduit dans les nouveaux forages jusqu'à une profondeur telle qu'après une nouvelle rotation de 900, les extrémités crochues des tubes viennent de nouveau se situer derrière le chapeau posé en dernier lieu. Entretemps, comme montré dans la Fig.
3, les éléments de soutènement sont enlevés du tronçon d'aba- tage situé en arrière et désormais désaffecté, ce tronçon étant ensuite remblayé ou foudroyé. Lorsque le front d'abatage atteint à peu près la ligne f-g (Fig. 3), on recommence les opérations qui viennent d'être décrites. On pratique donc de nouveaux forages qui, cette foisci, sont situés dans le prolongement des tubes a2 (Fig. 1), après quoi les tubes de la rangée 2 sont déplacée vers' l'avant et introduits dans ces forages. De cette façon, le toit du chantier, supporté par les chapeaux et les étançons, est à tout moment ancré par rapport à la paroi de charbon et à la roche située au-dessus.
Les deux extrémités des fers de garniture peuvent présenter différentes formes, tant en vue de l'ancrage dans le-charbon que pour la fixation aux chapeaux, Afin d'offrir une bonne prise, les extrémités des tubes onfoncées dans le charbon présentent utilement une forme semblable à celle d'un dard, comme montré à droite dans la Fig. 4A. On décrira dans la suite un dispositif de serrage agissant à la manière d'un coin. Le crochet d'extrémité h' prévu à l'autre bout du fer de garniture peut être ou bien fixe (Fig. 4A, à gauche), ou bien solidaire de, et mobile avec un manchon i' en forme d'écrou (Fig. 4B), afin de permettre un meilleur réglage de la longueur du fer de garniture. k' désigne un verrou supplémentaire.
Au lieu d'accrocher le fer de garniture au chapeau, on peut le maintenir en place par coincement contre
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le toit au-dessus du chapeau. Il est alors utile de donner à l'extrémité du fer de garniture une forme légèrement conique. Dans ce cas également, le cône montré à. la Fig. 4C peut être établi sous la. forma d'un écrou monté à position réglable sur l'extrémité du fer de garniture.
Figs. 5 et 6 montrent un système de soutènement renforcé, tel qu'il sa présente au moment où l'on a. atteint la phase qui précède immédiatement l'attaque de la paroi de charbon désignée par la. ligna de hachures croisées A- B. A ce moment, les fers d'affermissement et de garniture al, qui consistent ici en simples fers ronds par exemple, sont, d'une part, verrouillés au cadre d'étançonnement h, c au moyen de butées, et, d'autre part, enfoncés dans des forages pratiqués dans le front d'abatage, et ancrés dans la paroi de charbon à l'aide de dispositifs de coincement g.
Comme il ressort des Figs. 5 et 6, les fers de garniture a1 sont d'abord réunis, par l'intermédiaire de tendeurs 11 par exemple, à l'assem- blage de soutènement le plus rapproché du front d'abatage A - B et constitué par exemple de chapeaux h établis en fer en double T et d'étançons c. L'assemblage d'étançonnement qui précède inné diatement le front d'abatage est réuni à l'assemblage ou cadre suivant par des éléments particuliers a2, qui sont utilement établis de manière à constituer en même temps dés fers de garniture et peuvent former une garniture aussi compacte qu'on le désire. Des tendeurs peuvent aussi être intercalés dans le corps des fers de garniture a1.
Grâce à cette disposition, ces derniers constituent des points d'appui non seulement pour le cadre de soutènement le plus proche du front d'abatage, mais aussi pour les cadres ou assemblages suivants. Comme il apparaît dansle desain, des tendeurs f2 sont également intercalés dans les fers de garniture a2; ils permettent d'établir la liaison entre les différents assemblages, en produisant la tension préalable voulue. Sur les chapeaux b. des
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différents assemblages, on prévoit des patins 1 et e, qui présentent à leurs extrémités des chapes dans lesquelles peuvent s'engager les extrémités crochues des fers d'affermissement et de garniture a1 et a2 ou les extrémités des tendeurs f1 et f2.
Dans ce dernier mode de réalisation, les patins, d situés au-dessus des étançons c sont renforcés, corme montré dans la Fig.
8, de sorte qu'ils peuvent subir la pression du toit et la transmettre aux étançons respectifs c. situés directement au-dessous d'eux. Ils remplacent donc les pièces d'écartement en bois généralement employées à cette fin et sont plus robustes que les patins e montrés dans la Fig. 7. En outre, les patins [ peuvent présenter, sur leur côté tourné vers le toit, des bossages ou autres saillies par lesquelles ils s'agrippent au dit toit.
Le dispositif d'ancrage g montré ä titre d'exemple dans les Figs. 9-11, est constitué d'une partie supérieure h comportant une oreille i, destinée à s'articuler aux fers d'affermissement al, et d'une partie inférieure k. Pour réaliser une longue surface d'appui, l'élément supérieur h présente par exemple trois surfaces inclinées l, qui coopèrent respectivement avec autant de surfaces correspondantes formées sur l'élément inférieur k. De cette façon, le dispositif d'ancrage g augmente sa section active, c'est-à-dire sa pression d'appui, lorsqu'une traction est exercée sur la chape i, cette traction ayant pour effet de faire glisser les surfaces inclinées Iles unes sur les autres, d'où augmentation de la hauteur globale des éléments supérieur et inférieur, respectivement à et k.
Dans l'exemple de réalisation représenté au dessin, l'élément supérieur h et l'élément inférieur 1 du dispositif d'ancrage sont réunis entre eux par des jumelles particulières , dont les boulons s'engagent dans des boutonnières appropriées de ces deux éléments. En outre, l'élément inférieur 1 embrasse l'élément supé- rieur h, tout en assurant son guidage latéral, came montré dans
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la. Fig. 11. Les jumelles d'assemblage m servent non seulement à rendre les éléments h et k solidaires l'un de l'autre, mais aussi à limiter la course active des surfaces-coins l. Il va de soi que la limitation de cette course peut être assurée à l'aide de n'importe quels dispositifs de butée ou par tous autres moyens.
La course nécessaire pour rendre actifs les deux éléments du dispositif d'ancrage peut être obtenue soit à l'aide du tendeur f, soit par tout autre moyen voulu, soit, entièrement ou partiellement, par la pression de glissement de la roche, agissant sur le chapeau b et sur les fers de garniture a1.
Une fois tous les fers de garniture tendus à bloc, on peut 'commencer l'abatage, qui peut être poursuivi sans entraves et sans nécessiter la pose d'un nouvel étançon devant le front d'abatage, jusqu'à ce qu*on ait atteint la ligne C-D. Dès que cette ligne est atteinte, on procède de nouveau à la consolidation du toit.
On pratique d'abord de nouveaux forages dans le nouveau front d'attaque, entre les fers de garniture ou les dispositifs d'ancrage encore enfoncés dans le massif de charbon, ces forages étant établis, immédiatement au-dessous du toit, et cela sur une profondeur qui correspond. à la largeur du tronçon d'abatage, mesurée entre deux chapeaux consécutifs, augmentée d'une quantité qui dépasse largement la longueur d'un dispositif d'ancrage. Des dispositifs d'ancrage g sont introduits dans ces forages à l'aide de fers d'affermissement a1 et sont coincés dans le massif de charbon par application d'une traction appropriée ou de toute autre manière.
Ensuite, et après qu'on a déplacé la ramasseuse à la tailla. et, comme montré en pointillé dans les Figs. 5 et 6, établi un nouvel assemblage d'étançonnement, les patins.. des chapeaux des deux derniers assemblages d'étançonnement sont réunis à l'aide de tendeurs, moyennant intercalation de nouveaux fers de garniture a2 entre ces assemblages. Après que les fers de
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garniture nouvellement posés a1 ont été rendus solidaires du nou- veau cadre de soutènement, on peut attaquer le nouveau tronçon d'abatage de la manière décrite ci-dessus,.
Lors de la réalisation de l'objet de l'invention, et comme il ressort des Figs. 5 et 6, le dernier cadre de soutènement ou l'assemblage étançons-chapeaux d'aval, est décalé par rapport au que, front d'abatage, c'est-à-dire/ dans chacun des chantiers successifs, on abat du charbon en une quantité telle que la ramasseuse à la taille placée derrière le dernier assemblage d'étançonnement puisse encore se situer devant le nouveau front d'abatage avant la pose du nouvel assemblage d'étançonnement. On obtient ainsi l'avantage important d'un déplacement rapide et sans entraves, de la ramasseuse à la taille, et celui qui consiste en un abatage sensiblement facilité du fait de l'absence d'étançons de front de taille.
La présente invention n'est limitée ni à la disposition de chapeaux d'aval représentée aux dessins, ni, en principe, à un affermissement préliminaire très étendu d'un toit au-dessus de l'ensemble d'un nouveau chantier. Au contraire, il est tout aussi bien concevable que l'idée de base de la présente invention, à savoir, l'ancrage de fers de garniture dans le front d'abatage, soit éventuellement réalisée d'une façon consistant à. ne pratiquer, dans le nouveau front de taille, que des forages peu profonds destinés à recevoir les dispositifs de coincement et à l'ancrage des fers de garniture, ceci afin d'économiser un étançon de front de taille, lors des .travaux de havage. Dans ce cas, les étançons pour le front de taille peuvent être posés de la manière usuelle, une fois le havage terminé.
Par conséquent, dans ce dernier mode de réalisation, l'ancrage des fers de garniture joue le rôle d'un soutènement provisoire.
L'invention ne se borne nullement, dans l'ensemble, aux
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modes, de réalisation montrés aux dessins; au contraire, les solu- tions proposées et qui constituent le principe de l'invention, peuvent être mises en oeuvre de toute autre manière voulue. Par exemple, la liaison articulée entre les différents fers et leur mise sous tension peuvent être obtenues par tous les moyens usuels de la technique, L'invention. est tout aussi avantageusement appli- cable partout où il existe des conditions identiques ou semblables à cellea qu'on rencontra lors de l'abatage du charbon- ou de la construction de galeries.