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Poteau de mine.
On sait qu'en vue de l'introduction et du développement des travaux mécaniques d'extraction et de chargement dans l'ex- ploitation minière, il est de première importance de perfec- tionner de plus en plus les nombreuses formes de construction connues des poteaux de mines. En particulier lorsqu'on applique le procédé d'extraction par rabotage, on a besoin de poteaux avec lesquels on obtient un affaissement préliminaire du toit beaucoup plus faible que ce n'est encore fréquemment le cas.
Il faut donc que le poteau puisse supporter Immédiatement des pressions aussi fortes que possible pour une variation simulta- née aussi faible que possible de la longueur. Il est particuliè- rement important, pour pouvoir se rendre compte des possibilités d'utilisation d'un poteau déterminé, employé à cet effet, de considérer la forme de la courbe caractéristique pression-affais- sèment qui en général, dépend plus ou moins de la forme de
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construction de la boîte de serrage.
En général, on a besoin d'un poteau au moyen duquel la charge prend sa valeur maximum (charge nominale) après un affaissement de faible amplitude, autrement dit, en partant de la charge de serrage maximum qui peut être obtenue à la main (par exemple de 4 à 5 t), il faut, qu'après un affaissement d'environ 20 mm, on obtient la charge nominale, c'est-à-dire celle sous laquelle le poteau doit com- mencer à s'affaisser pour assurer la protection proprement dite (par exemple 40 t). Enfin le comportement du poteau sous une charge supérieure à la charge nominale est également très im- portant.
D'après les principes généralement admis, pour un poteau idéal convenant à l'extraction par le procédé du rabotage, le rapport entre un affaissement lent et l'augmentation de la charge doit être tel qu'un affaissement de 10 mm corresponde à une augmentation de charge de 1 tonne. Il faudrait donc, qu'un poteau supportant, l'état non affaissé, une charge de flambage de 60 t, supporte, après un premier affaissement de 20 mm, la charge nominale de 40 t correspondant aux deux tiers de la char- ge de flambage pour supporter, au cours d'un nouvel affaisse- ment de 200 mm, 20 t de plus, ce qui fait que l'on atteint la charge totale de flambage de 60 t. D'ailleurs, étant donné que le poteau s'est raccourci, cette charge de flambage a augmenté simultanément pour atteindre 65 à 70 t.
Le même poteau réglé pour une charge de 20 t, supporterait, après un nouvel affaisse- ment de 200 mm, une charge de 40 t, c'est-à-dire se comporterait précisément de la manière la plus avantageuse au point de vue de l'affaisement total, car son affaissement doit être plus grand que dans le cas de l'extraction par havage. Mais il n'existe pas encore à l'heure actuelle de poteau remplissant complètement ces conditions.
L'invention a pour objet un autre moyen pour remédier aux difficultés auxquelles donnent lieu les poteaux en acier en service ; dans le poteau de mine suivant l'invention, poteau qui
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comprend un tronçon supérieur et un tronçon Inférieur réunis par une boîte de serrage à friction avec dispositif mécanique de mise en charge, ce dernier dispositif se compose de plusieurs pièces de roulement identiques en forme de lamelles superposées, de section allongée qui sont disposées entre deux surfaces de serrage parallèles, entre lesquelles elles peuvent rouler, et dont la surface intérieure s'applique contre le tronçon supé- rieur et peut être entraînée par lui, parallèlement à l'axe du poteau, par frottement.
On utilise à cet effet, de préférence, des pièces de roulement dont les surfaces de roulement ont une forme courbe spéciale correspondant à celle de la courbe carac- téristique affaissement-charge, qu'on désire obtenir, par exemple de façon qu'un affaissement de faible amplitude, jusqu'à la char- ge nominale, soit suivi d'un affaissement de plus grande ampli- tude jusqu'à la charge de flambage. Il convient que la position initiale du flasque de serrage entraîné, par frottement, par le tronçon supérieur (pour limiter le parcours de roulement) soit variable au moyen d'une vis de réglage, afin qu'on puisse régler d'avance une charge déterminée.
Il est particulièrement avanta- geux de donner à la section des pièces de roulement une forme sensiblement rectangulaire, dont deux arêtes opposées sont rem- placées par des courbes de roulement de forme spéciale.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les tronçons supérieur et inférieur du poteau consistent en deux tubes coulissant l'un dans l'autre, de préférence en acier de haute résistance, le tronçon supérieur étant maintenu dans la position désirée, entre le flasque de serrage contigu et une bande de serrage reliée au tronçon inférieur. On obtient ainsi un poteau tubulaire possédant des caractéristiques statiques les plus avantageuses et d'une forme de construction ramassée et satisfaisante. De plus, dans le poteau tubulaire. la surface de serrage extérieure a la forme d'une cage circulaire, les pièces de roulement étant disposées en colonne, entre les surfaces de
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serrage, sous forme de couronne autour du tronçon supérieur.
De préférence, les surfaces de serrage ont une section polygonale la forme des pièces de roulement étant adaptée à celle de cette section. La surface de serrage intérieure polygonale est subdi- visée dans le sens de l'axe du poteau, le nombre des flasques de serrage, rectilignes en dehors et ronds en dedans, corres- pondant à celui des colonnes de pièces de roulement qui forment la couronne.
Il est possible de supprimer les flasques de serrage intérieurs spéciaux et d'utiliser le tronçon supérieur lui-même comme surface de serrage intérieur. Si les colonnes de pièces de roulement sont suffisamment subdivisées, on peut renoncer à la forme de construction polygonale et donner à la section une forme circulaire qui simplifie notablement la fabrication et l'ensemble. La boîte de serrage mobile sur le tronçon supérieur repose sur le tronçon inférieur, de préférence sans attache ri- gide avec lui. On peut disposer, entre la boîte de serrage et l'extrémité de tronçon inférieur, un dispositif de serrage à coin qui, de préférence, entoure le tronçon supérieur, sous la forme d'un double coin auto-serreur.
De plus, il convient de disposer sur le tronçon supérieur une pièce annulaire mobile qui peut être reliée, avec un certain degré de liberté, aux flasques de serrage ou sur laquelle s'ap- puient les pièces de roulement, cette pièce annulaire comportant deux appendices diamétralement opposés qui, de leur coté, coopè- rent avec des rampes complémentaires du double coin. Les surfaces complémentaires et les surfaces du coin peuvent avoir des ram- pes différentes.
Dans ces conditions, lorsqu'on enfonce le coin, la boîte de serrage ne glisse pas le long du tronçon supérieur sans venir en prise avec les pièces de roulement, la surface de serrage extérieure étant seule déplacée vers le haut et pro- voquant le commencement du mouvement de roulement, tandis que la surface de serrage intérieure reste immobile ou se déplace même vers le bas.
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D'autres avantages et caractéristiques d'un poteau de mine réalisé suivant l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée donnée ci-après, description qui se rap- porte à quelques exemples de réalisation d'un poteau tubulaire représentés schématiquement sur le dessin annexé, l'invention n'étant toutefois pas limitée à un poteau tubulaire.
Sur ce dessin : la fig.l est une coupe longitudinale du poteau et de la boîte de serrage, en position de fin de course du dispositif mécanique de mise en charge; la fig. 2 est une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la fig.l; la fig.3 est une coupe longitudinale analogue à celle de la fig.l, sur laquelle le dispositif mécanique de mise en charge est dans une position intermédiaire; la fig.4 représente, à plus grande échelle, une partie du dispositif mécanique de mise en charge; la fig. 5 est une coupe longitudinale du poteau, coupe dans laquelle le dispositif mécanique de mise en charge est dans une position intermédiaire; la fig.S est une coupe longitudinale suivant la ligne VI-VI de la fig.5; la fig.7 est une coupe transversale suivant la ligne VII- VII de la fig.6; la fig.8 est une coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation;
la fig.9 est une coupe longitudinale suivant la ligne IX-IX de la fig.8; la fig.10 est une coupe transversale suivant la ligne X-X de la fig.9.
Un tronçon de poteau supérieur tubulaire a est monté coulissant dans un tronçon de poteau tubulaire inférieur b. Une tête de poteau c, mobile en tous sens, est reliée au tronçon
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supérieur par un joint à rotule. Une rotule d est soudée sur le tronçon supérieur a, comme l'indique le dessin. Une bague de sûreté 1 maintient la rotule d dans la tête c. La bague 1 est soudée sur la tête c. On peut ainsi régler à volonté la position de la tête c, de façon à compenser une charge excentrique.
Une bande de serrage e est soudée sur le tronçon infé- rieur b et entoure, d'une part, le tronçon supérieur a, et d'autre part, un dispositif de serrage à coin et un dispositif mécanique de mise en charge. Le dispositif de serrage à coin consiste en un coin de glissement f et en un coin fixe g, ainsi qu'en un coin de pose h qui, lorsqu'on l'enfonce dans l'évide- ment i, dans le sens transversal du dispositif de serrage à coin,provoque l'effort de serrage nécessaire. Pour récupérer le poteau, on enlève le coin de pose h et on se sert éventuelle- ment d'un évidement k ménagé au-dessus du coin de glissement f pour débloquer le dispositif de serrage à coin. Des pièces de roulement o en forme de lamelles planes sont disposées, suivant l'invention, entre deux flasques ou mâchoires de glissement m et n.
Le flasque de glissement m se trouve entre le dispositif de serrage à coin f, g, h et les pièces de roulement o, il ne peut être poussé que perpendiculairement à.l'axe du poteau. Le flasque de glissement n s'applique directement contre le tron- çon supérieur et peut être entraîné par lui, par frottement, dans le sens de l'axe. Les deux flasques de glissement m et n comportent respectivement des appendices en forme de consoles ml et n3 pour limiter la position des pièces de roulement o en haut et en bas. La vis de réglage p limite la position supérieu- re du flasque de glissement n, lorsque le dispositif mécanique de mise en charge n'est pas en action. Le flasque de glissement n est maintenu dans cette position supérieure par un ressort q, lorsque le dispositif mécanique de mise en charge n'est pas en action.
Ce flasque peut comporter en outre une garniture de frein, par exemple en alliage antifriction, pour présenter un coefficient de frottement avantageux.
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La fig.5 représente le dispositif de serrage à coin en position de blocage, le dispositif mécanique de mise en charge n'étant pas en action. Dans cette position, le poteau est en place et le dispositif de serrage à coin exerce la charge de serrage ou de pose. On règle la valeur de la charge désirée en limitant la position initiale du flasque de glissement n au moyen de la vis de réglage p. Lorsque la charge augmente, le tronçon supérieur a descend dans le tronçon inférieur b, en en- traînant, par frottement, le flasque de serrage n. Il en résulte que les pièces de roulement o roulent, suivant la courbe de roulement prévue, et arrivent finalement dans la position de la fig.l.
Au cours de ce mouvement, elles exercent en quelque sorte une action de levier à genouillère et développent un effort suf- fisant pour que la totalité de la charge nominale soit supportée par la boîte de serrage. En choisissant d'une manière appro- priée la courbe de roulement, on peut faire en sorte que la charge nominale soit déjà atteinte avec un affaissement relativement faible et que l'affaissement continue lentement jusqu'à ce que la charge de flambage soit atteinte. Comme on l'a indiqué sur la fig.2, le flasque de serrage n peut être en plusieurs pièces ni, n2, d'où il résulte, en particulier avec les poteaux tubu- 1 aires, une meilleure répartition des pressions sur la périphé- rie du tronçon intérieur a.
On voit, d'après la fig.4 à plus grande échelle, que la forme de la courbe de roulement peut être choisie arbitrairement.
Les pièces de roulement représentées o ont en coupe transversale, une forme rectangulaire, les arêtes opposées du rectangle étant arrondies. La troisième pièce de roulement à partir du bas com- porte par exemple un rayon r, dont la longueur est à peu près égale aux deux tiers de l'épaisseur de la lame:-. tandis que l'arc de cercle se raccorde à une ligne droite sur le troisième tiers de l'épaisseur de la lamelle. Il en résulte qu'une fois que la portion en arc de cercle a roulé, l'effet de serrage -augmente notablement, et ceci d'autant plus que la différence
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entre les longueurs des diagonales de la section est plus grande.
Simultanément, les pièces de roulement pénètrent dans les flas- ques de serrage, ce qui engendre une résistance supplémentaire.
La diminution de longueur initiale du tronçon, au moment où la poussée du terrain commence à se faire sentir, est donc aussi faible que possible, en raison de l'effort considérable ainsi obtenu, de sorte que le terrain n'a aucune possibilité de s'ef- fondrer. Des essais d'étalonnage permettent facilement de donner à la courbe de roulement la forme qui convient le mieux aux con- ditions de service désirées. Il est par exemple possible de re- noncer de piano à la conicité du tronçon supérieur a, considérée comme indispensable jusqu'à présent, étant donné qu'une fois la charge nominale atteinte, le nouvel accroissement de la poussée qui se produit est également absorbé à l'intérieur du dispositif mécanique de mise en charge, conformément à la courbe de roule- ment.
On peut donner, à la section des lamelles qui servent de pièces de roulement, une forme quelconque et, à la courbe, la forme qui correspond le mieux à la caractéristique affaissement- charge. On peut également utiliser n'importe quel profil de po- teau lorsque le nouveau dispositif mécanique de mise en charge doit fonctionner en combinaison avec le montage à rotule de la tête.
Le dispositif mécanique de mise en charge des poteaux tubulaires des figs.5 à 7 est monté dans une botte circulaire 2 entourant le tronçon supérieur 1 laquelle boîte est fermée, en haut, par une plaque 3 et comporte, en bas, un rebord intérieur 4 en saillie pour former une cage. La paroi intérieure de la cage 2, aisément déplaçable sur le tronçon supérieur, est subdi- visée polygonalement en surfaces de serrage contre lesquelles s'appliquent radialement un nombre égal de piles de pièces de roulement 5.
Les empilages de ces pièces s'appliquent, en di- rection centripète, contre des flasques de serrage 6, qui sont disposés tout autour du tronçon supérieur et qui sont entrai-
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nés, par frottement, pendant le mouvement de descente du poteau, jusqu'à ce que la totalité de l'action de serrage soit obtenue, au'bout d'un faible affaissement. Les flasques de serrage sont séparés les uns des autres par des intervalles étroits pour n'opposer aucun obstacle au mouvement de poussée radiale. Les pièces de roulement sont également séparées les unes des autres par des intervalles suffisants pour éviter qu'elles ne se gênent mutuellement au moment de l'opération de serrage, lorsque leur angle d'inclinaison diminue, par exemple par suite de la forma- tion d'une voûte, etc.
Les flasques de serrage 6 comportent, à leur extrémité inférieure, des saillies 7 délimitant la position des pièces de roulement 5. Une pièce annulaire 8, coulissant sur le tronçon tubulaire supérieur 1, est reliée, avec un certain degré de li- bertÉ, aux flasques de serrage 6 et comporte, disposés sur deux côtés diamétralement opposés, des appendices 9 formés par des méplats qui ne se prolongent pas tout-à-fait jusqu'à l'extrémi- té inférieure. La charge de serrage nécessaire est obtenue, au moment de la pose du poteau, par un dispositif de serrage à coin en forme de double coin 10, qu'on enfonce entre la cage de ser- rage 2 et l'extrémité supérieure, taillée en biseau et renfor- cée en conséquence, du tronçon inférieur 11.
Le coin 10 comporte à l'intérieur des rampes supplémentaires 12 qui passent au-dessus des saillies 9 de la pièce annulaire 8 et qui ont pour but de maintenir les flasques de serrage 6 dans leur position, au mo- ment où on enfonce le coin, pour amorcer le mouvement de roule- ment des pièces de roulement 5. On peut même provoquer un léger mouvement descendant des flasques de serrage 6 en enfonçant le coin, ceci en augmentant légèrement l'inclinaison des rampes 12 du coin par rapport à celles du coin 10. On accélère ainsi l'ac- tion de serrage des pièces de roulement 5 lorsqu'on enfonce le coin. On évite simultanément le déplacement des pièces de rou- lement vers le haut, le long du tronçon supérieur 1, sans coin- cement avec la cage 2.
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Un perfectionnement notable, par rapport à la botte de serrage du premier exemple de réalisation, réside dans le fait que cette boîte n'est pas reliée rigidement au tronçon infé- rieur et qu'elle repose simplement sur lui sous forme de butée fixe du tronçon supérieur. Après desserrage du coin 10, desser- rage qui débloque ainsi le dispositif mécanique de mise en char- ge, on peut déplacer la boîte 2 sur le tronçon supérieur 1 et, en resserrant le coin 10, l'immobiliser de nouveau dans n'importe quelle position. Le coin reste accroché à la boîte, même après le décoincement, tant que les rampes 12 se trouvent sur les appendices 9 de la pièce annulaire 8. Si on désire retirer com- plètement le coin, on le tire vers la droite (fig.7) jusqu'à ce que la rampe 12 ait quitté les appendices 9, après quoi on peut l'enlever en l'abaissant.
Les figs.8 à 10 représentent une forme de réalisation lé- gèrement modifiée du dispositif mécanique de mise en charge, forme de réalisation dans laquelle les pièces de roulement 5' s'appliquent directement contre la paroi du tronçon supérieur 1, les flasques de serrage intérieurs étant supprimés. Les pièces de roulement reposent, d'une part, sur le bord en saillie 4' de la cage 2' et, d'autre part, sur une pièce annulaire 8' qui est maintenue sur les appendices 9 par la rampe supplémentaire 12 du double coin 10, de sorte qu'au moment où l'on enfonce le coin, le bord 4' amorce le mouvement de bascule des pièces de roulement.
Les pièces de roulement 5' étant disposées autour du poteau, non seulement on obtient une meilleure répartition des poussées sur toute la périphériedùtronçon supérieur 1, mais encore (en raison du nombre plus grand de pièces de roulement) on augmente sensiblement et d'une manière certaine le serrage proprement dit. Malgré ces avantages, on simplifie encore la forme de construction. L'invention n'est d'ailleurs pas limi- tée aux exemples de réalisation représentés.