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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE FORAGE DE TROUS DE MINE ET DE FENTES POUR L' EXTRACTION DES MINERAUX ET POUR LE TRANSPORT.
L'invention concerne un procédé pour le forage de trous de mine de grande section notamment dans l'exploitation minière et s'étend à un dispositif destiné à la mise en application de ce procédé,
Elle a pour but de permettre la réalisation de trous de mine (ainsi que de fentes) de grande section avec comparativement une très faible dépense d'énergie et de façon correspondante une faible dépense d'énergie et de façon correspondante une faible usure spécifique des outils de forage.
L'invention repose sur le fait qu'il est plus avantageux dans le travail de forage de mettre en action les outils coupants de préférence et surtout par chocs en utilisant la haute résistance à la pression des carbures des outils coupants, plutôt que de les faire agir par découpage. En effet, les contraintes auxquelles sont exposés les outils coupants au carbure dans un travail par coupage, compte tenu des propriétés du carbures'exercent beaucoup plus défavorablement dans le sens de l'usure. les outils étant en outre exposés dans ce cas à des contraintes d'échauffement inadmissibles.
Par le procédé de l'invention on a la possibilité d'une grande économie d'énergie pour la commande des outils de forage agissant par chocs. au moyen d'un moteur tournante en appliquant un nouveau procédé suivant lequel l'attaque du terrain se fait. non pas vers l'avant de la tête de 1' outil, mais dans un sens sensiblement radial. Suivant une forme d'exécution de 1'invention, les outils sont actionnés par un arbre tournant par l'intermédiaire d'un excentrique ou organe analogue. de sorte qu'ils exécutent des mouvements de choc intermittents de haute fréquence le long de trajectoires courbes avec des composantes de mouvement radiales et axiales qui se superposent.
Dans ce but, les outils coupants qui se composent par exemple de pièces de forme ou de pointes de carbure. sont disposés suivant l'in-
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vention sur le pourtour de supports tronconiques. Ces supports sont disposés en un certain nombre, l'un derrière l'autre et avec des diamètres croissants et sont montés fous sur un arbre tournant sur lequel sont montés des excentriques, de préférence dans une disposition alternativement opposée de support en support. Une autre solution consiste en ce que l'arbre est coudé alternativement dans un sens ou dans l'autre et imprime de cette fagon aux pièces supports.. et par conséquent aux outils montés sur ceux-ci, des impulsions de choc dont les points d'impact se déplacent d'une façon continue sur le pourtour de la paroi du trou de forage.
Pour la disposition des outils coupants qui, par le mouvement qui leur est communiqué par les cônes de support, exécutant le travail de broyage de la paroi du forage, il est nécessaire, pour garantir le processus de roulement sur la paroi de terrains que dans chaque position de service au moins, un outil coupant par cône soit en prise avec le terrain.
La distance des trajectoires de coupe, disposées l'une derrière à l'autre, des outils de travail, mesurée en projection sur le plan perpendiculaire à l'axe du cône (qui est sensiblement l'axe du forage) est pratiquement choisie égale à l'excentrage "e" choisi et ne doit en aucune façon dépasser le double de cet excentrage pour assurer qu'un outil coupant se trouve avant le choc de travail.. appliqué à chaque fois à l'intérieur du cercle de coupe des coupes précédentes dans le sens du forage. La plus grande longueur efficace d'arête coupante est obtenue en réalisant un cercle de coupe fermée dans les plans de coupe. Ces cercles de coupe fermée disposés sur une enveloppe conique peuvent également être constitués sous forme d' une spirale de coupe fermée qui s'enroule autour du cône de support sur un ou plusieurs tours.
Il est également possible de placer sur l'enveloppe conique plusieurs spirales de coupe avec un pas correspondant.
Le cercle de coupe fermé assure un effet de coupe élevé, mais exige aussi une puissance également élevée qui. avec les grands diamètres d' élargissement, exige les grandes surfaces de terrain et les terrains durs rencontrés dans l'exploitation des mines nécessitent de puissantes unités de commande à éviter.
Les cercles de coupe peuvent donc être divisés en un ou plusieurs segments dentés, ce qui a pour résultat en outre de moindres frais d'achat pour les outils de coupe.
La largeur des segments de coupe, leurs distance l'un par rapport à l'autre dépend en premier lieu de l'excentrage qui détermine la profondeur de coupe et la dimension des courbes hypocycloidale de trajet de roulement des cônes sur le terrain. Le mouvement des outils coupants sur les hypocycloides présente une rétrogradation par rapport au sens de rotation de l'arbre d'entrainement entre deux sources d'excentrique.
Compte tenu de ce mouvement des outils coupants dans le plan perpendiculaire à 1' axe du forage, il y a lieu de réaliser pratiquement la disposition des différentes coupes de telle sorte que le ou les outils coupants, à chaque rétrogradation sur le pourtour de la paroi du forage, attaque toujours des surfaces de terrain non travaillées, ce qui fait qu'après une révolution complète du cône de travail, les surfaces de travail des différents outils coupants doivent couvrir l'ensemble du cercle de coupe. Cette condition n' est pas absolue. Entre les deux pistes de coupe des deux passes il peut rester de petites côtes ou nervures de terrain qui peuvent être ensuite détruites par un anneau de coupe supplémentaire placé en dessous des segments de coupe avec une dépense de travail réduite.
En décomposant les cercles de coupe en grands segments de coupe on amène pratiquement ceux-ci à coïncider avec la longueur de la rétrogradation sur l'enveloppe de terrain. Une décomposition de ces segments en différentes dents qui permet de réaliser à peu de frais une garniture de leurs arêtes coupantes avec des plaquettes de carbure, offre l'avantage de moindres frais et permet la fixation de ces dents sur l'enveloppe du support au moyen de queues coniques. Le nombre et la distance des dents entre elles sur le cercle de coupe, se déterminent d'après les trajectoires de coupe des outils coupants. L'arête coupante
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des outils coupants se trouve pratiquement dans le plan du cercle de coupe.
Mais elle peut aussi, comme dans le cas des spirales de coupe formées être inclinée par rapport à celui-ci. Les flancs latéraux des dents peuvent s' étendre en directions parallèles ou radiales. Dans les couches de terrain très durs il est cependant à recommander de placer les flancs latéraux obliquement et en fait dans le sens de la rétrogradation sur les hypocycloi- des.
Par le travail de ces outils il se produit ainsi au point de forage un profil conique. le cas échéant en gradins, du trou de forage.
Le broyage des éléments du terrain par suite du simple effet de choc est renforcé avantageusement par l'introduction d'une composante supplémentaire de cisaillement.
Ce mode de travail peut être réalisé de la façon la plus simple suivant l'invention par le fait que les excentricités (cames, arbres coudés ou organes analogues). sont inclinées par rapport à l'axe d'entraînement.
Cette installation se fait soit dans le sens de rotation de 1' arbre de commande, soit dans le sens inverse. Il se produit de ce fait un ébranlement du support par lequel des mouvements axiaux sont communiqués aux outils coupants en même temps et en plus de leurs mouvements radiaux.
Un mouvement de raclage des outils coupants peut être également provoqué dans un but analogue par une modification de l'excentrage "e" à 1' intérieur d'une seule et même pièce excentrique.
Par suite du pourtour différent du cône de coupe et de la paroi du terrain, il se produit lors du roulage des outils coupants sur la paroi de terrain un glissement latéral des outils coupants.
Au cas où en raison de l'usure du taillant il se révélerait opportun de supprimer ce mouvement, il y a lieu de constituer le cône complet d'un système d'excentrique par des disques montés fous qui portent des outils coupants sur leur pourtour. Chaque disque a alors une vitesse angulaire correspondante au diamètre et à la rétrogadation (dl).
Au lieu de plusieurs enveloppes coniques successives, comme décrit précédemment, suivant une autre forme d'exécution mais avec un mode de fonctionnement fondamentalement identique, les outils peuvent par exemple être disposés aux extrémités de bras supports successifs et de cette façon produire simplement des fentes ou coupures. De ce fait, le travail de broyage produit se trouve diminué, si les côtes qui subsistent entre les fentes sont ensuite broyées par un dispositif de choc qui fonctionne par exemple suivant le principe du broyeur percutant à croisillons dans lequel l'outil est monté sur l'arbre de commande et est entraîné directement par celui-ci.
Dans ce cas, il est avantageux de constituer les bras supports ou les coins supports de telle façon qu'ils soient soulevés par une force mécanique, par exemple la force d'un poids ou d'un ressort, à chaque fois dans la position neutre (à chaque position négative de l'excentrique).
Dans ce cas une inclinaison de l'axe de l'excentrique n'est plus nécessaire.
Si deux bras supports seulement sont prévus en face l'un de l'autre, seul l'aile qui se trouve à la position zéro se déplacera à chaque fois dans l'entaille et deviendra efficace dans la période de pression suivante avec la course totale de l'excentrique.
Le nouveau procédé peut s'employer aussi bien pour réaliser des trous de forages ronds que ceux différant de la forme circulaire, par exemple des forages ovales, les contours périphériques des outils coupants devant simplement correspondre au profil du trou à faire. En général, ce procédé est réalisé en employant un avant trou pour l'introduction et le guidage de l'outil. Mais on peut aussi combiner avec l'outil lui-même un outil de préforage entraîné par le même arbre.
La disposition des outils ainsi que le montage excentré des
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pièces de support se fait pratiquement de telle sorte que notamment les forces radiales produites forment un système de forces fermé.
Comme cependant,, malgré les précautions de construction.. il se produit des inégalités de structure du terrain qui déplacent d'un côté ce système de forces. l'emploi de guidage peut être pratiqué pour maintenir la direction de forage ou pour agir sur elle. Ces guidages peuvent être disposés avant la tête de l'appareil dans l'avant trou ou entre deux jeux de taillants ou derrière le dernier jeu de taillants. La constitution des guidages peut être telle qu'ils se composent d'anneaux fermés ou de plusieurs bras. Ces guidages doivent être montés fous sur des tétons (pièces d'excentriques) ou sur l'arbre moteur central. Des galets de guidage disposés centralement sur l'arbre d'entrainement sont employés de préférence dans l'avant trou ou disposés entre deux jeux de taillants.
A un galet monté sous l'outil d' agrandissement est de préférence imparti un montage excentrique afin de permettre d'employer un anneau de guidage ou des bras de guidage de faible diamètre qui permettent une introduction facile lorsqu'on entre l'appareil dans le trou de forage. Si on force en remontant avec un avant trou, 1' outil est tenu'par un câble traversant l'avant trou qui exerce de ce fait en même temps une pression d'avancement. Autrementl'avance se fait de la façon habituelle par une timonerie d'avance appropriée.
Dans le mode d'entraînement par ébranlement des outils. il se produit déjà par cela même des composantes de force axiales dans le sens de l'avancement qui donnent une part essentielle de la pression de forage nécessaire.
Le moteur de commande qui tourne par exemple à 375-700 tours est pratiquement monté directement sur l'outil ou réuni à celui-ci par un mécanisme d'engrenages.
Les dessins joints représentent à titre d'exemple des formes d'exécution du dispositif servant à la réalisation du procédé de l'invention, tous les détails non essentiels, ainsi que différentes possibilités de commande étant omis pour plus de clarté.
La figure 1 représente une coupe axiale à'travers l'appareil introduit dans un trou de forage, ainsi que des coupes b-d suivant la ligne I-I' de la figure 1 avec différentes possibilités d'exécution des supports d'outils coupants. '
La figure 2 représente schématiquement dans les vues a-f une série de possibilités différentes de travail du nouvel outil.
Les figures 3a et 3b représentent schématiquement une élévation et une coupe partielle ainsi que la projection d'un cône avec chaque fois un segment coupant dans un cercle de coupe et un outil de coupe de finition de pose à la suite.
La figure 4 représente une élévation et une coupe partielle d'un cône support avec dents séparées dont les flancs sont placés obliquement ainsi que l'outil de coupe de finition placé chaque fois à la suite.
Dans les dessins, 1 désigne l'arbre de commande de l'outil entraîné en rotation par un moteur 8. Sur celui-ci, suivant l'exemple d' exécution représentée sont montées des douilles excentriques 2 au nombre de cinq,, en dispositions alternativement opposées l'une à l'autre. Sur chacune de ces douilles excentriques est monté fou un support de forme tronconique dans l'exemple choisi, support qui est équipé sur son pourtour avec les outils coupants 5. Ces supports peuvent, comme la plupart de ceux représentés, être en une seule pièce ou encore se composer, comme c'est le cas du support inférieur portant le repère 6 dans la figure Ia, de plusieurs disques disposés l'un au-dessus de l'autre.
Cette forme d'exécution a pour but, comme il a été expliqué ci-dessus, de compenser les différentes rotations en retour provoquées par la forme conique à l'intérieur d'un cône d'une longueur axiale relativement grande. de manière à éviter qu'il ne se produise d'assez grandes tensions latérales et à diminuer de cette façon
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l'usure de l'outil coupant.
Dans la figure 1, 10, 11 et 12 représentent des galets parmi lesquels 10 constitue un guidage disposé dans l'avant trou et 12 un guida- ge disposé après le dernier jeu de couteaux, l'un et l'autre étant montés excentriquement. Le guidage 11 est centré sur l'arbre de commande et est disposé entre deux jeux de taillants, ce guidage s'appuyant sur la surface cylindrique du terrain réalisée par l'anneau de coupe inférieur du premier corps coupant.
Suivant l'exemple d'exécution un outil de préforage 7 agissant par rotation est en outre monté sur l'arbre 1, outil qui est par l'inter- médiaire de cet arbre également entraîné par le moteur 8. S'il existe déjà un avant trou, cet outil est bien entendu supprimé.
Parmi les vues en coupe de la figure 1 à droite. la coupe b est celle faite à travers un support constitué sous forme d'un cône complet.
Elle montre le mouvement qu'exécute le support sous l'effet de l'excentrique.
La coupe c représente un support qui est formé par des bras porteurs disposés en étoile, de sorte que-dans le travail de l'appareil, il reste entre les différents bras des côtés qui. comme il a déjà été expliqué ci-dessus. sont enlevés ultérieurement par un dispositif non représenté entraîné par l'arbre.
La coupe d représente le profil du apport dans le cas de 1' exécution d'un trou de section elliptique.
Dans la figure 2 sont représentés schématiquement, en coupes axiales, différents processus des mouvements axiaux parmi ceux mentionnés précédemment. Les deux coupes axiales a et b représentent le basculement de l'axe excentrique d'une quantité a par rapport à l'axe de commande et dans le sens du plan de l'excentrique. Le croquis b représente une vue en élévation perpendiculaire au plan de l'excentrique avec le même basculement.
Les croquis c et d de la figure 2 sont des vues en élévation vues dans le même sens, le croquis d représentant la diminution de la valeur E de l'excentricité, tandis que c montre la position oblique provoquée dans le sens de l'avancement par cette diminution de la valeur E.
Les représentations e et f montrent l'application simultanée des mesures exposées dans les représentations e et b d'une part et c et d d'autre part, c'est-à-dire une variation étagée de 1'excentricité, le cône support étant divisé en un nombre correspondant de disques indépendants qui suivent normalement les déplacements d'embranchement engendrés par le basculement de l'axe.
Dans la figure 3 est représentée la disposition des segments indépendants 5 et de l'outil de coupe de finition, par une vue en élévation partielle et une vue en plan du cône 3. Les outils de coupe principaux et de finition correspondants sont,désignés dans les figures 3 et 4 par les mêmes lettres a-c.
Dans la figure 4 est représentée la disposition des outils de coupe principaux 5. constitués sous forme d'outils indépendants et des outils de coupe de finition 9. Les dents qui constituent les outils de coupe principaux 5 ont ici une position oblique dans le sens de la rétrogradation, qui est indiquée par la flèche intérieure en pointillé. La flèche intérieure indique le sens de rotation de l'axe de l'arbre moteur. En coupe partielle est représenté le montage de la dent de coupe au moyen d'une queue conique.
L'outil de coupe de finition peut avantageusement être disposé en dessous du cercle de coupe des outils de coupe principaux. Le but d'un tel outil de coupe de finition consiste à éviter qu'il ne reste des côtes ou nervures entre les dents espacées ou des côtes se produisant
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éventuellement par suite de la rupture d'une dent.
Un avantage particulier du procédé réside dans l'énergie extraordinairement faible qui est nécessaire à la commande de l'outil, du fait de l'absence de masses importantes. de sorte qu'il est possible de transformer une partie largement prépondérante de l'énergie de commande en une forte composante de pression correspondante. Dans le nouveau mode de travail., la haute résistance à la pression du carbure est utilisée de façon particulièrement avantageuse.,
Le procédé'de l'invention permet de réaliser des trous de forage avec des sections qui corespondent à celles de petits puits et ouvre donc des possibilités tout à fait nouvelles dans ce domaine.
Le procédé n'a été précédemment représenté et décrit simplement que dans certaines formes d'exécutions mais il n'est bien entendu pas limité aux possibilités d' exécution et d'application indiquées à titre d'exemple.