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La présente invention a pour objet une canne de mineur et son in- jecteur utilisés pour le dépoussièrage et l'abattage du charbon de mine, l'eau étant émise par la canne à très haute pression bien que l'injecteur ne reçoive lui-même le liquide et l'air comprimé que sous faible pression, et que le mode d'émission de l'eau par la canne, ainsi que son mode de fi- xation dans la veine ou le banc de charbon ,prémunissent l'ouvrier contre le danger habituel de recul brusque et accidentel de la canne.
Les applications de l'invention ne sont d'ailleurs pas limitées à l'exploitation charbonnière, elles peuvent être étendues à tous les tra- vaux de mine ou de carrière requérant l'application d'eau sous forte pres- siono
On sait que l'injection d'eau sous pression dans les minerais et le charbon avant abattage diminue considérablement les dégagements de pous- sières, cause de silicose chez les mineurs ; cesinjections facilitent l'a- battage lui-même en désagrégeant les roches préalablement à tout travail des piqueurs.
Pour être efficaces, elles doivent être faites à des pressions d'eau atteignant parfois plusieurs centaines de kilogrammes au cm2; or, les techniques actuelles ne permettent pas d'amener dans les tréfonds de l'eau soumise à des pressions supérieures à environ 40 kilogrammes, selon la profondeur' du puits ;
et même, entre 30 et 40 kilogrammes, pressions souvent insuffisantes pour certains charbons durs et demi-durs, les diamè- tres des tuyauteries et la résistance de leur matériel posent des problémes de sécurité qui n'ont pas encore été résoluso Les pressions pratiquement réalisées, étant trop faibles entrainent ' des pertes de temps considéra- bles pour la pénétration de l'eau, de plus, avec une pression de 40 kilo- grammes environ, si pour une cause ou une autre, la canne à injection vient à être éjectée hors du trou de forage, et si l'ouvrier injecteur n'a pu immédiatement fermer le robinet d'arrivage d'eau, il est exposé à des ris- ques d'accident occasionnés par le "coup de fouet ".
La présente invention permet d'obtenir sur place des pressions d'eau atteignant si l'on veut les centaines de kilogrammes qui peuvent être exigés dans certains cas, et, de toutes façons, très facilement , les pres- sions comprises entre 50 et 300 kilogrammes, qui assurent un travail conve- nable de dépoussièrage et de désagrégation du minerai ou du charbon dans la plupart des cas, tout en ne demandant à l'admission dans l'appareil qu' une pression d'eau de quelques kilogrammes au cm2, et une pression d'air ne dépassant pas la pression habituelle des appareils à air comprimé (5 à 7 kilogrammes). Il est désormais possible d'utiliser cet appareil à n'im- porte quelle profondeur dans les galeries, avec des tuyauteries ordinaires, et un personnel ne risquant plus les accidents d'éjection de la canne, com- me antérieurement.
L'éjection accidentelle de la canne est pratiquement é- liminée, et même en cas d'éjection de la canne hors du trou de forage, l'ap- pareil selon l'invention s'arrête de lui-même.
Cet appareil associe le principe, connu en soi, du tiroir des ma- chines à vapeur, et celui de la multiplication des forces d'application de la pression d'un piston circulant dans un cylindre ,car il comprend un dou- ble piston composé de deux pistons de diamètres différents et solidaires l'un de l'autre, parcourant chacun un cylindre de diamètre correspondante Le grand piston reçoit la pression de l'air comprimé admis dans l'appareil, et le petit'piston transmet cette pression, multipliée selon le rapport des diamètres des cylindres, à l'eau (ou au liquide équivalent) admise sous la faible pression préalable par une valve à sens unique dans le petit cylin- dreo Cette eau est alors émise vers la canne d'injection à une pression très supérieure à celle de son admission dans le-petit cylindre.
Le va-et-vient des pistons a pour conséquence une émission d'eau sous forte pression par
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à-coups successifs, ce qui n'affecte en rien le dépoussiérage et améliore grandement la désagrégation des roches.
Quant à la canne d'injection elle-même, vissée sur l'extrémité de l'injecteur, elle distribue l'eau émise par ce dernier par des ouvertures latérales placées dans leur ensemble entre deux bourrelets de caoutchouc (ou matériau équivalent) prévues respectivement au milieu et au bout de la canne, de façon que cette dernière soit solidement saisie en ses deux zones correspondantes par le gonflement de ces bourrelets contre les parois du trou préalablement foré dans la veine.
L'injection de l'eau, faite latéralement et non plus en bout, sup- prime l'effort axial qui tendait auparavant à chasser la canne hors de son trou en cours de travail, la fixation de la canne en deux zones de sa lon- gueur lui donne une rigidité et une immobilité précieuses pour ce travail; -enfin sa fixation non seulement par son milieu, mais par son extrémité, la maintient en place lorsque le charbon s'écroule sous l'action des injections d'eau, et lui évite de sauter en arrière et de blesser l'ouvrier qui la ma- nie.
Sur les dessins annexés, on a représenté un exemple de réalisation de l'invention appliquée à une canne d'injection destinée à une mine de charbon, étant entendu que cette canne et son injecteur peuvent - dotés d'éventuelles modifications secondaires- servir pour l'attaque d'autres mi- nerais, potasses, etc....
On voit : figure 1, l'injecteur en coupe axiale générale, les pièces mobiles en position pour ladmission de l'eau à basse pression.
Figure 2, le même en position pour l'émission de l'eau à haate pression.
Figure 3, coupe axiale générale de la canne elle-même.
L'appareil selon l'invention comprend un corps de pompe constitué de deux parties cylindriques pouvant venir solidairement de fonderie; une partie ¯1 de grand'diamètre, une partie 2 de diamètre sensiblement plus pe- tito Le rapport des diamètres des parties 1 et 2 sera calculé en fonction du rapport recherché entre la pression de l'eau à l'admission dans l'appa- reil et sa pression à l'émission.
Dans un cas pratique, la partie cylindri- que 1 a un diamètre de 150 mm, et la partie 2 un diamètre de 24 mm ; mais ces nombres ne sont pas limitatifs et, pour un grand diamètre de 150 mm, on pourrait par exemple choisir des petits diamètres de 30 mm ou de 37 mm, la pression de l'eau à l'émission diminuant évidemment avec le rapport des diamètres entfe eux, pour une même pression d'air au cm2.
La partie supérieure de la partie cylindrique 1 est pourvue d'une collerette 3 percée de trous 3a taraudés pour la fixation de la culasse 4 par vis 3b, à l'extrémité du petit cylindre 2,est vissé un raccord en T dont la dérivation 6 (par laquelle l'eau arrive à basse pression,selon la flèche Z), est pourvue d'un clapet de retenue 3 à sens unique, ne lais- sant l'eau-passer que dans le sens de la flèche Z et-, comme le montrent les figures, d'un robinet R. Un filetage 8 sert à fixer la canne d'injec- tion par sa douille taraudée 51, et l'orifice d'émission est également pour- vu d'un clapet à sens unique 9 ne laissant passer l'eau que dans le sens de la flèche W.
Les parties cylindriques 1 et 2 sont parcourues respectivement par le double piston constitué par les éléments 10 et 11, lesquels sont solidaires l'un de l'autre (ils peuvent être venus ensemble de fonderie).
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Un joint torique 12 assure l'étanchéité indispensable entre la chambre 14 située au-dessus (sur la figure) du grand piston 10, et la chambre 15, si- tuée sous ledit piston; cette-dernière chambre est prolongée par le manchon
16 séparant le corps cylindrique 2¯ du piston 11 (figure 2). Des regards 17 percés dans le fond 1' du corps cylindrique 1, permettent une décompression modérant le va-et-vient du double piston.
Le double piston est taraudé depuis la face supérieure du grand piston 10, selon un filetage 18 qui se prolonge par un trou borgne 19 pro- longé sur la plus grande partie de la longueur du petit piston 11, et for- mant une chambre cylindrique étroite et longue.
Le taraudage 18 reçoit la partie filetée d'une butée 20 elle-même percée axialement pour le passage de la tige de soupape 21 dont l'extrémité inférieure pénètre plus ou moins dans la chambre 19 pendant le fonctionne- ment. Cette extrémité porte un ressort à boudin 22 pouvant prendre appui d'une part sur le siège 23 constitué par la face inférieure de la butée 20, et d'autre part sur la collerette ou bague d'extrémité 24, vissée au bout de la tige 21.
L'extrémité du petit piston 11 est percée d'un trou borgne 25 per- mettant à une vis 26 de fixer et de serrer le joint d'étanohéité 27. L'étan- chéité est complétée par un joint torique ¯28'logé dans une gorge circulaire ménagée à cet effet dans l'épaisseur du piston 11. On isole ainsi de façon rigoureuse le manchon 16 rempli d'air, et la chambre inférieure 29 remplie d'eauo
La culasse 4 est profilée , dans sa partie supérieure en un corps de soupape cylindrique 30. Ce corps renferme deux chambres cylindriques axi- ales 31 et 32, dont la première a un diamètre plus grand que la seconde, ce qui détermine entre elles un siège circulaire 33. A la hauteur du siège 33 un petit passage 33' permet la décompression de l'air pendant le mouvement de la soupape.
A mi-hauteur de la chambre 32, une chambre circulaire 34 communique avec la canalisation 35 par où l'air comprimé arrive selon la flèche Y, et, par la chambre circulaire 34 et les trous radiaux 36, arrive dans la chambre 14 lorsque les pistons et la tige 21 sont dans la position "haute" (figure 1) .Trois butées 49, coulées dans la masse métallique de la culasse 4, arrêtent la -course du piston 10 avant que la butée centrale 20 ne vienne heurter la culasse.
Le piston 10 est ainsi prémuni contre tou- te déformation périphériqueo
Deux canalisations 37 et 37a, forées parallèlement à l'axe géné- ral des cylindres et pistons dans la masse du corps de soupape 30, mettent en communication la chambre 14, avec la chambre 38 ménagée sous le couver- cle 39 et s'étendent plus ou moins dans la partie supérieure du corps de soupape, selon la position de la tête de soupape 40. Cette communication est ouverte ou fermée selon que la tête 40 démasque ou obture le trou radi- al 37' percé entre les canalisations 37 et 37a et la chambre 38. Des joints toriques 41 et 41', logés dans une gorge circulaire de la soupape, sépa- rent de façon rigoureusement étanche les chambres 38 et 31. Un joint tori- que 42 isole de même les chambres 31 et 32.
Le couvercle 39 est percé de lumières 45 permettant, pour une certaine position de la tête 40, l'échap- pement libre de l'air comprimé dans la chambre 14.
Le tête de soupape 40 est constituée elle-même en duuble piston à deux diamètres, elle est vissée sur l'extrémité supérieure de la tige 21. Entre la tête 40 et la butée 20, la tige 21 porte encore la bague 43 et le ressort à boudin 44, tous deux coulissant librement sur la tige 21.
L'eau (qui arrive selon la flèche Z, sous une pression modérée à quelques kilogrammes), s'accumule dans la chambre 29; sa pression n'est pas
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encore suffisante pour compenser la résistance des roches à l'injection, ré- sistance qui applique provisoirement le clapet 9 contre son siège et interdit temporairement l'émission de 1 eau dans la canne d'injection. Mais l'augmen- tation de la pression dans la chambre 29 suffit pour repousser le joint 27 et, avec lui, le double piston 10/11. Ce déplacement provoque une augmenta- tion de volume de lachambre 15, autorisée par une entrée d'air extérieur par
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les passages li.
La chambre 14 diminue de volume avec une facilité initia- le due au fait que l'admission d'air comprimé est alors interdite par l'é- lémentapiston supérieur de la tête de soupape 10 .. dont l'élément-piston in- férieur masque les passages radiaux 36 . D'autre part, l'air en excès dans la chambre s'échappe initialement par les passages lL 37a. l.1: et ¯45 encore libres, par l'intermédiaire de la chambre 38.
10/ Au commencement de son mouvement ascentionnel, le double-piston
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10 11 coulisse sur la tige 21, qui reste tout d'abord immobile, puis la butée circulaire 20 repousse le ressort 44, lequel repousse à son tour la bague coulissante 43 le long de 13,tige, jusqu'à ce que cette bague vienne porter
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contre le siège formé par la partie inférieure 40a du double piston 40. La continuation du mouvement du double piston 10/11 provoque alors un déplace- ment, dans le même sens, du double piston 40; ce déplacement est limité pour suffire à ce que la partie inférieure (de petit diamètre) de ce piston, dé- masque les passages 36 tandis que sa partie supérieure (de grand diamètre)
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vient masquer les passages 37 et 37a..
Il en résulte que l'air comprimé arri- vant selon la flèche Y, peut traverser le canal circulaire 34, et, par la chambre 32., pénétrer dans la chambre 14 dont il ne peut s'échapper par les
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passages IL bouchés en 37'? La pression d'air dans la chambre 14 augmente donc progressivement, jusqu'à compenser puis dépasser la pression de l'eau dans la chambre 29. (La chambre 38 est réduite à son volume minimum). Les pièces sont dans la position de la figure 1.
Ce renversement du rapport des pressions provoque celui du mouvement des pistons, qui redescendent vers la position de la figure 2; le grand piston 10 refoule par les passages 17 l'air de la chambre 15, qui diminue de volume, le petit piston 11 comprime l'eau enfermée dans la chambre 29, avec une force inversement proportionnel- le au rapport des diamètres des pistons 11 et 10; cette compression applique
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le clamet 1 contre son siège et arrête temporairement 1 admission d'eau par le passage 6; elle surmonte la résistance des roches à l'injection; le cla- pet 2 s'ouvre et l'eau est poussée en force selon la flèche W dans la canne d'injection,
Le déplacement vers le bas de l'ensemble des pièces mobiles les a ramenées dans la position représentée sur la figure 2 ;
l'admission d'air est fermée à nouveau, la baisse de pression dans la chambre 298 permet de nouveau l'admission de l'eau à pression modérée, et le cycle recommence.
En fin de travail, pour supprimer, la surpression de l'air dans
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le corps de l'injectouoe (chambre 14) on enfoncera le bouton-poussoir .12, dont la tige refoulera devant elle le piston 10.9 ce dernier, tout en manquant l'arrivée d'air comprimé dans le canal circulaire 34 et les cham-
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bres 32 et 14. démasquera les ouvertures z par lesquelles l'air surcom- pressé dans la chambre 14, ira s'échapper par les lumières 45. Un ressort à boudin 47 rappelle le poussoir 46/48 sur sa position initiale.
La figura 3 montre la canne d'injection à haute pression annexée à l'injecteur. Cette canne permet d'injecter de l'eau sous une pression qui
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pourra dépasser 150 kg/cm2 dans mnforage préalablement creusé.Elle com- prend un tube central 50 à une extrémité filetée duquel est vissée une douil- le 51 taraudée en 52 que l'on visse à son tour sur le filetage terminal 8
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(figure 1) de l'injection.
A son autre extrémité, le tube j50, est taraudé pour recevoir un bouchon fileté 53 que l'on peut retirer pour les nettoya- ges. Sur la tête de ce bouchon est vissé un écrou ¯51 formant butée pour le triple manchon ± en caoutchouc ou autre matériau élastique équivalent, en-
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filé sur l'extrémité du tube 50.Une couronne 56 contrebute le manchon du côté opposé, elle peut glisser sur le tube 50.
Sur cette couronne vient por- ter à son tour un tube 57 concentrique au tube 50, puis se succèdent le ' long de ce dernier: une couronne-butée 58 analogue à la couronne 56, un tri- ple manchon de caoutchouc 59, analogue au triple manchon 55, une couronne- butée 60, un tube extérieur 61, une couronne-butée 62 se prolongeant par une douille cylindrique 63 d'un diamètre sensiblement supérieur à celui du tu- be 61, A la hauteur de cette douille, le tube intérieur 50 est enveloppé par un manchon 64 portant un filetage carré 65 sur lequel peut progresser dans un sens ou dans l'autre, une couronne taraudée 66 manoeuvrable par des poignées 67.
En vissant la couronne 66 sur le filetage 64, on la fait avancer vers la gauche de la figure 3, elle repousse ainsi devant elle la douille 63 et, avec celle-ci, l'ensemble des pièces 62, 61, 60, 59, 58, 57 et 56, cette dernière couronne étant arrêtée par le manchon 55. Néanmoins, en rai- son de l'élasticité des manchons 59 et 53 et de la rigidité des autres piè- ces coulissantes, ces manchons sont amenés à se comprimer dans:le sens axi- al, et à se bomber en conséquence, leur augmentation de diamètre est utili- sée lorsque la canne est introduite dans le forage préparé pour elle dans la veine de charbon. La canne est introduite avant que les poignées 67 ne provoquent la compression axiale des manchons 59 et 55.
Ceux-ci, augmentant de diamètre du fait même de cette compression assurant un blocage efficace de la canne dans l'âme du trou préalablement foré. Le manchon 59.est com- primé entre les couronnes-butées 58 et 60, le manchon 55 entre la couronne- butée 57 et l'écrou-butée terminal 54.
La canne se trouve ainsi fixée solidement, à la fois dans sa par- tie médiane par le manchon 59 et à son extrémité par le manchon 55.
Les tubes 50 et 57 sont percés de 'petits trous 68, en nombre va- riable et répartis au mieux dans la partie des tubes comprise entre les deux manchons triples 55 et 59.C'est par ces trous que l'eau sous pression lancée par l'injecteur dans le tube 50sera envoyée dans la roche environ- nante, cette émission latérale se transforme en effort axial dans les deux sens sur les pièces 56 et 58, ce qui équilibre la poussée axiale et ne tend pas à faire reculer la canneo Cet avantage, joint au double blocage de la canne par les manchons élastiques, permet l'application de pressions liqui- des considérables sans danger pour l'ouvrier.
De plus, lorsque le charbon s'écroule sous l'action de l'eau, c'est seulement dans une zone située net- tement en arrière du manchon terminal, lequel reste toujours fixé dans la roche, ce qui permet à l'ouvrier de prendre des précautions de sécurité sans s'occuper de l'appareil , celui-ci ne risque plus de reculer brusque- ment vers l'ouvrier comme le faisaient les cannes à émission d'eau en bout et à un seul manchon élastique prévu dans la partie médiane de la canne.
Pour retirer la canne après le travail, il suffit, après arrêt de l'arrivée d'eau, de tourner les poignées 67 en dévissant et de faire reculer la couronne 66. L'élasticité des manchons triples rappellera l'en- semble des pièces mobiles sur leurs positions initiales ,de repos.
Lorsque les manchons de caoutchouc sont usés par leur frottement contre la roche, on peut les remplacer facilement en dévissant l'éorou-bu- tée 54, ce qui permet de retirer par glissement axial les deux manchons et le tube intermédiaire 57. Les manchons usés sont remplacés par des man- chons neufs et les pièces remises en état.
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