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Procédé et dispositif pour le percement de galeries, de tunnels, de puits, de canaux ou analogues
Lors du percement de galeries, de tunnels, de canaux de puits ou analogues, il est déjà connu de détacher essentiel-ß lement la roche du front de la galerie à l'aide de lames ou de couteaux travaillant parenlèvement de fragments. Ce pro- cédé n'est toutefois mis en oeuvre jusqu'à présent que dans le cas de roches présentant une dureté minime à moyenne.
Lorsque la dureté de la roche augmente, la rentabilité diminue notamment du fait que, dans le cas de roches extrêment dures/
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la consommation de lames ou de métal dur augmente fortement et que la vitesse d'avance, plus grande vis-à-vis de la méthode à l'explosif, se trouve perdue du fait de l'échange fréquent des couteaux. Même dans le cas du percement avec des trépans à molettes qui ont déjà été utilisés avec succés dans le cas de roches dures et d'assez petits diamètres de percement, l'usure des outils est encore assez considé- rable pour que les frais du percement soient relativement élevés.
Quant au reste, le percement avec des trépans à molettes exige, dans le cas d'une roche dure et notamment dans le cas d'assez grands diamètres de percement, par suite des fortes pressions d'application qui sont nécessaires, une dépense de moyens mécaniques et de puissance si élevée que la rentabilité ne dépasse plus ici celle de la méthode à l'explosif.
L'invention apporte une solution à ce problème et elle a pour objet un procédé permettant le percement économique de galeries, de tunnels, de canaux, de puits ou analogues, en utilisant des outils travaillant par enlève- ment de fragments, tels que des lames, des fraises ou des couteaux de havage, des trépans à molettes et analogues, même dans des roches et minerais durs, etc..., et accélérant notablement le percement et le rendant meilleur marché lorsqu'il est appliqué à des catégories de roches moyennes et légères.
Le procédé conforme à l'invention consiste essen- tiellement à préparer et à désagréger par des coups de marteau la zone rocheuse à travailler, avant qu'elle ne soit attaquée par les outils servant à la détacher. Dans ce cas, il est recommandé, pour simplifier et accélérer le procédé, que le martelage et l'abattage de la roche aient lieu simultanément,
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mais à la suite l'un de l'autre dans le sens de progession des outils d'abattage.
Par suite des coups de marteau se succédant plus ou moins rapidement, il se produit dans la roche des modifications de texture, des relâchements de la structure, des fentes capillaires, des fissures, des failles, des encoches, des entailles et analogues qui facilitent et accélèrent notablement l'abattage subséquent de la couche rocheuse, par enlèvement de fragments, par découpe, fraisage, havage, rabotage, par burinage avec des trépans à molettes, etc..., de même que l'éboulement des bords de roche laissés débout. Les difficultés rencon- trées jusqu'à présent dans la roche dure sont de ce fait surmontées et il en résulte également, dans le cas d'un percement dans des catégories de roches moyennes et légères, un travail plus rapide et plus économique que jusqu'à présent.
En donnant à la panne des marteaux frappeurs une configuration particulière, on peut, suivant la nature de la roche à percer, obtenir différents effets complémen- taires. C'est ainsi, par exemple, qu'une panne de marteau en forme de toit, dans le cas d'un mouvement d'avanoe rotatif, provoque des entailles circulaires dans le front de la galerie et pourvoit la roche, par effet de coin, de fissures transversales. Un ou plusieurs appendices de panne cunéiformes fournissent une ou plusieurs entailles circulaires profondes dans le fond de la galerie. Des appendices de panne de forme pyramidale relachent plus ou moins dans sa structure la totalité de la bande circulaire parcourue par l'outil de frappe sur le front de la galerie.
Grâce à l'effet de fissu- rage en forme d'entaille, comparable à l'effet d'un diamant dans le verre, il est ensuite possible, avec une dépense très
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minime, d'enlever par fragments les roches les plus dures et les plus tenaces.
Le dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention se caractérise par l'assem- blage d'outils de frappe et d'outils d'abattage en une unité effectuant un mouvement d'avance commun, de préférence rotatif, les outils de frappe étant montés en avant des outils d'abattage, de sorte qu'ils travaillent la zone rocheuse immédiatement parcourue ensuite par les outils d'abattage. La commande des marteaux peut, dans ce cas, avoir lieu avec de l'air comprimé, par voie électrique ou directement de façon mécanique.
Une construction par- ticulièrement avantageuse est offerte lorsque l'arbre à marteaux, actionné par un moteur et situé à peu près paral- lèlement au front de la galerie ou analogue, est pourvu de masses frappantes poussées vers l'extérieur par la force centrifuge, de façon limitée par une butée, lesdites masses frappant directement sur la roche ou par l'inter- médiaire de tiges de burinage mobiles. L'arbre à marteaux est entraîné par un moteur électrique, par un moteur à air comprimé, par un moteur à huile sous pression ou analogue. L'entraînement peut également se faire à partir du 'mécanisme de la machine travaillant par enlèvement de fragments.
Pour permettre une adaptation de la série de coups à la catégorie envisagée, souvent variable, de
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.¯."^u.iVilliv,'-1"'ot7VcAYtXtIVGVa,t.A, de prcvoLrpur--r-.,-.# # marteaux un dispositif de réglage du nombre de tours, dispositif qui peut être étagé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui va suivre, en 'regard des dessins annexés qui représentent, schématiquement
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et simplement à titre d'exemple, plusieurs mode de réalisa- tion d'un dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé.
Sur ces dessins : La fig. 1 est une vue en élévation d'une machine à percer les galeries, La fig. 2 est une vue en coupe suivant II-II de la fig. 1, Les fig. 3 et 4 sont. des vues, respectivement en élévation et en plan, d'une .machine de percement comportant des têtes coupantes rotatives, Les fig. 5 et 6 sont"des,vues, respectivement en élévation
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* %-<- (#> ''" et en plan-avec arrachement partiel, montrant la tête porte-couteaux et le dispositif de frappe d'une autre machine de percement, La fig. 7 est une vue d'une variante de réalisation de l'arbre àmarteaux illustré à la fig. 6, La fig. 8 est une vue de profil d'une masse frappante seule, Les fig.
9, 10, 11 et 12 sont des vues, en direction de la panne, de variantes de réalisation de la masse frappante, Les fig. 13 et.14 sont, respectivement, une vue en coupe partielle suivant XIII-XIII de la fig. 14 et une vue encoupe, suivant XIV-XIV de la fig. 13 .d'un appareil convenant, par exemple, au travail de la.zone centrale du front de la galerie.
Suivant les'figures 1 et 2, l'arbre principal 1
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-él!-üEe'-ill:&.Cht:--d'-Ë.ulttnk'po;tê:-1n:i -bras de -coupe radiaux' 2 ¯dans lesquels "sont montés ::rés outils travaillant par en- :i''/(1-''t'1. \1..: lèvement de fragments;;p exemple des lames de coupe 2., -qui provoquentt,,dâ:a..3,'rôn,;.de la galerie des trajets % ;.' "'"-j1;t\r:, '"" .\.>. de coupe çircu.aires;dußfai4. gue les bras de coupe 2 ".-'-'' ' ' - , ¯r-.:.ßft"!" -.- -.. tournent dans le sens "indiqué par la flèche. Dans ce sens
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et en avant des outils 2,-sort disposés dans les bras 2, des marteaux 4, de sorte qu'ils travaillent la zone rocheuse qui est parcourue immédiatement après par les lames de coupe 3.
La machine de percement suivant la figure 3 présente des têtes de coupe 2 rotatives diamétra- lement opposées qui tournent en commun autour de l'axe de l'arbre principal 1 et découpent la roche suivant des trajets cycloïdaux se recoupant. Les marteaux de frappe 4 peuvent être montés dans un cadre ou carter commun 6 articulé de manière basculante sur le carter 8 du mécanisme de la tête de coupe, autour d'un axe 7 à peu près parallèle au front de la galerie. Il est toutefois également possible de monter les marteaux de frappe 4 dans un bras porteur rigide .2 effectuant également le déplacement circulaire autour de l'axe de l'arbre prin- cipal, comme représenté dans la moitié inférieure de la figure 3.
Suivant les figures 5 et 6, il est prévu, ; la place de la tête de coupe 5, un disque de coupe 10 dont l'axe est, d'une manière déjà connue, incliné quelque peu par rapport au front de la galerie, de sorte que les couteaux 11 coupent la pierre et la recoupent, ce qui permet un concassage supplémentaire.
Sur le carter 8 du mécanisme du disque de coupe 10 est articulé, par un axe de basculement 12 à'peu près parallèle.au front de la galerie, un carter rigide 12 ouvert vers le front de la galerie et dans lequel est monté, également à peu près parallèlement au front de la galerie, un arbre 13 à marteaux; Sur l'arbre 13 à marteaux, qui peut être entraîné à une vitesse de rotation réglable à l'aide d'un moteur 14, sont montés des disques!2. Entre deux disques 15
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sont montés chaque fois, de façon basculante, sur des axes excentrés 17, des paires de masses frappantes 16 diamétra- lement opposées.
Ces masses frappantes 16 sont conformées de telle sorte qu'elles remplissent le plus complètement possible l'espace disponible, pour avoir un gros poids et par suite une grande force de frappe. Les masses frappantes 16 présentent des appendices 18 en forme de crochets par lesquels elles s'appuient sur des nez 19 formés par des évidements de l'arbre 13 à marteaux, pour limiter le mouvement de basculement vers l'extérieur provoqué par la force centrifuge.
Suivant la figure 7, il est prévu, pour limiter le mouvement de basculement vers l'extérieur des masses frappantes 16, deux autres axes 20 parallèles à l'arbre 13 à marteaux et qui traversent des boutonnières 21 ménagées dans les masses frappantes. Les axes 17 et 20 sont décalés de 90 , avec le même intervalle radial, par rapport à l'arbre à marteaux, de sorte que les paires de masses frappantes situées l'une à côté de l'autre en direction axiale sont également décalées de 90 et peuvent par suite être alternativement montées sur l'axe 17 et sur l'axe 20.
Etant donné que lors de la frappe de chaque masse frappante, l'égalisation de la force centrifuge résultant de la dis- position par paires cesse pour un instant et que toutes les masses frappantes disposées les unes à côté des autres frappent en même temps, les forces centrifuges libérées par toutes les masses frappantes s'additionnent lorsqu'elles reposent simplement sur l'axe 17, deux fois par rotation.
Lorsque les paires de masses frappantes sont décalées de 90 , la force centrifuge globale libérée diminue de moitié et apparaît à chaque quart de tour, de sorte qu'il en résulte
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une égalisation améliorée de la réaction de masse et de choc.
Le carter 12 s'appuie, par l'intermédiaire d'une butée de glissement 22, sur le front de la galerie et il est pressé contre le front de ladite galerie, à l'encontre de la force d'un ressort 24, par un mécanisme pneumatique ou hydraulique 23 à piston. Le mécanisme à piston proprement dit s'appuie sur le bâti fixe de la machine ou analogue non représentée plus en détail.
Si la chambre du cylindre du mécanisme 23 à piston, chambre qui tournée vers le carter, est déchargée d'agent de pression, la force du ressort 24 prédomine alors, et le carter 12 est automatiquement soulevé du front de la galerie.Le mécanisme 23 à piston peut être chargé par l'agent d'entraînement du. moteur 14 de l'arbre à marteaux, moteur qui est par exemple hydraulique ou pneumatique.
Dans ce cas, le dispositif à marteaux est, lorsque le travail est arrêté, automatiquement soulevé du front de la galerie et pressé contre elle lors du percement. La butée de glissement 22 détermine la distance correcte de l'arbre 13 à marteaux au front de la galerie. Elle peut être remplacée par des galets et être éventuellement réalisée réglable.
Lors de la rotation de l'arbre 13 à marteaux, les masses frappantes 16 sont, sous l'effet de la force centrifuge, pressées vers l'extérieur à l'intérieur du domaine de basculement déterminé par l'appendice 18 en forme de crochet et le nez 19, ou par les boutonnières 21 et les axes 20, et elles frappent alors sur le front de la galerie. Dans ce cas, la panne formée par la périphérie des-masses frappantes 16 peut être lisse comme représenté
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aux figures 5 et 7.
Les figures 8 à 12 montrent par conre différentes possibilités pour munir la périphérie des masses frappantes 16 d'appendices 25 profilés en forme de coins ou de couteaux dont les dos peuvent aussi être en dents de scie (fig. 8 et 9).Les masses frappantes sont consti- tuées par une matière d'oeuvre résistant à l'usure. La panne et les appendices 25 peuvent être armés et renforcés d'une manière appropriée.
.Aux endroits du front de la galerie où un tel dispositif de martelage agissant directement ne trouve pas de place, comme par exemple dans la zone centrale, on utilise un appareil suivant les figures 13 et 14. L'arbre 13 à marteaux avec les masses frappantes 16 est ici dis- posé à quelque distance du front de la galerie, où il y a de la place pour le mettre. Pour transmettre l'effet de frappe au front de la galerie, il est prévu des tiges de burinage 26 mobiles qui reçoivent l'énergie de frappe par une tête 27 en forme d'assiette et sont équipées de ressorts de rappel 28. Des butées non représentées plus en détail assurent la position de repos correcte des tiges de burinage.
Les extrémités 29 des tiges de burinage sont, tout comme les masses frappantes 16 dans le cas d'un appareil de martelage agissant directement, réalisées non pointues, en forme de coin, en forme de tranchant ou d'une manière analogue. Il est également possible de les munir de têtes de frappe 30 particulières. Par les références 5 et 8, on désigne à nouveau la tête de coupe et le carter de son mécanisme.
L'appareil de frappe suivant les figures 13 et 14 peut naturellement aussi, en tant qu'appareil marteleur, être utilisé seul pour d'autres buts (par exemple comme
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marteau à percussion pour roche), l'arbre à marteaux étant entraîné par un moteur 14 directement disposé à côté, par exemple un moteur électrique ou, à partir d'un point éloigné, par l'intermédiaire d'un arbre flexible.
Lorsque par suite de la position oblique des disques de coupe à couteaux, le front de la galerie prend une forme concave, on choisit différents diamètres pour les masses frappantes disposées par paires et situées les unes à côté des autres, de sorte que les masses frappantes sont à distance correcte du front de la galerie qu'elles doivent travailler.
REVENDICATIONS
1) Procédé pour le percement de galeries, de tunnels, de canaux ou analogues, par utilisation d'outils travaillant par enlèvement de fragments tels que des lames, des fraises ou des couteaux de havage, des trépans à molettes ou analogues, caractérisé par le fait qu'on prépare et désagrège par des coups de marteau la zone rocheuse à tra- vailler, avant qu'elle ne soit attaquée par les outils d'abattage.