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La présente invention est relative h des procédés de forage et, plus particulièrement, à des procédés d'exploit talion minière des couches très minces de minerai et à des procédés de prélèvement d'échantillons de la matière forée,
Dans certaines couches terrestres, il existe de vastes députa de rainerai de valeur,en veines très minces de l'ordre de moins de 2 cm à plus de 15 cm d'épaisseur, qui ont été avantageusement exploites grâce au coût réduit de l'extraction,
les procédés d'enlèvement du minerai utilises consistent à enlever non seulement la matière constitutive de la veine mais également la matière se trouvant au-dessus et au-dessous sur.une certaine hauteur afin de permettre au mineur de s'introduire pour suivre la veine.
Souvent, la , veine elle-même est constituée.d'une matière très dure telle que le quartzite et analogues, et les couches dans lesquelles se trouve la veine sont également très dures* Le forage est généralement utilisé pour creuser des trous de mines et est suivi des opérations habituelles du tir de mine et de déblaya** ge. Evidemment, cela entraîne un travail et une perte de temps, .considérables de tirer aux explosifs 9- de déblayer et de sépa- rer la 'poussière ainsi que les fins débris contenant du mé- tal de valeur.
En outre, une grande quantité de matière sans ,valeur doit, de toute façon, être évacuée de la mine et, en outre, le toit de la galerie doit être supporté pour éviter , l'effondrement. Egalement, il peut arriver que le tir aux ex-
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plosifa pulvérise le minerai d'une façon telle qu'il soit difficile ou parfois impossible de le récupérer qui concerne l'explorati-. 7,les carottes.
En ce qui ooncerhe l'exploration*' les carottes- témoins ont été obtenues jusqu'à présent au moyen de sonde 4 diamants ou du 'type rotary avec'des trpans à aolettos du type à carotte témoin. Cette méthode présente l'inconvénient d'être dé progression lente et coûteuse, eu égard au coût des
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trépans, paptieuMereMent lors du prélèvement de carottes- témoin* dan$ les formation! les plue durwa et Ise plua abra- eiv 8i , En outr'e) lorsqu'une sonde rencontrait des forma- tions obliques a progression était difficile à contrôler et
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il en résultait des déviations-, lies déviations sont indésirr blés étant donné,
qu'elles produisent un décentrement du trou qui ne passe pasjnécessairement dans les formations voulues aux endroits voulus, la déviation ne permet pas d'obtenir un échantillon convenable.
En outre, l'outil de prélèvement des échantillons
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forait jusqu'à présent un échantillon d'un diamètre inférieur à celui de la sonde, ce qui nécessitait une opération supplé-
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mentaire d'alésage pour porter le diamètre de forage de .' 6w ^ - chantillon au diamètre de forage du trou, opération coûtant du temps et de 1} argent.
La présente invention a pour objet la suppression
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de nombre des opérations suaddorites et la limitation du creu- sèment, dans la mesure du possible à l'enlèvement des matières . de valeur de la veine et aussi, de la roche voisine d'une certaine valeur.
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La présente invention a encore,pour objet Itaccrois-
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cernent de la rapidité du prélèvement des échantillons et l'ob- tention d'échantillons de longueur plus grande, en particu- lier, dans les formations les plus dures et les plus abrasives.
La présente invention a encore pour objet de rédui- re considérablement la déviation du trou, en particulier, -celle qui est due aux formations obliques rencontrées qui ne sont par perpendiculaires 6 l'axe de progression de la sonde.
La présente invention a encore pour objet un trou tord de diamètre constant au saurs du prélèvement des échan- tillons.
Sans la forme d'exécution améliorés suivant la pré- sente invention, la suppression de nombreuses opérations de forage est obtenue par un procédé continu de forage qui enlevé toute la matière de valeur et très peu d'autres matières -
La mise à pied d'oeuvre du matériel d'exploitation suivant le procédé envisagé prévoit qu'un puits soit descen- du dans le soi depuis la surface jusqjau niveau de la veine et qu'une galerie soit creusée le long du front de la veine de minerai sur la longueur convenable fonction de l'étendue de la mine.
Ensuite, des galeries sont creusées transversale ment à la première et, de préférence, parallèlement l'une à l'autre à des intervalles convenables, par exemple 30 m. Les galeries transversales sont creusées en suivant la pente de la couche de minerai et sont de dimension convenable pour permettre de dirige!!* une sonde dans la veine* des trous sont forés au moyen d'un équipement de centrage du forage sur la veine et d'un diamètre suffisant pour couvrir tcite la veine* Le forage se poursuit jusqu'à ce que le trou deforage attei- gne la galerie transversale suivante.
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De préférence, le forage est exécuté au moyen ('une sonde et, de préférence, au moyen d'une sonde du type sppliquant des coupa de marteau au fond du trou, ce qui est généralement avantageux du fait que la roche est réduite en fragments relativement gros et du fait que le forage progrès* se plus rapidement, Au fur et à mesure que progresse'le fora- ge, des longueurs supplémentaires de tiges creuses doivent être ajoutées de temps en temps et, si on le désire, la carotte peut être extraite périodiquement et amenée directement dans un chariot convenable qui, lorsqu'il est rempli, peut être enlevé et remplacé par un chariot vide.
La poussière et les fragments produits par le forage contiennent du minerai de valeur, souvent de grande valeur, et sont enlevés par'un appareil aspirant,les déposant sur un filtre qui peut être distinct ou faire partie intégrale du chariot de transport des carottes ou noyaux. Après l'exécution d'un premier trou, des trous successifs parallèles au premier sont forés, de prêtés rence, se recoupant l'un l'autre, de telle sorte qu'ils épui- sent la veine. Le procédé est continu, la seule interruption étant due au prolongement des galeries transversales qui peu- vent nécessiter des opérations de tir et-de déblayage.
Tou- tefois, de tels prolongements des galeries peuvent être exé- eûtes parallèlement au processus d'extraction en cours dans d'autres galeries de sorte que le procédé est continu en ce qui concerne tousses objets pratiques.
Un procédé d'exploitation minière suivant la pré- sente invention est illustré en référence aux dessins annexés dans lesquels
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- lafigure 1 représente une coupe verticale dans le sol montrant la veine de minerai et le puits et les galeries y conduisant, - - la figure 2 est une vue en plan schématique des galeries creusées et de leur situation par rapport à la veine de minerai; - la figure 3 est une vue en élévation de la veine montrant la disposition des trous à forer pour extraire le minerai; - la.figure 4 est une vue illustrant le type d'appa- reil utilisé pour le forage des trous et les mécanismes as- sociés;
- la figure 5 est une vue en perspeotive, partiel- lement en coupe, illustrant une formation de sol et le procé- dé d'extraction pouvant être adapté 4 un procédé de forage modifié; - la figure 6 est une vue ¯en perspective d'une for- mation de roches soumise à un autre procédé modifié de forage; -- - la figure 7 est une vue quelque peu schématique en élévation de l'appareil de forage de la présente inven- tion dont certaines parties ont été enlevées; - la figure 8 est une vue en plan de l'appareil de la figure 7; - la figure 9 est une coupe longitudinale, à plus grande échelle, de l'appareil de forage de la figure 7;
- la figure 10 est une vue de l'extrémité agrandie de l'appareil de la figure 9 observé suivant la ligne 10-1 Or - la figure 11 est une vue en coupe réalisée sui- vant la ligne II-II de la figure 9;
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. la figure 12 est une vue en coupe réalisée sui- vant la ligne 12-12 de la figure 9; - la figure 13 est une vue en coupe longitudinale montrant l'outil et la tige de forage forant un trou dans le sol ;
- la figure 14 est une vue en coupe verticale dans le sol montrant des formations obliques,un trou de forage, une tige de forage et un dispositif de forage conduisant à la formation,
Dans les dessins, la surface du sol notée 10, est percée par un puits vertical 12 conduisant au niveau de la veine 14 au minerai à enlever, Ainsi qu'il est représenté, une galerie horizontale 16 s'étend à proximité du puits étant donné qu'on considère généralement comme favorable la prévi- sion d'une courte section de niveau pour faciliter le charge- ment et la manutention des matières dans la section horizon- tale* Pour faciliter le chargement et la montée dans le puits 12,
un treuil convenable noté 18 est prévu.
A la figure 2, une galerie transversale 20 est creusée en un point situé 4 proximité de l'endroit où la galerie 1.6 atteint la veine 14. La galerie 20 s'étend sur une longueur convenable en suivant la veine 14 et de préféren- ce suivant un angle tel, que la veine 14 soit de niveau, ainsi que représenté. Ensuite, dans certains cas, des galeries trans- versales 22, 24 et 26 sont creusées en suivant la pente de la veine 14, des intervalles convenables de 30 m environ. Il est étonnant de constater qu'en divers endroits, des veines telles que celles représentées et notées 14 s'étendent sur des kilomètres sans altération sensible de leur inclinaison.
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Ainsi que décrit précédemment, le procède sui- vant la présente invention envisage le forage d'une série de troue tels que celui noté 28 à la figure 3, celui qui est noté 28' étant renseigné dans le procédé de forage, Lee trous 28 'se recoupent l'un l'autre et sont d'un diamètre suffisant
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pour couvrir non seulement la hauteur de la veine 14 mais éga- lement, de la matière située au-dessus et en dessous de la veine,
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II est entendu que dans les dépôts de ce type, une certaine quantité moindre de minerai de valeur se trouve présente dans les couches immédiatement voisines de la principale, Les trous 28 sont .tores d'une ¯galerie¯transversale à l'autre,
immédiatement voisine. Le fora- ge de trous en ligne droite ne constitue pas une difficulté
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-maeurJeiaJ)}un:"C6té.f ¯xande dureté de la veine favorise T.suraz..eotage du perforateur lorsque le -to age est ax6.. par sondage ou prélèvement d'une carotte-té oin.
.¯¯ ¯¯ ¯ ¯¯ ¯ -¯¯# LaXigure 4 indique la façon dont l'a? areil de forage est .installé dans une galerie 24. Ainsi q .' .1 est représenté, le perforateur représenté 30 est du .ype à rotation et à percussion, et est équipé.d'une longue tigt' 32 d'extrac. tion des carottes s'étendant dans le trou 28' etl'se terminant t par un outil 34 garni de métal dur, destiné à aïiiliquer des coups au fond du trou, à réduire la roche en fragments et à
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les user jusqu'à les réduire en poussière. Les Ébr ,a du type ainsi produit, contiennent de la matière dvaleur qui est récupérée au moyen d'un collecteur de pousejères ayant
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la forme d'un réservoir convenable 36 disposé ûjî préférence, à la sortie du trou 28'.
Du réservoir 36, les sairee sont
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enlevée par un , tube flexible convenable 38 et envoyées à un filtre 40 équipé d'une pompe aspirante convenable 42.La progression du perforateur 30 a lieu sur des guides qui dans le cas représenta sont constitués par les semelles 44 d'une paire de profilés 46 (dont un seul est représenté) disposés dos-à-dos et montés sur un socle 47 rotatif, réglable, conve- nable qui est monté de façon à pouvoir glisser sur une barre 48, Dans le cas représenté, la barre 48 est montée sur articu- ;
lattons 50 sur un socle 52, de telle sorte que son inclinaison puisse Atre ajustée de façon à correspondre à la pente de la veine. Groe à cette disposition, plusieurs trous 28 peuvent être forés sans déplacer le socle 52. Lorsqu'un déplacement devient nécessaire, les roues 54 supportant le socle 52 per- mettent un tel déplacement Lorsqu'un emplacement convenable du socle 52 est établi, il est préférable de réaliser un sup-i port solide qui peut être fourni par des béquilles 56/dispo- sées aux coins du socle 52 tandis qu'une colonne 58, montée de façon analogue sur le socle 52, permet d'assurer la stabilité de l'ensemble en prenant appui contre le toit de la galerie
24.
Pour la facilité de l'enlèvement du minerai extrait, il peut être souhaitable de prévoir un chariot fermé 60,monté surdes roues convenables 62, pouvant prendre place derrière le perforateur 30. Un tel chariot peut être prévu pour rece- voir des tronçons de carotte tels que celui noté 64, et dans ce but, un'tube arrière 66 peut être disposé dans le prolonge- ment de la,tige de forage 32 et se prolonger jusqu'à l'inté- rieur du chariot 60, Le chariot 60 peut être entièrement fer- mé quoique cela ne paraisse pas essentiel étant donné le fait que le collecteur de poussières 36 doit avoir nettoyé les -
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tronçons de carotte 64 @ leurs particules libres,
L'appareil de forage représente n'est pas seulement utile aux prélèvementdes carottes entre les galeries trans- versâtes, mais peut être utilisé pour découper des carottes semblables à partir du fond des galeries transversales avant de faire progresser la galerie. Dans ce but, évidemment, l'ap- pareil de forage doit être tourné de 90 par rapport à la position représentée à la figure 4 de façon à forer dans la direction de la galerie.
Au cours des opérations de forage, il est très im- portant que le toi t de l'excavation soit supporte, ce qui peut être réalise par introduction de bouchons cylindriques convenables dans les trous forés 28. Dans certains cas, la veine peut être si mince, que le môme résultat pourrait être obtenu en passant un trou de temps en temps. Toutefois, l'utilisation de bouchons de béton constitue une utilisation des déchets tirés des galeries comme source de roche broyée
De ce qui précède, ont peut constater que ce procédé d'exploitation minière réduit énormément le travail nécessai- re aux opérations habituelles de forage et de déblayage.
En outre, le temps consacré au forage des troue de mine, au tir et au déblayage est dans une large mesure élimina et l'opéra- tion devient sensiblement continue,
Il est entendu que le procédé d'exploitation miniè- re suivant la présente invention est applicable dans aan en- semble à un grand nombre 'de cas tels que par exouple :Les dépôts de surface, par exemple, les couches de charbon, les mines d'asbeste et beaucoup d'autres,
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Dans les applications de sous-sol, d'autres types de :
forage peuvent être utilisés, tels que ceux indiquée aux figures 5 et
La figure µ illustre une ligne de trous 70 se re- coupant l'un l'autre, qui peuvent être forés au moyen d'un perforateur (non repris enté) qui est prévu pour pénétrer dans le trou en .coure de fanage et comporte un court outil qui pulvérise toute la roche en cours d'extraction. Un tel per- forateur est illustra dans le brevet des Etats-Unis d'Amé- rique n 2,810,549 de 1957.
Au coure de l'utilisation d'un tel perforateur, les débris sont généralement recueillis ainsi que c'est le cas dans l'exemple envisagé. Pour bloquer les trous 70 déjà forés, ces derniers peuvent être remplis au moyen de bouchons convenables 71 pour empêcher l'entrée d'air en excès. La disposition des trous correspond à celle repré- sentée à la figure 3.
Un autre procédé est celui illustré à la figure 6 dans laquelle, sur les bords, au sommet et au fond de la veine 73 ou à proximité, une ligne de trous de faible diamé- tre 72 sont forés ainsi que dans le procédé bien connu de fo- rage trous alignés, autrement dit "line-hole". Le noyau 74 ainsi constitué peut être réduit en morceaux de toutes façons convenables et enlevé pour récupérer le minerai de valeur.
Un perforateur et un montage approprié à cet emploi est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2,213,329 de 1940, le blocage des espaces libres au moyen de bouchons convenables notés 75 produit le résultat et remplit le but indiqués précédemment*
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Il est également entendu que le forage peut être exécute soit "à l'eau", soit à sec", Egalement les fins débris peuvent être éliminés par soufflage, aspiration ou lavage des trous fores, Les procédés d'enlèvement et de pulvérisation peuvent être modifié au choix de l'utili- sateur,
AUTRES FORMES D'EXECUTION
Il est évident aux yeux des techniciens que le ; procéda d'exploitation minière suivantla présente invention peut être également utilisé pour l'exploration, par exemple. dans l'industrie du pétrole et dans les mines,
Ainsi qu'il est représenté à la figure 14, une tour de forage 80a et un compresseur type 82a sont établis sur une aire de travail 84a. Une tige de forage 86a est montée pour être actionnée dans la tour de forage.
L'extrémité d'attaque 88a de la tige de forage 86a est munie d'un dispositif de forage 90a comprenant une sonde
92a, un logement de noyau 94a et un outil ou trépan 96a, pour découper le gabarit du trou foré 98a et pour recevoir une carotte ou noyau dans le logement de carotte 94a. le dispositif de forage 90a est du type à percussion actionné par fluide (figures 7 à 13) ainsi qu'il est décrit dans la demande de brevet simultanée déposée ce même jour par la demanderesse et ayant comme objet : "Perforateur de roches".
La tige de forage 86a et le dispositif de forage 90a sont abaissés jusqu'à la surface de travail 84a ou dans le trou de forage 100a jusqu'à ce que la surface de forage 102a du trou de forage 100a soit rencontrée par les dispositifs de forage 90a.
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Atout moment voulu, le compresseur 82a peut être actionne pour envoyer du fluide dans le dispositif de forage 90a afin. de déblayer les débris du trou -au pour actionner le système de percussion du dispositif de forage 90a, ou bien les deux.'Le dispositif de forage 90a est soumis à rotation lorsqu'il découpe. L'outil 96a, grâce! à sen mouvement de découpage rotatif découpe le gabarit du trou de forage 100a ainsi que le fond. L'outil 96a sert, en outre, à transmettre des coups de percussion au fond du trou de forage 100a, tre des coups de percussion au fond du trou de forage 100a, ce qui lui permet de pénétrer dans la formation et d'y prélever une carotte et permet également à la carotte ou n yau de passer dans le logement de carotte 94a.
On peut constater immédiatement que la-superposition de percussions à l'action rotative de découpage accroit la pénétration de l'outil 96a dans la formation 104a. Etant donné que la capacité de pénétration de l'outil 96a est accrue l'effort de progression ou poussée appliquée à l'outil 96 a pu être considérablement réduite ou éliminée.
En outre, on peut aisément .comprendra que l'action de découpage par percussion de l'outil 96a permet, de plus, à l'outil 96a de', so frayer un chemin dans la formation 104a.
Là où la formation 104a est oblique, l'action de broyage empêche l'outil 6a de glisser ou de changer de direction et assure par suite un trou beaucoup plus correct et une déviation réduite, Il est également bien compris des techniciens que l'emploi des actions de découpage par percussion aussi bien que par rotation pormettent d'obtenir un noyau ou carotte de diamètre plus grand, dans les limites de capacité d'un appareil donné, .
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D'autre façon encore, le procédé suivant la présen- te invention peut être utilisé pour D'exploration dans toute direction voulue entre 0 et 360 C.
Bien qu'une forme d'exécution préférée suivant la présente invention ait été illustrée et décrite en détail, il est entendu que cette forme d'exécution n'est pas limita- tive de la portée de la présente invention.