[0001] La présente invention concerne les taillants pour foration rotative assistée par
jet et vise plus particulièrement l'optimisation de leur géométrie.
[0002] Ainsi qu'on le sait un taillant est un outil de mine que l'on monte au bout d'une
tige de foration entraînée en rotation et qui est destiné, grâce à des arêtes vives
ménagées sur son front d'attaque, à mordre et à pénétrer dans une roche, parallèlement
à son axe de rotation. Ces arêtes vives sont généralement constituées par des plaquettes
de dureté élevée, en carbure de tungstène le plus souvent, rapportées par brasage
; on précise parfois alors qu'il s'agit d'un taillant à mises rapportées.
[0003] De tels taillants sont utilisés en pratique dans la foration de roches relativement
tendres et peu abrasives. Pour des roches plus dures et/ou plus abrasives, il a bien
été proposé de recourir à la foration roto-percutante,avec effet de frappe, mais celle-ci
s'est révélée présenter de graves inconvénients dans la mesure où, outre qu'elle conduit
à des coûts d'installation très élevés, elle provoque l'apparition de bruits, de vibrations
et de vapeurs d'huile fort préjudiciables au respect des règles d'ergonomie, voire
même de sécurité.
[0004] Une autre solution a cependant été proposée récemment pour la foration des roches
semi-dures (pression supérieure ou égale à 800 bars environ), dures et abrasives,
qui semble promise à un grand avenir : la foration rotative assistée par jet.
[0005] Ce procédé consiste à entraîner un taillant en simple rotation, sans effet de frappe,
en injectant, à proximité de ses arêtes vives de taille, un fluide à très haute pression
qui fracture la roche et facilite donc l'abattage de celle-ci par le taillant.
[0006] La mise en oeuvre de ce procédé a soulevé certaines difficultés liées à l'amenée,
au travers de la tige de foration et du taillant, dudit fluide sous très haute pression,
de l'eau le plus souvent. Il est cependant à noter qu'il était déjà connu d'amener
au niveau du taillant de l'eau ou de l'air à basse pression (20 à 40 bars environ)
pour l'évacuation des débris de foration ou d'abattage.
[0007] Le brevet français n° 2 450 936 (G. CAGNIONCLE), déposé le 8 Mars 1979, décrit une
manière dont ces difficultés ont pu être surmontées. Pour la mise en oeuvre du procédé
qui y est décrit il y est préconisé d'aménager au travers d'un taillant deux jeux
de canaux de fluide sous pression : des canaux d'amenée de fluide basse pression pour
l'évacuation des débris, et des canaux beaucoup plus fins pour l'amenée de fluide
sous très haute pression (1000 à 4000 Lars) pour l'assistance de la foration proprement
dite, débouchant au travers ou en avant des plaquettes rapportées. Ce brevet décrit
également tout le dispositif d'alimentation en liquide nécessaire à une telle injection
de fluide sous deux pressions très différentes.
[0008] Il s'avère en fait que les taillants mis en oeuvre jusqu'à présent dans le cadre
d'une foration rotative assistée par jet ont une géométrie très voisine de celle des
taillants traditionnels (sans assitance par jets).
[0009] Or la Demanderesse a pu mettre en évidence, dans le cadre de ses recherches, que
le fait d'assister par jets la-foration rotative permettait de revoir complètement
la géométrie des taillants à mettre en oeuvre.
[0010] La présente invention vise ainsi une nouvelle géométrie de taillant conduisant à
des performances supérieures à celles des taillants actuellement connus pour un moindre
coût de fabrication.
[0011] Elle propose à cet effet un taillant pour foration rotative assistée par jet, destiné
à être monté au bout d'une tige d'entraînement en rotation, du genre comportant, à
l'opposé de ladite tige, une pluralité de plaquettes de foration présentant des arêtes
d'attaque en saillie radiale et axiale et séparées angulairement par des rampes d'évacuation
de débris, des canaux d'amenée de fluide sous pression débouchant à proximité desdites
plaquettes, caractérisé en ce que les plaquettes ont une faible dimension radiale
et sont disposées autour d'un éclateur central au travers d'une couronne périphérique
discontinue prolongeant axialement ledit taillant, laquelle couronne est traversée
par lesdits canaux d'amenée de fluide.
[0012] Une telle géométrie de taillant se différencie très nettement des géométries actuellement
connues. En effet les taillants de l'art antérieur sont généralement compacts et massifs
; ils comportent des plaquettes dont la dimension radiale est à peine inférieure au
plus grand rayon du taillant, de manière à forer une roche sur pratiquement toute
la section du taillant. Compte tenu de leur taille, ces plaquettes subissent en cours
de rotation des contraintes importantes auxquelles elles ne peuvent résister qu'à
condition d'être en appui sur une masse importante de métal. En pratique ces plaquettes
sont supportées par des bras hélicoïdaux obtenus par forgeage, ou alors sont enserrées
dans des encoches ménagées dans un taillant massif tel qu'en représente le brevet
2 450 936 précité.
[0013] Un taillant selon l'invention se révèle par contre conduire à la mise en oeuvre de
plaquettes plus petites adaptées à exercer par leurs arêtes en saillie axiale, pour
une même poussée axiale, des contraintes de pénétration bien plus élevées que dans
l'art antérieur où la poussée axiale était répartie sur des arêtes radiales bien plus
longues. Un taillant selon l'invention permet donc la foration de roches bien plus
dures que dans l'art antérieur, pouvant atteindre des pressions de 600-800 bars et
plus. Il est à noter que grâce à la présence d'un éclateur central, qui peut être
par exemple un cône, de préférence en précession, ou un jet de fluide sous pression,
tout risque de talonnage du taillant contre une zone centrale de roche non abattue
par les plaquettes peut être écarté.
[0014] Selon une caractéristique importante de l'invention les rampes d'évacuation sont
rectilignes. Il en résulte un abaissement sensible des coûts de fabrication des taillants
dans la mesure où l'invention propose un taillant qui, avant le brasage des plaquettes,
peut être mis en forme à l'aide d'opérations d'usinage simples et peu coûteuses telles
que le tournage ou le fraisage.
[0015] D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description
qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin annexé sur lequel
:
la figure 1 est une vue frontale d'un premier mode de réalisation d'un taillant selon
l'invention ;
la figure 2 est une vue latérale du taillant de la figure 1, avec coupe partielle
d'un côté de l'axe ;
la figure 3 est une vue frontale d'un deuxième mode de réalisation d'un taillant selon
l'invention ; et
la figure 4 est une vue latérale du taillant de la figure 3, avec coupe partielle
d'un côté de l'axe.
[0016] -- Tel que représenté à titre d'exemple aux figures 1 et 2, ou aux figures 3 et 4,
un taillant 1 selon l'invention, qui présente avantageusement une symétrie axiale,
comporte,de manière connue,en une de ses extrémités une jupe de fixation 11 taraudée
intérieurement destinée à recevoir le bout d'une tige de foration, non représentée,
destinée à entraîner en rotation le taillant 1 au cours dès opérations de foration.
[0017] - Le taillant 1 s'évase à partir de la jupe 11 en un tronçon de raccordement 12, et
se termine par une extrémité d'attaque 13 formant corps de taillant. Dans les exemples
représentés, la jupe de fixation 11 et le corps 13 sont cylindriques, tandis que le
tronçon de raccordement est tronconique.
[0018] De manière connue, le corps de taillant 13 porte une pluralité de plaquettes 20,
deux par taillant dans les exemples représentés, réparties angulairement de manière
avantageusement régulière de manière à bien répartir les efforts au sein du taillant.
Ces plaquettes présentent des arêtes d'attaque 21 et 22 en saillie axiale et radiale.
[0019] Ces plaquettes sont rapportées, de manière connue, par brasage, et sont séparées
angulairement par des rampes 30 d'évacuation des débris d'abattage.
[0020] Selon l'invention les plaquettes présentent une faible dimension radiale, de l'ordre
de la moitié du rayon du corps 13 dans l'exemple représenté.. Elles sont disposées
autour d'un éclateur central 40, au travers d'une couronne périphérique discontinue
50 prolongeant axialement le taillant 1. Des canaux 60 d'amenée de fluide sous pression,
de l'eau généralement, traversent la couronne discontinue 50 et débouchent à proximité
des arêtes 21 ; ils sont de préférence rectilignes ; ils débouchent à leur autre extrémité
à l'intérieur de la jupe 11 où ils sont alimentés en liquide au travers de la tige
d'entraînement en rotation (non représentée) par un dispositif de tout type connu.
[0021] Plusieurs configurations de taillants sont possibles selon que, compte tenu du sens
de rotation des taillants indiqué par la flèche F, les canaux 60 débouchent devant
les arêtes 21, au travers des plaquettes 20, ou en arrière de celles-ci. De manière
à éviter toute difficulté d'alignement au moment du brasage des plaquettes l'invention
préconise de ménager,de préférence,les canaux 60 en dehors des plaquettes 20.
[0022] Il est à noter que, pour des questions de dessin, le diamètre des canaux 60 est nettement
surestimé sur les f igures,2 et 4 par rapport à la réalité. En pratique, ces canaux
sont conçus pour assurer, près des plaquettes, une injection de fluide sous haute
pression pouvant aller jusqu'à 1000 bars et plus, supérieure aux pressions actuellement
mises en oeuvre. Le calibrage des jets ainsi injectés, voire leur orientation, est
de préférence assuré par des buses d'injection 61 représentées uniquement sur les
figures 2 et 4.
[0023] Les figures 1 et 2 illustrent un taillant selon l'invention dans lequel les canaux
60 d'injection de fluide débouchent en arrière des plaquettes 20 associées.
[0024] Ces plaquettes 20-ont une épaisseur radiale voisine de celle de la couronne 50. Leur
section est trapézoïdale de sorte que leur face latérale extérieure 23 est radialement
en retrait par rapport à l'arête 22 et ne vienne pas en contact avec la roche, ou
le matériau à forer. De même, la face frontale externe 24 de chaque plaquette est
inclinée par rapport à l'axe de rotation A du taillant. De préférence, la surface
transversale 51 de la couronne 50 en arrière des plaquettes est également inclinée
vers l'arrière, de manière à maintenir l'embouchure des canaux 60 en retrait axialement
vis-à-vis du front de foration de la roche. De la sorte seules les arêtes des plaquettes
participent à la foration.
[0025] La couronne discontinue 50, après la zone transversale 51 où débouche au moins un
canal d'amenée de fluide sous pression,s`écarte de la roche à forer et se raccorde
ainsi à une rampe d'évacuation 30.
[0026] Ainsi qu'il ressort des figures 1 et 2, une telle rampe 30 est avantageusement délimitée
par des surfaces rectilignes 31, 32, 33, qui peuvent aisément s'obtenir par fraisage.
Les rampes d'évacuation 30 se poursuivent jusqu'à hauteur de la jupe de fixation de
manière à ce que les débris puissent ensuite être évacués entre la paroi du trou foré
et la jupe 11, puis la tige d'entraînement en rotation.
[0027] La surface 31de chaque rampe d'évacuation aboutit de préférence à la base de la plaquette
suivante de manière à faciliter l'évacuation des débris de roches longeant la face
avant de ladite plaquette depuis l'arête 21.
[0028] Dans l'exemple représenté, la couronne 50 entoure un éclateur central 40 constitué
par un cône 40a pointant vers la roche à forer. Pour des facilités de fabrication,
ce cône est de préférence rapporté. En outre, son axe est avantageusement incliné
par rapport à l'axe A de rotation de manière à subir en rotation un léger mouvement
de précession, ce qui en augmente l'efficacité.
[0029] Les figures 3 et 4 illustrent par contre un taillant selon l'invention dans lequel
les canaux d'injection 60 débouchent en avant des plaquettes 20 ; ces plaquettes ont
une forme très voisine de celle des plaquettes des figures 1 et 2. Compte tenu de
ce que les jets de fluide sont d'autant plus efficaces pour fracturer la roche qu'ils
sont cohérents, ces jets débouchent de préférence à proximité de la roche à forer.
Le corps 13 du taillant comporte en conséquence un épaulement 14 remontant axialement
vers la roche devant chaque plaquette ; les plaquettes sont ainsi rapportées dans
des encoches ménagées axialement dans le corps 13. La surface frontale 15 des épaulements
14 dans laquelle débouche les canaux 60 est avantageusement inclinée vers l'axe de
manière à bien évacuer les débris vers les rampes. Cette évacuation est en outre facilitée
grâce à une surface 16 de raccordement entre la surface frontale 15 et la surface
rectiligne 31' de ladite rampe 30 qui, comme dans l'exemple précédent, est délimitée
de préférence par des surfaces 31', 32', 33' rectilignes.
[0030] Dans l'exemple représenté aux figures 3 et 4, l'éclateur central 40 est constitué
par une canalisation 40b d'amenée de fluide sous pression destinée à faire éclater
une portion de roche non abattue par les plaquettes bien que déjà affaiblie et fracturée.
Ce canal 40b est de préférence alimenté par la même source de pression que les canaux
60, de manière à simplifier la structure de la tige d'entraînement en rotation à mettre
en oeuvre.
[0031] Il est à noter que dans les deux exemples représentés les plaquettes 20 sont disposées
radialement au travers des couronnes 50, de sorte que les arêtes 21 ne sont, elles,
pas radiales, et que les plaquettes présentent ainsi un coin de forage 25 relayé au
cours de la foration par les arêtes 21 puis 22. Les capacités de forage d'une plaquette
sont ainsi optimisées.
[0032] Il va de soi que de nombreuses variantes de réalisation peuvent être proposées par
l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de l'invention, lequel est défini
par les revendications annexées. Ainsi, le nombre des plaquettes, la position et le
nombre des canaux d'injection de fluide sous pression, leur direction, les inclinaisons
des diverses faces des plaquettes, de la couronne ou des rampes, ou encore la structure
de l'éclateur central peuvent être choisis en fonction des besoins particuliers de
chaque utilisateur, et de chaque matériau particulier à forer.
1. Taillant de mine pour foration rotative assistée par jet, destiné à être monté
au bout d'une tige d'entraînement en rotation, du genre comportant, à l'opposé de
ladite tige une pluralité de plaquettes de foration présentant des arêtes d'attaque
en saillie radiale et axiale et séparées anagulairement par des rampes d'évacuation
de débris, en combinaison avec des canaux d'amenée de fluide sous très haute pression
débouchant à proximité desdites plaquettes, caractérisé en ce que les plaquettes (20)
ont une faible dimension radiale et sont insérées, autour d'un éclateur central (40),
dans une couronne périphérique discontinue (50) prolongeant axialement ledit taillant
(1), laquelle couronne est traversée par lesdits canaux (60) d'amenée de fluide.
2. Taillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rampes d'évacuation
(30) sont limitées par des faces (31, 32, 33, 31', 32', 33') rectilignes.
3. Taillant selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il
présente une symétrie axiale par rapport à son axe de rotation (A).
4. Taillant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
l'éclateur central (40) est un cône (40a).
5. Taillant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le cône (40a) est incliné
par rapport à l'axe de rotation (A).
6. Taillant selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que
le cône est rapporté.
7. Taillant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
l'éclateur central (40) est constitué par un canal (40b) d'amenée de liquide sous
pression.
8. Taillant selon la revendication 7, caractérisé en ce que les divers canaux d'amenée
de liquide sous pression (40b, 60) sont alimentés par une même source de pression.
9. Taillant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que
les plaquettes présentent un coin de Foration (25).
10.. Taillant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que
les canaux (60) d'amenée de fluide sous pression débouchent en avant des plaquettes
(20) au travers d'épaulements remontant vers le matériau à forer le long desdites
plaquettes.