FR2623242A1

FR2623242A1 - Pneumatic core-sampler for cylindrical excavations in rock

Info

Publication number: FR2623242A1
Application number: FR8715623A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1987-11-12
Publication date: 1989-05-19

Abstract

The core-sampler comprises a bracing tube 20 with two skins 24, 25 between which pass three bits 31, 32 inside guide tubes 21, 22. The bits 31, 32 are fitted to three pneumatic hammers 11, 12, 13 fastened to a crown 10 which is coaxial with the bracing tube. The bits 31, 32 are fitted at their ends with cutting tips 41. At the head of the crown 10 is positioned a driving shaft 15 which fits into a sleeve of the motor assembly 3. The blows of the pneumatic hammers 11, 12, 13 combined with the rotation of the bracing tube 20 around its axis cause the rock 30 to disintegrate under the impact of the cutting tips 41, forming an annular groove 35 and a core sample 36. This will then be broken at its base and removed from the excavation.

Description

"Carottier pneumatique pour fouilles cylindriques en roches
L'invention a trait à un carottier pour l'exécution de feuilles cylindriques dans de la roche, où des outils taillants sont disposés sur une tranche d'attaque d'un tube entretoise entrainé par sa tête en rotation. autour de son axe au moyen d'un groupe moteur, en sorte de pratiquer une saignée annulaire où pénètre le tube entretoise en ménageant une carotte axiale qui sera extraite après rupture à sa base."Pneumatic corer for cylindrical rock excavations
The invention relates to a core barrel for the execution of cylindrical sheets in rock, where cutting tools are arranged on a leading edge of a spacer tube driven by its rotating head. around its axis by means of a motor unit, so as to practice an annular groove where the spacer tube penetrates while providing an axial core which will be extracted after rupture at its base.

Pour pratiquer des fouilles cylindriques, telles que par exemple les fouilles de mise en place de.poteaux de lignes de transport d'énergie électrique, on a utilisé dans les sols tendres des tarières, entraînées par des groupes moteurs. To carry out cylindrical excavations, such as for example the excavations of installation of poles of lines of transport of electric power, one used in the soft grounds of the augers, driven by motor groups.

Dans les sols rocheux, on remplace les tarières par des trépans qui désagrègent la roche sur toute la section de la fouille. Ces trépans exigent des forces d'appui et des couples de rotation considérables, ainsi qu'une lubrification par des boues de composition contrôlée de la zone d'attaque pour éviter une usure prématurée des taillants d'attaque. In rocky soils, augers are replaced by drill bits that break up the rock over the entire section of the excavation. These drill bits require considerable bearing forces and torques, as well as lubrication by sludge of controlled composition of the attack zone to avoid premature wear of the cutting edges.

Pour réduire les efforts et les consommations d'énergie, on a préconisé l'utilisation de carottiers, analogues aux carottiers utilisés en recherches pétrolières pour analyser les roches rencontrées au cours du forage, à partir de carottes cylindriques. Les carottiers n'entament la roche que sur une couronne, entre la carotte et le terrain environnant. To reduce efforts and energy consumption, we recommended the use of corers, similar to corers used in oil research to analyze the rocks encountered during drilling, from cylindrical cores. The corers start the rock only on a crown, between the carrot and the surrounding terrain.

Pour ce faire, les carottiers comportent un tube entretoise garni à sa tranche inférieure, d'outils taillants en forme de molettes en matériau très dur, avec des dentures à module non constant ; le tube entretoise est entraîné en rotation autour de son axe par un groupe moteur à vitesse appropriée, l'entraînement se faisant par l'intermédiaire d'un train de tiges dès que le carottage s'exécute en profondeur. Le bon fonctionnement du carottier exige une force d'appui considérable (0,3 Méganewton environ) et une lubrification à la boue constante. Ces carottiers sont en eux-mêmes relativement onéreux, et leur mise en oeuvre nécessite la réunion de moyens importants (moyens de levage, de charge, d'entraînement et de lubrification), excessifs pour l'exécution de fouilles à ciel ouvert. To do this, the corers include a spacer tube lined at its lower edge, cutting tools in the form of knurls of very hard material, with teeth with non-constant modulus; the spacer tube is driven in rotation about its axis by a motor unit at an appropriate speed, the drive being carried out by means of a drill string as soon as the coring is carried out in depth. The proper functioning of the core barrel requires a considerable bearing force (approximately 0.3 megaewton) and constant mud lubrication. These corers are in themselves relatively expensive, and their implementation requires the combination of significant means (lifting, loading, driving and lubrication means), excessive for the execution of open excavations.

L'invention a pour objectif un carottier peu onéreux, dont la mise en oeuvre n'exige qu'un minimum de moyens auxiliaires, notamment pour être facilement déplaçable. The object of the invention is an inexpensive corer, the implementation of which requires only a minimum of auxiliary means, in particular to be easily movable.

A cet effet, l'invention propose un carottier pour l'exécution de fouilles cylindriques dans de la roche, où des outils taillants sont disposés sur une tranche d'attaque d'un tube entretoise entrainé par sa tête en rotation autour de son axe au moyen d'un groupe moteur, en sorte de pratiquer une saignée annulaire où pénètre le tube entretoise, en ménageant une carotte axiale qui sera extraite après rupture à sa base, caractérisé en ce qu'il comporte, à la périphérie d'une couronne fixée coaxialement en tête du tube entretoise, une pluralité de marteaux pneumatiques disposés parallèlement à l'axe du tube entretoise à espacement angulaire régulier autour de cet axe, chacun de ces marteaux pneumatiques équipé d'un fleuret qui est tenu suivant une génératrice du tube entretoise et est muni en extrémité d'un outil-trépan de diamètre correspondant à la largeur radiale de la saignée annulaire. To this end, the invention proposes a corer for the execution of cylindrical excavations in rock, where cutting tools are arranged on a leading edge of a spacer tube driven by its head rotating around its axis at by means of a motor unit, so as to make an annular groove into which the spacer tube penetrates, providing an axial core which will be extracted after rupture at its base, characterized in that it comprises, at the periphery of a fixed crown coaxially at the head of the spacer tube, a plurality of pneumatic hammers arranged parallel to the axis of the spacer tube with regular angular spacing around this axis, each of these pneumatic hammers equipped with a foil which is held along a generatrix of the spacer tube and is provided at the end with a drill bit of diameter corresponding to the radial width of the annular groove.

On conçoit que la mise en oeuvre de'un tel carottier ne nécessite que la fourniture d'air comprimé pour l'alimentation des marteaux pneumatiques, l'utilisation de moyens de levage limités en capacité à la longueur du tube entretoise, ainsi que l'utilisation d'un groupe moteur de puissance limitée. En effet le travail de désagrégation de la roche est fourni pour l'essentiel par les marteaux pneumatiques, tandis que le groupe moteur a surtout pour tâche d'entraîner le tube entretoise pour que les fleurets mordent dans le front d'attaque périphérique. It is understood that the implementation of such a corer requires only the supply of compressed air for the supply of pneumatic hammers, the use of lifting means limited in capacity to the length of the spacer tube, as well as the use of a power unit with limited power. Indeed the work of disintegration of the rock is provided mainly by pneumatic hammers, while the power unit has mainly the task of driving the spacer tube so that the foils bite in the peripheral leading edge.

De préférence, le carottier présente, au-dessus de la couronne1 un arbre d'attelage au groupe moteur1 cet arbre étant équipé d'un joint tournant pour l'alimentation en air comprimé des marteaux pneumatiques. On appréciera l'intérêt de cette disposition. Preferably, the corer has, above the crown1 a coupling shaft to the motor unit1 this shaft being equipped with a rotary joint for the supply of compressed air to the pneumatic hammers. We will appreciate the interest of this provision.

De préférence également, les fleurets comportent un canal central relié à l'échappement du marteau pneumatique qui débouche à proximité de l'outil-trépan. L'air qui s'échappe chasse la roche désagrégée de la saignée annulaire. Preferably also, the foils have a central channel connected to the exhaust of the pneumatic hammer which opens near the drill bit. The escaping air drives out the disaggregated rock from the annular groove.

En disposition préférée, les outils-trépans sont du type à face d'attaque bombée convexe, avec une multiplicité de saillies. In preferred arrangement, the drill bits are of the convex convex attack face type, with a multiplicity of projections.

Ce type d'outil-trépan se prête à une combinaison d'attaque frontale et d'attaque latérale de la roche, résultant de la frappe des marteaux et de la rotation du tube entretoise. This type of drill bit lends itself to a combination of frontal attack and lateral attack on the rock, resulting from the striking of the hammers and the rotation of the spacer tube.

Pour faciliter l'amorce de la fouille, on associe au carottier un guide de centrage constitué d'une plaque circulaire de diamètre correspondant au diamètre intérieur du tube entretoise, munie en son centre d'une fiche à enfoncer dans la roche suivant l'axe prévu de fouille. To facilitate the initiation of the excavation, we associate with the core barrel a centering guide consisting of a circular plate of diameter corresponding to the inside diameter of the spacer tube, provided in its center with a plug to be inserted into the rock along the axis planned to excavate.

Ce guide de centrage empêche des réactions excentriques du carottier, tant que la saignée annulaire n'est pas amorcée sur toute sa périphérie. This centering guide prevents eccentric reactions of the core barrel, as long as the annular bleeding is not initiated over its entire periphery.

L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 représente en élévation partiellement coupée un carottier selon l'invention ;
la figure 2 est une coupe suivant le plan II-II de la figure i
la figure 3 est une coupe suivant le plan III-III de la figure i
la figure 4 est une vue d'un trépan préféré pour l'invention
Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, le carottier 1 comprend une couronne en tôle 10, en forme de cylindre d'axe représenté vertical, sur laquelle sont bridés trois marteaux pneumatiques 11, 12 et 13, d'axes parallèles à l'axe de la couronne 10, et également espacés angulairement autour de cet axe.Dans l'axe de la couronne part, vers le haut, un arbre d'entraînement 15, qui comporte un joint tournant 16 pour l'alimentation en air comprimé des marteaux 11, 12 et 13, cet air comprimé venant d'un groupe compresseur non représenté par un tube souple 16a.The invention will be better understood in the light of the description which will follow by way of example, with reference to the appended drawings in which
Figure 1 shows in partially cut elevation a core barrel according to the invention;
Figure 2 is a section along the plane II-II of Figure i
Figure 3 is a section along the plane III-III of Figure i
Figure 4 is a view of a preferred drill bit for the invention
According to the embodiment chosen and represented in FIG. 1, the core barrel 1 comprises a sheet metal crown 10, in the form of a cylinder with an axis shown vertically, on which are clamped three pneumatic hammers 11, 12 and 13, with axes parallel to the axis of the crown 10, and also angularly spaced around this axis. In the axis of the crown leaves, upwards, a drive shaft 15, which comprises a rotary joint 16 for the supply of compressed air to the hammers 11, 12 and 13, this compressed air coming from a compressor group not represented by a flexible tube 16a.

Au-dessus du joint tournant 16, l'arbre 15 se prolonge par une tige à six pans 17, qui s'engage dans un manchon d'accouplement d'un groupe moteur 3 associé à des moyens de soulèvement, une clavette 3a assurant le support vertical du carottier 1 par le groupe moteur 3. Ce groupe moteur associé à des moyens de soulèvement est classique pour la manoeuvre de trépans et carottiers. Above the rotary joint 16, the shaft 15 is extended by a hexagonal rod 17, which engages in a coupling sleeve of a motor unit 3 associated with lifting means, a key 3a ensuring the vertical support of the corer 1 by the motor unit 3. This motor group associated with lifting means is conventional for the operation of drill bits and corers.

La couronne 10 se raccorde par un tronc de cône 18 à un tube entretoise 20 dans son ensemble, coaxial à la couronne 10. The crown 10 is connected by a truncated cone 18 to a spacer tube 20 as a whole, coaxial with the crown 10.

Ce tube entretoise 20 est constitué d'une chemise intérieure 24 et d'une chemise extérieure 25, de forme tubulaire et coaxiale, réunies selon trois génératrices à 120 par trois tubes-guides 21, 22 et 23. Les diamètres des chemises 24 et 25, et l'orientation du tube entretoise 20 par rapport à la couronne 10 sont tels que les tubes-guides 21, 22 et 23 sont respectivement coaxiaux aux marteaux pneumatiques 11, 12 et 13. This spacer tube 20 consists of an inner jacket 24 and an outer jacket 25, of tubular and coaxial shape, joined according to three generators at 120 by three guide tubes 21, 22 and 23. The diameters of the shirts 24 and 25 , and the orientation of the spacer tube 20 relative to the ring 10 are such that the guide tubes 21, 22 and 23 are respectively coaxial with the pneumatic hammers 11, 12 and 13.

Des fleurets 31, 32 et 33 passent dans les tubesguides 21, 22 et 23 pour s'engager dans les mandrins lita, 12ê et 13a (ce dernier non représenté) des marteaux 11, 12 et 13. Ils sont maintenus centrés dans les tubes-guides par des manchons (21a dans le tube guide 21) en plastique ou en acier durci selon le degré d'abrasivité de la roche rencontrée. Foils 31, 32 and 33 pass through the guide tubes 21, 22 and 23 to engage in the mandrels lita, 12ê and 13a (the latter not shown) of the hammers 11, 12 and 13. They are kept centered in the tubes - guides by sleeves (21a in the guide tube 21) of plastic or hardened steel depending on the degree of abrasiveness of the rock encountered.

Les fleurets 31, 32 et 33 dépassent la tranche inférieure du tube-guide 20, et sont équipés d'embouts taillants 41 (42 et 43 ne sont pas visibles sur les figures). The foils 31, 32 and 33 project beyond the lower edge of the guide tube 20, and are fitted with cutting tips 41 (42 and 43 are not visible in the figures).

Ces embouts taillants 41, 42 et 43 ont un couple transversal circulaire, et le maitre-couple est tel qu'un cercle circonscrit aux masKtres-couples des embouts présente un diamètre supérieur au diamètre extérieur de la chemise 25, tandis qu'un cercle inscrit dans ces maîtres-couples présente un diamètre inférieur au diamètre intérieur de la chemise 24. These cutting ends 41, 42 and 43 have a circular transverse torque, and the master-torque is such that a circle circumscribed to the masks-couples of the ends has a diameter greater than the outside diameter of the jacket 25, while a circle inscribed in these master couples has a diameter less than the inside diameter of the jacket 24.

Ainsi, lorsque les embouts taillants s'engagent dans une roche 30 sous l'action combinée de la frappe des marteaux pneumatiques suivant l'axe des fleurets, et de la rotation du carottier I autour de son axe, sous l'action du groupe moteur 3, la roche 30 est désagrégée par la percussion des embouts en formant une saignée circulaire 35 limitée par deux parois cylindriques dont les diamètres correspondent respectivement aux diamètres des cercles circonscrits aux maîtres-couples des embouts 41, 42 et 43, et inscrits dans ceux -ci. Bien entendu, comme il est de règle, les fleurets 31, 32 et 33 pivotent d'un certain angle autour de leur axe à chaque frappe (par exemple d'environ 30'). Thus, when the cutting bits engage in a rock 30 under the combined action of the striking of the pneumatic hammers along the axis of the foils, and of the rotation of the core barrel I around its axis, under the action of the power unit 3, the rock 30 is disintegrated by the percussion of the end pieces by forming a circular groove 35 limited by two cylindrical walls whose diameters correspond respectively to the diameters of the circles circumscribed to the master couples of the end pieces 41, 42 and 43, and inscribed in those - this. Of course, as is the rule, the foils 31, 32 and 33 pivot at a certain angle around their axis at each strike (for example about 30 ').

On comprendra qu'ainsi la saignée 35 peut être prolongée jusqu'à ce que le tube entretoise 20 soit enfoui jusqu'au tronc de cône 18. It will be understood that thus the groove 35 can be extended until the spacer tube 20 is buried up to the truncated cone 18.

Par ailleurs, la paroi intérieure de la saignée 35 délimite latéralement une carotte cylindrique 36. Comme il est usuel, après achèvement de la saignée 35 et relèvement du carottier 1, on descend une élingue dans la saignée 35 pour enserrer la carotte 36, l'on rompt celle-ci à sa base à l'aide de coins appropriés, et l'on extrait la carotte 36. Furthermore, the internal wall of the groove 35 laterally delimits a cylindrical core 36. As is usual, after completion of the groove 35 and raising of the corer 1, a sling is lowered into the groove 35 to grip the core 36, the it is broken off at its base using appropriate wedges, and the carrot 36 is extracted.

Pour situer correctement la fouille, et éviter que le carottier 1 ne dérape à l'amorçage de la fouille en raison d'attaques dissymétriques de la roche par les fleurets, on utilise un guide de centrage 2, formé d'une plaque circulaire 2a de diamètre tel qu'elle passe avec un jeu faible dans la chemise intérieure 24, et d'une fiche centrale 2b perpendiculaire à la plaque 2a qui sera enfoncée dans la roche 30 suivant l'axe prévu de la fouille. To correctly locate the excavation, and prevent the core barrel 1 from skidding when the excavation is initiated due to asymmetrical attacks on the rock by the foils, a centering guide 2 is formed, formed of a circular plate 2a of diameter as it passes with a small clearance in the inner jacket 24, and a central plug 2b perpendicular to the plate 2a which will be driven into the rock 30 along the planned axis of the excavation.

Comme on le voit mieux aux figures 3 et 4, les fleurets, seul 31 étant représenté, sont percés axialement d'un canal 31a. As best seen in Figures 3 and 4, the foils, only 31 being shown, are pierced axially with a channel 31a.

Ce canal 31a est relié, dans le mandrin lita, à l'échappement du marteau pneumatique. A l'autre extrémité du fleuret 31, il débouche dans un goujon fileté 38 axial sur lequel se visse l'embout taillant 41. Celui-ci est percé de canaux 37 qui débouchent dans la face d'attaque 41a. This channel 31a is connected, in the mandrel lita, to the exhaust of the pneumatic hammer. At the other end of the foil 31, it opens into a threaded pin 38 axial on which the cutting end piece 41 is screwed. The latter is pierced with channels 37 which open into the leading face 41a.

On comprend qu'ainsi l'air détendu qui s'échappe du marteau pneumatique est injecté dans la saignée 35, après avoir traversé toute la longueur du fleuret et l'embout taillant 41. Ainsi l'embout taillant est refroidi, tandis que la roche désagrégée est chassée hors de la saignée. It is understood that thus the relaxed air which escapes from the pneumatic hammer is injected into the groove 35, after having traversed the entire length of the foil and the cutting tip 41. Thus the cutting tip is cooled, while the rock disaggregated is driven out of the bleeding.

L'embout taillant 41 se prête particulièrement bien au travail qu'on lui demande. Comme on le voit sur la figure 4, il présente une forme en poire, avec une face d'attaque 41a bombée convexe, proche d'une demi-sphère, dans laquelle sont serties une multiplicité de billes 41k, en matériau dur tel qu'un carbure métallique. La forme bombée convexe de la face d'attaque 41a autorise une attaque de la roche avec un angle par rapport à l'axe, cet angle résultant de la combinaison de l'avance axiale sous l'effet de la frappe, et d'une translation latérale résultant de la rotation du tube entretoise 20. The cutting tip 41 lends itself particularly well to the work required of it. As can be seen in FIG. 4, it has a pear shape, with a convex convex attack face 41a, close to a hemisphere, in which are crimped a multiplicity of balls 41k, made of hard material such as a metal carbide. The convex convex shape of the attack face 41a allows an attack on the rock with an angle relative to the axis, this angle resulting from the combination of the axial advance under the effect of the strike, and a lateral translation resulting from the rotation of the spacer tube 20.

Mais il va de soi que l'on pourra utiliser des taillants plus classiques, par exemple des taillants à plaquettes en carbure métallique rapportées, avec une forme de langues d'aspic croisées. But it goes without saying that we can use more conventional cutting edges, for example cutting edges with metal carbide inserts, with a form of crossed aspic tongues.

De même, la section des fleurets peut être autre que circulaire, par exemple carrée ou hexagonale; le canal central peut être omis. Similarly, the section of the foils can be other than circular, for example square or hexagonal; the central channel can be omitted.

On aura compris par ailleurs que, si la description a fait état de trois marteaux pneumatiques à 120-C, le carottier peut n'utiliser que deux marteaux, notamment lorsque le diamètre de la fouille est réduit, et peut en mettre en oeuvre un plus grand nombre pour des diamètres plus élevés. La seule condition requise est que les fleurets agissent symétriquement par rapport à l'axe, donc qu'ils soient répartis dans des directions axiales angulairement régulièrement espacés, ou, si l'on préfère aux sommets d'un polygone régulier. It will also be understood that, if the description has made reference to three pneumatic hammers at 120-C, the core barrel may use only two hammers, in particular when the diameter of the excavation is reduced, and can use one more large number for larger diameters. The only requirement is that the foils act symmetrically with respect to the axis, therefore that they are distributed in axial directions angularly regularly spaced, or, if preferred to the vertices of a regular polygon.

Claims

1. Corer (1) for the execution of cylindrical excavations in rock (30), where cutting tools (41) are arranged on a leading edge of a spacer tube (20) driven by its head (15 ) in rotation around its axis by means of a motor unit (3), so as to make an annular groove (35) where the spacer tube (20) penetrates while providing an axial core (36) which will be extracted after rupture at its base, characterized in that it comprises, at the periphery of a ring (10) fixed coaxially at the head of the spacer tube, a plurality of pneumatic hammers (11, 12, 13) arranged parallel to the axis of the spacer tube (20) at regular angular spacing around this axis, each of these pneumatic hammers (11, 12, 13) equipped with a foil (31, 32, 33) which extends is held along a generatrix of the spacer tube (20 ) and is provided at the end with a drill bit (41) of diameter corresponding to the radial width of the annular groove (35).

2. Corer according to claim 1, characterized in that each foil (31, 32, 33) passes through a guide tube (21, 22, 23) fixed on the spacer tube (20) according to a generator and provided with a socket guide (21a) near the leading edge of the spacer tube (20).

3. Corer according to claim 1 or claim 2, characterized in that the spacer tube (20) has two side walls (24, 25) coaxial, the foils (31, 32, 33) passing between these two walls.

4. Corer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises, projecting from the crown, a coupling shaft (15) to the motor unit (3), this shaft equipped with a rotary joint (16 ) for the supply of compressed air to the hammers (11, 12, 13).

5. Corer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the foils (31) have a central channel (31a) connected to the exhaust of the pneumatic hammer (11) which opens near the drill bit ( 41).

6. Corer according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the drill bits are of the convex convex attack face type (41a), with a multiplicity of projections (4in).

7. Corer according to claim 6, characterized in that the projections consist of balls (41b) crimped in the leading face (41a).

8. Corer according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is associated with a centering guide (2) consisting of a circular plate (2a) of diameter corresponding to the inside diameter of the spacer tube (20), provided in its center with an axial plug (2b) to be inserted into the rock (30) along the planned excavation axis.