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PERFECTIONNEMENTS AUX FLEURETS ROTATIFS POUR FORAGE EN CHARBON ET EN ROCHE.
La présente invention est relative à des fleurets rotatifs pour .le forage en charbon et en roche, et a pour objet une forme de fleuret qui permet de réduire la pression d'avancement nécessaire dans les fleurets à main, ou d'augmenter la vitesse d'avancement pour une pression d'avancement donnée, par rapport aux foreuses utilisant des fleurets de types connus.
Conformément à la présente invention, une tige hélicoïdale de fleuret, destinée à porter à son extrémité antérieure un trépan, présente à la surface extérieure de ses hélices des filetages interrompus à pas serré, de sorte que ces filetages peuvent mordre, soit dans les déchets ramenés par les hélices, déchets qui pénètrent entre les filetages interrompus et la paroi du troù foré, soit directement sur une partie de la paroi du trou foré lui-même, et qu'ils impriment une poussée vers l'avant à la tige de fleuret lorsqu'elle tourne.
La présente invention sera mieux comprise grâce à la descrip- tion qui va suivre, donnée en se référant à titre indicatif au dessin annexé sur lequel :
La figure 1 est une élévation d'une forme de tige de fleuret et de trépan;
La figure 2 est une coupe agrandie suivant II-II de la figure 1;
La figure 3 est une coupe longitudinale centrale agrandie d'une partie de la tige de fleuret, coupe faite suivant III-III de la figure 1;
La figure 4 est une élévation d'une autre forme de tige de fleu- ret portant un trépan;
La figure 5 est une coupe transversale agrandie suivant V-V de la figure 4;
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La figure 6 est une coupe longitudinale centrale à plus grande échelle d'une partie de la tige de fleuret représentée sur la figure 4, cou- pe faite suivant VI-VI de cette figure ; La figure 7 est une coupe partielle d'une nervure hélicoïdale comprenant un filetage de forme modifiée.
Sur les figures 1, 2 et 3, la tige de fleuret 7 est un fleuret de type connu modifié en vue d'être rendu conforme à la présente invention et est munie d'une queue 8 par laquelle elle peut être fixée de manière con- nue dans le mandrin d'une foreuse rotative.
Sauf'en ce qui concerne la queue 8, la tige de fleuret 7 présen- te sur toute sa longueur une section de forme dite "diamant", les coins oppo- sés suivant la plus large section formant des nervures 9 qui s'étendent au- tour de la tige 7 en forme d'hélicoïde, tandis que les coins opposés de la partie la plus étroite de la section forment des nervures hélicoïdales 10 se- condaires qui se trouvent entre les nervures principales 9
La tige,de fleuret 7 porte, à son extrémité antérieure, un tré- pan 11 de type connu, muni d'une tige 12 pour le maintenir en place et le cen- trer par rapport à la tige 7, et une languette 13 à faces parallèles, à sa base, destinée à se loger dans une fente de la tige 7, de manière à être en- traînée par celle-ci.
Une goupille 14 est fixée transversalement dans la ti- ge de fleuret 7 et engage une gorge 15 de la tige 12 du trépan, pour mainte- nir en place le trépan 11 par rapport à la tige de fleuret 70
Dans une tige de fleuret normale, les surfaces extérieures des hélices restent unies, mais la caractéristique de la présente invention ré- side dans le fait que des filetages 16 sont pratiqués sur les surfaces exté- rieures des hélices 9 dans le but de mordre soit dans les déchets refoulés par les hélices 9, déchets qui pénètrent entre les filetages et la paroi du forage, soit directement sur une partie de la paroi du trou foré lui-même, pour imprimer à la tige de fleuret 7 une poussée vers l'avant lorsqu'elle tourne.
Le diamètre extérieur de la tige de fleuret 7 est inférieur au dia- mètre de coupe du trépan, ce qui veut dire que les filetages 16 n'entre- raient pas en contact avec la paroi du forage si la tige de fleuret 7 y était maintenue coaxialemento
Les filetages 16 ont des pas relativement serrés par rapport au large pas positif des hélices 9 et sont donc interrompus. La largeur des surfaces extérieures des hélices 9 est choisie en conséquence, de manière à rendre les filetages interrompus 16 assez longs pour imprimer au fleuret une poussée d'avance effective.
Les débris de forage sont ramenés vers l'arrière dans le trou de forage par la pression des flancs arrière des hélices 9 de la tige de fleu- ret, pression à laquelle s'ajoute la réaction de friction de la paroi du trou de forage. En conséquence, une partie de ces déchets pénétrera de temps en temps dans l'interstice compris entre les filetages interrompus 16 des surfa- ces extérieures des hélices 9 et la paroi du trou de forage. Les particules des déchets tendent à se coincer dans l'interstice et sont soumis à un cer- tain broyage lorsque la tige de fleuret 7 tourne dans le forage, avant qu'el- les ne repénètrent dans les gorges comprises entre les hélices 9, par dessus les flancs antérieurs de ces hélices 9.
C'est la réaction de frottement de ces particules contre la paroi du trou de forage qui donne naissance à la poussée en avant sur les hélices 9 et, en raison d'un certain glissement et broyage de ces particules, le taux effectif d'avance imprimé au fleuret ne correspondra pas précisément à celui déterminé par le pas du filetage inter- rompu.
Lorsque le forage commence, il n'y a naturellement pas de pous- sée réactive sur la tige de fleuret 7 jusqu'à ce qu'elle pénètre dans le trou de forage, mais au fur et à mesure que le forage avance plus profondément en avant, la poussée augmente progressivement. On a constaté en pratique que l'on peut faire varier la poussée en donnant, à la tige de fleuret 7 une pres- sion latérale dans le forage. L'ouvrier peut en conséquence appuyer le
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fleuret vers le bas ou d'un côté du trou, de sorte que les filetages inter- rompus 16 des hélices 9 tendent à mordre directement dans la paroi même du trou de forage.
Ceci se fait généralement lorsque le trépan 11 rencontre un point plus dur dans le charbon ou dans la roche dans laquelle on fore, et dans ces conditions, un rapide mouvement latéral donnera naissance à une pression d'avance suffisante pour percer le point dur
Aussi longtemps qu'on maintient un taux sensible d'avance, il y aura une quantité appréciable de débris qui passera vers l'arrière le long des rainures comprises entre les hélices 9 de la tige de fleuret et par-des- sus les filetages interrompus 16 La résistance au retrait du fleuret n'est pas suffisante pour empêcher un retrait volontaire, soit de temps en temps en cours de forage pour enlever une partie des débris, soit lorsque le fora- ge est achevé, mais l'ouvrier peut trouver nécessaire de déplacer la tige de fleuret en avant ou en arrière axialement, plusieurs fois,pour la dégager.
La tige de fleuret 7 des figures 1 à 3 dont la section est du type "diamant" convient plus particulièrement pour le forage en roche ou en charbon relativement tendre, étant donné qu'en raison de sa forme, elle con- vient au déplacement d'une quantité assez élevée de débris.
La tige de fleuret 17 des figures 4, 5 et 6 est d'un type qui convient mieux aux roches plus dures ou plus abrasives. Dans ce fleuret, le corps de la tige 17 qui s'étend à partir de la queue 8, est cylindrique et il y a deux nervures hélicoïdales 18 sur les côtés opposés de la tige 17, vue en coupe, Les surfaces extérieures des hélices 17 portent des filetages interrompus 19 dont l'action est analogue à celle des filetages 16 du fleuret 7 décrit plus hauto
La tige de fleuret 17 peut convenir aux forages humides, d'une manière connue, lorsque l'on prévoit un alésage central 21, pour amener de l'eau le long de la tige de fleuret 17 et lorsque l'on prévoit également un interstice suffisant autour de la tige 12 du trépan 11 vers le front de tail- le.
Lorsque l'on procède aux forages humides, une certaine partie des dé- bris de forage adhère tout autour de la paroi du trou de forage et aide à l'avancement.
La figure 7 représente en coupe une partie d'une hélice de tige.-
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detfeutettp6tantdès filtagés^apézôidauW2dâ '*Cette forme' peut être appli- quée: aussi bien aux tiges de fleuret 7-qu'aux tiges de .fleuret 17 décrites,et permettra d'améliorer l'avance pour certains genres de roches. Les faces chanfreinées ou obliques des filets trapézoïdaux 20 sont naturellement dis- posées sur les flancs arrière.
L'application de la présente invention ne -se limite nullement aux formes de section de tige de fleuret représentées.sur le dessin, mais elle peut également s'étendre à toute tige de fleuret hélicoïdal pour fora- ge en charbon et en roche, dans laquelle les surfaces extérieures des héli- ces, sont suffisamment larges pour porter des filetages qui puissent donner une poussée effective.
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ROTARY FLOWERING IMPROVEMENTS FOR COAL AND ROCK DRILLING.
The present invention relates to rotary drills for drilling in coal and rock, and relates to a shape of a drill bit which makes it possible to reduce the feed pressure required in the hand drills, or to increase the speed of drilling. advancement for a given advancement pressure, compared to drills using drill bits of known types.
In accordance with the present invention, a helical foil rod, intended to carry at its anterior end a bit, has on the outer surface of its helices threads interrupted with tight pitch, so that these threads can bite, either in the waste brought back. by the propellers, waste which penetrates between the interrupted threads and the wall of the drilled hole, either directly on part of the wall of the drilled hole itself, and which they impart a forward thrust to the foil rod when 'She turns.
The present invention will be better understood by virtue of the description which follows, given with reference to the appended drawing by way of indication, in which:
Figure 1 is an elevation of one form of foil shank and drill bit;
Figure 2 is an enlarged section along II-II of Figure 1;
FIG. 3 is an enlarged central longitudinal section of part of the foil shank, section taken along III-III of FIG. 1;
Figure 4 is an elevation of another form of flower rod carrying a bit;
Figure 5 is an enlarged cross section along V-V of Figure 4;
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FIG. 6 is a central longitudinal section on a larger scale of a part of the foil shank shown in FIG. 4, cut along VI-VI of this figure; Figure 7 is a partial section of a helical rib including a modified shape thread.
In Figures 1, 2 and 3, the foil shank 7 is a foil of known type modified with a view to being made in accordance with the present invention and is provided with a shank 8 by which it can be securely fixed. naked in the chuck of a rotary drilling rig.
With the exception of the shank 8, the foil shank 7 has a so-called "diamond" -shaped section over its entire length, the opposite corners along the wider section forming ribs 9 which extend to the bottom. - turn of the rod 7 in the form of a helicoid, while the opposite corners of the narrowest part of the section form 10 secondary helical ribs which lie between the main ribs 9
The foil rod 7 carries, at its anterior end, a trefoil 11 of known type, provided with a rod 12 to hold it in place and to center it with respect to the rod 7, and a tongue 13 to parallel faces, at its base, intended to be housed in a slot in the rod 7, so as to be dragged by the latter.
A pin 14 is fixed transversely in the foil shank 7 and engages a groove 15 in the shank 12 of the drill bit, to hold the bit 11 in place with respect to the foil shank 70.
In a normal foil shank, the outer surfaces of the propellers remain united, but the feature of the present invention is that threads 16 are made on the outer surfaces of the propellers 9 for the purpose of biting either into. the waste discharged by the propellers 9, waste which penetrates between the threads and the wall of the borehole, or directly onto a part of the wall of the drilled hole itself, to give the foil rod 7 a forward thrust when 'She turns.
The outer diameter of the foil shank 7 is less than the cutting diameter of the bit, which means that the threads 16 would not come into contact with the wall of the borehole if the foil shank 7 was held there. coaxially
The threads 16 have relatively tight pitches compared to the large positive pitch of the propellers 9 and are therefore interrupted. The width of the outer surfaces of the propellers 9 is chosen accordingly, so as to make the interrupted threads 16 long enough to impart an effective advance thrust to the foil.
The drill cuttings are forced back into the borehole by the pressure of the rear flanks of the propellers 9 of the stem, to which is added the frictional reaction of the borehole wall. As a result, some of this waste will occasionally penetrate into the gap between the interrupted threads 16 of the outer surfaces of the propellers 9 and the wall of the borehole. The waste particles tend to get stuck in the gap and are subjected to some crushing when the foil rod 7 turns in the borehole, before they re-enter the grooves between the helices 9, for example. above the front sides of these propellers 9.
It is the friction reaction of these particles against the wall of the borehole which gives rise to the forward thrust on the propellers 9 and, due to some sliding and grinding of these particles, the effective rate of advance foil print will not exactly match that determined by the pitch of the interrupted thread.
When drilling begins, there is naturally no reactive thrust on the foil rod 7 until it enters the borehole, but as the borehole goes deeper into the borehole. before, the thrust increases gradually. It has been found in practice that the thrust can be varied by giving the foil rod 7 a lateral pressure in the borehole. The worker can therefore support the
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foil down or to one side of the hole, so that the interrupted threads 16 of the helices 9 tend to bite directly into the wall of the borehole itself.
This is usually done when the bit 11 encounters a harder point in the coal or in the rock in which one is drilling, and under these conditions a rapid lateral movement will give rise to sufficient feed pressure to pierce the hard point.
As long as a substantial rate of advance is maintained, there will be an appreciable amount of debris which will pass rearward along the grooves between the helices 9 of the foil shank and over the interrupted threads. 16 The resistance to withdrawal of the foil is not sufficient to prevent voluntary withdrawal, either from time to time during drilling to remove part of the debris, or when the drilling is completed, but the worker may find it necessary move the foil stem axially forward or backward several times to release it.
The foil rod 7 of FIGS. 1 to 3, the cross section of which is of the "diamond" type, is more particularly suitable for drilling in rock or in relatively soft coal, given that, due to its shape, it is suitable for the displacement of 'a fairly high amount of debris.
The foil shank 17 of Figures 4, 5 and 6 is of a type best suited to harder or more abrasive rocks. In this foil, the body of the shank 17 which extends from the shank 8, is cylindrical and there are two helical ribs 18 on the opposite sides of the shank 17, sectional view, The outer surfaces of the propellers 17 have interrupted threads 19, the action of which is analogous to that of the threads 16 of the foil 7 described above.
The foil shank 17 may be suitable for wet drilling, in a known manner, when a central bore 21 is provided, to bring water along the foil shank 17 and when a gap is also provided. sufficient around the shank 12 of the trephine 11 towards the tail face.
When wet drilling, some of the drill bit will stick around the wall of the borehole and aid in progress.
Figure 7 shows in section part of a rod propeller.
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This form can be applied to both foil stems 7 as well as to flower stems 17 described, and will improve the feed rate for certain kinds of rocks. The chamfered or oblique faces of the trapezoidal threads 20 are naturally arranged on the rear flanks.
The application of the present invention is by no means limited to the shapes of foil shank section shown in the drawing, but it can also be extended to any helical foil shank for coal and rock drilling, in which the outer surfaces of the propellers are large enough to carry threads which can give effective thrust.