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La pompe Tangye peut refouler l'eau d'un seul jet à 200 mètres et plus d'élévation. C'est une pompe à action directe sans volant ni engrenages et dont le piston est actionné par le piston du moteur et a par suite la même course que celui-ci. La distribution se fait par un tiroir commandé par le piston.

Elle consomme plus de combustible que les pompes à volant et à détente, mais son installation est bien moins coûteuse.

Une pompe Tangye, installée en 4883, aux mines de Béthune (Pas-de-Calais), débite 1200 mètres cubes par 24 heures et refoule l'eau d'un seul jet à 198 mètres de hauteur. En voici les données :

Diamètre du piston du moteur 0,605

» de la pompe 0,175

Course commune aux 2 pistons 0,900

Diamètre intérieur de la conduite de vapeur 0,100

» de la conduite de refoulement. 0,130

Débit par 24 heures, à 40 coups par minute.. . . 1206 m. c. » ,a54 » .... 1594

Les rendements correspondants à. ces débits sont :

A 40 coups 97 0/0

Le rendement, maximum à la vitesse de 40 coups, diminue quand ce nombre augmente.

Pour l'épuisement à de grandes profondeurs, on établit plusieurs jeux de pompes superposés, et les eaux sont élevées par relais. La pompe du fond est élévatoire, et les autres sont foulantes et espacées de 60 mètres environ.

En général on admet de 15 à 25 mètres d'espacement pour les pompes élévatoires, et de 50 à 70 pour les pompes foulantes. Naturellement, avec l'accroissement de la hauteur de refoulement, la fatigue des pompes augmente et la vitesse diminue ; il convient donc de marcher d'autant plus lentement que les répétitions sont plus espacées.

Pour éviter la répétition des organes qui multiplie les chances

de dérangement et les dépenses de réparations, on attelle les tiges des diverses pompes étagées à une maîtresse-tige qui, par son poids considérable, produit en descendant le refoulement de l'eau dans toute la colonne de pompes foulantes.

Quant aux machines destinées à mettre les pompes en mouvement, on les installe au fond ou à la surface ; au fond lorsqu'on peut en faire la commande par l'électricité ou l'air comprimé, et à la surface dans la généralité des autres cas.

Elles sont simples ou à double effet.

Dans le moteur à simple effet (type Cornouailles), la vapeur n'agit que pour actionner la maîtresse-tige ou les maîtressestiges jumelles qui, en descendant, refoulent l'eau par leur poids. Ce système s'applique à toutes profondeurs et quelle que soit la masse d'eau à épuiser.

Le moteur peut être à balancier ou à traction directe, selon les convenances du jour, à haute ou moyenne pression, à longue détente se réglant à la main et à condensation.

La grande détente et la condensation procurent une économie de combustible ; en outre la grande détente permet de diminuer la vitesse et de la rendre nulle à l'extrémité de la course.

La distribution se fait au moyen de trois soupapes ; Tune pour l'admission, la seconde pour l'équilibre et la troisième pour l'échappement. Chacune d'elles est fermée par une pièce dont le mouvement est solidaire du piston et ouverte par un mécanisme à déclic commandé par une cataracte.

Dans le moteur à double effet, la vapeur agit alternativement . sur les deux faces du piston, ce qui permet de réduire de moitié la section du cylindre moteur. Le mouvement de montée est facilité par l'addition d'un contrepoids égal à la moitié de l'excédent de poids que doit avoir la maîtresse-tige pour refouler l'eau.

La machine à double effet est moins coûteuse et moins encombrante que la machine à simple effet.

Calculs pour l'épuisement par une pompe

i ù Force motrice.

Soient :

H la hauteur totale d'élévation ; h » d'aspiration ;

h' » de refoulement ;

—rie volume d'eau en mètres cubes à élever par seconde. E le poids d'eau E = ^. 1000.

K coefficient variant de 4,2o à 2,00 selon la plus ou moins bonne construction de la pompe.

La force motrice en chevaux sera :

r — K 60 X 75 * 1UUU

Remplaçons h-\- h' par H, et-~X 1000 par E, on a :

La vitesse v d'écoulement de l'eau à la sortie des pompes doit être aussi faible que possible, car l'eau emporte en pure perte

une puissance vive égale à ^ mt? 2 .

De plus vdoit être uniforme,car à une variation v — v' corres-

pond une perte de puissance vive égale à^ rw(t? 2 — i/ 2 ).

Diamètre du piston des pompes

Le diamètre est donné par les formules :

pour une pompe à simple eflet ; et

D = 4,13 l/Q V Ht>

pour une pompe à double effet.

Q volume d'eau en mètres cubes à élever, par minute ;

v vitesse linéaire moyenne du pislon, »

R rendement en eau montée.

R exprime le rapport entre le volume d'eau réellement montée et le volume engendré par le piston en une minute ; il varie entre 0.80 et 0,97, il est même sensiblement égal au rendement théorique dans une pompe bien construite et tenue en bon étal.

Diti mètre

Volume engen-

Diamètre

Volume enjjcn-

du piston

dre pat* in être de course

du pislon

t.re par mètre de course

Calculs pour l'épuisement par jeux de pompes 1° Poids et vitesse de la maîtresse-tige.

En désignant par :

p l le poids de la colonne d'eau à refouler ;

p ± la différence des pressions atmosphériques sur la colonnerefoulée et sur le piston foulant ;

p 8 le poids nécessaire pour vaincre toutes les résistances passives «Uns la machine motrice, les pompes et tes tiges ;

ASSECHEMENT DES MINES 127

Pi le poids nécessaire pour produire l'ouverture de tous les clapets de refoulement.

On a :

En pratique, on prend :

En outre les nécessités de la construction ou l'emploi de la détente obligent à donner à la maîtresse-tige un poids total très supérieur au poids libre P. Dans les machines à balancier, on équilibre cet excédent de poids par des contrepoids fixés à un contre-balancier ; on ajoule les contrepoids par tâtonnements jusqu'à ce que l'on obtienne pour la niait resse-tige la vitesse voulue.

Cette vitesse ne doit pas sensiblement dépasser 4 mètre pendant la descente, et 1 m. 50 à 1 m. 75 pendant la montée.

2° Nombre de coups de piston par minute

Pour des pompes de 1 m. de diamètre et 3 m. de

course 4 à 5 coups

Avec une machine à régénérateur Borkholtz. ... 6 »

Pour des pompes peu importantes o à 8 »

Pour une pompe de puits en avaleresse 40 »

Exceptionnellement, pour un cas pressant 42 »

3° Poids total correspondant à la manœuvre de la maîtresse-tige.

Ce poids comprend :

P le poids libre de la maitresse-tigo ;

p 3 le poids correspondant aux résistances passives et aux frottements de tous genres ;

p 3 le poids total des colonnes d'eau correspondant à chaque pompe du jeu foulant.

7> 6 poids d'eau dans la pompe aspirante et soulevante du bas.

4° Travail brut que doit fournir la machine motrice

Tz=nv

5° Force en chevaux de la machine motrice F = 1,25™

Bibliographie

Bu rat. — Matériel des houillères.

A. Habets. — Le matériel des mines, à l'Exposition universelle de 4889.

A. Desehamps. — Les machines de mines, à l'Exposition universelle de 4889.

Transports à ciel ouvert

4° A la brouette.

Poids vide 30 kilos, contenance 50 litres, charge utile 50 kilos, poids total 400 kilos.

Relais de 30 mètres, sur terrain sec et uni, plat ou en pente. » 20 » » , en rampe infé-

rieure à 77; •

Un bon rouleur peut faire 27 kilomètres, allers et retours, et

transporter 31 tonnes à 30 mètres en bon terrain ou sur des

planches, soit un transport de 4 tonne environ par jour et par

kilomètre au prix de 3 francs.

2° A u tombereau.

Contenance 5 à 8 hectolitres. Charge utile 700 à 4000 kilos.

Un cheval au pas, à la vitesse de 40 à 50 mètres par minute, travaille 40 heures, en se reposant 2 heures. Sur une route médiocre, il parcourt 20 à 24 kilom., aller et retour, et transporte 7 à 12 tonnes à lo distance d'un kilomètre et par jour.

A raison de 6 francs par jour et par collier, c'est une moyenne de fr. 70 par tonne kilométrique.

3» Sur voie ferrée.

Sur une voie portative de 4 k. 500, un homme peut pousser à 20 kilomètres un wagon chargé de 480 kilos, à la vitesse de 4 kilomètres à l'heure, aller et retour. En tenant compte du retour à vide, c'est donc un transport de 9,60 tonnes par kilomètre et par jour, soit 10 fois plus de travail qu'à la brouette.

En terrain plat,sur une voie de 7 kilos, un cheval remorque 8 wagons chargés de 800 kilos, à la vitesse de 4 kilom. à l'heure, aller et retour. En 40 heures de travail, il parcourt au total 40 kilomètres, et transporte 128 tonnes par kilomètre et par jour.

Un cheval peut remorquer :

En palier 8 wagons de 800 kilos, charge totale 6.400 kilos

Sur une rampe de

Sur une rampe de

Sur une rampe de

Sur une rampe de

Une petite locomotive pesant à vide 2700 kilos, peut transporter en 10 heures, avec une vitesse de 10 à 12 kilomètres et une consommation de 180 à 200 kilos de charbon :

En palier 36 à 37 tonnes

Sur une rampe de 0.005 23 »

» O.OfcO 10 »

Transports souterrains

1* Portage à dos, par sacs, mannes ou couffins. Un homme peut porter de 30 à 70 kilos, en parcourant de 4

à 6 kilomètres par jour, aller et retour ; les relais ne doivent pas dépasser 80 mètres. Effet utile, 200 à 300 kilos transportés par jour à un kilomètre. Sur une pente dépassant 15 degrés, il faut entailllerla roche en marches d'escalier.

2 y Traînage par bennes ou cuveaux à patins.

A vide, la benne est portée sur le dos ; chargée, elle descend sans effort sur une pente de 15 degrés, au-delà il faut la retenir à la main ou à l'aide d'une corde.

Charge en palier, 60 à 120 kilos. Effet utile 200 à 700 k. par jour et par kilomètre.

Charge en pente de 10 à 15 degrés, 170 à 250 kilos. Effet utile 250 à 800 k. par jour et par kilomètre.

3° Transport par brouette.

Charge 60 à 100 kilos, parcours journalier 10 à 13 kilomètres.

Effet utile 250 à 750 kilos par jour et par kilomètre dans les conditions ordinaires, et 1000 kilos avec un roulage sur planches.

4° Transport sur voie ferrée.

On établit autant que possible une pente d'égale résistance, c'est-à-dire telle qu'un cheval puisse traîner le même nombre de berlines pleines à la descente et de berlines vides à la montée. En appelant F le coefficient de frottement total, la pente d'égale résistance i est donnée par la formule :

Celte pente est celle qui donne le meilleur effet utile ; elle est égale à 0,006 environ.

Pour qu'il y ait pente d'équilibre, c'est-à-dire pour que les wagons pleins puissent se mettre en marche à la plus légère poussée, il faut que l'on ait i = F.

On se trouve dans de bonnes conditions quand on a i= 0,008 à 0,010. Dans ce cas, le rouleur après avoir lancé son wagon plein, monte derrière, et n'a plus alors d'effort à développer que pour remonter le wagon vide.

D'une manière générale, en désignant par :

R le coefficient de résistance à la traction ou l'effort de traction .

P le poids total traîné. On a :

Dans le cas d'une pente d'égale résistance, l'effort de traction à la montée d'un wagon vide, de poids p, est :

Pour la pente d'équilibre :

Tableau des pentes d'équilibre et d'égale résistance

Valeurs de F

Pentes r F ~]

d'égale 1 »zz 1

résistance L MO J

Pentes r FI

d'égale izz — —

résistance L z J

yGoogk

Jusqu'à la distance de 300 mètres, on fait les roulages à bras.

Un homme peut pousser 5 tonnes par jour à 1 kilomètre.

Au-delà de 300 mètres, et dans les galeries suffisamment hautes, on se sert de chevaux. On considère comme satisfaisant le transport par cheval de 30 tonnes par jour et par kilomètre.

En appelant :

/, l'espacement des évilements ou garages;

a, la production journalière des chantiers;

d, la distance des chantiers au puits d'extraction;

w, le nombre de chevaux nécessaires pour enlever le tonnage a ;

On a :

l •= et n = -p

formules qui résolvent le problème du transport par chevaux.

Pour calculer le nombre de berlines qu'un cheval peut I rainer sur une pente d'égale résistance, on se sert des deux formules suivantes :

R=n(Fp+ip) pour la montée de n bennes pesant à vide chacune p kilos.

R = n'[F(p+p)-i(p+p')] pour la descente de ri bennes avec une charge totale de p-{~pk\\.

Si on fait i = ^-, on en tire :

A la montée n = rr~ dtp

A la descente n'=

«(/> + V) R est l'effort de traction d'un cheval attelé au pas, soit 65

kilos.

Si Ton suppose ;

On trouve n = ri = 14.

Dans les conditions ordinaires i varie entre 0,006 et 0,008, et les types de berlines employées correspondent à la proportion pz= (0,45 à 0,50)/)'.

Mais il importe d'établir rigoureusement la pente d'égale résistance et de soigner la pose des rails, car une voie mal établie et mal entretenue use le matériel, fatigue les chevaux et diminue l'effet utile.

Quand les berlines sont en très bon état, le coefficient de

frottement F descend à -j-rr- ; dans le cas contraire il peut ÎOO

atteindre sâ*

L'effort de traction R est donné, pour tous les cas qui peuvent se présenter, par le tableau suivant :

Travail des bêtes de trait

Mode d'attelage

Effort de

traction en

kilog.

Vitesse en met.

Travail par

seconde en

kilogram-

métres

Heures de

travail

effectif

par jour

Cheval attelé, au pas

Cheval attelé, au trot

Cheval au manège, au pas

Bœuf au manège, au pas

Mulet au manège, au pas

Ane au manège, au pas

Lorsque les chevaux séjournent constamment dans la mine, il faut placer l'écurie dans un endroit bien aéré, à proximité

CHEMFNS DE FER 1S5

<lu puits. Le sol est bétonné, avec une pente maximum de m. 04 par mètre.

Les emplacements à ménager par cheval sont, suivant la taille :

Largeur 1 m. 25 à 1 m. 50

Longueur 3 m. 00 à 4 m. 00

Hauteur 2 m. 50 à 4 m. 00

Un cheval de taille moyenne coûte de 2 fr. 50 à 3 francs par jour d'entretien ; celui-ci comprenant la nourriture, le ferrage, le harnais, les soins et l'amortissement du prix d'achat.

La nourriture journalière doit être :

Pour un cheval du jour : 8 k. avoine, 6 k. foin, 5 k. paille » du fond

de taille moyenne... 4,5 » ,4,5 » ,4 » etlk.son.

L'aérage et l'éclairage des écuries sont des points importants; -depuis qu'on installe l'éclairage électrique dans les mines, on observe que les chevaux se portent beaucoup mieux et donnent un plus grand effet utile.

Construction des chemins de fer de mines

Matériel fixe. — On emploie les types suivants de rails :

1° Le rail en fer méplat^ le plus simple et le plus économique.

Il est encastré dans des traverses en bois espacées de m. 60 à m. 70, et pèse de 3 à 9 kilos le mètre courant.

Durée maximum, 10 années.

Sa pose est difficile, et il use assez rapidement le matériel ; néanmoins on l'emploie beaucoup dans les mines métalliques à faible exploitation.

Dimensions des rails en fer méplat

Dimensions

Poids du rail

Charge de berlines

en millimètres

par mètre courant

pleines

2° Le rail à double champignon, en acier, pesant 6 kilos. II est fixé sur les traverses en bois dans des entailles ou des coussinets en fonte.

Il peut durer 30 années.

Le rail de 6 kilos mesure m. C65 de hauteur ; 0,00625 d'épaisseur d'âme, et 0,0195 de bourrelet.

8° Le rail Vignole ou à patin, est fixé aux traverses par des crampons ou des tire-fonds boulonnés. 11 donne une voie plus stable, mieux assise et moins coûteuse que les autres.

Le rail à double champignon est sujet au décalage, et son entretien est très dispendieux. Par contre il est facile à courber et peut être employé une seconde fois en le retournant ; quand il est usé, on le découpe pour faire des traverses.

En alignements droits, 4 hommes peuvent poser 100 mètres de voie Vignole, ou 150 mètres de voie à fer méplat ou à double champignon.

Dans les galeries de faible circulation on emploie par économie le fer méplat ; mais dans les galeries de roulage qui le plus souvent se prolongent au jour pour aboutir aux dépôts et aux ateliers de préparation, on préfère le rail à patin.

Quant à la largeur de la voie, elle varie entre m. 40 et m. 75 ; elle dépend de la capacité des wagonnets et de la longueur du chemin à parcourir. Exceptionnellement elle peut atteindre 0m.90.