EMPLOIS DE L'AIR COMPRIMÉ
Ces formules permettent de résoudre les divers problèmes concernant le passage de l'air comprimé.
Rendement de Vair comprimé comme force motrice. — Soit A le travail en chevaux développé par le moteur, hydraulique ou à vapeur.
Le rendement des compresseurs est égal à 0,75 À, mais il faut encore déduire 6 0/0 pour perte de charge dans les conduites et par kilomètre. De plus, et en tenant compte des variations de pression, des intermittences de fonctionnement, etc., on voit que les appareils mis en marche par l'air comprimé, n'utilisent guère plus de 600/0 du travail qui leur est fourni.
Le rendement aux appareils est donc :
Soit environ 42 0/0 du travail moteur initial fourni par une machine à vapeur ou hydraulique.
Au puits Ste-Eugénie, de Blanzy, où l'on peut voir l'une des installations les plus belles et les plus complètes cTair comprimé, 4 compresseurs, mis en mouvement par des machines a vapeur de 822 chevaux de force effective, rendent 472 chevaux dont le travail est réparti, à la distance moyenne de 2000 mètres, de la manière suivante :
27 treuils, absorbant chacun 12 chevaux 324 ch.
5 bosseyeuses, » 12 »' 60 —
16 ventilateurs, » 2 » 32 —
8 pompes. » 4 » 32 —
12 forges, au jour, » 2 » 24 —
Total 472 ch.
C'est une utilisation de 57 0/0 du travail moteur fourni par la vapeur. Mais ce rendement est exceptionnel, et il convient, dans la pratique, de ne pas compter sur plus de 40 ou 42 0/0.
On peut admettre, pour une distance de 500 mètres, un rendement de 45 0/0.
Pour une distance de 1,000 mètres, 44 0/0.
Pour une distance de 2,000 mètres, 42 0/0.
Pour une distance de 5,000 mètres, 40 0/0.
Pour une distance de 10,000 mètres, 36 0/0.
Résultats obtenus au puits Sainte-Eugénie, de Blanzy,en 1886
Nombre total des chevaux-vapeur utilisés 472
Distance moyenne des appareils au siège de compression, en mètres. . ; 2.000
Volume total débité à la pression de 4 k 5, eu mètres cubes 4.718.258
Total des dépenses, non compris l'amortissement, en francs 53.260
Dépense par cheval utilisé et par heure, en francs 0, 0128
Prix du mètre cube d'air comprimé, en francs 0, 01 1
Bibliographie
F. Mathet. — L'air comprimé aux mines de Blanzy.
W. L. Saunders. — Comprcssed air-production.
H. Dechamps. — Le transport et la distribution de la force motrice à grande distance par les moyens mécaniques. Revue Universelle des Mines.
Toutes les fois que Ton peut obtenir de la force motrice à bon marché, et en particulier lorsqu'on dispose dune chute d'eau quelconque, à petit ou à grand débit, à faible ou à grande hauteur, la transmission de l'énergie par le courant électrique est avantageux, surtout à longue dislance.
Le travail théorique fourni par une chute d'eau est donné, en chevaux-vapeur, par la formule :
T = 13,33 QH"
Q, débit en mètres cubes par seconde ;
H, hauteur de chute en mètres.
Pour étudier l'installation d'une roue ou turbine hydrauliques, il faut déterminer :
1° Le volume d'eau maximum et minimum débités, qui permettent de déduire le débit moyen par seconde.
2<> La hauteur de chute.
3° La longueur et les dimensions du conduit ou canal d'amenée d'eau à la roue.
4° La force maximum en chevaux que l'on veut demander au moteur.
Pour utiliser les chutes supérieures à 25 ou 30 mètres, si faible qu'en soit le débit, on emploie avec succès la roue Pelton* roue à augets doubles dans lesquels l'eau est lancée par un tuyau muni d'un régulateur de vitesse.
Roues Pelton
Hauteur
de chute en
mètres
Poids de la roue
Travail en ch
Roue
Roue
de m .90
de 1 ni. 20
Roue
Roue
de 1 m . 50
de 1 ». 80
C'est surtout dans les régions minières où l'approvisionnement de charbon est difficile et coûteux, et où l'on trouve presque toujours des chutes d'eau, que l'installation d'une station électrique permet de résoudre économiquement le problème de l'exploitation. Elle présente en eftet,sur les installations par eau, vapeur, ou air comprimé, les avantages suivants :
lo La station centrale prend peu de place.
2<> L'énergie est transportée à grande distance avec une perte de charge assez faible.
3° On utilise avec un bon rendement des forces motrices, telles que les chutes d'eau, que leur éloignement laissait sans valeur.
4° L'énergie est transmise par de simples fils conducteurs, faciles à placer et à isoler, quelles que soient les nécessités des terrains et des galeries souterraines. Leur transport, leur déplacement, leur vérification sont des plus simples, et ils se prêtent à toutes sortes de branchements pour desservir les appareils les plus variés dans les coins les plus reculés de la mine .
5° Enfin l'emploi de l'électricité n'a aucune action sur l'atmosphère des mines ; il est en outre sans danger car un courant, môme de 500 volts, ne donne que des chocs plus ou moins forts mais qu'il est toujours possible d'éviter.
Calculs relatifs au transport de l'énergie par l'électricité
Le problème pratique de la transmission électrique peut se formuler de la façon suivante : Transporter V énergie à la distance demandée, avec un rendement détenniné, une régularité parfaite et une dépense moindre que n'en comporterait V emploi de tout autre agent (eau, air comprimé ou vapeur).
Les éléments matériels d'une transmission comprennent :
1° Une force motrice initiale (machine à vapeur, à air comprimé, à gaz, ou machine hydraulique).
â° Une dynamo génératrice* qui transforme en courant électrique le travail mécanique de h force initiale.
3o Une dynamo riceotricc, ou moteur, qui, par une opération inverse, transforme l'énergie électrique du générateur en travail mécanique utilisable.
4o Une ligne conductrice qui transmet au récepteur le courant électrique du générateur.
Le travail utile final, mesuré sur l'arbre du moteur, est égal au travail mécanique initial de la puissance motrice, diminué des pertes qui résultent de la chute de potentiel sur la ligne et du travail nécessaire pour faire marcher à vide le générateur et le récepteur ; il peut être évalué à 75 0/0 environ.
Soient :
/,1a longueur de la ligne entre le générateur et le moteur, en mètres ;
n, le nombre de chevaux effectifs mesurés au frein sur le moteur ;
E, la force électro-motrice aux bornes du moteur,mesurée au voltmètre ;
a, le rendement mécanique de la dynamo-réceptrice, c. à.d. le rapport entre le travail mécanique qu'elle produit et l'énergie électrique qu'elle reçoit ;
S, la section du conducteur de cuivre, en millimètres carrés.
La puissance en watts du moteur est :
El = 736 "
le cheval électrique étant de 736 watts, et la puissance d'un moteur électrique étant égale au produit de l'intensité par la force électro-motrice.
Soit v la perte du potentiel sur la ligne dont la résistance est R :
t?=RI
Pour calculer R f on emploie la formule :
2tw/
dans laquelle m représente la résistance d'un fil de cuivre de 1 millimétré carré de section et de 1 mètre de longueur; on prend généralement m = 0,0206.
Enfin on calcule la section de la ligne, par la formule de Sprague qui se déduit des équations précédentes :
Application
Quelle doit être la section du conducteur capable de transporter 10 chevaux à 1500 mètres de distance, la force électromotrice du moteur étant de 400 volt»,la perte de potentiel sur la ligne de 9 0/0, et le rendement mécanique de 90 0/0 ?
La force électro-motrice sera de 400 volts, et Ton aura :
S = 400X0,90X40 = 32mm - Carres '
La môme formule peut servir à résoudre le problème suivant :
Problème
Quel doit être le rendement mécanique d'un moteur avec un cdblede 30 millimètres carrés de section, pour transmettre 5 chevaux à la distance de 1650 mètres? On suppose qu'il n'y
a pas de pertes par défauts d'isolement ou vices d* installation et que les forces électro-motrices du générateur et du moteur sont respectivement de 300 et 250 volts.
De la formule de Sprague on tire :
et par suite :
a - 30 ' 323 2 5Ox4x50 - 670/ °--
Il faut donc que le moteur ait un rendement mécanique de 67 0/0, ce qui est un cas pratiquement possible.
Le courant électrique, dans les mines, se prête à presque tous les services d'exploitation.
PeJ^^Ue P î£rûi". S P*f™*™** haveuses. Inflammation Abata^e » olullco - \ des mines par Y électricité.
Î Locomotives mues par le courant électrique emprunté au conducteur principal.
Épuisement j Jeux de pompe au jour ou au fond.
[ Treuils électriques , signaux et commu-
Extraction } nications instantanées entre le fond et
( la surface par sonneries et téléphone.
Ventilation * Appareils de ventilation mus par Vélec- ) tricitè.
Éclairage ) ^ ar ^ amr)es fi xes e * portatives, au jour
8 / et au fond.
Exemples d'installations électriques. — Aux mines de la « Aspen Mining andSmelting u°»,Colorado,deux roues Pelton utilisent une chute de 25 mètres de hauteur dont l'eau est amenée par une conduite de 400 mètres. Ces deux roues sont accouplées à deux dynamos Thomson-Houston de 400 chevaux électriques nominaux. Un simple fil de cuivre conduit le cou-
rant à 1800 mètres, à Feutrée de la mine ; de là l'énergie est transmise à deux sièges d'extraction, situés à 300 et 360 mètres plus loin,chacun d'eux élevant,parun plan incliné à 6G*etde 75 mètres de longueur, environ 250 tonnes de minerai par ti heures.
Le môme courant alimente 100 lampes à incandescence qui prennent 8 chevaux.
A Amador County, Californie, une chute de 100 mètres est utilisée, au moyen d'une roue Pelton et d'une dynamo Edison, pour transmettre, à 510 mètres de distance, un courant électrique qui actionne deux pompes d'épuisement, l'une à 210 mètres de profondeur, l'autre à 120 mètres; la première envoyant l'eau à la seconde, et celle-ci la rejetant à la surface avec un débit moyen de 900 mètres cubes par jour.
Aux mines de fer de Carlin //o*(;,Cleveland (Angleterre), l'électricité est employée à la perforation des trous de mine. Le courant est fourni par une dynamo-compound installée à la surface, de 20,000 watts de débit, ce qui donne un courant de 50 ampères à la pression de 400 volts, et tournant à la vitesse de 900 tours par minute.
Le courant est transporté à 900 mètres de distance par un conducteur principal sur lequel sont branchés des conducteurs secondaires qui desservent les perforatrices électriques. Chacune de celles-ci absorbe 15 ampères à la pression de 300 volts, soit 6 chevaux électriques.
Ces perforatrices peuvent faire 10 trous de mînè de 1 m. 30 dans le môme temps que la perforatrice ordinaire à air comprimé met pour en percer 8.
Bibliographie
F. J. Sprague. — Transmission of Power by Electricity. Ll. et C. Atfcinson. — On electric mtning machrnery. P. F. Chalon. — L'électricité dans les mines.
MÉTHODES D'EXPLOITATION 185
MÉTHODES D'EXPLOITATION
Méthodes générales
M. Bu rat définit ainsi l'objet d'une exploitation minière : t Un « gite minéral étant donné sous une forme quelconque, il s'agit « d'obtenir ce minéral dans les conditions demandées par le « commerce ou l'industrie, au plus bas prix possible, et sans « compromettre la sécurité des travaux ni le bon aménagement • du gite.
« Bas prix de revient et de vente, sécurité assurée aux ou- « vriers et bon aménagement de la richesse minérale, tels sont c les trois problèmes que l'ingénieur d'une mine ne doit jamais « perdre de vue, auxquels il doit subordonner toutes ses déci- "« sions lorsqu'il adopte une méthode ou un matériel. »
Les travaux préparatoires ont pour but de déterminer la puissance du gisement et ses variations en direction, puis de préparer les moyens de transport et d'aérage.
Si le gite est un filon incliné, on le suit par un puits incliné qui permet d'abord d'abattre une quantité importante de minerai, et ensuite de reconnaître la continuité du filon et ses divers accidents en profondeur. Le long de ce puits on amorce des galeries en direction dans le filon.
Le puits incliné, même avec un transport mécanique, peut devenir insuffisant ou d'un service difficile à un moment donné.
d86 AIDE-MEMOIRE DU MINEUR
Il importe donc, dans bien des cas, de prévoir, dès le début, rétablissement d'un puits vertical, en dehors du gite, mais allant recouper celui-ci à une profondeur déterminée à l'avance.
De ce point de recoupe, on peut organiser une exploitation méthodique jusqu'à l'affleurement au moyen de galeries de traverse ou travers-banc allant du puits au filon. Ensuite on trace, aux divers niveaux, des galeries d* allongement qui suivent toutes les inflexions et sinuosités du filon; et, par des cheminées ou des montages allant d'un niveau à l'autre, on découpe le gisement en massifs qui sont successivement abattus.
Si l'exploitation se présente à flanc de coteau, on trace au point le plus bas une galerie aboutissant au filon ; celle-ci servira pour le roulage et l'écoulement des eaux. Puis on divise le reste de la hauteur en un certain nombre de niveaux desservis par des galeries débouchant à l'exlérieur. On relie les étages par des cheminées ou descenderies, et on abat par massifs, comme dans le cas précédent. La galerie supérieure fonctionne comme voie d'aérage ou de retour d'air.
Chaque massif mesure de lo à 30 mètres dans le sens de l'inclinaison — c'est la distance des étages — et 40 à 50 mètres en direction ; il se trouve limité par deux galeries d'allongement et deux cheminées.
Il importe de tenir toujours en réserve un certain nombre de massifs pour assurer l'avenir de l'exploitation.
L'abatage, taille ou dépilage des massifs se fait en dégageant sur deux faces un front de taille aussi large que possible — 2,10 et même 50 mètres si on le peut — afin de se rapprocher du travail économique des carrières.
L'abatage se fait par gradins droits ou par gradins renversés. Les premiers s'adaptent bien aux filons de moins de 2 m ,50 et pour les minerais de grande valeur. Les seconds sont préférés pour les filons de plus de 2 m ,50 à épontes suffisamment résistantes, ils donnent de plus grandes facilités pour le travail, le transport et le remblayage et consomment moins de bois pour l'installation des planchers; mais ils présentent des difficultés pour le triage du minerai qui tombe sur les stériles et se
MÉTHODES D'EXPLOITATION
brise parle choc plus facilement que les gangues. Si le minerai est précieux, il faut, en adoptant le système des gradins renversés, disposer sous le chantier une toile ou un plancher.
Dans les exploitations de mines métalliques, on ne transporte le minerai au jour qu'après un triage plus ou moins rapide ; les stériles servent comme remblais. On calcule qu'un mètre cube de roche en place donne, après l'abatage, de 1,50 à 2 mètres cubes de remblais.
Ce mode de remplissage des vides suffit dans bien des cas; cependant il faut quelquefois le compléter en descendant dans la mine des déblais pris au jour.
Enfin si le gite a une grande puissance et que son exploitation produise des excavations incapables de se soutenir ellesmêmes, un simple remblayage est insuffisant et dangereux, et il est nécessaire de soutenir les épontes au moyen de massifs ou de piliers abandonnés .
En se basant sur le fait que la hauteur d'action d'un mineur armé de son pic ne dépasse pas 3 mètres, M. Burat a classé les méthodes générales d'exploitation de la manière suivante :
Puissance dos gîtes
Au dessous de 3J mètres
Au dessus de 3/ mètres
Conditionnement des gîtes
Mélhodos d'exploitation
Inclinaison entre 35°J Gradins droits.
et la verticale ) Gradins renversés.
Inclinaison entre 35<>\ Gradmt couchés.
et l'horizontale...] Grandes ailles.
f Piliers et galeries.
„ , , ( Ouvraqes en travers
Roches dures ) eir » mblaUm
Galeries et piliers.
Roches êbouleuses.) Par èboulement.
Par remblais.
yGoogk
m AIDE-MEMOIRE DU MKNEUR
Exploitation des couches de houille
L'exploitation de la houille diffère de l'exploitation des filons métallifères en ce qu'elle requiert des conditions supplémentaires spéciales, ainsi :
1° Il importe d'isoler les anciens travaux où s'accumulent le grisou et autres gaz délétères ;
2° Il faut, autant que possible, effectuer le déhouillement total pour éviter les accidents qui se produiraient par suite de l'altération lente du charbon abandonné ;
3° Enfin l'abatage doit être conduit de manière à débiter surtout du gros et peu de menu.
Au point de vue de l'exploitation proprement dite, on divise les couches de houille en trois classes :
Les couches minces, avec des galeries pénétrant dans la roche des épontes ; le stérile abattu suffit le plus souvent au remblayage.
Les couches moyennes, avec des galeries tout en charhon. On est obligé de descendre du jour les matériaux de remblai.
Les couches puissantes qui, suivant les cas, s'exploitent sans remblais ou avec remblais.
Exploitation des veines très-minces. — Les couches les plus minces que Ton puisse extraire sont celles de 30 à 35 centimètres, qui laissent une ouverture assez grande pour que le mineur puisse y travailler à plat ventre. Mais, à moins de circonstances extrêmement favorables, on n'exploite pas, en France, les couches de puissance inférieure à m ,50, et en Angleterre, à m, 70.
Les veines très minces sont abattues par tailles montayUes ou tailles chassantes. Dès que l'inclinaison atteint 18 à 20°, on transporte le charbon dans les cheminées par des couloirs en tôle; à partir de 25°, le, glissement dans les couloirs s'effectue naturellement.
Les cheminées ont 1 mètre de hauteur et i m , 80 de largeur* elles sont divisées en deux parties, l'une affectée au couloir, l'autre au passage des ouvriers.
METHODES D'EXPLOITATION
Les couloirs sont rectangulaires, à bords relevés de m ,30 de hauteur; ils mesurent 0", 60 de largeur, et les pièces sont de 1 mètre de longueur; la tôle a 1 BD, ,5 d'épaisseur. Chaque pièce pèse 44 kilos et coûte fr. 2,70.
L'usage des couloirs permet d'exploiter les petites veines, qu'autrefois on délaissait, dans des conditions remarquablement économiques, caries frais de roulage, de plan incliné, de poulies, et d'entretien du matériel sont supprimés.
On commence même, dans quelques charbonnages, à employer les couloirs en tôle pour l'exploitation des grandes veines.
Exploitation des couches moyennes. — Les méthodes varient suivant les inclinaisons, et peuvent être classées, d'après M . Burat, comme l'indique le tableau ci-dessous :
Couches au dessous de 3 mètres
Inclinaison
De la verticale degrés
De 70 à 35 degrés...
De 35 degrés à 0° .
Méthodes
Gradins renversés en maintenages, avec couloirs.
', Gradins renversés avec plan automoteur.
Traçages et dépilages sans remblais.
Gradins couchés en chastage.
! Voies s. quartier Voies lier nés.
Tailles montantes.
Traçage, H dé P ila g e t .^V^ part . m
Exploitation des couches puissantes
I. Exploitation sans remblais Méthode par foudroyage, pour des couches de 3 a 4 mètres
au plus, inclinées à 20 ou 2o degrés, toutes les fois que le toit est solide, nettement détaché, et que la mine n'est pas grisoutcusc.
