CHAPITRE XLV AÉRAGE SANS MACHINE

aAbaoe matvbel

t9S9 — En dehors de Vaérage mécanique, auquel nous avons consacré le chapitre précédent, il existe un certain nombre de procodés pour Vaërageêant machines. Celui qui se présente le premier àla pensée est Vairage naturel {').

On appelle ainsi la ventilation qui naît spontanément de la configuration même des travaux, et de la disposition relative des points d'accès par lesquels ils se trouvent rais en relation avec l'atmosphère extérieure.

Ce principe présente évidemraent, sur tous les autres, l'avantage de l'économie. Hais cette considération, malgré son importance incontestable, doit s'effacer, quand il y a lieu, devant celle de la sécurité. ng-m.

Réduisons, pour plus de simplicité, à deux points A et B (flg. 775), les orifices d'entrée et de sortie, et au tracé ACDB la configuration intérieure des travaux. Nous pro<

;"( On oppose soutenl â cette cipression celle (Taérage artificiel, qui comprend, ii>dép«ndïiiimeiil de la Tcntilition mécanique, lous les autres procédés d'aérage tans oBchinea.

63t ÂÉRAGE.

longerons par la pensée en AE, dans le sein de Talmosphère extérieure, le puils AC, de manière à constituer, pour Tensemble, un tube en U plein d'air en ECDB. Les deux branches EC et BD étant égales, les densités des fluides qui les remplissent devraient être identiques, pour que l'équilibre fût possible. Or celte condition ne sera pas réalisée en général, d'après les diflerences météorologiques de l'intérieur à l'extérieur. L'équilibre devenant ainsi impossible, le mouvement prendra naissance de lui-môme.

Si nous admettons provisoirement que les parties souterraines AC et FD se trouvent dans des conditions similaires, il restera seulement à comparer les colonnes d^air AE et BF. En été, l'air cxti!rieur AE sera plus chaud, et par conséquent plus léger que celui de la mine, qui remplit BF. C'est donc ce dernier qui, par son surcroit de poids, déterminera une circulation dans le sens BDCA. En hiver, au contraire, l'air atmosphérique sera plus dense que celui des travaux, dont la température, sans rester absolument constante, aura varié dans des limites moins étendues. Le courant se renversera donc, et prendra la direction ACDB.

Ce n'est du reste que pour simplifier, que nous avons fail, dans ce raisonnement, abstraction des hauteurs AC et FD, comme si elb étaient sans influence. En réalité, il n'en saurait être ainsi. En efl'et, l'air ne prend pas instantanément la température de rintêrieur, lorsqu'il y arrive du dehors. U ne change que progressivement d'état. Il régnera donc une certaine dilîérence entre les deux colonnes AC et FD, selon qu'elles serviront à l'entrée ou à la sortie du courant. La profondeur des travaux exerce par const^quent une influence propre, indépendamment de l'action plus directe due à la dénivellation des orifices qui établissent leur communication avec le jour.

±1t30 — La circonstance caractéristique du phénomène que nous venons d'esquisser consiste dans le changement de sens, de l'été à l'hiver; inversion qui pourra même se produire un certain nombre de fois dans le cours de l'année, au moment des grandes perturbations atmosphériques. S'il devait s'opérer d'une manière instantanée, ce renversement serait plus acceptable. Mais il c^l

clair, au contraire, que Ton passera par un ralentissement, suivi (l'une stagnation, et d'une mise en train, lente au début. En un mot, la mine se trouvera, pendant quelque temps, sans aérage : et justement lors des crises atmosphériques propres à surexciter, pour les gîtes grisouteux, les causes d'infection des travaux iN^ 1103). C'est donc au moment où Ton aurait besoin d*agir avec*un redoublement d'activité, que l'on se trouve absolument dt'^arnié. Dans certaines mines, on voit, pendant les jours d'orage, le eoui'ant s'arrêter ; l'air devient lourd, les hommes sont pris d'une sorte de faiblesse, et la production s'en ressent immédiatement.

Indépendamment des effets de cette stagnation, le renversement du courant présente encore d'autres inconvénients. Nous avons vu, par exemple, que l'on doit, dans les gîtes grisouteux, s'attacher à la circulation ascensionnelle (N* H7i), prescription qui ne saurait se concilier avec la possibilité des changements de sens.

U arrive aussi quelquefois que les parties supérieures des houillères renferment d'anciens feux, qui donnent beaucoup d'acide rarbonique. En hiver, l'aérage sera montant, et refoulera ce gaz; mais, en été, il tend à le rabattre, en ayant pour cela l'aide de la densité de ce produit délétère, qui infecte alors les étages inférieurs.

Ces considérations montrent que Taérage artificiel, avec ou sans machines, présente des chances de régularité ainsi que d'efficacilé beaucoup plus satisfaisantes que l'aération naturelle. Si une avarie se déclare dans les appareils, on a le temps de faire sortir les hommes, pour remédier au dérangement et reprendre ensuite la ventilation avec plus d'activité. En outre, en dehors même de l'hypothèse d'un arrêt accidentel, on a en mains le moven d'activer la marche du courant, lorsque les circonstances le réclament. La statistique des accidents s'est montrée favorable à cette manière de voir, dans les cas très fréquents où des moyens artificiels ont été substitués à laérage naturel.

i^ai — Influence de Vaérage nahtrel sur les mines ventilées ^^iificiellemenf. — On ne doit pas perdre de vue que les influences

atmosphériques que nous venons d'analyser, comme constituant l'agent unique de la ventilation abandonnée à elle-même, sont, de leur nature, inévitables. Elles ne cessent donc pas de s'exercer, lors môme que l'on intervient directement, avec des procédés artificiels, pour la production du courant. Elles viendront en aide à ces moyens, ou bien s'établiront en antagonisme, suivant les circonstances. L'aérage naturel, qui reste souvent le seul agent employé pour l'assainissement des travaux souterrains, en constitue donc toujours un facteur, dont l'importance ne saurait être complètement négligée.

Son effet se combine avec celui de la ventilation artificielle* par l'addition algébrique de leurs dépressions :

A| = h dz A„,

selon que les deux influences agissent, ou non, dans le même sens. On a vu d'ailleurs (N^ 1145) que la dépression est proportionnelle au carré du débit. C'est donc par leurs carrés que s'ajouteront les volumes qui correspondraient individuellement à chacune de ces deux causes d'aération, et Ton aura comme résultat :

Ce débit total 9, est celui que fournit une mesure anémométrique effectuée dans la galerie du retour d'air général. Au contraire, un manomètre installé au même point indique seulement la dépression mécanique h.

±ZSZ — Dans la pratique, il est nécessaire de pouvoir calculer la dépression A„, dont l'effet équivaudrait à celui de l'aérage naturel. Cette détermination est notamment indispensable pour connaître l'orifice équivalent de la mine, élément qui forme la base de la plupart des calculs relatifs à des ventilateurs en projet ou en fonctionnement. En effet, dans les mines où les deux modes d aérage ^' superposent, la formule fondamentale (11) de la page 519 devient :

L'orifice équivalent est donc fonction de /i., et représenté par :

sJh±K

Le calcul de A, peut se faire de deux manières différentes.

En premier lieu, Ton peut arrêter le ventilateur, puis mesurer la compression ou la dépression h^ (N" H93), qui se produit alors dans Toule, ainsi que le volume correspondant du courant ç^. Celui-ci est produit par la différence entre la dépression naturelle A, et la pression h^. Si Ton a en outre effectué les mêmes mesures pendant la marche du ventilateur, on obtient les deux égalités :

Ço = 2,63 a v/*,— Af, ç, = 2,63a Va ±: A,.

En divisant membre à membre, on obtient une équation d'où l'on déduit A^.

Un autre procédé(*) suppose que l'aérage naturel agisse dans le môme sens que la soufflerie. Au lieu d'arrêter complètement cette dernière, on ralentit seulement sa vitesse de façon que la dépression manométrique A devienne nulle. On jauge le courant, de débit 9,, qui passe alors dans l'ouïe, et qui ne résulte que de l'action de la dépression naturelle A.. On mesure d'ailleurs le débit q^ et la dépression mécanique A qui correspond à un fonctionnement normal de la machine. Les deux égalités :

(*) MorUer, CRM, 1888, i».

658 ÂÉRAGE.

fournissent encore, par leur division membre à membre, une relation qui permet de calculer A^(*).

1233 — Le seul fait que la mise en mouvement de Tatmosphère des travaux a clé déjà provoquée par des causes accidentelles ou artificielles pourra devenir un agent de prolongation spontanée de ce régime, si ces causes viennent à cesser de s'exercer. En effet, Tair qui entre à la température extérieure, différente de celle du fond, tend à se rapprocher progressivement de celle dernière, d'où il résulte, même pour deux puits d*égale hauteur, des di(rérence> entre les densités moyennes, qui sont incompatibles avec Téquilibre, et entretiendront dès lors la continuation de récoulement. Le moteur effectif de cet apparent mouvement perpétuel se trouve dans les échanges de chaleur auxquels je viens de faire allusioû.

C'est à cette influence qu'il faut rapporter les observations, très discordantes d'ailleurs, qui ont été faites, dans divers cas, sur la prolongation de l'aérage après l'arrêt du ventilateur. De tels écarts s'expliquent naturellement par l'inégalité des conditions locales. dans lesquelles résident Içs causes efficientes de ce mouvement spontané. Parfois on Ta vu durer pendant six heures après Tarrét de la machine (*); d'autres fois, il cesse presque instantanément.

Théoriquement, en l'absence de toute action motrice pouvant être rapportée à l'aérage naturel, et en raison seulement du laticé, celle durée devrait être infinie. En effet, la seule force retardalrico qui tende alors à réduire la force vive étant le frottement, que Ton peut ici considérer comme proportionnel au carré de la vitesse, l'accélération se réduirait à la forme :

dt — ^*''

(') Si l'on étudie en pareU cas un avant-projet de ventilateur dynamique (N* 1^1^ • en connaissant l'orifice équivalent a, la formule [14, p. 520) fournit non pas A, mai^

On déduit de cette relation h, connaissant A» qui doit être alors une des doimées do problème. On emploie ensuite la marche ordinaire pour calculer ti. (*) Proceedings of the South Wales Jnêlitution of Engineers, V.

ce qui donne:

.\ËRAGE SANS MACHINES. 659

et, en intégrant :

On doit donc faire (=oc pour avoir v=o. Mais il arrive, en mènie temps, si Ton effectue le calcul sur des exemples numériques» que la vitesse tombe, en moins d'une minute, à des valeurs insignifiantes (^).

En pratique, on admet qu'après Tarrét d'un ventilateur il suffît d'un quart d'heure, ou même de 10 minutes, pour que le courant d air qui subsiste encore ne résulte plus que des causes naturelles seules.

11^34 — Cheminées d'aérage. — On a essayé d'activer Taérage naturel, en exagérant artificiellement sa cause essentielle, qui est la différence de niveau des débouchés. Il suffit, pour cela, de surmonter le puits le plus élevé d'une cheminée d'aérage, qui en reporte l'orifice à une plus grande hauteur. Quelques-uns de ces édifices ont dépassé 50 mètres ('), bien qu'ils soient ordinairement de dimensions tout à fait restreintes. Il est clair que ce moyen présente l'inconvénient de condamner d'une manière presque absolue le puits à ne servir que de voie d'air, sans qu'il soit possible d'y installer aucun service.

Il est en outre facile de se rendre compte du peu d'efficacité de ce procédé, à mettre en parallèle avec les frais et les embarras considérables dont il est l'occasion. Si, en effet, nous assimilons l'air intérieur à un liquide qui s'écoule par l'orifice A (fig. 775),

sous la charge BF = H, sa vitesse sera proportionnelle à v/ÎT. Cette

expression deviendra v^H-hA, quand on surmontera le puits B d'une cheminée de hauteur h. Si donc on veut établir, entre la

i') Commission du Gard, BuU. min., 2*, VU, 730. {*) PonsoD, Traité des mineê de houille, U, 75.

640 ÀËRAGE.

nouvelle et l'ancienne vitesse, un rapport m, il faudra poser :

VH + A = myTK, d'où il suit :

On voit par là, d'une part, que la hauteur de la cheminée doit être, pour un même effet à produire, proportionnelle à la dénivellation préexistante. Si donc il est intéressant d'augmenter ainsi, à peu de frais, Tinfluence d'une différence de niveau vraiment insuffisante, il serait déraisonnable de chercher à améliorer, par ce procédé, celles qui sont déjà notables par elles-mêmes.

D'un autre côté, la hauteur de l'ouvrage crott comme la fonction m' — 1 (c'est-à-dire d'une manière très rapide) avec le degré d'efficacité m que Ton désire réaliser. Par exemple, pour doubler la vitesse, il faudrait une cheminée d'une hauteur triple de la dénivellation proposée.

On a également employé ces cheminées, en Angleterre (*). pour augmenter l'effet des foyei*s d'aérage, à l'étude desquels nous arrivons maintenant. Quelquefois même le puits sert en même temps à l'extraction. On garantit alors, autant que possible, les moulineurs des fumées, en soutirant la plus grande partie de cellfô-ci, un peu au-dessous de la recette, par un couloir surmonté dune cheminée qui approche, dans certains cas, de 30 mètres de hauteur.

rOTER6» D'AÉRAQE

1285 — L'aérage naturel étant fondé sur une différence de température, on s'est trouvé logiquement amené à la produin' d'une manière artificielle à l'aide d'un foyer (*). Cette combinaison

i*) fM. Angleterre, 79.

(») Cet usage est ancien, et constaté déjà dens le xvii» siècle (B. FyseD, Sancla regia five historiarum, etc.L

se trouve d'autant mieux indiquée, que non seulement on a, dans les houillères, le combustible sous la main, mais que certaines sortes inférieures, difficilement acceptées par le commerce, et incapables de supporter des frais de transport, seront avantageusement utilisées de cette manière, en même temps que sur les ((rilles des générateurs à vapeur.

On appelait autrefois toque-feu (fig. 776) une corbeille métallique remplie de charbon incandescent, et suspendue, à Taide d'un treuil et d'une chaîne, dans le puits de retour d'air. Quand le combustible était à peu près consumé, on remontait cette corbeille, pour la charger et la redescendre ensuite. La nécessité de ces manœuvres répétées empêchait d'installer le toque-feu à une grande profondeur.

D'après cela, outre que celte combinaison présente un danger inacceptable dans les mines à grisou, elle est évidemment irrationnelle, car la vraie

place du foyer est au fond du puits de retour d'air. En le mettant plus avant à l'intérieur des travaux, on userait inutilement son influence par des résistances à vaincre par l'air dilaté suivant le parcours horizontal, et Ton gênerait la circulation de cette partie de la mine. En le plaçant plus haut dans le puits, on sacrifie gratuitement une partie de la dénivellation qui produit le tirage.

Fiff. 776. — Toque-feu.

IZBS — Les foyers d'aérage (fig. 777) ont l'avantage d'être moins sujets aux dérangements que les appareils mécaniques. De plus, si une avarie vient à se produire, la chaleur emmagasinée dans les parois du foyer et du puits suffit à entretenir, pendant un «erlain temps, une ventilation efficace (N** 1253).

Ce moyen n'oblige pas à fermer un puits, comme le nécessite remploi des ventilateurs (N* 1180), bien qu'il y apporte incontestablement une grande gêne. On peut, à la rigueur, y installer un î>ervice d'extraction avec des câbles, des cages et des guidonnages entièrement métalliques, pourvu que la température ne dépasse

pas, dans la colonne ascensionnelle, 40 à 50 degrés. Mais ce serait la combinaison la plus vicieuse d'y organiser l'épuisement, qui refroidit beaucoup le puils.

L'emploi des foyers est forl bien adapté aux mines larges.

Pour ce motif, il est très répandu en Angleterre {'). Il convieni beaucoup moins bien aux exploitations qui présentent unegrande résistance, comme e'wl le cas en Belgique, oîi l'on emploie presque uniquement les ventilateurs. Avec les mines larga.

les foyers permettent d'obtenir des débits supérieurs à ceuj que fournissent les machines dans tes mêmes conditions. Le contraire a lieu pour les mine»

étroites.

On peut, en revanche, reprocher aux foyers les inconvénient suivants. D'abord, leur efTel n'esl Fig. 777. -Foyer dn.'raçcdEppicton pas Certain et géométrique, comme celui des \'entilatt:ut> volumogénes. Il dépend, dans une large mesure, de l'hygromélri-

['] Si l'on prend comme exemple le dislricl du SouUi-Stafford sbire, on y reiKotilnii' il y s quelques nmiéc^, 4TK eiploilations aérées naturellement en temps ordluaii?- '' avec des toque-reui pour tes jours chauds et lourds: 6t Toferj propreiucol dit^: 13 ventilateurs Guibal, Z Waddie, 3 Hammel, i Scliicle; et i eau d'sci-age par la vapeur perdue des gêni^i-ateurs.

Koyer d'aéragc do Luschin Ebengreulh {PorlefeuitU écoaomiqut da nua^if. ISIU. 1!0).

D'après l'enquête de ta Commission prussienne du grisou, il y avait en Pniu' ai 1MK3, pour 3j7 sii>gcs d'ciploitation, 438 installations (y compris celles de kktk: ileKtitiées ï la production de l'aérage. qui se subdivisaient ainsi : 161 Tentilitcur^' 120 royei's, 107 ctietniuécs d'acragc (dont 5H n'étaient autres que des cbetoini^ i* chaudit^rcs de In surface), 2 appareils Hoerling; 48 ajifin se réduisaient à l'cchiiiiremeut de l'air d'un piUls par le passage d'une conduite de vapeur.

. AËRÂGE SA^^S MACHINES. 645

cité de Taîr; l'influence de la vapeur d'eau tendant à abaisser la lempérature. Il est souvent entravé par Thumidité des puits d'aéra^^e, dont le revêtement doit être soigneusement surveillé, pour empêcher les infiltrations de s'y établir.

L emplacement de ces appareils au fond de la mine rend leur accès difficile, quand il s'agit de rétablir le courant après un sinistre, tandis que les ventilateurs, placés au jour, sont plus accessibles. Les foyers sont également moins bien en main, lorsqu'il s'agit, en service normal, de donner un coup de collier. En outre, on peut toujours redouter des chances d'incendie, malgré la précaution, qui ne doit jamais être omise, de les établir dans le rocher et non dans la houille, d'écarter tout boisage, de les environner de maçonnerie, et mieux encore de doubles muraillemenls entre lesquels on fait passer, comme réfrigérant, une partie de l'air de la mine.

i!S37 — Par-dessus tout, il faut signaler la contradiction manifeste de ce moyen d'action avec la présence du grisou. On doit, nonobstant toutes les précautions possibles, considérer ce choix comme absolument téméraire pour un gîte grisouteux. Une règle essentielle consiste, dans toute mine simplement suspecté, a n'alimenter le feu qu'avec de l'air pur amené directement du dehors, en établissant des systèmes de fermeture qui garantissent d'une manière certaine contre toute éventualité de l'accès de l'air intérieur sur les grilles du foyer.

Cependant, en Angleterre, on alimente avec l'atmosphère de la mine, en choisissant, parmi les divers courants, le moins contaminé. On profite, en outre, du voisinage ordinaire du puits d'enli'ée, pour couper le fluide vicié avec une partie de l'air pur. On admet, du reste, en raison des imperfections déjà signalées (p. 545, note 1) dans la manière dont le courant se trouve guidé à travers les travaux, qu'une grande partie du volume injecté quitte, à bref délai, le circuit, et revient, par le chemin le plus court, se mêler au retour d'air, qui se trouve ainsi sensiblement épuré en approchant du foyer. Cette proportion atteint souvent un quart, et approche parfois de la moitié.

On recommandait autrefois d'allonger assez le rampant pour qu'en aucun cas les flammes ne pussent atteindre le puits dan> lequel s'engage Tair grisouteux, et qu'il n'y arrivât que des gaz chauds, mais éteints. On veillait, en même temps, à donner à ce rampant une section suffisante pour y modérer la vitesse, qui aunit comme eflet d'allonger la flamme.

11^38 — Le tableau suivant (') présente un certain nombre d'exemples numériques, relatifs aux foyers d'aérage. Toutefois, quelques cbiflres ont augmenté depuis l'époque à laquelle ont été recueillis ces renseignements. A Hetlon, par exemple, on arme, avec quatre grilles, à lancer 115 mètres cubes par seconde. A Seoham, on approche de 150 mètres cubes. Certains foyers atteignenl aujourd'hui 60 mètres carrés de surface de grille.

NliSES

Ryliope. . . .

Eppletoii . . .

Uetton ....

Harton Hilda .

Oaks

Elemore . . . Nortli Seatoii .

West Slekburii Seaton Délavai Cowper Hartley Waldrige. . .

Pelton ....

Townley . . .

Nctherton. . .

PROFON' DECR

met.