CHAPITRE VIII

DE L'EXECUTION ET DU SOUTÈNEMENT DES EXCAVATIONS DE FORMES OU DE DIMENSIONS SPÉCIALES

{1t04L) Nous avonsvu, dans les trois chapitres précédents, par quels procédés manuels, ou mécaniques, peuvent être exécutés d'abord, et ensuite par quels moyens peuvent être convenablement cansolidis^ les divers ouvrages courants que comporte l'exploitation d'une mine.

Ces ouvrages sont des puits et des galeries destinés à aller recouper le gite en des points donnés, et des galeries, chantiers, ou tailles, que l'on pousse dans le gite lui-même pour son exploitation.

Il convient, pour compléter ces indications, d'entrer dans quelques détails sur certains ouvrages spéciaut, qui constituent, pour ainsi dire, comme autant de points singulière dans le réseau des Iravaux souterrains d'une mine.

Je considérerai successivement :

Les points d'embranchement des galeries ;

Les points où les galeries viennent déboucher dans les puits d'extraction, et d'où les produits de l'exploitation sont envoyés au jour, points que l'on désigne sous les noms de : recettes intérieures, places éC accrochage j ou envogages ;

Les excavations faites pour servir de réservoir aux eaux ;

Les excavations spéciales pratiquées pour l'installation des machines qu'on place à Tintérieur des mines, telles : que machines. à

vapeur ou à air comprimé, manèges, ou roués hydrauliques; enfin les galeries à grande section des tunnels pour les canaux ou les chemins de fer.

Ces derniers ouvrages, bien que ne se rattachant pas à l'exploitation, n*en doivent pas moins être familiers aux ingénieurs des mines souvent chargés de leur exécution.

(S05) BmlNnuMhMMMUi on MfcinMtloM émm calcrie*. — CeS

points se présentent, parexemple, lorsqu'une galerie à travers bancs rencontre un gite, et que du point de rencontre doivent partir deu galeries en direction sur ce gîte ; ou lorsque l'une de ces galeries en direction arrive à un point où le gîte se bifurque comme il arrive jouvent dans un filon ; ou encore lorsqu'une galerie en direction est croisée par une galerie tracée suivant la ligne de plus grande pente.

Si les galeries sont boisées Tune et l'autre, on place un fort cadre de boisage à l'entrée de chacune des quatre ou des trois branches distinctes qui partent du point d'intersection commun.

Le toit reste alors à découvert dans l'espèce de carrefour formé à ce point d'intersection ; mais il est facile de le maintenir, au besoin, par de fortes rallonges soutenues par les chapeaux de deux cadres placés en regard Tun de l'autre.

Si les galeries sont muraillées, le point d'intersection comporterait l'établissement d'une voûte d'arête ordinaire, à l'extrados de laquelle on bourrerait soigneusement des remblais jusqu'au toit, qui aurait dû être d'abord surélevé d'une certaine quantité pour permettre la construction delà voûte; mais il est souvent plus simple et plus pratique de se borner à surhausser la voûle de l'une des galeries, sur une longueur de quelques mètres, et de faire en sorte que le muraillement de l'embranchement soit tout entier contenu dans la hauteur du pied-droit de la première voûte.

Celte disposition est représentée par les deux coupes de la fig. 85, faites, l'une suivant Taxe de la galerie principale, l'autre suivant l'axe de l'embranchement.

(jeOB; BeeeitoiMi^MOi 4'Mei«ch«c«. — La galerie qui aboutit

S86 COURS D*KXPLOITATI01f DES MUiES.

à un puits d'extraction doit s'élargir à l'approche de ce puits, de manière à former une gare où Ton puisse recevoir les convois de \vagons pleins et former les convois de wagons vides ; elle doit done présenter la largeur suffisante pour deux voies, et généralement déboucher dans le puits sur une largeur égale à celle du comparti* ment ou des deux compartiments d'extraction.

Souvent, en même temps, elle reçoit une hauteur plus grande, afin de faciliter la réception et Tenvoyage des vases d'extraction, lorsqu'on ne se sert pas de cages, ou bien pour manœuvrer des cages très-longues à 3 ou 4 étages superposés.

L'accrochage est donc un point à établir dans des condUiom particulières de solkUté^ à cause de la grande section du puits et de la galerie qui viennent s'y croiser, et aussi pour éviter les entraves que des réparations à faire sur ces points apportent nécessairement au service de l'extraction.

Si le puits est boisé, et par conséquent à section rectangulaire, les cAtés des cadres qui sont du côté de la recette doivent être supprimés sur la hauteur de celle-ci, et ces cadres n'ont plus alors que trois ou deux côtés, selon que la recette est simple ou double, c'està-dire selon qu'il part du puits une seule galerie à travers bancs, ou deux galeries dirigées en sens contraires.

Le moyen général pour maintenir en service les cétés des cadres incomplets qui restent en place, consiste à remplacer l'effet des côtés supprimés par celui de pièces placées verticalement dans les angles du puits, contre les extrémités libres des côtés restés en place, et à maintenir ces pièces en serrage contre ces extrémités par des traverses spéciales, situées l'une au-dessus et l'autre audessous de l'ouverture de la recette. La figure 186 donne, en plan et en coupe verticale, une idée d'une recette ^ablie dans un puits boisé.

Le boisage figuré pour les recettes ne sera pas toujours suffisant, n faudra souvent employer des cadres très-foris presque juxtaposés; ou bien on remplacera les montants de ces cadres par des murs en bonne maçonnerie, terminés par d'épais madriers formant sablière, sur lesquels reposeront les chapeaux, qui seront ou de gros rondins, ou même des pièces de charpente équarrias.

EXGAYAnONS DE FORMES ET DE DIMENSIOIiS SPÉCIALES. S81

(!e07) On a même employé pour ces chapeaux, au lieu de pièces de bois, des pièces de fer (soit des fers spéciaux à double T, soit de vieux rails de grands chemins de fer) coupées de longueur et légèrement cintrées. Ces chapeaux placés, par exemple, à O^^^SO les uns des autres, peuvent être garnis extérieurement avec des rails de mine posés sur leur plat, qui jouent le rôle d'esclimbes.

Un semblable revêtement coûte plus cher qu'un boisage ordinaire, mais il est beaucoup plus solide, et il n'exige pas un entaillement aussi grand du rocher pour une hauteur donnée de la recette.

Un autre moyen également très-énergique de soutènement consiste à employer les bois de manière à mettre en jeu, non pas leur résistance à la flexion, comme dans les cadres ordinaires, mais bien leur résistance à Técrasement; à les employer, par conséquent, dans les mêmes conditions que les pierres et les briques, c'est-à-dire comme des voussoirs.

On peut composer ainsi toutes les variétés de voûtes que l'on voudra : soit des voûtes complètes à plusieurs centres avec radiers, soit des voûtes posées sur des semelles ordinaires, convenablement entaillées à leurs extrémités pour former coussinets et frottées vers ces mêmes extrémités, pour les empêcher de se fendre. Les voussoirs auront, par exemple, 0"',30 d'équarrissage et 0°',50 de longueur suivant Taxe de la voûte, et les fibres parallèles à cet axe.

Tantôt, elles seront continues et à joints croisés, comme une voûte en maçonnerie ordinaire ; tantôt, elles formeront une série d'arceaux discontinus, qu'on pourra entre-toiser avec quelques tirants en fer, et entre lesquels le rocher sera à nu, ou revêtu d'un garnissage s'appuyant à leur extrados, etc., etc.

Un tel mode de revêtement peut être moins dispendieux qu'un muraillementet même qu'un boisage à cadres, établis dans des conditions équivalentes de solidité, parce qu'on n'y emploie que des bois courts et de peu de valeur, des déchets, par exemple, provenant des sciages de quelque charpente.

Ces systèmes ont d'ailleurs un avantage important, qui est de donner lieu à des réparations moins fréquentes, et d'avoir une certaine souplesse qui leur permet de mieux résister que la maçonnerie aux

S88 COURS D'EXriOmTIOK DES ttlNCS.

petits mouvements résultant, soit <Ic la poussée naturelle des terrains, soit des travaux d'exploitation exécutés dans le voisinage.

L'emploi du bois comme voussoir mérite donc de fixer Tattention. C'est ici le lieu d'indiquer que dans certaines localités où le bois est abondant et à bon marché, on se sert de ce procédé, même pour certaines galeries de dimensions ordinaires. Le système s'applique à des terrains qui poussent fortement au vide, par exemple, à l'anhydrile qu'on rencontre dans rexploilation de quelques salines. Cette roche, en s'hvdratant lentement, foisonne el exerce sur les revêtements une pression croissante à laquelle aucun boisage ordinaire ne résiste longtemps.

Les figures 187 et 188 représenlent des exemples des chapeaux en fer et des voûtes en bois dont il vient d^être parlé. Dans la voûte en bois on peut remarquer un cerclage en fer, placé à Tcxtrados et fixé aux voussoires inférieurs par des vis à bois. Cette disposition a pour objet de concourir à Tégale répartition de la pression sur les divers voussoirs. Elle n'est nullement indispensable.

{ItOS) Si le puits est muraille, Tinfersection de la place d'accrochage, supposée à section rectanguloîre, avec la colonne du puits, supposée être un cylindre droit à base circulaire, est un contour formé de deux lignes verticales et de deux arcs de cercle horizontaux.

Sur les lignes verticales seront deux montants, formés de pièces de bois d'un fort équarrissage, sur les faces externes desquelles viendra s'arc-bouter la maçonnerie du puits.

L'écartement de ces montants sera maintenu par leur assemblage avec deux portions de roulisse, dont la plus basse formera le seuil de la recette, et dont la plus haute, engagée par ses extrémités d'une certaine quantité dans la maçonnerie, servira de chapeau pour suppoi'ter la maçonnerie supérieure. On la soulayera d'ailleurs, si on le juge à propos, en la surmonlant d'un arceau plus ou moins surbaissé, itiportant la pression à droite et à gauche dans la masse de la maçonnerie inférieure.

D'autres fois, surtout quand la place d'accrochago a une grande hauteur, les deux montants sont supprimés; on se borne à établir la

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roulissc supérieure pour supporter la maçonnerie placée au-dessus. Le t'iiUe de la place d'accrochage se raccorde par un rampant avec celui de la galerie do roulage, et la maçonnerie du puils se raccorde avec celle de la place d'accrochage qui sert à la contre-butler. Cette disposition est représentée, en élévation et en plan, figure 189.

Quelque soin que Ton mette à ces constructions, elles ne suffisent pas toujours, quand les terrains chargent fortement, ou qu'ils sont mis en mouvement par Texploitation.

Ces mouvements disloquent et contournent la colonne du puits, toujours établie bien verticalement à l'origine, de telle façon qu*il soit parfois impossible, sur la hauteur totale du puits, de tracer une ligne verticale qui soit contenue entièrement dans V intérieur de la colonne.

i.'est pour résister, autant que possible, aux effets de ces mouvements, qui se font sentir aux places d'accrochage, que ces places doivent être établies dans les meilleures conditions de solidité, et que, non content d'employer les matériaux et les procédés usuels, on a parfois recours, comme on l'a dit plus haut, à des matériaux plus résistants, tels que le fer, et à des dispositions spéciales, telles que les voûtes en bois.

(IS09; Béi^TYoïra pour les eavx. — Il arrive souvent, lorsque les eaux ne sont pas fort abondantes, qu'on n*a pas d'autre réservoir, pour les accumuler pendant les interruptions quotidiennes ou accidentelles du service de l'épuisement, que le puisard formé en approfondissant de quelques mètres le puils d'extraction en contre-bas de la place d'accrochage.

On donnera au puisard, au moins 5 à 6 mètres, souvent 10, 15, 25 mètres et au delà, selon que V entretien d'eaii de la mine est plus ou moins considérable.

Un puisard, dans un puits de 4 mètres, peut tenir environ 125 hectolitres par mètre courant: soit pour 10 mètres de profondeur, une capacité de 125 mètres cubes, chiffre supérieur à l'entretien d'eau journalier d'un bon nombre de mines.

Mais si l'on prévoit des interruptions prolongées dans l'épuisement, et si l'entretien d'eau est assez grand, ou simplement si l'on

Teut ne donner à élever aux puits d'épuisement que des eaux clarifiées, il sera bon d'avoir des réservoirs pouvant recevoir Teau de plusieurs jours, d'où l'on enverra au puisard les eaux à extraire par les pompes, après qu'elles se seront clarifiées.

Ces réservoirs pourront être convenablement des galeries en direction, établies en contre-bas de la voie de fond servant au roulage, et communiquant avec cette voie par deux bouts de galeries inclinées, par lesquelles descendent les eaux qu'on ne voudra pas mener directement au puisard.

Le fond du réservoir est mis en communication avec le haut du puisard par un tuyau muni d'un robinet que l'on peut manœuvrer du niveau de la recette, à l'aide d'une longue tringle munie d'une poignée.

Un tel réservoir peut ne pas différer d'une simple galerie de direction, de dimension ordinaire.

Il devra généralement être voûté, même en terrain assez solide, afin de prévenir les effets de délitement que le contact prolongé de l'eau tend à produire.

On pourra d'ailleurs, au besoin, appliquer dans ces réservoirs, aux abords du puits, les moyens de soutènement indiqués pour les places d'accrochage (n** .207), sauf les chapeaux ou les garnissages en fer qui sont ici, à cause de la présence continuelle de l'eau, contre-indiqués.

(JSf O) Chambre* de macklnee, éciirlee, ete. — Ainsi qu*0n l'a déjà .

dit, la tendance actuelle est de multiplier l'établissement des machines à l'intérieur des mines, pour divers objets, notamment pour les transports intérieurs sur niveau ou en remonte, et l'on peut présumer que cette tendance ne fera que s'accroître, à mesure que les mines plus profondes seront, en même temps et par cela même, plus étendues, et qu'on se familiarisera davantage avec l'emploi de l'air comprimé.

On a donc assez souvent, et l'on peut penser qu'on aura de plus en plus, de semblables installations à faire.

S'il s'agit d'un appareil à vapeur ou à air comprimé; le type ordinairement employé sera une machine horizontale à deux cylin-

dres conjugués, ne prenant pas de place en hauteur et pouvant ainsi être installée dans une chambre qui ne sera autre chose qu'un bout de galerie, dont la largeur et la hauteur seront proportionnées à l'appareil h y installer.

Une telle galerie sera muraillée, s'il y a lieu, comme une galerie ordinaire, avec deux pieds-droits et une voûte cylindrique.

Un roanége comportera une chambre circulaire, a laquelle il sera difficile de donner moins de S'^.SO ou 3 mètres de rayon, avec une hauteur de l'^^ôO à la circonférence et de 3 mètres au centre.

Une telle excavation ne sera pas toujours facile à maintenir dans des terrains peu solides.

On pourra le faire au moyen d'une maçonnerie circulaire, formant sur tout le pourtour de la chambre les coussinets d'une voûte sphérique surbaissée, au-dessus de laquelle on aura soin de ne laisser aucun boisage ni aucun vide.

Souvent aussi, pour avoir moins de sujétion dans la construction, la chambre sera carrée et recouverte d'une voûte cylindrique, le cercle du manège étant inscrit dans ce carré.

(211) Les chambres destinées à des récepteurs hydrauliques ne comportent de formes particulières que dans le cas de roues à au gets de grand diamètre, comme on en voit de notnbreux exemples dans l'exploitation des filons métalliques, où le relief a souvent permis de créer des chutes d'eau plus ou moins considérables avec des galeries d'écoulement.

La forme générale d'une telle chambre est celle qu'on a indiquée pour un manège, avec cette différence que la grande dimension est dans un plan vertical, au lieu d'être dans un plan horizontal.

Une chambre de manège est une sorte de lentille placée horiMnlalement; une chambre de roue à augets est un espace d*une forme analogue^ placé verticalement.

Cette dernière est donc par là beaucoup plus facile à soutenir. Sa position naturelle est dans un plan perpendiculaire à la direction du gîte exploité, et par conséquent aussi à la direction du terrain, si ce gite est une couche ou un filon-couche.

Souvent les grandes faces, entre lesquelles se meut la roue hy-

SgS GOURS D*EXPLOITXTION DES HINES.

draulique, peuvent ne pas être muraillées; on se borne à leur donner une forme légèrement concave, parce que si elles étaient tout à fiiit planes, la tendance à pousser au vide, qui n'est jamais absolument nulle, amènerait trop facilement des éboulements dans la partie centrale insuffisamment bridée. Quelquefois, ces faces doivent être revêtues d'une maçonnerie. On lui donne la forme d'une voûte cylindrique très^urbaissée dont l'axe est vertical.

Le canal d'amenée des eaux et le canal de fuite sont, suivant les cas, dans le plan de la chambre ou dans un plan perpendiculaire, selon que ce sont des galeries à travers bancs ou des galeries en direction sur le gîte.

Les figures 1 90 et 191 , extraites de l'ouvrage précité de M. Gatzschmann, représentent deux chambres de roues hydrauliques, établies dans des plans perpendiculaires aux filons, la première en terrain solide, la seconde en terrain demandant un muraillement complet.

(Z±1t) TmiBeis '* ffTMide «««41011. — Lcs tunuels à grande section, établis pour un canal ou pour un chemin de fer, différent essenliellemenl, à divers points de vue, des galeries de mine.

Une galerie de mines de 2 mètres de largeur et de 2 mètres de hauteur sous clef a 3"',5 de section ; un grand tunnel a souvent une section plus que décuple.

Cette grande section et le caractère permanent de l'ouvrage ne permettent pas l'emploi du boisage comme moyen de soutènement. Le tunnel reste donc sans aucun soutènement, si le terrain est trèssolide ; il est essentiellement mitraillé^ si le terrain a besoin d*ètre soutenu.

En général, le temps de Texécution est un élément très-important à considérer dans un travail de ce genre, qui ne commence à rendre des services que lorsqu'il est entièrement terminé, et qui, en attendant, laisse entièremetit improductifs les capitaux qui lui ont été consacrés, et en partie ceux, souvent beaucoup plus considérables, qu ont absorbés les deux lignes dont il doit servir à opérer la jonction.

On exécutera donc, en général, un ouvrage d'art de ce genre, non-

seulement en travaillant aux deux têtes, mais encore en établissant des puits intermédiaires distribués le long de Taxe du tunnel, au moyen desquels on pourra multiplier les points d'attaque. De chacun de ces puits partiront en effet deux chantiers alignés sur Taxe du tunnel, marchant à la rencontre des chantiers semblables partant des deux puits contigus.

Ces puits seront d'autant plus multipliés que l'on voudra pousser l'ouvrage plus vite, et leurs espacements seront d^autant moindres qu'il seront plus pro fonds ^ de manière que les divers puits étant supposés commencés à la même époque, les rencontres des chantiers, partant de deux puits consécutifs quelconques, se fassent aussi à peu près en même temps.

Les dépenses de première installation, et jusqu'à un certain poinC celles d'exécution, notamment en ce qui concerne la surveillance des chantiers et les frais d'extraction des déblais et de l'eau, augmenteront avec le nombre des puits ; mais il est naturel que l'avantage d'une exécution plus prompte ne soit pas obtenu gratuitement. Il y a, dans chaque cas, un compte à faire entre le supplément de frais qu'entraînera la multiplication des puits, et le bénéfice que produira une plus prompte mise en exploitation.

Ces calculs montreront le plus souvent qu'on a un très-grand intérêt, sur une ligne importante, à multiplier beaucoup les points d'attaque, de manière que l'achèvement du travail retarde le moins possible l'ouverture de la ligne entière. C'est dans cet esprit qu'on a opéré, par exemple, sur la ligne de la Méditerranée, pour le souterrain de la Nerthe, d'environ 5 kilomètres de longueur (le plus long ouvrage de ce genre dans le monde, avant l'exécution récente du tunnel de Hoosac, aux États-Unis, et du tunnel du Mont-Cenis en Europe, qui ont respectivement 7,600 et 12,200 mètres).

Le souterrain de la Nerthe a été exécuté à l'aide de 24 puits intermédiaires, dont le plus profond a eu 150 mètres, donnant, avec les deux têtes, 50 points d'attaque. La longueur moyenne de chaque chantier a donc été seulement d'une centaine de mètres, et elle a été moindre dans la partie centrale, où les puits avaient le plus de profondeur.

Les circonstances ne permettent pas toujours d'en agir ainsi. Au

s 94 COURS D'EIPLOITAnON DES MIRES.

Mont-Cenis, par exemple, les puits, dans la plus grande partie du parcours, auraient dû avoir de très-grandes profondeurs, allant jus^ qu'à i ,000 mètres et plus dans la partie centrale, et on aurait eu k les établir sur des points n'offrant pas, en main-d'œuvre et en force hydraulique, les ressources que l'on trouvait aux deux têtes du souterrain. On n'a donc pas voulu aborder ces profondeurs exceptionnelles, avec toutes leurs éventualités, et Ton a qherché à résoudre, par l'emploi de moyens mécaniques, la question d'une exécution rapide, tout en ne travaillant qu'aux deux têtes. La réussite a été complète, et il est permis de croire que le souterrain a été exécuté, peut-être aussi promptement, et sans doute avec beaucoup moins de frais j que si Ton avait multiplié les points d'attaque en y employant les procédés ordinaires.

C'est la même marche que Ton suit, et avec raison, pour le per* cément du Saint-Gothard, qui vient d'être commencé et dont la longueur totale doit être d'environ 16 kilomètres.

Je crois que l'on peut justifier tout aussi bien la marche inverse suivie au souterrain de la Nerthe, dans des circonstances essentiellement différentes, et l'on peut en conclure qu'il y a, dans un cas donné, une étude préalable très-sérieuse à faire, pour décider laqueUe des deux mérite la préférence.

(ZIS) Cette étude se prête d'ailleurs au calcul, au moins sous une de ses faces :

Désignons, en effet, par q la dépense connue, et à peu près cm-stante^ d'établissement d'un puits, tous frais compris pour acquisition de terrain et installations extérieures ;

*flr le nombre inconnu de puits d'une profondeur peu variaMe, à ouvrir sur une longueur /;

S la section à déblayer ;

S' la section du revêtement ;

P et P les prix du transport à 1 mètre de distance du métra cube de déblai, et du mètre cube de matériaux pour les revêtements.

Le prix total du transport, calculé sur la moyenne distance j-t

sera pour le déblai