CHAPITRE II

Tirage d*mi coup de mine dans une roche, — Dispositions et dimensions des trous dp mine.— Influence delà nature et de la forme des terrains* — Calculs des etLarges. — Emploi des explosifs dans les mines et travaux publics, dans les carrières et dans les charbonnages.

La préparation d'one mine comprend deux opérations :

1'^ Le percement du trou de mine ;

2^ La mise en place de la charge, ' Nous avons déjà vu comment on charge un explosif; il nous reste à étudier la question du percement des trous de chargement.

Le problème consiste à déterminer, pour chaque trou de mine, la position et les dimeasions qui convienuent le mieux, de façon à obtenir le meilleur résultat aussi économiquement que possible. Ce n'est pas tout, en effet, d'abattre les roches, dans un travail démine, il faut encore que les dépenses soient réduites à un minimum ; et comme ropération la plus coûteuse est celle qui consiste à perforer le terrain pour y introduire Texplosif, il en résulte que l'ingénieur et l'entrepreneur doivent s'attachera déterminer la situation, FincUnaison et les dimensions des troua de mine correspondant au maximum d'effet utile.

Or il n'existe pas de règles précises, et il ne peut pas y en avoir^ c.B^, quand bien même on arriverait à déduire des faits une série de formules, celles-ci ne pourraient être appliquées, dans des circonstances identiques, qu'à dm matériaux de môme nature. Les règles limpiriques ont, toutefois, une certaine utilité ; mais c'est sui*tout le

raisonnement, basé sur la pratique et l'expérience, qui doit guider le mineur dans Tinstallation convenable des trous à charger.

L'effet d'une explosion peut, entr'autres considérations, être influencé par :

l"" La forme et la dimension de la roche ; le nombre et la position de ses faces dégagées.

2° La texture du terrain : dur ou tendre, mou ou consistant, cassant ou tenace. Il est bien certain que l'expérience acquise dans des sautages de roches dures comme les granits, les gneiss, etc., ne pourrait être appliquée à des opérations de mine dans le calcaire ou les schistes;

3« La structure ; celle-ci pouvant être lamellaire, stratifiée ou fissurée, d'un clivage facile ou non, compacte, etc. ;

4^ L'élasticité plus ou moins grande de la roche ;

5** Le dégagement que l'on veut produire, ou le volume et la forme que l'on désire obtenir par l'abattage ;

6o Le genre d'explosif employé ;

T La nature de la mèche, de l'amorce et du bourrage ; •

8" Enfin il y a lieu de considérer si les coups de mine doivent être tirés isolément ou simultanément.

Supposons une mine chargée de poudre. Lors de la mise en feu, les gaz développés agissent d'abord dans des directions radiales partant d'un point que nous supposerons^ pourplus de facilité, le centre même de la charge. Puis, il se produit dans la roche une sorte de mouvement ondulatoire qui se traduit par des déchirures, et finalement la force ainsi développée cherche son expansion vers l'extérieur par le plus court chemin.

Ce chemin, dont la longueur est mesurée par la plus courte distance entre la charge et la face extérieure de la roche, est ce qu'on appelle la ligne de moindre résistance.

Si la ligne de moindre résistance est nulle, cas oii l'explosif est simplement posé sur le sol, l'explosion produit un entonnoir abcden partie comblé parla chute des matières dégagées (fig. 51). Une seconde charge dans le fond du trou, se trouverait dans de meilleures

conditions que la première et creuserait une excavation suivant à!Vc'\ une troisième élargirait encore jusqu'en a"6V.

Fig. 51.

Fig. 53

! ffW f J| I H ^ W

Supposons maintenant un trou de mine vertical, fo, sous la surface du sol; si la charge o n'est pas suffisante pour produire une dislocation du teiTain jusqu'au sol, l'effet de l'explosion s'étend dans tous les sens à égale distance du centre de charge et produit une sphère s s de désagrégation ou de rupture (fig. 52).

Mais si la charge est assez grande pour que l'effet puisse se propager jusqu'à la surtace du sol, il se forme à la base une sphère de rupture en forme d'ellipsoïde MU et un entonnoir vxv'x' (fig. 53). En

Fig. 55

Fig. 54.

faisant l'expérience dans une roche dure, on distingue parfaitement la chambre mu et le cratère vxx' v' ; ces formes sont moins visibles

dans les terrains ordinaires parce que la terre détachée retombe le loug des parois. On peut encore observer que la hauteur de la chambre uu est égale au tiers de la hauteur totale d'évidement h.

Enfin si le terrain présente une face verticale dégagée telle que mn (fig. 54), Teffet du trou de mine vertical tV sera d'abattre cette face, l'autre côté conservant la forme d'un demi-entonnoir et d'un demi-ellipsoïde avec les mêmes hauteurs h et 73^ comme dans le cas précédent.

Supposons maintenant (*) un trou de mine obUque tel que afc (fiig. 55) dans une roche massive, non fissurée, avec une face verticale dégagée ac. En général, on obtient une rupture avoisinant les lignes ab et bc, cette dernière étant perpendiculaire à la première. L'expérience indique que le rayon de la sphère de rupture dépasse rarement la longueur ab, mais qu'elle peut atteindre cette Kmite quand on opère dans une roche très-tendre et que la ligne a6, c'est-à-dire la direction du trou de mine, faitavecla face dégagée acun angle inférieurà45<>.

La ligne de moindre résistance est dans ce cas mesurée par la longueur bd = ab Cos bad.

Si le trou de mine ef est incliné à 45» sur la far*.e e gr, la ligne de résistance fh a pour mesure :

fh = ef Cos 45« = 0,707 Xef.

ce qui correspond à son maximum de valeur.

Mais il peut arriver que la direction de la charge ik soit inclinée à plus de 45«; à 60** par exemple. Dans ce cas (fig. 56), il est probable que le bloc détaché sera, non pas le volume ifcm, mais seulement une portion telle que ikgn.

Admettons maintenant une fissure ou déchirure telle que op, ou encore une autre face op précédemment découverte par un coup de mine; il est probable que le bloc détaché sera i&op, pourvu que la distance ko ne soit pas plus grande que la profondeur ik du trou de charge. •

De ces considérations, on peut déduire que :

1^ Les trous de mine doivent, en général, être perforés sous un angle égal ou inférieur à 45^ Un angle plus grand, entre 45* et 90*",

(1) D*aprë8 M. Drinker * On Tunnelling.

n'est possible que s'il y a plusieurs faces découvertes ; et un plus petit, dans le cas seulement oii la disposition de la roche est telle que la ligne de moindre résistance se trouve être inférieure aux trois quarts de la profondeur du trou.

2^ La rupture se produisant toujours dans le voisinage de la ligne de moindre résistance, que celle-ci soit comprise dans l'intérieur du bloc détaché, ou qu'elle serve de limite à ce bloc dans le cas d'un angle de 90*», il est de toute nécessité de se rendre bien compte de la forme extérieure de la roche afin de chercher à obtenir le maximum d'effet utile.

(a) Supposons d'abord une roche telle qnegedb {ûg. 57). Si la Fig. 57 Fçg. 58

ligne a f représente une ligne de charge p xrrallèle à la face dégagée eh, la ligne de moindre résistance cd indique la direction de l'effet qui se produit. Or, il n'est pas nécessaire de prolonger a/" jusqu'à la hauteur du point 6, car, dans la plupart des cas, on peut compter que la rupture se produira entre les points /"et 6. De même on peut présumer que, si les circonstances sont favora-

bles, le saùtage du coup de mine produira également son effet entre les points fet g.

L'effet serait encore bien plus considérable s'il existait, dans le terrain, une première crevasse se dirigeant du point g parallèlement à af, et une autre prenant naissance en b et tournant dans une direction perpendiculaire àa/".

(6) Supposons maintenant, comme dans le cas de la fîg. 58, un retrait dans le terrain en d, le trou de mine étant dirigé suivant la ligne ab. On peut, dans ce cas, considérer bd comme la ligne de moindre résistance dont la valeur maximum serait égale aux trois quarts de la profondeur ab; c'est le cas où le trou de mine serait encore plus obliqué que ne le montre la figure, et alors l'effet de l'explosion serait d'autant plus grand que le trou de mine serait plus profond et la roche plus bombée.

(c) Si le terrain à faire sauter affecte la forme indiquée parla fig. 59, un trou de mine tel que ab sera très défavorable, surtout s'il est Fig. 59 Fig 60

^}i*KS^m^»S^:^>^

impossible de le placer plus haut que le point a. En effet la rupture tendra toujours à se faire dans le sens a 6 /", au lieu de se diriger suivant la ligne de moindre résistance cd qui est presque verticale. D'ailleurs, l'effet de rupture ne pourrait aucunement se faire sentir

jusqu'en d (en supposant toujours le cas d'une roche massive), puisque la distance c d est plus grande que la profondeur a b du trou de mine.

De même, un trou perforé par le point a, mais plus obliquement et à une plus grande profondeur, serait encore dans des conditions défavorables parce que la portion de terrain dfest trop épaisse.

Ainsi donc, avec une roche aflFectant cette forme (fig. 59), la ligne de moindre résistance est la perpendiculaire menée du milieu de la cavité / à la ligne de charge a 6 ; et il est probable que l'effet produit ne s'étendrait pas au-delà du point f.

(dj Supposons le cas d'un terrain présentant des crevasses, des fissures ou des lignes de stratification. Celles-ci pourront toujours être utilisées pour obtenir un maximum de travail. En effet, on peut les considérer comme jouant le même rôle que des faces franchement dégagées et, qu'elles existent d'un côté ou de l'autre du trou de charge, il y a lieu de présumer que le coup de mine agira aussi bien en dedans qu'en dehors ; de sorte qu'il faudra prendre en considération deux lignes de moindre résistance dans l'un et l'autre sens.

Considérons, par exemple, le cas de la fig. 60.

L'effet du coup de mine se fera sentir très-probablement au-delà du fond c du trou de charge ac. Or la distance cd du point c au plan de stratification le plus voisin peut être prise comme première ligne de moindre résistance. D'autre part, l'effet du choc, vers l'extérieur, se traduira perpendiculairement kac suivant une ligne ed qui sera la seconde ligne de moindre résistance.

Quant aux limites extrêmes de c d et de ^ c2, Texpérience seule peut les indiquer. Dans tous les cas, la longueur de la ligne ed ne doit pas dépasser les trois quarts de a c.

S'il se présente des crevasses irrégulières ou des fissures en sens contraire, la question devient plus complexe ; on se préoccupe seulement de dégager le plus grand prisme possible.

M. Drinker indique les règles suivantes pour le cas de terrains à stratification régulière .

P En général, les trous de mine doivent être dirigés perpendiculairement au plan de stratification.

2° La hauteur de charge, dans le trou de mine, doit être contenue dans la partie pleine de la roche : ce qui suppose, naturellement, que les strates ont une épaisseur plus grande que cette hauteur de charge. Si celle-ci traversait un plan de séparation de deux couches, il est probable qu'il y aurait une déperdition de force. C'est pourquoi un terrain à fissures ou crevasses courtes, ou à feuillets, quoique présentant plus de faces aux effets de l'explosion, se trouvera trèssouvent dans des conditions plus difficiles pour l'attaque qu'une roche massive.

3^ De ce qui précède, il résulte qu'une roche crevassée, laminée ou schisteuse, devra être attaquée non dans la direction des strates, mais plutôt dans une direction normale ou oblique suivant les cas.

En effet, si le coup est tiré parallèlement aux plans de stratification, son effet ne s'étendra guère au-delà des strates voisines, et le volume détaché sera faible. Si, au contraire, il est tiré normalement ou obliquement, l'effet sera bien plus grand quand bien môme le trou perforé rencontrerait plusieurs stratifications.

Le volume dégagé étant, comme le prouve l'expérience, proportionnel au cube de Ja profondeur des trous de mine, il en résulte qu'il y aura toujours économie à abattre les masses principales par des coups de mine très- profonds, toutes les fois qu'il sera possible de le faire*

La profondeur à donner aux trous de mine dépend, en effet, delà nature des terrains. C'est ainsi que des roches à courtes fissures et très-plissées exigeront de préférence des trous peu profonds ; on les fera de profondeur moyenne pour des roches grossièrement fissurées et peu plissées, et de grande profondeur pour une roche courante et massive.

Il est bon de remarquer, à ce sujet, qu'il est facile de reconnaître à priori la nature d'un terrain. On distingue une roche ferme et cassante au rebondissement du marteau ; elle se perfore difficilement mais se casse aisément. Tels sont les granits ^ tràpps, gneiss, etc. Une roche ferme et tenace ne fait pas autant rebondir le marteau ; elle laisse une trace blanche quand on la raie à l'ader, se perfore

facilement, mais casse avec difficulté. Exemples : les calcaires, porphyres, filons quartzeux, etc.

En tout cas et quelle que soit la nature du terrain, il faut toujours préparer un coup de mine de manière à assurer une face de dégagement pour les coups suivants.

3° Attaque d'un terrain à stratification. — En général, et aussi bien en théorie qu'en pratique^ le premier coup tiré sur le front d'une galerie ou d'un tunnel est toujours le plus défavorablement disposé.

Si les strates plongent vers la face de dégagement (fîg. 61), et par suite vers le mineur, l'attaque doit partir du toit. Ce cas est un des plus favorables qui puissent se présenter, car le mineur peut aisément recouper les couches perpendiculairement aux plans de stratification et manier facilement son outil de perforation.

Si les couches sont obliquées en sens contraire (fig. 62), la pre- Fig. 61. Fig. 62

mière attaque doit être faite par le bas. Les coups suivants sont airi gés sous un angle plus grand que l'inclinaison des stratifications ;. si celles-ci sont épaisses, les trous de mine doivent être perforés parallèlement aux plans des strates et par suite contrairement à la règle (2) indiquée plus haut.

Si la stratification est verticale et parallèle au plan qui passe par l'axe de la galerie, l'attaque doit avoir lieu de côté.

Enfin il peut se présenter quelques cas oii l'attaque, pour être avantageuse, doit être faite au centre de la face«

Dimensions des trous de mine. — Le diamètre et la profondeur des trous de mine varient selon la nature et la disposition du terrain, et surtout selon l'effet que l'on désire obtenir.

Si l'on doit faire sauter plusieurs mines simultanément, la distance entre les divers trous doit être calculée de telle façon que la somme des effets à produire corresponde exactement à l'effet total désiré.

Théoriquement, on peut déterminer avec une certaine approximation la profondeur des trous de mine, leur nombre et leur distance ; mais, dans la plupart des cas et en général, cette détermination est laissée à la pratique et à l'intelligence du mineur.

Voici quelques données s'appliquant au cas de murailles en maçon, nerie ou de roches à pic.

En désignant par t la profondeur du trou, m la longueur de la ligne de moindre résistance, la pratique indique que l'on doit prendre :

t=m t=gm

c'est-à-dire qu'il faut faire varier la valeur t entre m et 2 m, suivant que m est plus ou moins grand et tant que le diamètre du trou de mine ne dépasse pas 44 mill.

Supposons les diamètres les plus courants : 30 mill., 38 milJ., 44 mill.