CHAPITRE III

Travaux de mines

Abattage de roches. — Peroement de galeries et tunnels. Fonçage de puits. — Sautage de grosses mines.

. Nous examinerons rapidement les divers problèmes qui peuvent se présenter dans l'exécution des travaux de mines et des travaux publics ; et comme il est impossible de donner des règles précises et applicables à tous les cas, nous indiquerons un certain nombre d'exemples pouvant servir de guide aux ingénieurs et entrepreneurs.

§ I. Abattage de roches.

S'il s'agit d'ime roche à face verticale, on la dégagera par gradins droits et on la fera sauter graduellement par de fortes charges.

Si c'est un banc ou rocher, il y aura souvent avantage à pratiquer d'abord une large excavation à la base ; ou bien on tirera quelques coups de mine à la .partie inférieure et on l'abattra ensuite avec de grandes charges.

Dans ce dernier cas, les trous doivent être perforés sous un certain angle ; on leur donnera 25 m. m. de diamètre et une profondeur de 60 centimètres. Leur inclinaison sera telle que la ligne de moindre résistance mesure 0'",45 environ. Par ce procédé on diminue considérablement la résistance de la roche qu'on peut alors dégager avec des trous de mine creusés parallèlement à la face d'attaque.

L'expérience indique que le coefficient de charge pour des trous de Fig. 68 Fig. 69

mines en dessous, est trois fois plus grand que pour des abattages par gradins droits.

n faut encore mentionner que si Ton tire plusieurs mines simultanément, l'effet est plus grand que par tirages successifs.

Ce procédé d'attaque par la base ne serait pas applicable dans le cas d'une roche telle que abc (fig. 68) ; outre qu'il serait très-difficile à mettre en œuvre, on trouvera toujours d'autres moyens plus simples et plus économiques.

Si l'on doit ouvrir une tranchée, pour chemin de fer par exemple, dans un terrain dur et sur une assez grande profondeur, on procédera par gradins ; mais si le terrain est mou, on étabUraune seule coupure de grande dimension.

Dans une carrière ou le long d'une muraille de rochers le travail est bien plus facile que dans l'étroit espace d'une tranchée; on peut en effet conduire l'attaque "sur plusieurs points à la fois, et tandis que d'un côté les manœuvres dégagent les blocs à la pince après l'explosion, de l'autre on charge les déblais en wagons.

Supposons le cas d'une tranchée de 7 à 8 mètres de profondeur et im front d'attaque entièrement dégagé (fig. 69 et 70). On disposera deux rangées de mines à la base, a, a, a, a, et par l'explosion on pro* duira une excavation sur toute la largeur de la face. On tirera ensuite

par en haut des trous de mine h,b,b^b, et la portion de roche restée en suspens (fig. 71) sera abattue par des mines tels que cc\

Fig. 70

FifiT. 71.

Fig. 72.

L'expérience démontre que les seuls coups de mine c ce c auront avantage à être tirés par l'électricité, c'est-à-dire simultanément, et au contraire les coups a a aussi bien que bb donneront plus de profit si on les tire isolément. On tirera d'abord les coups du milieu, puis les deux voisins et en dernier lieu les deux extrêmes. On conçoit en effet que les coups aaetbb tendent à dégager un bloc sur trois faces et que, dans ces conditions, le tirage simultané des mines ce produira un résultat analogue à celui que montre la figure 72.

En appliquant les principes énoncés au chapitre II, l'expérience indique, pour l'abattage des roches, les règles suivantes qui peuvent servir de base, en tenant compte toutefois de la diversité des matériaux :

V Le calibre des trous de mine doit être de 20 à 25 m.m., ce qu suppose un fleuret de 16 à 23 mill.

2f Pour faire un travail rapide et obtenir beaucoup de déblai en

peu de temps, il faut, en carrières, creuser des trous profonds et d'un faible diamètre, en les disposant d'après la conformation de la carrière, mais de telle façon qu'ils aient toujours la plus grande charge de pierre à enlever;

3"* On pratique des chambres de mine oii on loge la charge calculée d'après la ligne de moindre résistance.

Le système des chambres de mine est toujours avantageux, surtout en tranchées de chemin de fer, où une charge de 10 à 15 kilog. ^ dans un seul trou de 4 à5 mètres foréàbras,peut donner un déblai de 250 à 300 mètres cubes dans du calcaire dur, comme aussi dans les terres grasses, argiles ou marnes;

4" Dans les travaux de carrières et de charbonnages, où l'on a intérêt à détacher les matériaux par gros blocs, il faut des trous profonds; on emploiera, dans ce cas, soit des charges faibles et répétées, soit des charges n'occupant pas toute la capacité des trous de mine, et on disposera ceux-ci de façon à faire donner par l'explosif le plus de travail possible ;

5^* Les tableaux A, B et C, page 218, donnent des renseignements pratiques sur les charges et profondeurs de trous de mine ;

6° La longueur de charge doit^ôtre de 1/3 à 1/4 de la profondeur du trou de mine, dans les cas les plus défavorables de rochers très-durs ; de 1/4 à 1/5 dans les coups plus faciles avec une ou deux faces Ubres ; de 1/6 à 1/8 dans la roche tendre avec deux faces libres et plus.

7" Pour le^ grandes mines, si l'on veut obtenir d'un seul coup un fort abattage, on emploiera de préférence des explosifs faibles en grande quantité et on augmentera la ligne de moindre résistance.

§ 2. Percement de galeries et tunnels.

Malgré le grand développement qu'ontpris les travaux souterrains depuis une quinzaine d'années et les perfectionnements apportés dans l'emploi des explosifs et des perforateurs, il est impossible de donner des règles précises pour le percement des tunnels et des puits. Chaque ingénieur adopte une méthode particulière, la sienne, qu'il

considère comme la meilleure; aussi devons-nous nous borner à exposer les procédés employés dans les travaux les plus remarquables.

Quand il s'agit du percement d'un tunnel dans des roches stériles, on commence par creuser ime petite galerie au toit dans les meilleures conditions possibles ; il sera bon pour ce travail préliminaire de faire usage des plus forts explosifs.

Au contraire on emploiera des poudres faibles, dont la force variera avec le degré de dureté de la roche, si le tunnel doit traverser des minerais.

Si la perforation est conduite à la main en roche dure, on emploiera des fleurets d'acier de 22 millimètres ; les trous de mine seront creusés à 40 ou 45 centimètres de profondeur s'il doivent partir isolément, et à 75 centimètres si le sautage se fait par mines simultanées.

Les données suivantes résultent d'un grand nombre d'expériences :

V Un trou de mine doit être creusé en tenant compte de la position, de la nature et de la condition de la roche. Si celle-ci est fissurée, le trou de mine doit traverser la fissure, autrement l'explosion pourrait ne pas produire d'eflfet.

2° La ligne de moindre résistance doit être environ les deux tiers

Fig. 73

Fig. 76

de la profondeur du trou ; on pourra cependant la prendre plus grande dans le cas particulier de roche brisée ou détachée.

3<» Le trou de mine doit faire un angle de 45 à 50 degrés avec le sol et sa profondeur a h doit être telle que la normale h c vienne percer le front d'attaque au-dessus du sol(fig. 73). Si le trou est trop profond, soit a V par exemple, et que la normale V e ne rencontre pas la face ab,une grande partie de l'effet résultant de l'explosion est forcément perdue.

4t La charge doit être calculée d'après la formule que nous avons déjà indiquée :

C variant selon la nature du terrain et la force de i'explosit.

Pour une roche demi-dure, par exemple, on prendra :

C = 0,36 avec une dynamite faible ;

C=0,10 avec une dynamite n^ 1 ;

C = 0,02 avec la gélatine explosive.

5^ Le bourrage doit être fait aussi parfaitement que possible.

6^ L'attaque d'un tunnel doit se faire par le centre.

Supposons d'abord le cas de perforation à la mam :

On perce dans la partie centrale (fig. 74 et 75) trois trous inclinés les uns sur les autres ; quelques mineurs préfèrent un seul trou central, mais le résultat est moins complet.

Ces 3 premiers trous mesurent 0,75 de profondeur et les coups

Fig. 75 Fi^> 74

Coupe A B

sont tirés simultanément par l'électricité ; il se produit alors uu cOue

d'évidement autour duquel on dispose de nouveaux trous de mine, (fig. 74), de 0,45 à 0,50, en deux séries concentriques. On tire simultanément les coups (2) les plus rapprochés de la cavité déterminée par la première explosion, puis ceux de la série extérieure (3). On abat ensuite la base (4).

Quand on fait usage de perforatrices mécaniques, il n'est pas toujours possible de percer les trous comme l'exigeraient la situation et la conformation du terrain ; on procède, dans ce cas, de la manière suivante :

Au centre du front d'attaque, on dispose trois trous de mine parallèles,de 0",90 à 1",05 de profondeur. On y bourre très-légèrement de petites charges d'explosif qui, en détonant, produisent une chambre de mine. Celle-ci est ensuite fortement chargée et on produit par l'explosion une grande cavité dont il ne reste plus à dégager que les parois déjà considérablement ébranlées. A cet effet on tire quelques coups de mine simultanés, de 0™,60 à 0", 75 de profondeur.

Un autre système consiste à creuser des trous de 0^,90 à lra,35, en nombre variable suivant la nature du terrain, et à les diviser ensuite en trois séries que l'on tire successivement au moyen de mèches de longueur. Les mèches les plus courtes étant placées au centre, la première explosion détermine une cavité ; Içi seconde fait tomber tout autour les parois de cette cavité. Les mèches les plus longues correspondent aux coups de fond qui partent en dernier lieu. On détermine généralement le poids des charges à employer en faisant quelques essais préalables.

En comparant les deux méthodes de perforation, suivant que l'on opère à la main ou à la machine, on reconnaît que la première est généralement plus avantageuse quand on a pour but d'abattre du minerai. La seconde, au contraire, est préférable toutes les fois que le temps est un facteur important du travail ; c'est le cas des tunnels, travaux de mine dans des terrains sans valeur, etc.

La section que doit avoir un tunnel joue un rôle considérable dans le choix de la méthode à employer. Si par exemple la section est un carré à petits côtés, et en général dans le cas de tunnels de faibles dimensions, l-^SS à 1°,50, on dispose 8 trous, comme le montre la

fig. 76, de 0",30 à 0™,40 de profondeur; on les charge avec 85 à 140 grammes de dynamite et on enflamme par l'électricité.

S'il s'agît d'un tunnel de section moyenne, 1^,85 de hauteur par exemple, on peut faire usage de la perforatrice à air comprimé • On commence par percer, dans l'axe de la galerie, 3 ou 4 trous convergents qu'on charge d'explosif et qu'on tire par l'électricité. Une fois le vide central produit, on fait ensuite partir les autres coups (fig. 77), soit successivement, soit simultanément. Pour accélérer le travail, on perce deux trous à la fois.

Pour un tunnel à grande section, les méthodes sont extrêmement variables comme on en peut juger par les exemples suivants pris parmi les meilleurs travaux exécutés dans ces vingt dernières années.

P Tunnel de Kônigshùtte, Prusse .

Un tunnel fut creusé en grès dur, par M. l'ingénieur Hugo Miinch, dans les mines de charbon de Kônigshùtte (fig. 78 et 79).

La section rectangulaire mesurait 2™, 10 de hauteur et 3 m. do

Fig. 77.

Fig. 78.

Fig. 79.

;<. /,êO y

largeur. Neuftrous furent perforés, comme le montre la fig. 78, à

O'n.OO de profondeur, avec des lignes de moindre résistance variant entre 0',85 et 0-,90.

Les trous numérotés de 1 à 6 furent chargés avec 150 grammes de nitrogélatine, les trois autres avec 140. On fit usage de mèches Bickford et de capsules au fulminate de mercure de quadruple force .

On tirait d'abord les coups 1 , 2, 3, ce qui produisait un dégagement de 0™, 75 en profondeur et 0",60 en hauteur; puis 4,5 et 6 dont l'effet élargissait le vide à 0'",90 et 1",40. Enfin le tirage des coups 7, 8 et 9 achevait de dégager la roche jusqu'au toit delà galerie.

La consommation de nitrogélatine fut de 1500 kilogrammes.

L'emploi de la dynamite n^ 1 eut exigé 280 gr. par coup, soit en tout 2520 kilogr. L'économie d'explosif fut donc dans le rapport de 3 à 5, et l'économie réelle de 10 Vq^ ^^ supposant les prix de marcs 4,50 et 3 payés en Allemagne pour les deux qualités.

^Tunnel de Pfaffensprung. — Le tunnel de Pfaffensprung, sur le versant Nord de la ligne du St-Gothard, près de Wasen, fut exécuté en granit très-dur, sur 2"*,20 de hauteur et 2™,50 de largeur.

L'attaque était faite par six mines tirées successivement et dans l'ordre même des numéros (fig. 80 et 81).

Fig. 80. Fig. 81.

Les trous mesuraient 0»,073 de diamètre et 1«,50 de profondeur ; ils avaient été percés parallèlement à l'axe de la galerie.

Les charges se composaient de cartouches de nitroglycérine de 0",070 de diamètre, 0*,100 de longueur et pesant O'^jôGO chacune.

3^ Tv/nnel de Lugau (Saxe). — Le tunnel percé en grès très-dur dans les mines de Lugau, mesure 1",70 de largeur et 2", 15 de hauteur (fig. 82 et 83).

Fîg. 82.

Fig-. 83.

Deux trous de mine y furent tirés simultanément à l'électricité sur 2m. de profondeur, avec une ligne de moindre résistance de lm,80.

La charge était de 0k,926 denitrogélatine.

Le rocher fut broyé, comme le montre la fig. 82, sur une profondeur de l'n,75.

En général on préfère maintenant la nitrogélatine à la dynamite n'' l pour les travaux de tunnels ; il faut toujours, dans ce cas, faire des trous de mine ti-és-profonds évalués de Vo à 2/3 de la largeur de la galerie.

4*» Tunnel du SainUGothard. — Le percement du grand tunnel du St-Gothard fut eflfectué en cinq sections :

1« On commençait par forer une petite galerie G de 2ra,25 sur 2m,50.

2° On pratiquait, un peu en arrière du front d'attaque de la galerie l'abattage de droite A (fig. 84).

3oUii troisième chantier plus reculé pratiquait l'abattage de gauche

Fig. 84.

La galerie G et les deux abattages complétaient la partie supérieure du tunnel.

40 On creusait ensuite les cuvettes C, C en un chantier à deux étages (fig. 85).

Fïg. 85.

Fig. 86.

v^,#P^te%

iuï.'î^r:vf>'

&> Enfin le travail était complété par Teulèvement du strosse pestant (fig. 86).

Tous les trous de mine furent percés au moyen de 25 à 30 perforatrices à air comprimé.

L'opération la plus importante était le percement de la petite galerie. Celle-ci fut attaquée aux deux extrémités Nord et Sud du tunnel, à Goschenen et Airolo.

Le nombre des trous sur le front d'attaque de Goschenen était de 24 comme le montre la fig. 87, et leur profondeur 1»,10 à l'",20. Les coups étaient tirés au moyen de mèches de sûreté dont les extrémités étaient ramenées au centre pour l'inflammation.

A Airolo le nombre des trous d'attaque était de 21 .

La fig. 88 montre leur disposition et l'eflFet des tirages de mine.

Les explosifs employés furent la dynamite et la nitrogélatine.

Fig. 87.

Du côté d'Airolo on consommait 26ït,56 de dynamite ou 16^,68 de nitrogélatine par mètre courant d'avancement; ce qui donne une dépense de 4^,28 de dynamite ou 2*^,50 de nitrogélatine par mètre cube abattu, le mètre d'avancement correspondant à 6"^,20. ' Les perforatrices employées étaient de différents systèmes ; ce fut d'abord l'appareil Dubois etFrançois, puis ceux de Ferroux, Mac-Kean, etc.

Elles étaient supportées par un solide cadre en fer ou affût roulant

Fîg. 88.

pouvant se déplacer et revenir en arrière pour Texplosion des mines et le relevage des déblais.

Dans les travaux moins importants, on remplace le cadre-affïït par une colonne en fer, calée entre les parois, et autour de laquelle la perforatrice peut se mouvoir dans tous les sens (fig. 89) .

Fig. 89.

Tunnel de Hoosac, Massachussets (Etats-Unis)

A l'entrée Ouest du tunneJ de Hoosac, le travail fut conduit delà façon suivante :

Au centre furent percées deux rangées de trous, à2",70 Tune de l'autre, de 2",70 à 3",60 de profondeur, et inclinés les uns vers les autres. Les extrémités des deux lignes de trous étaient rapprochées jusqu'à 0'",90(fig. 90 et 91).

Fig. 91.

Ces trous numérotés dans la fi^. 90 de 1 à 11, étaient chargés denitro-

glycérine, et furent tirés simultanément au moyea de la machine électrique à friction de Mowbray.

Ce premier coup de centre produisit une excavation autour de laquelle furent disposées deux nouvelles lignes de trous numérotés de

Fig. 9î.

12 à 25 (fig. 90 et 92),et légèrement inclinés vers Taxe de la galerie.

Ces coups de côté furent chargés et tirés comme les précédents, ils produisirent un élargissement considérable de la première cavité, comme le montre la fig. 93,

Figr. 93.

Enfin une troisième série de trous,numérotés de 26 à 41, était destinée à produire l'élargissement total du tunnel ; afin de préparer le

travail du poste suivant, ces derniers trous étaiei^ dirigés, en sens inverse des premiers, vers les parois de la galerie.

L'avancement était de 2",70 par vingt-quatre heures.

Le tunnel mesure 2",25 en hauteur et 7^,20 de largeur.

En môme temps que Ton perçait la petite galerie, on abattait le reste dans deux chantiers dont le premier était à 150 mètres en arrière.

L'abattage des bancs, dans chaque chantier, était obtenu à Taide de 6 trous de mine placés comme suit: deux à ln»,20 du front et creusés jusqu'aux parois de la galerie ; deuxautresà 1",20 en arrière des premiers et les deux derniers à 2'n,40 du front, 2",40 des parois, et 2™ ,40 l'un de l'autre. Tous ces coups, tirés simultanément par rélectricité,abattaient une tranche de 2™, 10, sur toute la largeur du tunnel, et jusqu'au niveau de la voie.

§ 3. Fonçage de puits.

Le fonçage des puits s'efiectue par des méthodes analogues aux précédentes. Si le diamètre du puits n'est pas grand, on se contente, pour pratiquer la rainure ou sous-cave, de forer un seul trou dont la profondeur varie avec la méthode de perforation employée et la nature de la roche.

Par l'explosion de quelques cartouches sous faible bourrage,

Flg. 95.

on produit une chambre de mine ; on remplit celle-ci avec une chaire convenable, on bourre avec soin et on produit une seconde

explosion qui débkie généralement jusqu'au fond la sous-cave ou rainure. On achève de dégager les parements avec quelques coups sur les côtés.

Si la section du puits est importante, l'attaque dufonçage est faite par des coups de fond obliques uniformément vers Taxe comme le montrent les figures 94 et 95.

Au puits Jules Chagot de Blanzy, la roche était du grès dur ; l'attaque du fonçage était faite par 4 coups de fond, de I"»,50 de profondeur,dirigés suivant les arêtes d'un tronc de prisme quadrangulaire dont la grande base était inscrite dans un cercle de 3'",80 de diamètre et la petite base dans un cercle de 1™,20 de diamètre ifig. 96).

Fig. 96.

Chaque trou était chargé de 500 grammes de nitro-gélatine.

Les coups de parement étaient tirés à la dynamite.

Généralement les trous de mine ont une profondeur égale à un tiers du diamètre du puits, et la hauteur de charge mesure 1/3 à 1/4 de la profondeur du trou.

On a quelquefois occasion, dans les travaux de puits, de mettre à profit, pour détruire certains obstacles, la propriété que possède la dynamite d'agir principalement sur son support. C'est ainsi que l'ingénieur Paulsena produit la rupturç d'une couche de silex extrêmement incommode pour le forage d'un puits artésien ; la partie supérieure du trou ayant été soigneusement nettoyée, une cartouche de dynamite fut placée sur la roche à détruire et recouverte de terre

glaise humectée. L'explosion rompit les silex sans endommager les parois du trou déjà tubées.

Quand on a à percer des puits profonds et de grande section, on fait usage de perforatrices mues par l'air comprimé. On fait agir à la fois plusieurs de ces appareils dont les affûts sont supportés par des étais calés contre les parois du puits (iig. 89). On creuse, par ce moyen, 20 ou 30 trous répartis sur toute la section. Pour effectuer le sautage,on fait d'abord partir un groupe de 8 ou 9 coups de mine au centre ; on enlève les débris, puis on fait partir les autres coups en deux ou trois fois, selon les effets produits ^ar l'explosif.

Il n'y a plus qu'a régulariser au pic et à la pince les parois dégagées.

On réinstalle ensuite les perforatrices et on prépare de nouveaux sautages.

Si l'outillage dont on dispose le permet, on fore des trous aussi profonds que possible; puis on opère le sautage de mètre en mètre. A cet effet on remplit les trous de sable que l'on enlève ensuite, avant chaque opération, sur la hauteur voulue,pour le placement des charges nécessaires.

Sautage des grosses mines.

Dans les travaux publics importants, on a souvent avantage à faire sauter de grosses mines en accumulant l'explosif en charges compactes considérables. Dans ce cas on creuse une chambre de mine au fond d'une galerie, dont la longueur dépend de l'effet à produire, et qu'on pousse par ressaut afin d'éviter que la charge ne fasse canon. Les dimensions de cette galerie doivent être aussi réduites que possible mais suffisantes, toutefois, pour permettre à un homme de passer sans difficulté ; on prend généralement 1™,50 à 1™,60 pour la hauteur et 0"»,80 à 0°',90en largeur.

La charge est amoncelée dans une excavatiou pratiquée au fond

de la galerie, amorcée avec des détonateurs et des conducteurs élec-

triques> puis enfouie sous des sacs de terre ou de sable que l'on

bourre jusqu'au toit. On maçonne ensuite, à partir de la mine, sur une longueur d'autant plus considérable que les ressauts de la galerie sont moins nombreux.

Nous citerons, comme exemple, le beau travail exécuté en 1884, par la Société de dynamite d'Avigliana (0.

Il s'agissait de faire sauter un monticule rocheux aD f C (fig. 97)

Fig. 97.

situé entre le phare et le port de Gênes. On avait préalablement excavé la partie antérieure sur 20 à 26 mètres de profondeur, en laissant seulement debout huit piliers comme supports. Dans la partie de gauche, les piliers 1, 2, 3, 4 étaient tellement affiiiblis qu'ils résistaient à peine à la pression de la montagne surplombant. Cette portion visible dans la coupe E F (fig. 98), s'appuyait à gauche sur la montagne et à droite sur le grand pilier (5) du milieu. Dans le creux de la moitié de droite de la carrière, les piliers 6, 7, 8 soutenaient la montagne.

A une hauteur de 28 mètres (fig. 99) environ, on avait poussé 1^

(1) Emploi de la dynamite en Italie pour le sautage des grosses mines, Seho Indwtriel^ Paris, 1884.

galerie d'accès horizontalement, mais enfermant deszigzags,commô il est indiqué sur le plan. Ses dimensions étaient de 1»,50 de hauteur

sur 0«,90 de largeur, et tous les angles étaient recoupés bien rectangulairement. Au bout de cette galerie on avait creusé un puits, de

Fig. 99.

Coujoe CM '

8 mètres de profondeur et 1 mètre de diamètre, qu'on avait élargi sur le sol, de façon à obtenir une chambre de mine de 5 mètres cubes environ.

Pour le chargement, on employait des sacs paraffinés renfermant 42kîl. de dynamite. Une chaîne d'ouvriers, échelonnés dans la galerie, faisaient passer les sacs, l'un après l'autre, à un chef mineur qui les plaçait dans la chambre de mine en les pressant les uns contre les autres. Après la pose d'une première couche de sacs, on disposa au centre une caisse de dynamite-gomme divisée en deux amorces qu'on mit en communication avec une mèche de gutta-percha et des conducteurs électriques. Cela fait, on acheva le remplissage avec une charge totale de 5000 kil . de dynamite . On plaça ensuite une série de sacs de sable pour boucher le vide existant dans la chambre de mine, et on acheva de remplir tout le puits de 8 mètres avec du sable. A la galerie, on étançonna avec de forts morceaux de bois et un chapeau en ciment. Ensuite on maçonna la galeiie en pierres et ciment en plaçant à chacun des angles des verroux en bois, et ce bourrage fut poussé jusqu'au cinquième ressaut, à 10 mètres du puits.

Le résultat de l'explosion fat l'abattage de la montagne selon la ligne abcdef; le déblai fut estimé à 120000 mètres cubes de blocs et de pierres.

Aucune projection n'avait eu lieu.