MACHINES A DOUBLE EFFET DANS L'INTÉRIEUR DES MINES

L'obstacle qu'opposent à lexploitation les eaux d'infiltration et les sources souterraines que rencontrent les travaux est un des plus inflexibles et qui exige la solution la plus absolue. On peut avoir un roulage et une extraction mal organisés, lutter avec un aérage imparfait; mais avec Teau il n y a pas de demi-mesure, elle doit être épuisée. Que les moyens employés soient plus ou moins parfaits, plus ou moins économiques, peu importe, il faut avant tout que Yexhaure soit complet.

Autrefois, lorsqu'on se servait de bennes pour extraire le charbon, on employait aussi des bennes à soupapes pour épuiser les eaux qui, pendant la journée, s'étaient accumulées dans le puisard. Lorsqu'on a établi le guidonnage dans les puits, on a dû remplacer les anciennes bennes par des caisses guidées.

L'épuisement des eaux par les machines d'extraction est devenu un moyen d'autant plus logique, que la vitesse

des caisses guidées pouvant être très-considérable, on a ainsi reculé le moment où il devenait nécessaire d'établir des appareils spéciaux pour l'épuisement.

Ainsi, que Ton substitue aux cages d'extraction des caisses à eau de %0 hectolitres, planche IX, et Ton pourra, d une profondeur de 300 à 400 mètres, extraire quinze ou vingt de ces caisses par heure, c est-à-dire de 300 à 400 hectolitres d'eau. Supposons que Von réserve dix heures pour épuiser ainsi les eaux qui s'accumulent pendant les vingtH[iuatre heures daps le puisard, ce sera un minimum de 3,000 à 4,000 hectolitres d'eau par jour.

La plupart des puits n'ont pas une venue d eau qui atteigne ces chiffres; rétablissement d'une machine spéciale d'épuisement peut donc être reculé jusqu'à ce que l^x tension progressive des travaux ait amené une venue d'eau supérieure.

La question essentielle dans l'établissement des caisses à eau est de les remplir vite et complètement, de les monter avec rapidité, sans que l'eau, agitée parle mouvement, soit exposée à retomber dans le puits; enfin de les vider au jour, en satisfaisant aux mêmes conditions d0 promptitude et de précision.

La construction indiquée planche IX pour la caisse de 20 hectolitres employée dans plusieurs fosses de la Compagnie d'Anzin satisfait à ces diverses conditions.

Les proportions de la soupape du fond pour la remplir et du tiroir latéral qui sert à la vider résultent

de données pratiques. Dans ces conditions, la caisse, présente les poids suivants :

Tôles 267 kilo^ammes.

Fer 297

Fonte 69

Bois., ,. 80

Poids total 713 kilogrammes.

La substitution des caisses à eau aux cages est une opération toujours assez longue. De plus, les caisses ^ eau ont Tinconvénient de yenir modifier d une manière quelquefois préjudiciable à la marche de la machine les conditions d'équilibre calculées pour les cages et les waggons. On évite ces inconvénients en laissant les cages en place et se bornant à y introduire des caisses à eau montées sur quatre roulettes.

Ainsi, dans la cage à quatre étages d'Anzin, planche I, on rend mobiles les traverses du deuxième étage de waggons et Ton peut dès lors introduire une caisse rectangulaire, montée sur roulettes. Cette caisse, de l'»,80de hauteur, a une base de l'",18 sur 0^,75; elle pèse 825 kilogrammes et contient 15 hectolitres d eau.

On emploie le même procédé à la fosse n" 4 du Nord de Cbarleroi, et dans la cage, planche II, on introduit une caisse horizontale, remplissant seulement le premier étage. Cette caisse contient 1,700 litres d'eau et pèse 496 kilogrammes.

liO clichage des caisses à eau ou des cages chargées dç ces paisses sexécute. comme d'habitude, avec les

mêmes manœuvres et la même promptitude, mais le vidage exige toujours quelques précautions.

Lorsque ce vidage doit se faire par un tiroir latéral. Veau peut être reçue dans un conduit qui se trouve placé tangentiellement à ce tiroir ; mais le jeu qui reste forcément entre les deux pièces donne toujours lieu à une perte d'eau, qui retombe dans le puits. H. Jouniaux évalue cette perte à 5 ou 6 pour 100 de l'eau montée. Pour Féviter, il a établi, en dessous du clichage, un tablier mobile qui reçoit Feau et la rassemble dans le conduit. M. de Bracquemont a établi sur toutes ses fosses un chariot mobile, qui, à chaque extraction, vient se placer au-dessous du tiroir d'évacuation. Ce chariot est indiqué sur les plans de la fosse n"" 2 de Nœux.

A la fosse Turenne, à Denain, les caisses à roulettes qui sont placées dans les cages pour Fépuisement portent un tuyau en cuir de toute la hauteur de la caisse, ajusté au fond, relevé le long d'une des parois, et retenu au moyen d'un verrou : lorsqu'on veut vider la caisse, on ouvre le verrou et le tuyau en cuir, tombant horizontalement, la verse à l'extérieur. On le relève ensuite et on le fixe au verrou supérieur, pour le remplissage et Fascension de la caisse.

Tant que l'épuisement par les caisses suffit pour assécher une mine, ce moyen doit être considéré comme le plus économique, d'abord sous le point de vue des frais de premier établissement, mais aussi sous le point de vue de la marche et de l'entretien. On n'a, en efiet, à entretenir que le seul appareil d'extraction, qui se

trouve transformé d'une manière si simple en machine d'épuisement; on na^ que les mêmes chaudières à chauflTer. Hais lorsque les caisses à eau deviennent in* suffisantes pour lutter avec les venues d'eau, il faut nécessairement avoir recours aux machines spéciales.

Les machines d*épuisement se rapportent aujourci'hui à trois types distincts :

l"" Les machines à balancier, à simple effet, dites <iu système de Cornwall ;

S"" Les machines à traction directe et du même système;

S*" Les machines à double effet placées dans Tintérieur des mines.

Ces trois systèmes comprennent en même temps le moteur ou machine proprement dite, et les appareils d'épuisement, pompes, colonnes de tuyaux, tiges et engins nécessaires au mouvement.

Que la machine soit à balancier, planche LXX, ou qu'elle soit à traction directe, planche LXVII, elle a pour but de mettre en mouvement les tiges d'une série de pompes établies dans le puits d'exhaure, avec une disposition analogue à celle qui est indiquée planche LXIV.

Ces appareils, identiques à ceux qui sont en usage dans les mines de l'Angleterre, sont établis sur le type dit du Cûmvi^all, district où les épuisements sont organisés d'une manière tellement rationnelle que, pour tous les détails de la construction et du montage, la tâche de Vingénieur se borne à imiter ce qui a été fait si heu-

1*611861116111. Les divers appareils ne diffèrent guère (Jue par leurs dimensions, par les détails mécaniques et par les conditions de Tinstallation des pompes.

Les perfectionnements récents des appareils d'épuisement ont porté principalement siir les pompes et colonnes de grand diamètre. L'établissement des colonnes d'épuisement a été amélioré d'une manière notabld dans les détails de construction et par la précision du montage, de telle sorte que, s'il est vrai que les machines d'exhaure constituent une dépense considérable de premier établissement, cette dépense une fois faite ne représente qu'une charge très -réduite par tonne de houille extraite.

COLOlfNBS D EPCISEMBlfT.

La première opération du projet d'une machine d'exhaure est le tracé des pompes et des tiges destinées à leur donner le mouvement, ensemble ce qui constitue ce que l'on appelle la colonne d'épuisement.

Les dimensions des pompes sont la conséquence immédiate de la venue d'eau qu'il s'agit d'épuiser. En général, on calculera ces dimensions, en supposant que la machine fonctionnera douze à dix-huit heures par jour, et que la vitesse ascensionnelle imprimée à l'eau sera de 0"*,25 par seconde.

Une colonne d'épuisement se compose, pour les puits

pirôfohds, d'une jJOttipe élévatoire placée dans le puisard, à 2 ou 3 mètres du fond, et d'une série de pompes foulantes placées en relais successifs, ayant chacun de 80 à 120 mètres de hauteur.

La pompe élévatoire est celle qui convient le mieux comme pompe de fond, parce qu elle peut marcher et être réparée, lors même qu'elle est noyée.

Les pompes foulantes ont l'avantage d'équilibrer les tigfîs qui servent aut transmissions de mouvement, par la colonne d'eau qu'elles doivent soulever; elles sont employées jusqu'à concurrence de cet équilibre, et si le poids de la colonne d'eau ne suffit pas pour équilibrer celui des tiges, ce qui est le cas ordinaire pour les puits profonds, on complète l'équilibre par un ou plusieurs contre-balanciers.

Ces conditions obligées du montage d'une colonne d'épuisement nécessitât l'emploi de machines à simple effet, le moteur ayant simplement à soulever la masse ded tiges et de la colonne d'eau des pompes élévatoires. Cette masse des tiges, retombant ensuite par son propre poids, refoule les colonnes d'eau des pompes foulantes.

Le poids moyen des tiges des pompes foulantes, pour être dans de bonnes conditions de construction , doit dépasser un peu le poids de la colonne d'eau à manœuvrer; de plus, ces tiges doivent être elles-mêmes coniques, c'est-à-dire que devant se porter elles-mêmes, leur section décroît progressivement depuis la partie supérieure attachée au moteur jusqu'à la partie inférieure,

à laquelle se trouve attachée la pompe élévatoire du fond.

Il résulte de ces surcharges de poids , que plus un puits est profond, plus s'augmente l'excédant du poids de la colonne d eau; de là, la nécessité d'équilibrer une partie de cet attirail.

La planche LXFV résume ces indications pour un cas particulier.

La colonne, divisée en trois parties, que Ton supposera placées bout à bout, a seulement une hauteur de 112 mètres. Le profil est dessiné à côté de l'élévation, de sorte qu'on puisse voir en même temps chaque pièce dans ces deux positions. Les pompes ont 0",45 de diamètre et 3 mètres de course.

La colonne est divisée en trois relais desservis chacun par une pompe. La première pompe est élévatoire, prend les eaux du puisard et Iqs élève à la hauteur de 12 mètres. L'eau est aspirée par la première pompe foulante à ce niveau de 12 mètres, et refoulée jusqu'à celui de 62 mètres, où elle est reprise par la deuxième pompe foulante qui la porte jusqu'au déversoir du jour. Sans rien changer au système de construction, on pourrait porter la hauteur d'action de la pompe élévatoire à 40 mètres, et celle des pompes foulantes à 120 mètres, ensemble 280 mètres.

Autrefois, l'eau était reçue à chaque niveau dans des bâches où elle était aspirée par la pompe supérieure. On emploie aujourd'hui des réservoirs en tôle, à section rectangulaire, qui sont disposés en hauteur, de manière

à continuer le tuyau, et de lelle sorte que Taspiration de la pompe supérieure se trouve toujours approvisionnée d'une quantité un peu plus grande que la capacité du corps de pompe. Ces réservoirs sont indiqués en 00' à chaque relais de la colonne.

On trouvera dans les traités spéciaux, et notamment dans la Géologie appliquée, les conditions dequilibre suivant lesquelles doit être établi le mouvement d*une colonne d'exhaure ; nous ajouterons seulement quelques détails sur les parties les plus essentielles qui la constituent.

La partiela plus importante, sous le rapport du poids et du volume, est la colonne de tuyaux qui, du puisard, doit conduire jusqu'au jour les eaux aspirées et refoulées par les pompes. Ces tuyaux sont en fonte et ont en moyenne Smètres de hauteur, quel que soit dailleurs leur diamètre; ils sont éprouvés à la presse hydraulique ; leurs collets sont tournés, de telle sorte qu'on puisse les monter et les assembler bien verticalement. Les joints se font par l'interposition entre les collets de rondelles compressibles, en plomb, en cuivre, en feutre, en gultapercha, ces rondelles étant comprimées à la fois par le poids et par le boulonnage. Les collets sont le plus souvent tous les deux en saillie, de sorte que le joint soit bien apparent et puisse au besoin être maté et réparé ; quelquefois on en fait un saillant et un rentrant, do manière à emprisonner la rondelle compressible. On peut dire que tous ces moyens sont également bons

lorsqu'une colonne est composée de tuyaux tournés

te

avec précision, bien yerticalement montés, assemblés sur rondelles, d'épaisseur uniforme et boulonnés avec un serrage égal; de même que tous les assemblages seraient défectueux pour des conditions inverses.

La même observation peut être faite pour les pompes dont on a souvent fait varier la construction sans utilité démontrée. Leur construction tend cependant à s uniformiser, à tel point que nous aurions peine à en citer qui aient un caractère de nouveauté, en dehors de quelques cas spéciaux par leurs grands diamètres. Les formes classiques de la pompe élévatoire à piston creux, et de la pompe foulante à plongeur, formes reproduites dans un grand nombre d'ouvrages ou de mémoires, sont les seules qu'on puisse recommander pour l'usage des mines.

Les pompes étant supposées mises en place sur les ponts de fondation construits en travers du puits, on établit du haut en bas le système de tiges qui doit leur donner le mouvement.

Dans les conditions les plus ordinaires, une maîtresse tige est placée dans l'axe convenable pour l'attache des transmissions latérales. Elle se compose de pièces de bois ou chevirons d'un équarrissage suffisant pour manœuvrer la colonne d'eau. Ces pièces de bois, assem-* blées bout à bout, ou à traits de Jupiter, sont platinées avec des bandes de fer partout où il est nécessaire, et surtout aux joints. Ces bandes de fer boulonnées doivent être croisées et réunies entre elles à leurs extrémités de telle sorte qu'en aucun point le bois ne se trouve réduit

a su seule force de résistance, et de manière à présenter une force continue, capable de résister à tous les efforts qui s exerceront sur les divers points de la maîtresse tige.

Les chevirons assemblés pour former cette maîtresse

tige sont en chône ou en sapin, de 0",85 à 0"*,35 d'é-

^arrissage. Lorsqu'on a besoin d'équarrissages plus

/arts, on les compose de deux pièces juxtaposées et pla-

finées dans toute leur longueur, de manière à les rendre

parfaitement solidaires.

La maîtresse tige est armée sur plusieurs points de

Attbots de retenue ou heurtoirs, H, H, qui peuvent, au

besoin, la tenir suspendue sur les moises qui Fembras-

s«nt, de distance en distance, et qui limitent ses oscil-

Icitions verticales, soit en montant» soit en descendant.

Sur plusieurs points elle est garnie de planches qui

établissent une juxtaposition précise contre les moises

Cfui lembrassent et la guident; elle se trouve ainsi

maintenue et guidée de manière à ne se mouvoir que

dans le sens et Suivant Tamplitude de la course des

pompes, ainsi que Tindique la planche LXIV.

Pour transmettre le mouvement aux pompes, on dédouble la maîtresse tige et on la remplace par deux tiges qui passent de chaque côté de la pompe et sont réunies au-dessous , de manière à remettre la maîtresse tige dans Taxe. Cettedisposition, indiquée planche LXIV, permet déplacer les pistons moteurs de la colonne dans Taxe même de la maîtresse tige, et de leur donner ainsi un mouvement direct, en évitant tous les in-

convénients des attelages latéraux et en porte-à-faux.

Cette planche met en évidence la quantité de bois nécessaire pour le montage d une colonne d'épuisement : moises pour soutenir les pompes et les tuyaux, sommiers de fondation pour les pompes foulantes, tiges avec tous leurs accessoires. Dans les petites dimensions représentées, c'est-à-dire lorsque les pistons n'ont pas plus de 0",35 à 0",45 de diamètre, ces pièces de bois ne dépassent plus les dimensions sous lesquelles on peut trouver des bois équarris ; mais pour les colonnes de 0",60 et au delà, il faut doubler et quadrupler les bois, qui finissent par occuper une proportion considérable dé la section du puits.

Le fonçage des avaleresses, c'est-à-dire des puits qui doivent traverser des terrains renfermant des niveaux d'eau (ou nappes ascendantes), et ensuite être cuvelés, a étéloccasion des plus grands perfectionnements apportés à répuisement. Il s'agit en eflfet d'épuiser dans ces passages de niveau des venues d'eau de 15, 20, 40 mètres cubes et au delà, par minute, sans interruption aucune, sous peine de voir les ouvriers du fonçage chassés de leur travail et le puits rapidement envahi par l'ascension rapide de ces nappes ou niveaux qui remontent jusque près de l'orifice.