BU CA&BÉ DE LA

SECTION

710. Equilibre entre le poids de la colonne d'eau soulevée et celui de la maitresse^tige.

Les anciens appareils d'épuisenient sont composés exclusivement de pompes élévaloires mises en activité par une seule maîtresse- tige; le moteur, pendant son excursion ascendante, doit enlever la colonne d*eau, le maitre-tirant et tous ses accessoires ; puis, pendant la descente, Tattirail retombe en vertu de son poids presque tout entier. Or, ce poids augmentant en raison directe de la profondeur d*où les eaux doivent être extraites, il arrive une limite au-delà de laquelle le moteur devient nécessairement insuffisant. Ce terme fatal dut arrêter les mineurs dans leurs travaux d'approfondissement et fut probablement Tun des premiers inconvénients auxquels ils tentèrent de porter remède. Pour cela, ils employèrent deux procédés actuellement encore en usage dans différentes mines de houille de la Belgique et de beaucoup d*autres contrées.

Le premier consistait, lorsqu'on était sur le point d'atteindre la profondeur pour laquelle le moteur devenait insuffisant, à abandonner le puits où étaient installées les premières pompes; à percer, dans les roches encaissantes,

tt06 CHAPITRE VI. — 1V% SECTION.

une excavation dé grandeis dimensions en largeur et en liapleur, et de 15 à 18 mètres de longueur, è r«ttfémilé de laquelle était foncé un puits intérieur propre à logfr un second appareil d*épuisemént. Les deux parties de la piaitresse-tige étaient Qlors réunies* par un balancier de renvoi destiné à changer le ^os du mouvement de la s^ conde série de pompes ; en sorte que le poids de Fun des pttirails venait en aide è celui qui remontait, et réciproquement. Cette disposition coûteuse et défectueuse n*a p^s été fort répandue ; toutefois , il en existe encore quelques exemples, entre autres à la mine de La Haye, située jdans TuQ des faubourgs de la yille de Liège.

Le second procédé consiste à établir au jour up contre* poids pour équilibrer la msaitrèsse-tige et prévenir sa chute trop rapide. Il est fort en usage dans les mines de la province du Hainaut ; mais il est limité daps ses effets et ne peut s'appliquer à une série de pompes exclusivement élévatoires extrayant les eaux d'une grande, profondeur.

Le premier de ces modes étant très-coùteux et souvent impraticable, le second étant insuffisant , les mineurs imaginèrent d'établir l'équilibre par l'appareil lui-même; pour cela , ils intercalèrent à différentes hauteurs de la eoloniie un certain nombre de pompes foulantes, suffisant pwr absorber en l'utilisant la force motrice développée par la chute de la maitresse-tige ; mais ils réservèreot toutefois un excédant destiné à vaincre les résistances passives et jli solliciter les excursions descendantes. Les avantages et la simplicité de ce moyen ont engagé les exploitants à s'en servir jusqu'au moment , encore assex réoent, oùunecoanaissance plus approfondie de la connexité qui doit exister entre le moteur à vapeur et les appareils d'épuisement et des principes qui doivent présider à leur installation , a compltiomcnt changé la face dos choacs,

TIGES ET MAITRBS-TIRANTS. ÎS07

L'adoption des pompes foulantes place le consCrueleur dans l'une des trois conditions suivantes :

Lp poids de la maltresse-tige est plus faible que eelui des colonnes d'eau à refouler, ainsi que cela arrive asses fréquemment lorsqu'on emploie le fer pour leur construo* don. Il suffit, dans ce eas, d'ajuster à différentes hauteurs du tirant de gros tuyaux remplis de fragments de fonte ; ou mieux, de charger directement les tètes des pistoqs disposés i Teffet de recevoir dès poids.

La maltresse-tige et les colonnes d'eau , indépendamment des frottements , ont un poids égal. C'est une eonditioo que quelques constructeurs belges cherchent i obtenir, et dont il sera fait mention à l'occasion des moteurs à va^ peur d'épuisement.

Enfin , fa maitresse-tige est plus pesante que la oolonne d'eau ascendante y et lexcès de poids doit être équilibré par des contre-poids.

Les deux premières conditions sont désavantageuses relativement au moteur, ainsi qu'on le verra par la suite.

7H. Des conlre-poids destinés à équilibrer les attirails des pompes.

Il existe plusieurs espèces de contre-poids : les uns consistent en une poulie sur Inquelle passe une chaîne ou une corde plate, attachée par l'une de ses extrémités à la maitresse-tige et supportant par l'autre une caisse remplie de pierres ou de lingots de fonte. Ces appareils, fréquemment usités en Hongrie, ne peuvent convenir que quand ''équilibre est rompu par une faible différence de poids; ils doivent , pour être efficaces , s'échelonner le long du puits , mais alors ils exigent de nombreuses excavations et ne produisent pas toujours l'effet voulu.

Les balanciers oscillants à tige rigide , ou contre-balanciers , ou balanciers de cootre*poids , varient quant à leurs formes , à leurs dimensions et à la position qu'ils occupent. Les uns , comme ceux du Couchant de Mons, se composent d'un ou deux sommiers en bois ; Tiine des extrémités est chargée d'une caisse remplie de cailloux ou de saumons en fonte de fer , tandis que l'autre , terminée par un secteur de cercle , se rattache à la maitresse-tige i l'aide d'une chahie de Vaucanson. Quelquefois aussi le balancier , dé« pourvu de secteur, est lié au tirant par une tige en fer de fort équarrissage et assez longue pour ne pas imprimer à celui-ci des déviations trop considérables. D'autres en fonte de fer, semblables aux balanciers des machines à vapeur, sont réunis à la maîtresse-tige, soit par Tinter* médiaire d'un parallélogramme, soit par le dernier procédé indiqué ci-dessus. L'autre extrémité porte de grands disques en fonte enfilés par une ouverture ménagée à leur centre dans un gros boulon qui traverse les deux flasques du balancier.

Sur le continent, ces appareils sont presque toujours installés à la surface du sol. Les Anglais, dans le but de décharger la tête de la mailresse-tige du poids de ses parties inférieures , en établissent aussi quelquefois à différentes hauteurs du puits ; mais les grandes excavations résultant alors de ces dispositions sont fort coûteuses.

Les contre-poids à colonne d'eau , ou balanciers hydrostatiques ( fig. 24 , pi. LXVI ) sont fort usités dans les mines de Cornwall. Une série de tuyaux forme un siphon renversé, à branches très-inégales ; la plus longue xx est comprise entre la surface du sol et un niveau quelconque , et la plus courte y , composée seulement de la partie coudée du tuyau inférieur et d'un corps de pompe , reçoit ud piston plongeur z^ lié avec la maitresse-tige p^r (es moyens

tlGES ET UAITRBS'TIRANTS. S09

ordinaires. Cette colonne d'eau oscillante , calculée , suivant les exigences , pour soulever la maltresse-tige avee une force déterminée , constitue un contre-poids hydrosta^ tique. L*eau qui s'échappe par les joints est remplacée par le liquide de condensation de la machine à vapeur.

Un moyen analogue , mais plus avantageux , a été employé pour Tappareil d'épuisement de la mine dite Silber* seegner. Le moteur étant installé à 21 mètres en contre-bas de la galerie d*épuisement^ les eaux extraites de la mine, réunies à celles qui ont servi à Talimentation de la ma-i chine à colonne d*eau , doivent être soulevées à ce niveau pour pouvoir s'écouler. Or, la maîtresse- tige, dans se^i^ excursions descendantes , agit avec un poids total de Jk,96S kilogrammes. Une partie de ce poids ( ou environ 5,940 kilog. ) est employée à refouler celle colonne , qui forme le contre-poids^ jusqu'au niveau de la galerie d'éeou-^ lement , tandis que l'autre partie ( 1 ,028 kilog. ) , appliquée directement à la pompe , produit l'aspiration. L'équilibre s'établit ainsi , non d'une manière infructueuse , comme dans l'emploi des colonnes oscillantes , mais en utilisant l'excès de poids de la lige pour opérer l'ascension de l'eau à une hauteur de 21 mètres.

Les mêmes dispositions existent à la mine de Iluelgoat , où le poids des deux tiges en bois et en fer est d'environ 12,000 kilogrammes pour une profondeur de 170 mètres et où une différence de 14 mètres entre la position du moteur et le niveau de la galerie de démergement forme une colonne contre-poids dont la résistance est de 1 1 ,440 kilog.

Le reproche adressé aux balanciers à tige rigide est d'absorber une partie de la force motrice par les frotte* ments, les chocs et les vibrations auxquels ils donnent lieu, et d'occuper un emplacement plus considérable que les eontre-poids hydrostatiques. Mais la dernière objection est

nulle poifr les appareils établis au jour , et e*est la plàee qu'ils doivent nécessairement occuper. En outre , les perlet d'effet utile qu'ils occasionnent sont largiement compensées par l'impulsion qu'en reçoivent les tirants vers la fin de leur course, si la vapeur agit à délente; car , dans oe cas^ les balanciers è tige rigide jouent le rôle de volants dont la grandeur est infinie. Le seul reproche fondé est relatif à l'interruption causée dans la marche des pompes , s'il vienl à se détraquer^ accident plus probable avec eux qo'aveo les balanciers hydrauliques.

712. Procédés employés pour communiquer k montemjent à la seconde fraction d'un même tirant.

Quelquefois les circonstances locales contraignent le^ mineurs & diviser l'attirail des pompes en deux parties^ ef à les installer dans deux puits séparés par une certaine distaiice horizontale ^ comme alors les axes des excavations ne eprrespondent pas , les deux fractions des attirails sont liées par des organes capables de communiquer le mou-> vement alternatif de l'un à lautre. C'est ainsi que lors dé la réavaleresse du puits dit James Grube , près d*E8cb« weiler , les ingénieurs , s'étant aperçu des difficultés de celle opération à cause de l'état fissuré et perméable des roches stratifiées au-dessous du fond de l'excavation, ré*solureht de porter le prolongement du puits dans tin terrain exempt dé semblables obstacles. Les figures 3 ei 5 , planche LXX , indiquent les deux extrémités de l'appareil mis en usage dans ces cireunstances. La figure 4 est une projection horizontale de l'une de ces extrémités exactement semblable à l'autre.

J est le fond de l'ancien puits; £, l'orifice de la nouvelle avalerèsse ; CC , la galerie percée dans le rocher

TlâKâ ET MAITRES-TIRANTS. bll

pour réunir les deux excavations ; sa longueur est de M iachter ou 83.60 nfiètres. Aux deux extrémités de celle galerie ont été installés deux varlets en fonte Z>, D^ , liés i l'un avec la partie supérieure du tirant , l'autre avec sa partie inférieure : ces varlets sont d'ailleurs réunis pdf une bielle horizontale en fer forgé, qui, roulant sur des poulies en fonte (fig. 6 et 7), ne peut s*infléobir eu se déformer. Les articulations m, m et la manière dont cel organe est guidé, le maintiennent dans une situation constamment horizontale. Il est facile de comprendre, d'après la position de ces diverses pièces , comment les oscillations imprimées par le moteur à la partie supérieure de la maltresse-tige , se font sentir à sa partie inférieure , par Tintermédiaire des varlets et de la bielle qui les relie* , La mine de Sart-Long^Champs ( Centre du Hainaut ) , offre l'exemple de deux fractions d'une maltresse-tige mises en communication de mouvement , d'une manière plus simple et plus satisfaisante sous tous les rapports* Le puits d'extraction est situé: à une distance de 20 mètres de celui d'exhaure. Tous deux étaient parvenus à une profondeur de 300 mètres , et il s'agissait de porter l'épuisement à un niveau situé à 74 mètres au-dessous de l'étage actuel d'exploitation ; et cela par le fonçage du premier de ces puits, seulement , auquel fut donnée une section telle qu'il fut possible d'y ménager un compartiment spécial* Ainsi existaient deux excavations séparées par une distance horizontale de 30 mètres , et chacune d'elles contenait une partie de la maîtresse - tige qu'il fallait lier par des organes capables de communiquer , à la seconde fraction de Tatt^rail , le mouvement que . le moteur imprimait à la première. Cette communication fut obtenue à l'aide d'un balancier hydraulique construit de la manière suivante :

S12 CHAmRE VI. — I\'. SECTION.

FF (Og. 8 el 9, pi. LXX) esl le fond de l'oncien pùîte/ et J le tirant qu'il renferme.

(rér, la partie supérieure du nouveau, et £^ la mattresse-tige qui fait fonctionner la pompe foulante destinée à élever les eaux d'un seul jet.

HHf la galerie qui réunit les deux excavations ; elle contient un tuyau a a de 0.50 mètre de diamètre. 6,6* sont deux cylindres de 0.45 mètre , mis en relation par le tuyau a a et recevant deux pistons plongeurs attachés, l'un 9 & l'extrémité inférieure de la maltresse-lige J\ l'autre , au tirant K.

Si les cylindres et le tuyau de communication sont remplis d'eau lorsque le moteur fonctionne , les oscillations alternatives imprimées à la tige /et communiquées au piston, plongeur b , déterminent le refoulement de l'eau que con* tient l'appareil ; celle-ci , en vertu de son incompressibilité , agit sur l'autre piston 6* ; le soulève d'une quantité égale à celle dont le premier est descendu , ce qui provoque un. mouvement semblable dans la seconde partie de la maitresse-tige. Lorsque le piston du cylindre 6 est soulevé , l'effet inverse est produit ; le tirant inférieur descend et refoule dans la colonne ascensionnelle l'eau qui se déverse sur la galerie H H , où elle est reprise par les anciennes pompes élévatoires.

La colonne d'eau de 74 mètres pèse 5,200 kilogrammes; elle esl élevée et les frottements sont vaincus par une maîtresse-tige , dont le poids est de 8,000 kilogrammes. Ainsi, le liquide du balancier hydraulique est soumis à une pression de huit atmosphères , et il n'est possible d'en réparer les pertes qu'à l'aide d'une pression au moins égale. C'est pour obtenir ce résultat qu'ont été établis les organes suivants :

ce tuyau de 0,01 mètre île diamètre et de 60 mètres de

T1GRS ET SiAITRES-TlRANÎS. Î>13

hauteur , fixé i la bose d'une colonne ascensionnelle de 50 métrés. Il alimente Tappareil d*une manière permanente et répare les pertes provenant des suintemens par les joints et les presse-étoupes. Le liquide contenu dans ce tuyau 9 provenant d'une hauteur de 90 mètres, agit avec une pression d'environ neuf atmosphères. Le robinet e est destiné à régler l'alimentation de l'appareil; il reste constamment ouvert pendant la marche*

Un autre tuyau d'alimentation d établit une communication avec le tuyau ascensionnel inférieur / / ; la pression de l'eau qu'il contient est peu considérable , mais suffisante pour en faciliter l'introduction dans les deux cylindres, lorsque l'appareil doit fonctionner après un chômage de quelques jours. Le robinet h est naturellement fermé pendant la marche.

Une soupape de sûreté t, installée sur le tuyau a a, est chargée de manière à se soulever dès que la pression de l'eau dans l'appareil excède dix atmosphères.

La manœuvre du robinet e , destiné à réparer les fuites , est une opération fort délicate, qui ne peut être livrée à la seule appréciation ; car , s'il débile moins d'eau qu'il ne s'en perd, le piston du nouvel attirail, après quelques excursions, ne fournit plus sa course entière, et la maitresse-tige retombe de tout son poids sur les sommiers de retenue. Si , au contraire , l'ouverture du robinet est trop grande , la pression de l'eau s'accroissant dans l'appareil , le même piston s'élève de plus en plus , jusqu'au moment où il vient heurter le faite de l'excavation ; alors on peut craindre la rupture des tuyaux malgré l'existence de la Âoupape de sûreté.

Pour régler avec précision l'alimentation permanente , le robinet est ouvert de manière à laisser pénétrer un volume d'eau plus que suffisant pour compenser les fuites* TOME ni. 33

£n outre , à la partie supérieure du cylindre 6* , est éUkïii un robinet de décharge k^ que peuvent ouvrir et fermer deux taquets installés, Fun au-dessus de Tautre, sur la maîtresse tige K. Si le piston dépasse les limites de sa course par excès d'alimentation , le taquet inférieur ouvre le robinet , et Teau excédante s'échappe pendant la descente; mais la pression devienant insuffisante, le piston descend •au-dessous de la limite; alors le taquet supérieur ferm^ le robinet et le piston remonte. Si, pendant Tcscursion suivante, Talimentation a eu lieu avec excès, le taquet inférieur ouvre de nouveau le robinet , mais moins que la première fois , puis il est fermé de nouveau d'une moindre quantité. Enfin , après cinq ou six excursions , lu macbioe est réglée et l'ouverture du robinet est rigoureusement telle que les fuites sont égales à l'exoès d'alimenliition. L'appareil conserve alors une marche uniforme ; les taquets se bornent à affleurer la queue du robinet et l'équilibre se maintient tant qu'aucune influence extérieure ne se lait sentir. Dans ce cas , la course varie pendant quelques instants ; mais les mêmes dispositions en rétablissent promptement la parfaite régularité.

€elte disposition , dont l'idée première est empruntée au balancier hydraulique de Mariemont, a été établie par MM. Colson, ingénieur-mécanicien, et Gravez , dire^eurgérant du charbonnage de Sart-Longcbamps (1).

(i) Mémoire pubUé par M. Chaudron, sous^iDgénieur des raines» 4iafls les JnnaUs des Travaux puàiiçs de Belgique ^ Umt X , p. 9.

aiae«TA6K û£s pomi'is. 515

TV SECTION

mSTAIXATIOK DANS LB8 PUITS BBS POMPBS «T DB LBURS AGCBSSOIBBS.

743. engins propres à manœuvrer les fardeaux dans les puits d'eoiJiaure.

Si les pompes sont installées dans l'un des eomparti-» orients d*un puits d'extraction desservi par une machine à sapeur , on utilise cellen^i pour la descente des divers fardeaux constituant le système. Chaque pièce , suspendue au càUe du moteur , étant arrivée à la hauteur conveoable, est saisie par le crochet d'un palan flxé dans le compartiment des pompes. Les divers organes passent à travers les ouvertures ménagées dans la paroi de sépa* ration , et la moufle les soulève ou les laisse descendre jusqu'au point où ils doivent être posés et assemblés. Mais , dans la plupart des cas , il est plus commode d'employer pour cette opération un engin spécial qui , du reste , est indispensable lorsque le puits des pompes n'est pas en communication directe avec celui d'extraction. L'appareil est appliqué ultérieurement au renouvellement des pistons et des soupapes hors de service ; à la réparation des joints , des pièces de bois de supports et k toute opération qui exige le déplacement d'un fardeau quelconque.

L'engin le plus généralement employé est un cabestan vertieal sur lequel s'enroule une corde ronde; il est muni|

à sa partie inférieure, de barres horizontales sur lesquelles agissent les hommes et quelquefois les chevaux. L'appareil est installé à une petite distance de l'orifice du puits; son cable passe d'abord au-dessous d'une poulie, puis sur une molede portée par une charpente et descend dans le puits. Les figures 1 et 2 de la planche LXIX se rapportent A un engin de celte espèce établi temporairement pour les avaleresses à travers les terrains aquifères du Couchant de Mons. a, tambour vertical; 6 6, liaison de la flèche et du cabestan ; c, palonnier ; d, e , traîneau et chambrière, s'opposant aux mouvements rétrogrades ; /'/*, cordes et poulies de renvoi ; GG ^ charpente des molettes.

Les figures 3 et 4 représentent cette même charpente installée d'une manière définitive.

Les accidents auxquels donne lieu l'absence de freins dans les appareils de cette nature ; l'espace considérable qu'ils occupent sur la margelle des puits et le grand développement de forces qu'ils réclament pour la descente des pièces à une certaine profondeur , ont engagé les exploitants à leur substituer les treuils à engrenages dont le cadre peut être disposé horizontalement ou suivant un plan vertical.

Les figures 5 et 6 représentent un engin de la dernière espèce , fonctionnant à la mine de Guley ( district de la Wurm); Tespace dont on pouvait disposer dans un ancien bâtiment était trop resserré pour qu'il fut possible de l'établir horizontalement.

JJ^ fort cadre en bois ou bâti de charpente , sur lequel sont placés : une grande roue dentée B fixée à l'extrémité d'un tambour en bois C, sur lequel s'enroule le câble rond; un axe en fer forgé a, tournant sur deux crapaudines&,6'; sur cet arbre sont calés une roue moyenne c fX un pignon c(; un autre axe parallèle e reçoit une petite