CHAP IV : REDIMENSIONNEMENT D'UN SYSTEME D'EXHAURE
IV.1 INTRODUCTION
Le circuit d'exhaure n'est rien d'autre que le réseau
des tuyauteries à travers lesquelles les eaux pompées quittent un
puisard ou un puits filtrant vers un point de refoulement situé en
dehors du champ minier. Un circuit d'exhaure est caractérisé par
la hauteur géométrique, le débit du fluide, la tuyauterie
d'aspiration et de refoulement, les pertes des charges. La
caractéristique de l'installation permet de faire le choix de la pompe
qui donnerait les résultats escomptés (hauteur
manométrique, débit, ...) dans les meilleures conditions de son
fonctionnement. Nous illustrerons dans ce chapitre
les calculs de dimensionnement des circuits de l'exhaure secondaire et
primaire. 
IV.2 Moyens et accessoires du réseau
d'évacuation des eaux
Signalons que tout circuit d'exhaure dépend souvent du
système d'évacuation des eaux dans une exploitation souterraine
qui peut se faire soit par galeries d'évacuation des eaux ou par un
circuit mécanique comprenant des pompes, conduites et autres
accessoires.
IV.2.1 Le système d'évacuation des eaux par
galeries
Ce système est utilisé si le gisement est ouvert
par une galerie à flanc de coteau et l'exploitation se fait au-dessus du
toit de la galerie, il n'est pas nécessaire d'avoir une installation
mécanique des eaux, car ces dernières peuvent être
dirigées vers la galerie à flanc de coteau (par gravité)
qui, en plus des autres buts (transport, aérage,...) servira pour
l'évacuation des eaux.
La galerie doit être prévue avec une rigole bien
déterminée et peut servir pour l'évacuation des eaux
même lorsque l'exploitation du gisement descend en profondeur sous le
niveau de la galerie. Dans ce dernier cas, le fond d'exploitation doit
être équipé d'une installation pour élever l'eau
jusqu'au niveau de la galerie à flanc de coteau.
IV.2.2 Le système d'évacuation des eaux par
circuit mécanique
Ce système d'évacuation comprend plusieurs
éléments dont nous pouvons citer : la pompe, la conduite
d'aspiration, de refoulement, ...
IV.2.2.1. Les pompes
Comme on le sait, on appelle « pompe » un appareil
permettant un transfert d'énergie entre le fluide et un
dispositif mécanique convenable. Au point de vue physique, le
fonctionnement d'une pompe consiste en ce qu'elle transforme l'énergie
mécanique de son moteur d'entrainement en énergie hydraulique
c'est-à-dire qu'elle transmet au courant liquide qui la traverse une
certaine puissance. Les pompes véhiculant des liquides se divisent en
deux catégories principales:
· Les pompes centrifuges : le mouvement
du liquide résulte de l'accroissement d'énergie qui lui est
communiqué par la force centrifuge ;
· Les pompes volumétriques :
l'écoulement résulte de la variation d'une capacité
occupée par le liquide.
A. Les pompes centrifuges
A.1. Principe de fonctionnement
Une pompe centrifuge est constituée par :
· une roue à aubes tournant autour de son axe ;
· un distributeur dans l'axe de la roue ;
· un collecteur de section croissante, en forme de
spirale appelée volute.
Le liquide arrive dans l'axe de l'appareil par le distributeur
et la force centrifuge le projette vers l'extérieur de la turbine. Il
acquiert une grande énergie cinétique qui se transforme en
énergie de pression dans le collecteur où la section est
croissante. L'utilisation d'un diffuseur (roue à aubes fixe) à la
périphérie de la roue mobile permet une diminution de la perte
d'énergie.
Les pompes centrifuges ne peuvent s'amorcer seules. L'air
contenu nécessite d'être préalablement chassé. On
peut utiliser un réservoir annexe placé en charge sur la pompe
pour réaliser cet amorçage par gravité. Pour éviter
de désamorcer la pompe à chaque redémarrage il peut
être intéressant d'utiliser un clapet anti-retour au pied de la
canalisation d'aspiration.
A.2. Utilisation des pompes
Les pompes centrifuges sont les pompes les plus
utilisées dans le domaine industriel à cause de la large gamme
d'utilisation qu'elles peuvent couvrir, de leur simplicité et de leur
faible coût. Néanmoins, il existe des applications pour lesquelles
elles ne conviennent pas par exemple :
· utilisation de liquides visqueux: la pompe centrifuge
nécessaire serait énorme par rapport aux débits possibles
;
· utilisation de liquides "susceptibles"
c'est-à-dire ne supportant pas la très forte agitation dans la
pompe (liquides alimentaires tels que le vin, le lait et la bière) ;
· utilisation comme pompe doseuse: la
nécessité de réaliser des dosages précis
instantanés risque d'entraîner la pompe en dehors de ses
caractéristiques optimales.
Ces types d'application nécessitent l'utilisation de
pompes volumétriques. Par contre contrairement à la plupart des
pompes volumétriques, les pompes centrifuges admettent les suspensions
chargées de solides.
B.Les pompes volumétriques
B.1. Principe de fonctionnement et
généralités
Une pompe volumétrique se compose d'un corps de pompe
parfaitement clos à l'intérieur duquel se déplace un
élément mobile rigoureusement ajusté. Leur fonctionnement
repose sur le principe suivant :
· Exécution d'un mouvement cyclique ;
· Pendant un cycle, un volume déterminé de
liquide pénètre dans un compartiment avant d'être
refoulé à la fin.
Ce mouvement permet le déplacement du liquide entre
l'orifice d'aspiration et l'orifice de refoulement.
Parmi les pompes volumétriques, nous distinguons
généralement :
· les pompes volumétriques rotatives ;
· les pompes volumétriques alternatives.
a) Les pompes volumétriques
rotatives
Ces pompes sont constituées par une pièce mobile
animée d'un mouvement de rotation autour d'un axe, qui tourne dans le
corps de pompe et crée le mouvement du liquide pompé par
déplacement d'un volume depuis l'aspiration jusqu'au refoulement.
b) Les pompes volumétriques
alternatives
Dans ce type des pompes, la pièce mobile est
animée d'un mouvement alternatif. Son principe est d'utiliser les
variations de volume occasionnées par le déplacement d'un piston
dans un cylindre. Ces déplacements alternativement dans un sens ou dans
l'autre produisent des phases d'aspiration et de refoulement.
Les pompes volumétriques sont
généralement auto-amorçantes. Dès leur mise en
route elles provoquent une diminution de pression en amont qui permet
l'aspiration du liquide. Il est nécessaire néanmoins d'examiner
la notice du fabricant.
c) Catégories des pompes utilisées dans
les mines
Actuellement dans les mines, les pompes à pistons sont
rarement utilisées et les pompes souvent utilisées sont surtout
du type centrifuge.
Cet ainsi que nous distinguons des pompes centrifuges
horizontales, verticales et suspendues.
Comme nous l'avons signalé ci haut, l'exhaure des mines
souterraine se fait en deux étapes ; d'abord la collection des eaux
(exhaures dans différents chantiers ou secondaire) et évacuation
des eaux collectionnées dans la mine (exhaures principales).
1) Pompage principal
Les pompes utilisées dans ce pompage sont plus souvent
centrifuges avec un moteur électrique. La tension de 600 Volts est
généralement adaptée. Avec une seule roue mobile, on
obtient des pressions variant de 70 à 150 mètres d'eau avec un
débit d'environ 30 l/sec. Les pompes ont généralement
plusieurs étages de pression, c.à.d. plusieurs roues mobiles.
La pompe centrifuge employée dans la salle des pompes
se caractérise souvent par le fait que :
· dans un corps sont placés en série
plusieurs roues mobiles qui, constituant des pompes séparées mais
se partageant le travail ;
· chaque roue mobile possède une roue directrice
stable au corps de la machine, qui a pour rôle de ramener les eaux de la
périphérie de chaque roue mobile au centre de la roue suivante.
La salle des pompes est placée plus haut en dehors du
niveau d'inondation mais ici, l'emploi des pompes verticales auxiliaires est
nécessaire pour alimenter les pompes principales qui sont surtout
horizontales.
Les pompes horizontales ne sont pas auto amorçantes
(aspiration de l'eau elle-même), tandis que les pompes verticales
nourricières à l'écoulement axial, au contraire permettent
un amorçage automatique parce que la première roue mobile
(turbine) à l'aspiration est noyée.
2) Pompage secondaire
Dans l'exhaure des chantiers, les pompes utilisées sont
généralement les pompes à piston, les pompes verticales,
les pompes noyées, les pompes mammouth, les élévateurs
hydrauliques, ...
3) Pompe mammouth ou à air comprimé
élévateurs hydrauliques
Les pompes mammouths sont des pompes simples.
Elles ont l'avantage de pouvoir pomper d'eau chargée. C'est ainsi qu'on
peut les utiliser pour le nettoyage de bassin de décantation (albraque).
Une pompe mammouth est constituée par une canalisation
montante et une arrivée à air comprimé, l'air
comprimé débouche dans la canalisation au-dessus de l'orifice
d'aspiration où il se détend de sorte qu'il monte dans la
canalisation sous forme des bulles. Ces bulles ont pour effet d'abaisser le
poids spécifique de la colonne d'eau par rapport au poids
spécifique de l'eau environnante. Il en résulte en effet des
cheminées qui font monter l'eau dans la canalisation, ces pompes peuvent
avoir un débit de 400 l/min sur 100 à150 mètres de
hauteur. Et sa consommation d'air comprimé est considérable
(environ 50 m3/min) ; ce qui correspond à un rendement de 10
à 15%.
Les élévateurs hydrauliques
utilisent l'eau sous pression au lieu de l'air comprimé. Ils ont
également un rendement réduit et sont utilisés dans des
inclinés, pour le nettoyage des galeries d'accumulation d'eau, le
transport d'émulsion dans les travaux...
4) Pompes verticales
On utilise quelques fois des pompes verticales pour le
fonçage des puits lorsque les venues d'eau sont plus importantes.
Cet ensemble très lourd est suspendu à un
câble et est remonté avant chaque tir sur une hauteur de 20
à 30 mètres. Un brin de câble est fixé solidement
dans le puits à une poulie, passe par une poulie montée sur la
pompe et revient à la surface pour être enroulé par un
treuil.
L'ensemble ``pompes et tuyauteries'' est guidé
par le câble.
5) Pompes noyées
Ce sont les pompes verticales avec moteur électrique.
La pompe ainsi que le moteur est logés dans un tube long et
étanche suspendu à la tuyauterie de refoulement.
Le moteur et la pompe sont montés sur le même
arbre. Le roulement du moteur ainsi que les paliers de guidage sont dans l'eau
qui les refroidit. Les petites pompes ont un débit de 0,2
m3/sec tandis que les grosses pompes souvent utilisées sur
l'exhaure principale peuvent avoir de débit très grand.
Critères de choix d'une pompe
Les différents critères permettant de choisir la
pompe la mieux adaptée à la fonction envisagée sont :
a) La vitesse de rotation
Le cout d'une pompe centrifuge dépend directement de sa
vitesse de rotation. Plus celle-ci est lente, plus le cout devient
élevé ; la diminution de la vitesse de rotation a pour
avantage :
· La réduction du bruit ;
· L'amélioration de la capacité
d'aspiration ;
· La diminution de l'usure ;
· Le choix de la vitesse de la pompe se fera donc
après avoir effectué une étude technico -
économique.
b) Le moteur
La pompe à fort besoin d'une énergie
mécanique en l'entrée et cette énergie est dans la plupart
des cas par un moteur. Les types de moteur sont les moteurs asynchrones et les
moteurs à courant continu.
Leur rendement est élevé, il va jusqu'à
90% et il dépend du type de pompe et du point de fonctionnement.
c) Le NPSH (Net Positive Suction Head) ou hauteur
positive d'aspiration
NPSH est simplement une mesure permettant de
quantifier la hauteur manométrique d'aspiration disponible pour
éviter la vaporisation au niveau le plus bas de la pression dans la
pompe.
| 
